CN102615540A - 一种机械手自动换刀机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械手自动换刀机构，由壳体、刹车电机、减速机构输入轴、减速机构输出部件、旋臂凸轮、六星轮、机械手、机械手轴、插拔刀杠杆、松刀凸轮、带有柱塞的柱塞油泵、滚轮、凸轮位置开关构成，其特征在于：在油泵的缸体上制有一补油孔，补油孔与盛有油液的补油杯相联通，一柱塞复位弹簧安置在油泵的缸体与柱塞之间。本发明用于消除可能因微量油液泄漏或温度变化而导致松刀失效，机构损伤的隐患，能适用于多种主轴、适用于多种加工中心。

Description

一种机械手自动换刀机构

技术领域

本发明涉及一种用于加工中心机械手自动换刀机构，尤其是一种利用凸轮实现自动换刀过程中机械手和主轴松拉刀动作协调控制的机械手自动换刀机构，属于金属切削机床技术领域。

背景技术

发明专利200810011687.3-“加工中心液压凸轮联动换刀机构”提出一种与传统技术不同的机械手自动换刀机构。按传统技术，换刀机械手仅承担机械手的回转扣刀和拔插刀动作，其间需要与主轴松拉刀机构相互配合，两套机构需要数控系统进行检测和协调控制，整个换刀过程，换刀机械手要起动停止3次，每起动一次，要检测并等待机械手状态信号就绪，控制机械手停止，停止后又要检测并等待主轴松拉刀状态信号就绪、才能进行下一次机械手起动，每个起动停止过程，只要有一个检测信号不正常，换刀过程就不能继续进行，所以不但换刀过程慢，而且故障率较高。而发明专利200810011687.3提出的“液压凸轮联动换刀机构”用一个与机械手控制凸轮联动的松刀凸轮推动一个推动油缸的活塞，该油缸输出的油液通过油管推动一个装在主轴箱上的松刀油缸的活塞，该活塞通过一个杠杆推动主轴后端的拉刀杆，实现主轴松拉刀动作与机械手动作的协调，使整个过程换刀机械手只要起动停止一次就可完成，大幅度加快了换刀速度，简化了结构，提高了换刀过程的可靠性。但该发明仍有以下不足：1，一个推动油缸经液压油管与一个松刀油缸联动，因主轴相对于换刀机械手长时间处于运动之中，液压油管较长并软硬串联，其间经过多个液压接头，长时间微量油液泄漏难免，以及高压软管膨胀量受温度影响均会影响松刀油缸活塞的行程，而松刀行程必须在一定范围内才能实现有效松刀，如因长时间微量的油液泄漏，或温度的变化，或混入气体导致松刀油缸活塞的行程达不到上述范围，则一次性起动停止的，无松刀检测的换刀运动，就会造成换刀机构的破坏性损伤。2，松刀油缸的活塞通过一个杠杆推动主轴后端的拉刀杆，实现主轴松刀或拉刀，该结构不利于换刀时向刀柄锥面吹气，也不适用于直连主轴、中喷主轴。3，该发明显然是为某种特定的卧式加工中心设计的，松刀凸轮要经一齿轮系与机械手控制凸轮联动，体积较大，无法置于主轴的同一侧。如要像传统的凸轮换刀机械手那样，既能适用于卧式加工中心，又能适用于立式加工中心，其布局应更紧凑，并置于主轴的同一侧。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新的液压凸轮液压联动换刀机构，以克服已有技术可能因微量油液泄漏或温度变化而导致松刀失效，机构损伤的隐患，以及不能适用于多种主轴，不能适用多种加工中心的不足。

为达到本发明的目的，本发明采用如下技术方案。

本发明自动换刀机构是由壳体、刹车电机、减速机构输入轴、减速机构输出部件、旋臂凸轮、六星轮、机械手、机械手轴、插拔刀杠杆、松刀凸轮、带有柱塞的柱塞油泵、滚轮、凸轮位置开关构成，所述旋臂凸轮与减速机构输出部件固接，旋臂凸轮外圆上的环面凸轮槽与六星轮啮合，旋臂凸轮一侧端面上的平面插拔刀凸轮与插拔刀杠杆上的滚轮啮合并通过插拔刀杠杆推动机械手轴作直线插拔刀运动，松刀凸轮的凸轮面与滚轮接触，滚轮直接地或通过一杠杆机构与柱塞的外端连接，油泵内的油液通过高压软管与带有松刀杆的主轴的松刀油缸联通；凸轮位置开关及刹车电机和数控系统相连；其结构特点是：

