CN101200039A

CN101200039A - 微小型双列盘式自动换刀机构

Info

Publication number: CN101200039A
Application number: CNA2007103036024A
Authority: CN
Inventors: 张之敬; 周敏; 金鑫; 吕秉德; 张建成
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2007-12-20
Filing date: 2007-12-20
Publication date: 2008-06-18

Abstract

本发明为一种微小型双列盘式自动换刀机构，安装在转盘上一个刀卡单元卡紧两把刀具，从而形成两列刀位；刀具可实现六个自由度的微动；刀柄卡紧机构为开口圆柱薄片弹簧，刀柄的卡紧依靠该弹簧被挤压产生的弹簧力实现；采用本发明能够实现数控加工中心上使用的微小型刀具的自动换刀的目的，满足微小型数控加工中心小空间大容刀量的需求，将填补国内外微小型刀具尤其是微小型高转速刀具自动换刀系统的空白。

Description

微小型双列盘式自动换刀机构

技术领域

本发明涉及一种微小型双列盘式自动换刀机构，属于机电一体化领域。

背景技术

自动换刀机构是数控机床的重要组成部分。刀具夹持元件的结构特性及它与机床主轴的联结方式，将直接影响机床的加工性能。刀库结构形式及刀具交换装置的工作方式，则会影响机床的换刀效率。自动换刀机构本身及相关结构的复杂程度，又会对整机的成本造价产生直接影响。因此，国内外各数控机床厂家都对自动换刀系统做了大量研究，并取得了成果。如奥地利ANGER公司生产的型号为HC，HCS，HCH，HCL，HCL 1/5加工中心(机床)，这种机床备有一排主轴，一般为3～18个，换刀时，安装在夹具上的工件快速从一个轴移动到另一个轴，实现换刀并立即加工，这个移动时间是0.4s，即为切屑对切屑换刀时间为0.4s。德国Alfing2Kessler公司生产的双主轴卧式加工中心，采用HSK263刀柄，有2个主轴、1套换刀装置和1个刀库。当一个主轴加工时，另一个主轴和刀库进行刀具交换。当需要换刀加工时，这另一个主轴移动到加工位置并启动加速到加工的最大速度，仅需1s(切屑对切屑换刀时间)。但是这些自动换刀系统都是适合加工中心上用的低速刀具，而且占用空间较大，价格昂贵。在微制造领域中，小型车削中心、车铣复合加工中心等加工设备相继出现，技术也比较成熟，在这些机床上需要使用一些微小型高速刀具，由于加工零件的复杂性，加工过程中刀具的更换也变得更为频繁，为了提高效率，更加需要配备自动换刀系统。但是由于刀具、夹具结构、换刀方式及机床本身结构的原因，前面提到的加工中心上配备的自动换刀系统已不再适用，而国内外目前对这种微小型刀具的自动换刀系统研究基本上处于真空状态。

发明内容

本发明目的在于克服上述已有技术的不足而提供的一种微小型双列盘式自动换刀机构。该微小型双列盘式自动换刀机构能够实现容刀量大、结构紧凑、工作稳定可靠、造价低廉、适合高速加工的智能型高性能微小型刀具自动换刀目的，并实现自动换刀机构的模块化设计，使不同的机床可以根据需要选用换刀机构。

采用本发明能够实现数控加工中心上使用的微小型刀具的自动换刀的目的，满足微小型数控加工中心小空间大容刀量的需求，将填补国内外微小型刀具尤其是微小型高转速刀具自动换刀机构的空白。

附图说明：

图1：微小型双列盘式自动换刀机构立体结构示意图

图2：微小型双列盘式自动换刀机构刀卡单元立体结构图

图3a：微小型双列盘式自动换刀机构平面图(垂直于刀柄轴线方向)

图3b：主轴平面图(垂直于刀柄轴线方向)

图4a：取刀动作示意图(平行于刀柄轴线方向)

图4b：存刀动作示意图(平行于刀柄轴线方向)

图中：1-小型转盘 2-刀卡单元 3控制电机 4-同步带 5-支架 6-刀柄 7-卡爪8弹性元件 9-卡爪位姿调节装置 10-刀柄卡紧机构 11-卡爪安装板 12-电主轴

