CN102284878A - 龙门加工中心自动换头头库机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及龙门加工中心技术领域，具体涉及一种龙门加工中心自动换头头库机构，包括与机床独立设置的头库库身、设置在头库库身上端面左侧并能够纵向运动的多个头库支架，以及推动头库支架运动的推动机构，在所述头库支架一侧的头库库身上设置有能够横向运动的小车，以及驱动小车运动的驱动装置。本自动换头头库机构能够自动根据需要进行更换附件头支架、且自动换头速度快，定位精度高，能够保证机床性能可靠；加工中心在一次自动换头后，一次装夹工件可以实现工件的五面体加工，在提高整个机床的加工效率的同时，也将提高零件的加工精度，这正是应用此结构的龙门式数控机床成功进入到国家重点行业的关键之所在。
Description
技术领域
本发明涉及龙门加工中心技术领域，具体涉及一种龙门加工中心自动换头头库机构。
背景技术
我国许多重要行业，如发电设备(水电、风电、核电)、航空、航天、船舶、汽车制造业都需要高精、大型数控龙门装备。大型龙门加工中心是现代装备制造业的急需设备，随着我国经济的不断成长，国家越来越重视重型龙门加工中心项目相关行业的发展。目前机械制造业广泛应用的龙门式五面体加工中心。自动换头头库机构，为龙门五面体加工中心的关键部件，该结构的合理与否，直接影响整个机床的加工范围、加工效率和零件的加工精度，而加工精度正是影响机床的应用范围的主要因素。
随着制造业的高速发展，风电船舶叶片、大型柴油机体等大型复杂零件的加工通常需要很多自动分度附件头，因此对自动附件头头库的容量的要求也越来越高。龙门五面体加工中心的头库必需具有合理的布局、较高的自动化程度、高精度以及良好的可靠性。
自动头库是与机床相对独立的的部件，是机床的重要部件之一。它在很大程度上决定了机床的加工效率、加工范围、精度和精度保持性，同时还能够减轻工人劳动强度，提高机床自动化程度，也是保证机床加工精度的最重要因素之一。
而现代龙门五面体加工中心设计使用的自动头库主要有：安装在工作台后面、安装在立柱正面或者侧面的伺服头库。
固定在工作台后部：此种结构由于受自动头库安装在工作台面的，受台面及两立柱之间宽度的的影响，头库容量有一定的限制，而且影响机床的X轴方向的加工范围。头库跟着工作台面移动，长时间的定位精度会受到影响，故头库需要定期调整。此外，对于一些有高压冷却的加工中心，由于在加工范围内切削液飞溅，因此头库的密封要求比较高，这样就降低了自动头库的可靠性。
安装在立柱正面：自动头库安装在立柱面上，一般分给上下两层，上面一层为附件头罩，下面一层为直角洗头或者万能铣头。通过驱动Y轴拖板和Z轴方滑枕定位到头库位置进行自动换头。头库通过气缸或者液压驱动头罩支架移动或者翻转来实现头罩和附件头的交替转换。由于受立柱面大小的影响，故头库只能容纳头罩和一个附件头，这样就大大缩小了加工中心的加工范围，再者立柱面安装了头库加大了加工中心全防护的安装难度，对机床Y轴方向加工范围有所影响。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供一种龙门加工中心自动换头头库机构，其独立于机床主体之外、相对独立的伺服电机驱动，头库的容量大大的加大，能够满足复杂工件的加工需要，提高了加工效率、减轻工人劳动强度、提高了机床自动化程度、提升了设备的档次。
实现本发明的技术方案如下：
龙门加工中心自动换头头库机构，包括与机床独立设置的头库库身、设置在头库库身上端面左侧并能够纵向运动的多个头库支架，以及推动头库支架运动的推动机构，在所述头库支架一侧的头库库身上设置有能够横向运动的小车，以及驱动小车运动的驱动装置。