在所述油泵的缸体上制有一补油孔，所述补油孔与盛有油液的补油杯相联通，加大松刀凸轮曲线升程，使油泵柱塞增加一个额外的补油行程，一个柱塞复位弹簧安置在油泵的缸体与柱塞之间，强制柱塞外伸使滚轮始终与松刀凸轮的凸轮曲面保持接触，当滚轮与松刀凸轮的最低点接触时，补油孔被打开，补油杯的油液与柱塞油泵内空间相通，并被抽入少量油液，从而使油泵，油管，松刀油缸回路内的油液得以及时补充。

本发明机械手自动换刀机构的结构特点也在于：

所述松刀凸轮与旋臂凸轮制成一体，或固定安装在旋臂凸轮的一侧，或固定安装在旋臂凸轮的一端轴伸上，油泵制在或固定在壳体上，使整个换刀机械手结构更简化，布局更紧凑，从而可以布置在主轴同一侧，以便同时适用于立式和卧式加工中心。

设置一个排气螺堵，位于油泵、高压油管与松刀油缸油路的最高端，以方便排净混入油泵、高压油管和松刀油缸油路中的气体。

所述松刀油缸为圆柱型或环形，同轴地安装在主轴的后端，松刀顶杆或环形松刀油缸的活塞顶套与主轴后端松刀杆直接接触，以便适用于市场上的多种主轴，松刀油缸的前腔通过接头、气管接到气压源，以便在松刀结束后把活塞推到最后端，排清油液，但这也可用一个弹簧实现。

本发明机械手自动换刀机构的特点还在于：

在松刀油缸上，或相对于主轴固定的任意部件上，安装一位移传感器，用于检测主轴松刀杆)的位移量；

设置一开关，用于检测松刀凸轮是否达到最高点位置；

所述位移传感器和电开关的输出信号接入一数控系统或带有一报警装置的数控系统，位移传感器可以是任何型式的位移量-电压传感器，也可用三或四只开关代替，如位移传感器采用三或四只开关，则不需要报警控制装置，三或四只开关和电开关可直接接到数控系统PLC输入端子。

所述数控系统或带报警装置的数控系统在每次电开关的检测输出信号有效时，根据位移传感器的检测输出信号选择执行以下之一的过程：

a、显示松刀行程正常，换刀及加工程序继续；

b、提示当前松刀行程偏小，换刀及加工程序继续；

c、发出松刀行程接近最低极限的报警，本次换刀继续，但换刀结束后加工程序即停止；

d、发出松刀行程小于或等于最低极限报警，换刀电机立即停电并刹车。

本发明机械手自动换刀机构的特点还在于：

所述数控系统设置有松刀行程调整程序和机械手复位程序；执行松刀行程调整程序，换刀机械手将自动运行到松刀凸轮达最高点的位置并停止；并由报警装置或数控系统显示报警信号及实际松刀位置值，操纵数控系统执行复位程序，换刀机械手自动运行到起始位，此时可进行松刀行程调整，随后再执行松刀行程调整程序，检查报警信号及实际松刀位置值，如不满意，可再次重复以上过程；如满意，可操纵数控系统执行机械手复位程序；在执行机械手复位程序时，换刀机械手自动运行到起始位并停止。

所述位移传感器由盖有带缝的遮光罩的至少三只光电开关、LED发光管和遮光板构成，所述三只光电开关分别是第一光电开关、第二光电开关和第三光电开关。

与已有技术相比，本发明有益效果体现在：

1、本发明克服了已有技术可能因微量油液泄漏或温度变化而导致松刀失效，机构损伤的隐患，确保自动换刀系统的安全可靠；

2、本发明使机床操作人员能及时了解换刀系统的工作状态，并可方便的调整到最佳状态；

3、本发明能适用于多种主轴；

4、本发明能适用多种加工中心，因而适合于大批量生产。

附图说明

图1是本发明机械手自动换刀机构总体布局图。

图1a是图1的B-B剖面图。

图2是用三个光电开关代替位移传感器的示意图。

图2a是图2的A-A剖面图。

图3是不同松刀行程与对应的报警装置及数控系统的不同反应示意图。

附图标号：1壳体，2a刹车电机，2b减速机构输入轴，2c减速机构输出部件，3旋臂凸轮，4六星轮，，5机械手，6机械手轴，7插拔刀杠杆，7b连杆、7c轴承滑块、8松刀凸轮，9柱塞油泵，9a柱塞，9b补油孔，9c弹簧，9d油管接头，10滚轮，10a滚轮轴承，10b滚轮销轴，11高压油管，12松刀油缸，12a活塞，12b松刀顶杆，12c油管接头，12d气管接头，12f，遮光板，13插拔刀凸轮，14排气螺堵，15补油杯，16主轴，16a主轴松刀杆，17位移传感器，17a P1光电开关，17b P2光电开关，17c P3光电开关，17d带缝遮光罩，17eLED发光管，18松刀最高点开关，19报警装置，20数控系统，21旋臂凸轮位置开关，24吹气管，25压力气管，26电磁气阀，27压力气源。

