CN103586722A - 加工中心 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加工中心，它主体（1）、主动轴（2）和刀库（3），所述刀库（3）的轴线垂直于待加工件（10）的上表面，所述刀库（3）上设有同圆且均匀分布并用于容置刀具（9）的安装杆（4）的通孔，所述的安装杆（4）滑动并转动配合在该通孔内，且在各安装杆（4）的底端安装有不同的刀具（9），所述安装杆（4）和主动轴（2）之间还设有可脱开的传动机构，所述刀库（3）上设有驱动该安装杆（4）上下滑动以完成所述传动机构脱开或连接并且可以在任意位置定位的伸缩机构。采用本发明结构，无需另外设置机械臂进行换刀和装刀工序，从而使整个换刀过程更加迅速，从而提高了加工效率。

Description

加工中心
技术领域
本发明涉及一种加工中心。 
背景技术
在现代机械加工领域中，加工中心作为一种高精度的自动化加工设备，由于其自身的工序较集中、加工精度高和带有自动换刀的特点，因此越来越多的被应用到高精密零部件的加工中。尤其对于一些形状比较复杂、精度要求又高的小批量零部件，其加工的方式往往选择高精度的加工中心完成。而对于常规的加工中心其加工过程往往是一个主轴转动带动一把刀具对零部件进行加工，由于零部件形状的复杂性，因此必然需要频繁的更换刀具，而其换刀的步骤一般是先通过刀库转动选择要用的刀具，然后机械手工作完成换刀，最后进行装刀。由此不难看出，上述的换刀过程占用了大量的加工时间，严重制约了加工中心的加工效率。这也是加工中心较难应用到大批量生产中的原因之一。 
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提供一种换刀速度快的且加工效率较高的并能进行大批量加工的加工中心。 
本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的加工中心：它包括主体、设于所述主体上并由第一电机驱动转动的主动轴和由第二电机驱动转动的刀库，所述的第一电机与第二电机均与控制单元电连接，其特征在于：所述刀库的轴线垂直于待加工件的上表面，所述刀库上设有同圆且均匀分布并用于容置刀具的安装杆的通孔，所述的安装杆滑动并转动配合在该通孔内，且在各安装杆的底端安装有不同的刀具，所述安装杆和主动轴之间还设有可脱开的传动机构，所述刀库上设有驱动该安装杆上下滑动以完成所述传动机构脱开或连接并且可以在任意位置定位的伸缩机构。 
作为本发明的一种改进，所述的传动机构是指，所述安装杆的顶端竖直方向高于刀库的上端面，且在该安装杆顶端上设有从动轮，所述主动轴上设有当所述从动轮随安装杆沿竖直方向运动时与该从动轮在啮合和脱开之间进行转换的主动轮，在所述从动轮和主动轮脱开时，沿竖直方向高度从上往下依次为从动轮、主动轮、刀库。该传动机构配合伸缩机构，可以使刀具顶出时齿轮啮合，达到刀具作业的目的，同时在刀具缩回时又能同步实现脱开，从而很好的实现了传动效果。 
作为本发明的另一种改进，所述的伸缩机构是指，在所述刀库上设有若干个与各安装杆一一对应的液压缸和连接板，所述连接板的一端与安装杆之间转动连接，其另一端与所述液 压缸的输出端固定连接，且在所述刀库上还设有用于容置该连接板，并使该连接板沿安装杆轴线方向滑动的滑槽，所述液压缸上设有与控制单元电连接的电磁阀。通过顶出机构可以自由控制对应刀具伸缩。 
作为一种优选，所述连接板的一端与安装杆之间转动连接是指，所述连接板的一端与安装杆之间转动连接是指，所述连接板的一端设有与安装杆相配合的安装孔，所述安装孔套于该安装杆外，且在该安装孔与安装杆之间设有若干轴承组，所述轴承组的内圈与安装杆固定连接，所述轴承组的外圈与连接板固定连接。通过轴承连接，使顶出机构既能使安装杆沿轴向伸缩又能使安装杆转动。 
进一步地，所述刀库为圆盘式的刀库，所述安装杆的数量为12个。 