所述头库库身上端面左侧设有多个纵向导轨，在每个头库支架的底部均设置有与纵向导轨相配合的滑块，所述小车上纵向设置有与纵向导轨相同的导轨，所述导轨与纵向导轨处于同一水平面且导轨安装开档宽度相同。通过推动机构能够将头库支架从纵向导轨上推到小车的导轨上，同时也能够将头库支架从小车的导轨上拉回到纵向导轨上。
所述驱动装置包括横向设置在头库库身上端面右侧的滚珠丝杠、设置在小车底部与滚珠丝杠配合的螺母，以及设置在滚珠丝杠一端驱动滚珠丝杠转动的驱动电机；驱动电机驱动滚珠丝杠转动，从而带动固定在小车底部的螺母以及小车一起往复运动。同时采用滚珠丝杠、螺母的传动，大大提高了定位精度。
为了使小车能够平稳的往复运动，在所述头库库身上端面右侧设置有横向导轨，在小车的底部设置有与横向导轨配合的横向滑块，小车横向滑块能够在横向导轨上往复运动，保证小车的运行精度和平稳性。
所述推动机构为气缸，气缸的活塞杆顶端固定连接有连接块，连接块上设置有卡槽，在所述的小车一侧固定设置有挡块，所述挡块上设置有与所述卡槽相配合的卡持部，所述卡持部能够在卡槽内横向运动。当头库支架在纵向导轨上时，连接块上的卡槽是与挡块上的卡持部是配合在一起的，从而气缸活塞杆能够推动头库支架运动到小车上并到位，驱动电机驱动滚珠丝杠转动将小车以及小车上的头库支架一起运走，此时连接块上的卡槽与挡块上的卡持部分开；而在需要收回头库支架时，小车以及小车上的头库支架，在驱动电机驱动滚珠丝杠转动的作用下往回运动到连接块位置，并使连接块上的卡槽是与挡块上的卡持部配合在一起，气缸活塞杆收回将头库支架收回。
所述小车上设置有对头库支架进行定位的定位装置，其包括固定设置在小车上具有安装通孔的定位块，在安装通孔内安装有顶紧弹簧以及安装在顶紧弹簧一端的定位球，安装通孔内设置有让定位球小部分伸到安装通孔外的安装位，所述头库支架上固定设置有定位板，定位板上开设有与定位球相配合的定位槽。在头库支架从纵向导轨移动到小车的导轨上过程中，定位板将伸出的定位球压下去，而在头库支架移动到小车到位后，定位球在顶紧弹簧的作用下，再将定位球顶出，使定位球卡在定位板上的定位槽内，从而将头库支架定位到小车上。
为了保证头库支架定位到小车上的牢固性，所述定位装置为四个，其均布在小车的两侧，从而将头库支架牢牢的定位在小车上。
在每个头库支架的一侧均设置有保险装置，其包括固定设置在头库库身上端面的安装块、穿过安装块并伸出安装块上端面的保险销，以及固定设置在头库支架上与保险销相配合的挡板，所述保险销的底端设置有弹性件，在保险销上固定连接有受压装置，所述小车上固定设置有与受压装置配合的压块。在平常状态下，在压缩弹簧的作用下保险销伸出挡住挡板，避免头库支架意外纵向导轨右侧移动而坠落；在小车运送需要的头库支架时，小车则在驱动电机带动滚珠丝杠转动的作用下，移动到指定的头库支架一侧，使纵向导轨与小车上的导轨形成一条直线，此时压块压下受压装置并带动保险销下移，保险销不会对挡板形成阻挡，从而气缸活塞杆推动头库支架移动到小车上的导轨；当在将小车上的头库支架运回到纵向导轨时，小车移动需要放回的纵向导轨一侧，使小车导轨与纵向导轨形成一条直线，此时压块压下受压装置并带动保险销下移，气缸活塞杆拉动头库支架移动到纵向导轨上。
所述受压装置包括固定连接保险销的轴，以及设置在轴一端的轴承，所述压块与轴承相配合。
所述压块与轴承的配合处为斜面设计，便于压动轴承，减小摩擦。
采用了上述方案，本自动换头头库机构能够自动根据需要进行更换附件头支架、且自动换头速度快，定位精度高，能够保证机床性能可靠；加工中心在一次自动换头后，一次装夹工件可以实现工件的五面体加工，在提高整个机床的加工效率的同时，也将提高零件的加工精度，这正是应用此结构的龙门式数控机床成功进入到国家重点行业的关键之所在。
本发明具有以下优点：
1、头库容量大，大大的扩大了机床对复杂工件的加工范围。
2、独立于机床安装，不影响机床的加工范围。
3、可以根据实际要求随时更换附件头支架，互换性好。