具体实施方式

参图1和图1a，本实施例中机械手自动换刀机构由壳体1、刹车电机2a、减速机构输入轴2b、减速机构输出部件2c、旋臂凸轮3、六星轮4、机械手5、机械手轴6、插拔刀杠杆7、连杆7b、轴承滑块7c、松刀凸轮8、柱塞油泵9、滚轮10、高压软管11、松刀油缸12、带有松刀杆16a的主轴16和数控系统20等构成，旋臂凸轮3与减速机构2输出蜗轮固接，旋臂凸轮3外圆上的环面凸轮槽与六星轮4啮合，旋臂凸轮3一侧端面上的平面插拔刀凸轮13与插拔刀杠杆7上的滚轮啮合并通过杠杆7连杆7b，轴承滑块7c推动机械手轴6作直线插拔刀运动，杠杆7的支点轴7d安装在壳体1上，松刀凸轮8的凸轮面与滚轮10接触，滚轮10通过轴承10a，销轴10b与油泵9的柱塞9a联接，油泵9内的油液，通过高压软管11与松刀油缸12联通。

油泵9缸体上有一个补油孔9b，该孔与一个加有油液的补油杯15联通，加大松刀凸轮曲线升程，使油泵柱塞增加一个额外的补油行程，一个柱塞复位弹簧9c安置在油泵9的缸体与柱塞之间，强制柱塞外伸使滚轮10始终与松刀凸轮8的凸轮曲面保持接触，当滚轮10与松刀凸轮8的最低点接触时，补油孔9b被打开，补油杯15的油液与柱塞油泵内空间相通，并被抽入少量油液，从而使油泵9，油管11，松刀油缸12回路内的油液得以及时补充。

一个排气螺堵14设置在油泵9，油管11，松刀油缸12油路的最高位，方便排净混入该油路的气体。

松刀凸轮8与旋臂凸轮3制成或装成一体，也可安装在旋臂凸轮3已端的轴伸上，油泵9固定在壳体1上，使整个换刀机械手结构简化，布局紧凑，也使该换刀机械手可以布置在主轴同一侧，既适用于立式加工中心也适用于卧式加工中心。

位移传感器17装在松刀油缸12上或相对主轴固定的其它部件上，用于检测松刀顶杆12b的位移量，其作用与检测主轴松刀杆16a的位移量相同；在壳体1装有一个检测松刀凸轮最高点的开关18，位移传感器17及开关18直接与一个能接受模拟信号的数控系统20联接，或通过一个能接受模拟信号，并显示报警提示及位移值，输出报警信号的报警装置19与一个普通数控系统20联接，位移传感器17可以是任何型式的位移量-电压传感器，也可如图2和图2a所示，用三只光电开关代替，包括第一光电开关17a、第二光电开关17b和第三光电开关17c，此情况下不需要报警控制装置19，三只光电开关和开关18可直接接到数控系统20PLC输入端子。每个光电开关盖有带缝的遮光罩17d以提高测量精度，光电开关的位置分别调整到图3所示的P0，P1，P2点，17e是LED发光管，12f是装在松刀顶杆12b上的一个遮光板。

报警装置19和数控系统20在每次开关18信号有效时，根据位移传感器输出信号，确定执行以下过程(如图3所示)：

a、行程＞P2，显示松刀行程正常，换刀及加工程序继续；

b、P2＞行程＞P1，发出松刀行程偏小提示并显示到P0之差值，提醒机床使用者及时调整松刀行程，但换刀及加工程序继续；

c、P1＞行程＞P0，发松刀行程接近最低极限报警，本次换刀继续，但换刀结束后加工程序立即停止，等待使用者调整松刀行程后才能继续；

d、行程＜＝P0，松刀行程小于最低极限，发最高级报警，换刀电机立即停电并刹车。

数控系统20设置有松刀行程调整程序和机械手复位程序。执行松刀行程调整程序，换刀机械手将自动运行到松刀凸轮达最高点的位置并停止，并由报警装置19或数控系统20显示报警信号及实际松刀位置值。操纵数控系统执行复位程序，换刀机械手自动运行到起始位，此时可进行松刀行程调整，随后再执行松刀行程调整程序，检查报警信号及实际松刀位置值，如不满意，可再次重复以上过程，如满意，可操纵数控系统执行机械手复位程序，使换刀机械手自动运行到起始位，以下可选择

a、再执行一次换刀过程，

b、继续执行加工程序，

c、停止。

所采用松刀油缸12是的市场上普遍采用的圆柱型或圆环型松刀油缸，以便适用于市场上的多种主轴。

松刀油缸活塞中心螺孔内装有一个调整松刀行程的松刀顶杆12b，它后端还可接一根喷气管24，通一个喷气电磁阀26，以便在装刀时向刀柄锥面喷气，保证主轴和刀柄锥面干净。

