CN102699732B - 一种换刀机构及车铣复合机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换刀机构及车铣复合机床。该换刀机构包括：设置于主轴内腔的连接部件，所述连接部件连接松紧机构，所述连接部件以不同方向直线运动时，所述松紧机构相应地松开或紧固刀具；第一弹性元件和液压驱动的液压部件，液压油进油时，推动所述液压部件，进而推动所述连接部件以第一方向运动；液压油回油时，连接部件在第一弹性元件的作用下以第二方向运动。本发明换刀机构的拉刀和打刀动作中，其中一个动作由液压力驱动，另一个动作由弹簧力驱动。与现有技术相比，本发明具有刚性好、功能完备、加工简单、可靠性高等优点。

Description

一种换刀机构及车铣复合机床

技术领域

本发明涉及金属切削加工设备领域，特别涉及一种换刀机构，以及包括该换刀机构的车铣复合机床。

背景技术

车铣复合机床将铣削功能和车削功能集成于一身，减少了工件的装夹定位次数，提高了工件加工效率，被越来越广泛地应用于金属切削加工中。铣削主轴是车铣复合机床上带动刀具旋转的轴，铣削主轴的刚性对加工工件的精度起着重要作用，刚性越大，径向跳动越小，则工件的加工精度越高。铣削主轴的轴向尺寸对其铣削主轴的刚性有很大影响。

为了满足复合加工要求，车铣复合机床的铣削主轴需要集成丰富的功能，例如铣削主轴上的自动拉刀、车铣转换、中心出水及各种动作的检测确认等功能。现有技术的铣削主轴上，一般设置有用于装卸刀具的换刀机构。该换刀机构主要包括松紧机构和打刀杆。刀具安装在松紧机构上，该松紧机构与打刀杆连接。当打刀杆伸出时，松紧机构松开刀具，实现打刀作业（卸刀作业）；当打刀杆回退时，松紧机构紧固刀具，实现拉刀作业（装刀作业）。现有技术中，该打刀杆的伸出和回退均由液压驱动，受液压油腔及液压管路的限制，其占用体积大，不利于其他部件的空间布局。此外，该结构还具有可靠性差、加工复杂、成本高等缺点。

与此同时，为了进行动作检测，往往还会设置打刀检测机构。该打刀检测机构一般安装在前述铣削主轴的后部，这会加大铣削主轴的轴向尺寸，降低铣削主轴的刚性，增大机床整体的结构尺寸，降低加工工件的精度。

随着车铣复合机床的使用和需求日益增加，用户对其性能的要求也越来越高。因此，如何提供一种刚性高、可靠性好的车铣复合机床，以满足用户对其日益增多的需求，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提出了一种换刀机构，该换刀机构能够减小占用体积，提高可靠性。此外，本发明的换刀机构还可以增加铣削主轴的刚性，保证加工精度。

本发明的换刀机构，包括：

设置于主轴内腔的连接部件，所述连接部件连接松紧机构，所述连接部件以不同方向直线运动时，所述松紧机构相应地松开或紧固刀具；

第一弹性元件和液压驱动的液压部件，液压油进油时，推动所述液压部件，进而推动所述连接部件以第一方向运动；液压油回油时，连接部件在第一弹性元件的作用下以第二方向运动。

进一步地，所述换刀机构还包括：

与所述液压部件同步运动的检测部件；

位置开关，所述位置开关固定设置，当所述检测部件运动至接近或接触所述位置开关时，所述位置开关改变得失电状态，所述位置开关包括一个或两个。

进一步地，所述换刀机构还包括：

中心回转接头，所述中心回转接头设置于所述液压部件的内腔，所述中心回转接头包括相对旋转的第一部件和第二部件，所述第一部件固定设置，所述第二部件与所述连接部件固定连接；

设置于所述连接部件上的出水孔，所述出水孔与所述中心回转接头连通，水依次经过所述中心回转接头和所述出水孔后，流至刀具所在的位置。

进一步地，所述换刀机构还包括：

轴承，所述轴承包括内圈和外圈，所述中心回转接头的第二部件设置于所述内圈内侧，所述液压部件的内腔设置于所述外圈外侧。

进一步地，所述换刀机构还包括：

第二弹性元件，所述第二弹性元件的第一端作用于所述连接部件上、第二端作用于所述轴承上，在所述液压部件缩回到位时，所述连接部件的端部和所述液压部件的端部之间具有预设的间距。