4、可以通过机床的操作面板或者头库独立的操作箱控制换头，符合人机工程学，自动化程度高。
5、安装、维修方便，对环境无特殊要求，不排出任何有害物质，绿色环保。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的俯视图；
图3为图1的左视图；
图4为图1的A处放大图；
图5为图3的B处放大图；
图6为图3的C处放大图；
图中，1为头库库身，2为头库支架，3为小车，4为滚珠丝杠，5为横向导轨，51为横向导轨，6为横向滑块，7为纵向导轨，8为滑块，9为导轨，10为气缸，11为气缸的活塞杆，12为连接块，13为卡槽，14为挡块，15为卡持部，16为安装通孔，17为定位块，18为顶紧弹簧，19为定位球，20为安装位，21为定位板，22为安装块，23为保险销，24为挡板，25为弹簧，26为压块，27为轴，28为轴承，29为附件头，30为刀库机械手，31为横梁，32为拖板，33为滑枕，34为驱动电机。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进一步说明。
参见图1-6所示，龙门加工中心自动换头头库机构，包括与机床独立设置的头库库身1，独立的床身通过地脚螺钉安装在加工中心前部刀库一侧的地基上面，设置在头库库身上端面左侧并能够纵向运动的六个头库支架2，以及推动头库支架运动的推动机构，在头库支架一侧的头库库身上设置有能够横向运动的小车3，以及驱动小车运动的驱动装置，其驱动装置包括横向设置在头库库身1上端面右侧的滚珠丝杠4、固定在小车底部与滚珠丝杠配合的螺母，以及位于在滚珠丝杠一端驱动滚珠丝杠转动的驱动电机34，头库库身1上端面右侧、滚珠丝杠4的两侧分别安装有两根通长的横向导轨5、51，在小车的底部设置有与横向导轨配合的横向滑块6。在头库库身上端面左侧设有多个纵向导轨7，在每个头库支架的底部均安装有与纵向导轨相配合的滑块8，这样头库支架就可以沿着纵向导轨方向进行移动，不工作的时候，头库支架2在纵向导轨7上，小车3上纵向设置有与纵向导轨7相同的导轨9，导轨9与纵向导轨7处于同一水平面且安装开档宽度相同，从而在纵向导轨与导轨在一条直线上时，头库支架能够移动到小车上。
其中，推动机构为气缸10，气缸的活塞杆11顶端固定连接有连接块12，连接块上设置有卡槽13，在小车一侧固定设置有挡块14，挡块14上设置有与卡槽13相配合的卡持部15，卡持部能够在卡槽内横向运动。
在小车上设置有均布在小车的两侧、对头库支架进行定位的四个定位装置，其包括固定设置在小车上具有安装通孔16的定位块17，在安装通孔16内安装有顶紧弹簧18以及安装在顶紧弹簧一端的定位球19，安装通孔内设置有让定位球小部分伸到安装通孔外的安装位20，头库支架上固定设置有定位板21，定位板21上开设有与定位球19相配合的定位槽，通过四个定位装置使头库支架精确的固定在小车上面。
在每个头库支架的一侧均设置有保险装置，其包括固定设置在头库库身上端面的安装块22、穿过安装块22并伸出安装块上端面的保险销23，以及固定设置在头库支架上与保险销相配合的挡板24，保险销23的底端设置有弹簧25，在保险销23上固定连接有受压装置，小车上固定设置有与受压装置配合的压块26，受压装置包括固定连接保险销的轴27，在保险销23上有螺纹孔，轴通过螺纹孔与保险销23连接，以及设置在轴一端的轴承28，压块26与轴承27相配合。当小车移动到设定的位置时，小车底部的压块压下保险销，气缸则推动的头库支架由左侧的纵向导轨滑向右侧小车导轨上。压块与轴承的配合处为斜面设计。
各种附件头29安装在头库支架2上面并由两个定位销进行固定，驱动电机驱动滚珠丝杠4，小车2沿着两根横向导轨5、51移动，在小车上的导轨9移动到纵向导轨7相重合的位置时，压块26压下保险销23，此时气缸10将头库支架2由纵向导轨推到小车导轨上面，同时由四个定位装置将头库支架固定在小车上。驱动电机驱动滚珠丝杠转动，从而带有附件头的头库支架移动到刀库机械手30位置。