下面结合附图对本发明做进一步描述：

微小刀具自动换刀机构包括刀卡单元2、小型转盘1、支架5、小型转塔、控制电机3等部分；刀卡单元2由卡爪7、卡爪安装板11、卡爪位姿调节装置9、刀柄卡紧机构10组成；无需机械手进行换刀，装刀装置(主轴)直接进行刀具的插放和拔取；安装在转盘上一个刀卡单元卡紧两把刀具，从而形成两列刀位；刀具可实现六个自由度的微动；刀柄卡紧机构为开口圆柱薄片弹簧，刀柄的卡紧依靠该弹簧被挤压产生的弹簧力实现；刀卡单元2的卡爪7由共面相交的三个弹性元件连接定位；刀卡单元2的卡爪位姿调节装置9通过螺纹结构和弹簧装置进行三根钢丝受力调整，实现卡爪的位姿调节刀；刀卡单元2的卡爪7为一体式结构。

具体实施方式

以该微小型双列盘式自动换刀机构安装与某数控机床上的主轴为例说明具体的运动过程。

1)连接方式

卡爪单元2在小型转盘1上均匀分布，并以键和螺钉进行连接；小型转盘1通过平键和转轴连接，转轴两端均有轴承，轴承座安装在支架5上；控制电机3和小型转盘1的转轴之间采用同步带4传动。整个自动换刀机构可以通过螺纹连接固连在数控机床的某个位置，或连在某可移动装置上。

2)卡爪定位和位姿调节原理

卡爪7通过共面相交的三个弹性元件8进行定位，这三个弹性元件8一端和卡爪7固连，一端和卡爪安装板11连接。需要进行位姿调节时，通过调节安装于卡爪安装板11中的三套卡爪位姿调节装置9，调整三个弹性元件8的长度，改变其受力状态，从而实现三个不同方向的受力调整，达到卡爪位姿调节的目的。由于弹性元件8和卡爪位姿调节装置9中的弹簧的共同作用，卡爪7可实现6个自由度的微动。

3)刀柄夹持原理

卡爪7的梯形虎口卡在刀柄6上的梯形环槽内，实现刀柄6的轴向定位；同时安装于卡爪上的刀柄卡紧机构10——开口圆柱薄片弹簧受到刀柄6施加的压力产生方向弹性力，压紧刀柄6，实现刀柄6的径向定位，参见图2、图3。

4)存刀操作

参见图3，存刀操作即把主轴12上的刀放回自动换刀机构的刀库上。换刀时首先执行存刀操作，通过程序指令选择一空刀位，同时通过控制小型转盘1转动，以该刀位的卡爪7半圆形虎口轴线位置为控制基准，将该刀位旋转到与主轴12的轴线平行的位置，控制主轴12(如图3(b)所示)运动到卡爪7虎口的开口处且主轴12上所装刀柄6的梯形环槽与卡爪7的梯形虎口对齐的位置(如图3(a)所示)，按图3所示的存刀方向向卡爪7虎口内运动到极限位置，之后控制主轴12松开刀柄，并延背离刀尖的轴线方向移出，如图4(b)所示的存刀操作。

5)取刀操作

在进行取刀操作时先根据程序中的换刀指令选择相应的刀具，同时通过小型转盘1转动将该刀柄6旋转到与主轴12的轴线平行的位置，并控制主轴12移移动至换刀位置，即主轴12的轴线与空刀位的卡爪7半圆弧虎口轴线共线，对齐后电主轴延刀柄6的轴线方向向前移动至固定位置(如图4所示的取刀操作)，控制主轴12执行夹紧动作夹住刀柄6，之后电主轴11按图3所示的取刀方向、同时克服刀柄卡紧机构10的弹性力水平退至安全位置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.微小型双列盘式自动换刀机构，主要包括用于装卡微小型刀具的刀卡单元；用于安装刀卡单元的小型转盘；用于安装小型转盘的支架；用于控制转盘分度的控制电机，其特征在于一个刀卡单元平行安装两把刀具而构成安装刀卡单元的转盘为双列盘式结构。

2.根据权利要求1所述的微小型双列盘式自动换刀机构，其特征在于刀卡单元由卡爪、卡爪安装板、卡爪位姿调节装置、刀柄卡紧机构组成，刀卡单元的卡爪为一体式结构，由共面相交的三个弹性元件进行固定，刀柄卡紧机构为开口圆柱薄片弹簧。

3.根据权利要求1所述的微小型双列盘式自动换刀机构，其特征在于刀具的插放和拔取由控制主轴的运动完成。

4.根据权利要求1所述的微小型双列盘式自动换刀机构，其特征在于采用控制电机的编码器控制小型转盘的准确分度。

5.根据权利要求2所述的微小型双列盘式自动换刀机构，其特征在于刀卡单元上装有卡爪位姿调节装置。