进一步地，所述换刀机构还包括：

第一垫片，所述第一垫片设置于所述第二弹性元件第一端和所述连接部件端部之间；和/或

第二垫片，所述第二垫片设置于所述第二弹性元件第二端和所述轴承之间。

进一步地，所述第二弹性元件为套装于所述中心回转接头的第二部件上的碟簧。

进一步地，所述换刀机构还包括：

密封圈，所述密封圈的内圈套装于所述中心回转接头的第二部件上，所述密封圈的外圈与所述液压部件的内腔接触连接。

进一步地，所述第一弹性元件为套装于所述连接部件上的碟簧，所述第一弹性元件的第一端作用于所述主轴上、第二端作用于所述连接部件上。

本发明的另一方面，还提供一种车铣复合机床，其设置有前述的换刀机构。

本发明换刀机构的拉刀和打刀动作中，其中一个动作由液压力驱动，另一个动作由弹簧力驱动。与现有技术相比，本发明的整体结构紧凑，铣削主轴的轴向尺寸小，因而具有更好的刚性。此外，本发明只需要具有一个液压油腔，省去了主轴箱的进油回油管路，节省了空间，使得加工制造更加简单；而且，本发明采用碟簧结构的弹性元件，其相比于液压机构具有更高的可靠性。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明一实施例的换刀机构的结构示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1所示是本发明一实施例的换刀机构的结构示意图，该换刀机构可以用于主轴2上的刀具的拉刀（装刀）和打刀（卸刀）作业，将当前状态的刀具通过打刀作业卸下，再将另一刀具通过拉刀作业安装，即可以实现刀具的切换。该换刀机构可以用于多种可能的机床，优选用于车铣复合机床中。

从图1中可以看出，本发明的换刀机构至少包括连接部件1、第一弹性元件31和液压部件4。其中，连接部件1设置于主轴2内腔，在该主轴2的前端设置有刀具以及用于松开和紧固刀具的松紧机构（图中未示出）。应当清楚，本发明所指前后是相对于刀具而言，刀具所在的方位即为前方（图1所示左方）。本发明的连接部件1连接松紧机构，并可以在其它部件的驱动或带动下进行直线运动。当连接部件1以不同方向直线运动时，松紧机构相应地松开或紧固刀具。本发明的连接部件1可以是图1所示的杆状结构。

在图1所示的方位中，刀具和松紧机构位于左侧，当连接部件1向左伸出时，松紧机构可以松开刀具，从而实现打刀作业；当连接部件1向右缩回时，松紧机构可以紧固刀具，从而实现拉刀作业。应当清楚，本发明的连接部件1和松紧机构之间还可以有其它作用或连接关系，比如当连接部件1缩回时实现拉刀作业，其相对关系并不用以限制本发明。

液压部件4由液压驱动，其可以直接或间接与液压油接触，液压油腔可以设置于该液压部件4的一侧（在图1的实施例中为右侧）。本发明的液压部件4为单作用部件，仅在一个状态（推动连接部件1以第一方向运动）时由液压驱动，因此只需要具有一个液压油腔，节省了空间，并使得加工制造更加简单。

当液压油进油时，推动液压部件4，进而推动连接部件1以第一方向运动；液压油回油时，连接部件1在第一弹性元件31的作用下以第二方向运动。在图1所示的方位中，液压油进油时，液压部件4和连接部件1在液压力的作用下向左运动（第一方向）实现打刀；液压油回油时，连接部件1和液压部件4在弹簧力的作用下向左运动（第一方向）实现拉刀。应当清楚，第一弹性元件31、液压部件4和连接部件1的相对关系并不用以限制本发明。

第一弹性元件31可以是多种结构的弹性件，本发明并不受限于此。鉴于连接部件1运动的行程及所需要的负荷，优选第一弹性元件31为碟簧。该碟簧套装在连接部件1上，其第一端作用于主轴2上、第二端作用于连接部件1上（图1中简化了第一端的部分）。在图1所示的方位中，第一弹性元件31给主轴2施加向前的推力，同时给连接部件1施加向后的推力，使得连接部件1具有向后移动的趋势。