作为本发明的最后一种改进，所述的主动轴与所述刀库位于同一轴线位置。当主动轴位于刀库的轴线位置时，可以实现主动轴同时与多个安装杆啮合的效果，从而达到多个刀具同时作业的目的。 
作为一种优选，所述刀库的外圆周面和第二电机之间通过一对相啮合的分度齿轮相连接。通过分度齿轮的啮合可以实现刀具的精确选择。 
采用以上结构，本发明与现有技术相比具有以下优点：刀库内的刀具旋转到工作位置时，只要顶出即可旋转工作，无需另外设置机械臂进行换刀和装刀工序，从而使整个换刀过程更加迅速，从而提高了加工效率。另外，最为一种优选方案，本发明还可以实现多个刀具同时作业，即可以通过多把高速旋转的刀具的几何位置的变化，依次对工件进行加工从而使换刀加工过程几乎没有停顿，更或者对于较小零件，可以是实现多个零部件同时加工，由此更进一步的提高了加工的效率，使本发明可以应用到大批量的生产中。 
附图说明
图1为本发明加工中心结构示意图。 
图2为本发明加工中心的示意图。 
图3为图1中“A”部分的放大结构示意图。 
图4为本发明加工中心停止状态示意图。 
图5为本发明加工中心工作状态示意图。 
图中所示：1、主体，2、主动轴，2.1、主动轮，3、刀库，3a、上端面，3.1、滑槽，3.2、分度齿轮，4、安装杆，4.1、从动轮，5、液压缸，6、连接板，6.1、轴承组，7、第一电机，8、第二电机，9、刀具，10、待加工件。 
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。 
如图1所示，本发明的加工中心，包括主体1、设于所述主体1上并由第一电机7驱动转动的主动轴2和由第二电机8驱动转动的刀库3，所述的第一电机7与第二电机8均与控制单元电连接，即通过加工中心的控制面板对第一电机7与第二电机8的开停进行自动化控制。所述刀库3的轴线垂直于待加工件10的上表面，所述刀库3上设有同圆且均匀分布并用于容置不同刀具9的安装杆4的通孔，所述的安装杆4滑动并转动配合在通孔内，所述各安装杆4的底端安装有不同的刀具9，也就是说刀库上的各刀具9和安装杆4均与刀库3的轴线相平行，因此当刀库3绕自身轴线转动从而带动刀具转动时，所述的全部刀具9的刀头均始终垂直于待加工件10的上表面，当刀具9旋转并伸长时即可对待加工件10进行加工。当然所述刀库3为圆盘式刀库时，其轴线是指其自身的旋转轴线，当所述刀库为椭圆或者由圆弧和直线围成的环形时，其轴线是指位于所述刀库3的几何中心且垂直于由刀库3上任意点沿其转动轨迹运动形成的平面的直线。即其所达到的技术效果是使安装与刀库3上的刀具9在随刀库旋转过程中，其刀具9始终垂直与待加工件10的上表面。 
所述安装杆4和主动轴2之间还设有使该安装杆4和主动轴2在连接和脱开之间进行转换的传动机构。该传动机构的作用是配合伸缩机构，使刀具9顶出时旋转加工，而缩回时又脱开静止。所述刀库3上设有驱动该安装杆4上下滑动以完成所述传动机构脱开或连接并且可以在任意位置定位的伸缩机构，该伸缩机构用于使安装杆沿轴向滑动并定位，即图2中所示的竖直方向的上下滑动，从而带动刀具9顶出和缩回，并且由此使上述的传动机构在脱开和连接状态之间进行转换。换句话说，所述伸缩机构不仅起到安装杆4的下行和上行运动，由此同时完成了传动机构的脱开和连接之间的转换，并使安装杆4定位在任意位置。 
当然上述的伸缩机构具体是这样地，在所述刀库3上设有若干个与各安装杆4一一对应的液压缸5和连接板6，所述连接板6的一端与安装杆4之间转动连接，其另一端与所述液压缸5的输出端固定连接，且在所述刀库3上还设有用于容置该连接板6，并使该连接板6沿安装杆4轴线方向滑动的滑槽3.1，所述液压缸5上设有与控制单元电连接的电磁阀。具体地，所述连接板6的一端设有与安装杆4相配合的安装孔，所述安装孔套于该安装杆4外，且在该安装孔与安装杆4之间设有若干轴承组6.1，所述轴承组6.1的内圈与安装杆固定连接，所述轴承组6.1的外圈与连接板6固定连接。从而当液压缸5的输出轴伸缩时，驱动连接板6的固定端随着上下运动，即图中液压缸5所对应的连接板6的一端，由此安装杆4进行上下运动，也就是所述安装杆4沿竖直方向滑动。由此不难看出，为了实现连接板6驱使安装杆4做轴向的滑动，又不影响安装杆4自身带动刀具9的转动，因此，所述连接板6上 与安装杆4之间必然设置若干轴承组6.1，从而使二者可以相对转动，并且提供轴向的推力。 