松刀油缸的前腔通过接头12e，气管25接到气压源27，以便在松刀结束后把活塞12c推到最后端，排清油液。但这也可用一个弹簧代替。

Claims (7)

1.一种机械手自动换刀机构，由壳体(1)、刹车电机(2a)、减速机构输入轴(2b)、减速机构输出部件(2c)、旋臂凸轮(3)、六星轮(4)、机械手(5)、机械手轴(6)、插拔刀杠杆(7)、松刀凸轮(8)、带有柱塞(9a)的柱塞油泵(9)、滚轮(10)、凸轮位置开关(21)构成，所述旋臂凸轮(3)与减速机构输出部件(2c)固接，旋臂凸轮(3)外圆上的环面凸轮槽与六星轮(4)啮合，旋臂凸轮(3)一侧端面上的平面插拔刀凸轮(13)与插拔刀杠杆(7)上的滚轮啮合并通过插拔刀杠杆(7)推动机械手轴(6)作直线插拔刀运动，松刀凸轮(8)的凸轮面与滚轮(10)接触，滚轮(10)直接地或通过一杠杆机构与柱塞(9a)的外端连接，油泵(9)内的油液通过高压软管(11)与带有松刀杆(16a)的主轴(16)的松刀油缸(12)联通；凸轮位置开关(21)及刹车电机(2a)和数控系统(20)相连；其特征在于：

在所述油泵(9)的缸体上制有一补油孔(9b)，所述补油孔(9b)与盛有油液的补油杯(15)相联通，一柱塞复位弹簧(9c)安置在油泵(9)的缸体与柱塞之间。

2.按权利要求1所述的机械手自动换刀机构，其特征在于：所述松刀凸轮(8)与旋臂凸轮(3)制成一体，或固定安装在旋臂凸轮(3)的一侧，或固定安装在旋臂凸轮(3)的一端轴伸上，油泵(9)制在或固定在壳体(1)上。

3.按权利要求1所述的机械手自动换刀机构，其特征在于：设置一个排气螺堵(14)，位于油泵(9)、高压油管(11)与松刀油缸(12)油路的最高端。

4.按权利要求1所述的机械手自动换刀机构，其特征在于：所述松刀油缸(12)为圆柱型或环形，同轴地安装在主轴(16)的后端。

5.按权利要求1所述的机械手自动换刀机构，其特征在于：

在松刀油缸(12)上，或相对于主轴(16)固定的任意部件上，安装一位移传感器(17)，用于检测主轴松刀杆(16a)的位移量；

设置一开关(18)，用于检测松刀凸轮(8)是否达到最高点位置；

所述位移传感器(17)和电开关(18)的输出信号接入一数控系统(20)或带有一报警装置(19)的数控系统(20)；

所述数控系统(20)或带报警装置(19)的数控系统(20)在每次电开关(18)的检测输出信号有效时，根据位移传感器(17)的检测输出信号选择执行以下之一的过程：

a、显示松刀行程正常，换刀及加工程序继续；

b、提示当前松刀行程偏小，换刀及加工程序继续；

c、发出松刀行程接近最低极限的报警，本次换刀继续，但换刀结束后加工程序即停止；

d、发出松刀行程小于或等于最低极限报警，换刀电机立即停电并刹车。

6.按权利要求1所述的机械手自动换刀机构，其特征在于：所述数控系统(20)设置有松刀行程调整程序和机械手复位程序；执行松刀行程调整程序，换刀机械手将自动运行到松刀凸轮达最高点的位置并停止；执行机械手复位程序，换刀机械手自动运行到起始位并停止。

7.按权利要求1所述的机械手自动换刀机构，其特征在于：所述位移传感器(17)由盖有带缝的遮光罩(17d)的至少三只光电开关、LED发光管(17e)和遮光板(12f)构成，所述三只光电开关分别是第一光电开关(17a)、第二光电开关(17b)和第三光电开关(7c)。

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