进一步地，本发明还具有位置检测功能，可以自动检测换刀机构是处于打刀状态或拉刀状态。相应地，本发明的换刀机构还包括图1所示的检测部件5和位置开关6。该检测部件5与液压部件4同步运动，其可以是固定于液压部件4上的杆状部件。此外，为了空间布局，其可以从主轴箱21的侧壁穿过，并位于液压部件4的下方。该结构可以整体上减小铣削主轴的轴向尺寸，使铣削主轴具有更好的刚性。

位置开关6与前述检测部件5匹配使用，当检测部件5随液压部件4运动至接近或接触位置开关6时，位置开关6改变得失电状态，进而反馈相关拉刀或打刀信息。该位置开关6可以包括一个或两个，优选两个。位置开关6可以通过支架61固定于主轴箱21上，其可以为行程开关或接近开关，更优选为接近开关。

在图1所示的实施例中，当检测部件5运动至左侧的位置开关6时，该位置开关6得电，根据其得电信息可以判断当前为打刀状态；当检测部件5运动至右侧的位置开关6时，该位置开关6得电，根据其得电信息可以判断当前为拉刀状态。本发明的位置开关6可以位于检测部件5的前端相应位置，从而可以使得整体结构更加紧凑。

更进一步地，本发明还具有中心出水功能。相应地，本发明的换刀机构还包括中心回转接头7和设置于连接部件1上的出水孔10。其中，该中心回转接头7设置于液压部件4的内腔，中心回转接头7包括相对旋转的第一部件71和第二部件72，第一部件71固定设置，第二部件72与连接部件1固定连接；该第一部件71可以固定设置于主轴箱21上、第二部件72可以通过螺纹与连接部件1固定连接。在工件加工作业时，连接部件1、中心回转接头7的第二部件72随主轴2一起进行旋转运动，第一部件71固定。

设置于连接部件1上的出水孔10与中心回转接头7连通，水依次经过中心回转接头7和出水孔10后，流至刀具所在的位置。应当清楚，水可以通过设置于主轴箱21上的水道或水管引入中心回转接头7的第一部件71内。

为了避免水对液压部件4的影响，本发明还设置有密封圈70，密封圈70的内圈套装于中心回转接头7的第二部件72上，密封圈70的外圈与液压部件4的内腔接触连接。

需要说明的是，在工件加工作业时，本发明的主轴2及设置于主轴2内腔的连接部件1进行旋转运动，此时液压部件4优选为静止状态。本发明可以在第一部件71和液压部件4之间设置有轴承8，该轴承8包括内圈和外圈，中心回转接头7的第二部件72设置于内圈内侧，液压部件4的内腔设置于外圈外侧。轴承8的内圈和外圈可以通过台阶面、垫片等方式限位，本发明并不受限于此。该轴承8可以是能够同时承受径向负荷和轴向负荷的角接触轴承。

进一步地，为了减小相对运动的连接部件1的端部（后端）和液压部件4的端部（前端）之间的摩擦，本发明还包括第二弹性元件32。该第二弹性元件32的第一端作用于连接部件1上、第二端作用于轴承8上，在液压部件4缩回到位时，连接部件1的端部和液压部件4的端部之间具有预设的间距。在图1所示的方位中，第二弹性元件32给连接部件1施加向前的推力，给轴承8施加向后的推力，使得轴承8及与其连接的液压部件4具有向后移动的趋势。优选第二弹性元件32为套装于中心回转接头7的第二部件72上的碟簧。

此外，在第二弹性元件32第一端和连接部件1端部之间还设置有第一垫片91，在第二弹性元件32第二端和轴承8之间还设置有第二垫片92。其中，该第二垫片92还可以对轴承8的外侧内圈进行限位。

对于本发明图1所示实施例的换刀机构而言，在打刀作业时，液压油进油，推动液压部件4和连接部件1向前运动；在拉刀作业时，液压油回油，第一弹性元件31推动连接部件1和液压部件4向后运动。在工件加工作业时，主轴2、连接部件1以及中心回转接头7的第一部件71进行旋转运动，液压部件4和中心回转接头7的第二部件72不进行旋转，并且在连接部件1的端部和液压部件4的端部之间具有预设的间距。与此同时，该换刀机构还集成了位置检测和中心出水的功能。

除了前述换刀机构外，本发明还提供一种设置有前述换刀机构的车铣复合机床。该车铣复合机床的其它结构参考现有技术，本文在此不再赘述。

综上所述，本发明换刀机构的拉刀和打刀动作中，其中一个动作由液压力驱动，另一个动作由弹簧力驱动。与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1）刚性好、功能完备