作为上述伸缩机构的另一种结构，所述伸缩机构还可以是由电机驱动曲柄转动，从而带动滑块的上下移动，由滑块连接所述连接板6，实现连接板6的上下运动，从而带动安装杆4的顶出和缩回。同样，所述伸缩机构还可以这样：在所述连接板6的自由端固定安装铁块，在所述铁块的上下两端各设有一个电磁铁，通过一个控制电路实现所述上下两端的电磁铁的得失电从而控制电磁铁吸合铁块，由此控制所述连接板6上移还是下移，由此实现伸缩机构的带动安装杆4的上下运动。 
另外为了实现上述的转动机构配合伸缩机构进行刀具的旋转和脱开静止，所述的传动机构可以是这样地：所述安装杆4的顶端竖直方向高于所述刀库3的上端面3a，且在该安装杆4顶端上设有从动轮4.1，所述主动轴2上设有当所述从动轮4.1随安装杆4沿竖直方向运动时与该从动轮4.1在啮合和脱开之间进行转换的主动轮2.1，在所述从动轮4.1和主动轮2.1脱开时，沿竖直方向高度从上往下依次为从动轮4.1、主动轮2.1、刀库3。具体地是，所述安装杆4的顶端穿通所述刀库3，并且在其顶部的轴上固定连接有一个从动轮4.1，该从动轮4.1的下表面高于所述刀库3的上表面，而在所述主动轴2的底端设有一个主动轮2.1，所述主动轮2.1和从动轮4.1沿安装杆4运动方向的垂直平面相啮合。该啮合是指当安装杆4往下运动时该主动轮2.1和从动轮4.1啮合，而当安装杆4往上运动时所述主动轮2.1和从动轮4.1脱开，使从动轮4.1在竖直方向上位于主动轮2.1的上方。由此不难看出，所述主动轮2.1和从动轮4.1是2个直齿轮构成。当然上述所指的竖直方向为如图所示的竖直方向，当本发明为卧式机床时，其竖直方向是指沿刀库3的旋转的轴线方向垂直与待加工件的方向。当然，所述带动主动轴2转动的第一电机7可以选用伺服电机，由此当主动轮2.1和从动轮4.1进行啮合的过程中，电机可以减缓主动轴2的转速，从而使啮合的过度更平缓，减少齿轮间的碰撞。 
更进一步地，如图2所示，所述刀库3的形状为圆盘式的，所述安装杆4沿该刀库3的周向均匀设置。且所述的主动轴2与所述刀库3位于同一轴线位置。即所述主动轴2底端的主动轮2.1的中心与位于刀库3轴线位置，由此可见当所述刀库3上全部的安装杆4由各自的伸缩机构推动，使安装杆4均朝下滑动时，所述各安装杆4上的从动轮4.1均与所述主动轮2.1相啮合，即实现了一个主动轴2带动多个安装杆4转动，从而带动多把刀具9同时进行工作的目的。因此当对工件进行加工过程中，多把刀具9均在高速转动，只需要进行各把刀具9的位置变化即可实现对待加工件10的换刀加工，非常快捷。更或者，对于一些较小的零部件更可以实现多个零部件由各自的刀具10同时加工。具体地，以4把刀具同时工作为例， 当刀库3的左上、右上、左下、右下沿圆盘式刀库的中心位置对称的四把刀具同时工作时，可以在一个待加工材料上同时进行作业，从而使待加工材料上的上下左右四个位置均完成一个一样的待加工件，从而一次加工程序完成了四个零部件的加工，大大提高了加工效率。并且所述四个待加工件10由于各刀具9位置的固定，因此其零部件的差异性较小，产品一致性较高。 
当然了，为了实现刀库旋转过程中刀具选择的正确定位，所述刀库与第二电机之间设有一个精确定位的装置，即所述刀库3的外圆周面和第二电机8之间通过一对相啮合的分度齿轮3.2相连接。 