当加工需要使用或更换附件头时，控制系统发出指令，位于横梁31上的Y轴伺服电机，驱动拖板32移动定位到刀库机械手30位置的上方，Z轴电机驱动滑枕33向下移动定位到刀库机械手30位置。机床垂直滑枕端部设置有自动抓取附件头的抓取装置，该抓取装置可以通过控制系统控制自动完成附件头的安装、定位及4*90度回转动作；在垂直滑枕端部设置附件头自动识别装置及转位识别装置，当附件头被自动抓取到滑枕端部时，系统可以通过识别器自动侦测到附件头的型号，并与控制系统的编程指令进行识别，若正确系统指令动作可以自动向下进行，若错误就报警，操作者进行调整。附件头转位也具有自动识别功能，当系统发出转位指令后，附件头通过交流主轴伺服电机的定向功能，液压自动松开与锁紧装置实现4*90度转位，转位位置通过识别器自动发出信号，数控系统将位置信号与控制系统的编程指令进行识别，若正确系统指令动作可以自动向下进行，若错误就报警，操作者进行调整。因此控制系统具有自动定位识别、4*90度自动转位识别、功率限制保护识别功能。
Claims (10)
1.龙门加工中心自动换头头库机构，其特征在于：其包括与机床独立设置的头库库身、设置在头库库身上端面左侧并能够纵向运动的多个头库支架，以及推动头库支架运动的推动机构，在所述头库支架一侧的头库库身上设置有能够横向运动的小车，以及驱动小车运动的驱动装置。
2.根据权利要求1所述的龙门加工中心自动换头头库机构，其特征在于：所述头库库身上端面左侧设有多个纵向导轨，在每个头库支架的底部均设置有与纵向导轨相配合的滑块，所述小车上纵向设置有与纵向导轨相同的导轨，所述导轨与纵向导轨处于同一水平面且导轨安装开档宽度相同。
3.根据权利要求1所述的龙门加工中心自动换头头库机构，其特征在于：所述驱动装置包括横向设置在头库库身上端面右侧的滚珠丝杠、设置在小车底部与滚珠丝杠配合的螺母，以及设置在滚珠丝杠一端驱动滚珠丝杠转动的驱动电机。
4.根据权利要求1所述的龙门加工中心自动换头头库机构，其特征在于：所述头库库身上端面右侧设置有横向导轨，在小车的底部设置有与横向导轨配合的横向滑块。
5.根据权利要求1所述的龙门加工中心自动换头头库机构，其特征在于：所述推动机构为气缸，气缸的活塞杆顶端固定连接有连接块，连接块上设置有卡槽，在所述的小车一侧固定设置有挡块，所述挡块上设置有与所述卡槽相配合的卡持部，所述卡持部能够在卡槽内横向运动。
6.根据权利要求1所述的龙门加工中心自动换头头库机构，其特征在于：所述小车上设置有对头库支架进行定位的定位装置，其包括固定设置在小车上具有安装通孔的定位块，在安装通孔内安装有顶紧弹簧以及安装在顶紧弹簧一端的定位球，安装通孔内设置有让定位球小部分伸到安装通孔外的安装位，所述头库支架上固定设置有定位板，定位板上开设有与定位球相配合的定位槽。
7.根据权利要求1所述的龙门加工中心自动换头头库机构，其特征在于：所述定位装置为四个，其均布在小车的1两侧。
8.根据权利要求1所述的龙门加工中心自动换头头库机构，其特征在于：在每个头库支架的一侧均设置有保险装置，其包括固定设置在头库库身上端面的安装块、穿过安装块并伸出安装块上端面的保险销，以及固定设置在头库支架上与保险销相配合的挡板，所述保险销的底端设置有弹性件，在保险销上固定连接有受压装置，所述小车上固定设置有与受压装置配合的压块。
9.根据权利要求8所述的龙门加工中心自动换头头库机构，其特征在于：所述受压装置包括固定连接保险销的轴，以及设置在轴一端的轴承，所述压块与轴承相配合。
10.根据权利要求9所述的龙门加工中心自动换头头库机构，其特征在于：所述压块与轴承的配合处为斜面设计。
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