本发明的整体结构紧凑，铣削主轴的轴向尺寸小，因而具有更好的刚性，保证了加工工件的精度，提高了加工质量；与此同时，本发明的最优实施例中，换刀机构集成了拉刀打刀功能、中心出水功能以及位置检测功能，具有功能完备的优点。

2）加工简单、可靠性高

本发明的液压部件4仅在一个状态（推动连接部件1以第一方向运动）时由液压驱动，因此只需要具有一个液压油腔，省去了主轴箱21上的进油回油管路，节省了空间，使得加工制造更加简单；此外，本发明采用碟簧结构的弹性元件，其相比于液压机构具有更高的可靠性。

因此，本发明的有益效果是显而易见的。

本发明以上，以液压部件为主题并结合实施例，对本发明进行了详细阐述，但是，根据液压传动与控制和气压传动与控制之间原理及工矿的关系，本领域的技术人员应当理解，完全可以将本发明液压部件用于气压传动和控制中，即将本发明的液压部件作为气压部件来使用，进行气压传动与控制，同样可以实现本发明的技术效果。

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 (7)

1.一种换刀机构，其特征在于，包括：

设置于主轴(2)内腔的连接部件(1)，所述连接部件(1)连接松紧机构，所述连接部件(1)以不同方向直线运动时，所述松紧机构相应地松开或紧固刀具；

第一弹性元件(31)和液压驱动的液压部件(4)，液压油腔的数量只有一个，设置于所述液压部件(4)的一侧，液压油进油时，推动所述液压部件(4)，进而推动所述连接部件(1)以第一方向运动；液压油回油时，连接部件(1)在第一弹性元件(31)的作用下以第二方向运动；

中心回转接头(7)，所述中心回转接头(7)设置于所述液压部件(4)的内腔，所述中心回转接头(7)包括相对旋转的第一部件(71)和第二部件(72)，所述第一部件(71)固定设置，所述第二部件(72)与所述连接部件(1)固定连接；

设置于所述连接部件(1)上的出水孔(10)，所述出水孔(10)与所述中心回转接头(7)连通，水依次经过所述中心回转接头(7)和所述出水孔(10)后，流至刀具所在的位置；

轴承(8)，所述轴承(8)包括内圈和外圈，所述中心回转接头(7)的第二部件(72)设置于所述内圈内侧，所述液压部件(4)的内腔设置于所述外圈外侧；

第二弹性元件(32)，所述第二弹性元件(32)的第一端作用于所述连接部件(1)上、第二端作用于所述轴承(8)上，在所述液压部件(4)缩回到位时，所述连接部件(1)的端部和所述液压部件(4)的端部之间具有预设的间距。

2.根据权利要求1所述的换刀机构，其特征在于，还包括：

与所述液压部件(4)同步运动的检测部件(5)；

位置开关(6)，所述位置开关(6)固定设置，当所述检测部件(5)运动至接近或接触所述位置开关(6)时，所述位置开关(6)改变得失电状态，所述位置开关(6)包括一个或两个。

3.根据权利要求1所述的换刀机构，其特征在于，还包括：

第一垫片(91)，所述第一垫片(91)设置于所述第二弹性元件(32)第一端和所述连接部件(1)端部之间；和/或

第二垫片(92)，所述第二垫片(92)设置于所述第二弹性元件(32)第二端和所述轴承(8)之间。

4.根据权利要求1所述的换刀机构，其特征在于，所述第二弹性元件(32)为套装于所述中心回转接头(7)的第二部件(72)上的碟簧。

5.根据权利要求1-4任一项所述的换刀机构，其特征在于，还包括：

密封圈(70)，所述密封圈(70)的内圈套装于所述中心回转接头(7)的第二部件(72)上，所述密封圈(70)的外圈与所述液压部件(4)的内腔接触连接。

6.根据权利要求1-4任一项所述的换刀机构，其特征在于，所述第一弹性元件(31)为套装于所述连接部件(1)上的碟簧，所述第一弹性元件(31)的第一端作用于所述主轴(2)上、第二端作用于所述连接部件(1)上。

7.一种车铣复合机床，其特征在于，设置有权利要求1-6任一项所述的换刀机构。