综上所述，本发明的技术创新指在减少换刀过程的时间，以及在优选时可以实现多把刀具同时作业，从而带来加工效率上的较大提升，总体上实现本发明的快速加工的目的。因此，本发明并非仅仅局限于附图中所示的立式加工中心，它同样适用于卧式加工中心。 
本发明的工作原理是这样的： 
结合，图4和图5的运动状态的示意图，可以看出，第一电机带动主动轴旋转，当需要某一个刀具时，所述第二电机带动分度齿轮转动，从而使刀库旋转，使特定的刀具旋转到相应位置，由此对应液压缸工作推动该刀具对应的安装杆下移，从而带动刀具顶出，同时该刀具对应的从动轮在下移过程中与主动轮相啮合，使从动轮安装杆和刀具一起进行转动，最终对待加工件进行加工。当需要换刀时，对应液压缸工作，趋势相应的安装杆往上缩回，由此是刀具上移同时从动轮与主动轮的脱开，使该刀具静止，再由刀库旋转更换刀具，依次工作。当然最为一种优选方案，当本发明进行多个刀具同时作业时，只要相应的多个液压缸同时工作即可，其工作原理等同于单个刀具工作，只要其刀具在待加工件上的加工位置进过计算和程序设计。 
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换及改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。 

Claims (7)

1.一种加工中心，包括主体（1）、设于所述主体（1）上并由第一电机（7）驱动转动的主动轴（2）和由第二电机（8）驱动转动的刀库（3），所述的第一电机（7）与第二电机（8）均与控制单元电连接，其特征在于：所述刀库（3）的轴线垂直于待加工件（10）的上表面，所述刀库（3）上设有同圆且均匀分布并用于容置刀具（9）的安装杆（4）的通孔，所述的安装杆（4）滑动并转动配合在该通孔内，且在各安装杆（4）的底端安装有不同的刀具（9），所述安装杆（4）和主动轴（2）之间还设有可脱开的传动机构，所述刀库（3）上设有驱动该安装杆（4）上下滑动以完成所述传动机构脱开或连接并且可以在任意位置定位的伸缩机构。
2.根据权利要求1所述的加工中心，其特征在于：所述的传动机构是指，所述安装杆（4）的顶端竖直方向高于刀库（3）的上端面（3a），且在该安装杆（4）顶端上设有从动轮（4.1），所述主动轴（2）上设有当所述从动轮（4.1）随安装杆（4）沿竖直方向运动时与该从动轮（4.1）在啮合和脱开之间进行转换的主动轮（2.1），在所述从动轮（4.1）和主动轮（2.1）脱开时，沿竖直方向高度从上往下依次为从动轮（4.1）、主动轮（2.1）、刀库（3）。
3.根据权利要求1所述的加工中心，其特征在于：所述的伸缩机构是指，在所述刀库（3）上设有若干个与各安装杆（4）一一对应的液压缸（5）和连接板（6），所述连接板（6）的一端与安装杆（4）之间转动连接，其另一端与所述液压缸（5）的输出端固定连接，且在所述刀库（3）上还设有用于容置该连接板（6），并使该连接板（6）沿安装杆（4）轴线方向滑动的滑槽（3.1），所述液压缸（5）上设有与控制单元电连接的电磁阀。
4.根据权利要求3所述的加工中心，其特征在于：所述连接板（6）的一端与安装杆4）之间转动连接是指，所述连接板（6）的一端设有与安装杆（4）相配合的安装孔，所述安装孔套于该安装杆（4）外，且在该安装孔与安装杆（4）之间设有若干轴承组（6.1），所述轴承组（6.1）的内圈与安装杆固定连接，所述轴承组（6.1）的外圈与连接板（6）固定连接。
5.根据权利要求1所述的加工中心，其特征在于：所述刀库（3）为圆盘式的刀库，所述安装杆（4）的数量为12个。
6.根据权利要求5所述的加工中心，其特征在于：所述的主动轴（2）与所述刀库（3）位于同一轴线位置。
7.根据权利要求5所述的加工中心，其特征在于：所述刀库（3）的外圆周面和第二电机（8）之间通过一对相啮合的分度齿轮（3.2）相连接。
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