CN103862314A

CN103862314A - 一种可扩展的换刀结构及加工中心

Info

Publication number: CN103862314A
Application number: CN201410088102.3A
Authority: CN
Inventors: 赖修颖; 尤艳; 庄宝仓
Original assignee: Shanghai Sany Precision Machinery Co Ltd
Current assignee: Sany Group Co Ltd Shanghai Branch
Priority date: 2014-03-11
Filing date: 2014-03-11
Publication date: 2014-06-18

Abstract

本发明公开了一种可扩展的换刀结构及加工中心，属于机械制造领域，包括刀具快换接头20、过渡套1和中空轴13，所述过渡套1中设有第一管接头2和第一连接板4，所述第一管接头2与所述第一连接板4固定连接，所述刀具快换接头20与所述第一管接头2连接，所述过渡套1与所述中空轴13连接，所述中空轴13中设有胶管，所述胶管通过所述过渡套1的第一管接头2与所述刀具快换接头20连接。本发明的技术方案通过连接板固定的快换接头，便于刀头和过渡套的拆卸和安装，减少了换刀时间、提高了加工效率。

Description

一种可扩展的换刀结构及加工中心

技术领域

本发明属于机械设备制造领域，涉及一种换刀结构，尤其涉及一种加工中心用可扩展的换刀结构。

背景技术

现今加工中心机床都具备自动换刀功能。刀库直接与主轴交换或刀库与主轴间通过一个或多个机械手过渡实现加工刀具的交换，以满足自动加工的需求。在复合机床应用中，由于结构复杂、空间轴过多导致机床干涉空间大，普通刀库难以满足使用要求。

现有技术中主要使用的换刀结构有：定点换刀、刀库与主轴一起运动及设计独立运动系统实现任意位置换刀。

定点换刀可以在机床合适的位置设置刀具仓库及机械手，空间合适结构简单。然而对于中大型机床，特别是换刀行程较长机床，这样换刀往返时间较长，影响机床效率。

刀库与主轴一起运动的结构，很好解决了换刀等待时间问题。但这样会造成机床负荷增大（刀库及机械手质量附加在主轴运动上），且由于空间及负荷限制只能容纳较少数量刀仓。

因此，以上两种情况分别只能在各自适用的条件下使用得较多。

另在国外还有技术中在机床其它地方设计一套运动机构，在合适地方安装大型刀具仓库。通过机械手运动送刀，实现大库容量和机床任意位置换刀。这能解决以上两种方案的缺陷，但这样设计制造难度大、制造成本高、新增系统的成本加大。而额外导轨引起的传动系统的空间布局、与机床各轴的干涉等问题也较难得以解决。

发明内容

有鉴于此，本发明通过采用可自由多角度转动的双关节机械手位置控制，从而实现多位置抓取刀具的同时减少换刀时间，提高了加工效率。

为达到上述目的，具体技术方案如下：

一方面，提供一种可扩展的换刀结构，适用于机床，所述机床上设有导轨，并优选所述导轨延长至刀库换刀区域，所述换刀结构包括手臂座体、机械手臂、机械手和若干刀具仓库，所述手臂座体可运动的设于所述机床的导轨上，所述机械手臂设于所述手臂座体上，所述机械手臂的一端与所述手臂座体铰接，所述机械手臂的另一端与所述机械手铰接，所述机械手可旋转的设于所述机械手臂的另一端，所述机械手的一端设有第一夹具，所述机械手的另一端设有第二夹具，所述若干刀具仓库设于所述导轨的一侧，所述若干刀具仓库（3）上每个刀具仓库均对应一个与机械手（4）的第一夹具和第二夹具相对应的换刀工位。

优选的，还包括直线进给驱动机构，所述导轨为延长导轨，用于支承所述手臂座体（8）在机床加工区到换刀区的移动，所述直线进给驱动机构驱动所述手臂座体沿所述导轨运动。

优选的，还包括驱动所述机械手臂沿所述手臂座体旋转的手臂驱动机构。

优选的，所述手臂驱动机构为油缸、气缸或电动驱动机构。

优选的，还包括驱动所述机械手旋转的伺服驱动机构。

优选的，所述若干刀具仓库为卧式盘状刀库。

优选的，所述若干刀具仓库中包括普通刀库和特殊刀库。

优选的，所述机械手臂的截面形状为L形，所述截面L形机械手臂的一端与所述手臂座体铰接，所述L形机械手臂的另一端通过连接杆与所述机械手连接。

优选的，所述机械手的截面形状为长方形，所述截面长方形的机械手的中心与所述机械手臂铰接，所述截面长方形的机械手的两端分别设有第一夹具和第二夹具。

另一方面，提供一种加工中心，包括如上所述的可扩展的换刀结构。

相对于现有技术，本发明的技术方案的优点有：

1，直线运动系统与机床进给共用导轨，这样既经济又节约空间，设计制造较为容易；

2，直线运动系统提供给机械手臂移动所需导轨及运动，使机械手臂独立运动到主轴位置实现换刀，也使机械手臂易于在长度方向扩展，从而实现多位置抓刀；

3，卧式可扩展刀具仓库，支承稳定刚性好，可布置多个盘式仓库或盘式仓库与特殊刀具仓库组合体，实现仓库容量的扩展和一些特殊刀具的放置；

4，控制灵活，换刀效率高，采用双关节机械手位置控制包含机械手臂转动及机械手转动：机械手臂通过液压驱动、气动、电动等方式转动，用以改变整个手臂位置，使手臂在运送状态处于机械手运送区域，在换刀状态处于换刀区域；机械手转动采用伺服控制，以实现各种不同姿态比如：送刀、手臂转动、主轴取刀、主轴放入刀具、仓库取刀、仓库放入刀具等姿态，且可以根据刀库扩展后的需要增加其它姿态。

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是本发明实施例的截面结构示意图；

图2是本发明实施例的侧面结构示意图；

图3是本发明实施例处于移动区域的示意图；

图4是本发明实施例的机械手旋转的示意图；

图5是本发明实施例处于换刀区域的示意图。

其中，1为导轨、2为运动方向箭头、3为刀具仓库、4为机械手、5为机械手臂、6为直线进给驱动机构、7为油缸、8为手臂座体、9为换刀点、10为防护罩。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

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。

以下将结合附图对本发明的实施例做具体阐释。

如图1和2中所示的本发明的实施例的一种可扩展的换刀结构及加工中心，适用于机床，机床上设有导轨1，优选导轨1为直线导轨。

换刀结构包括手臂座体8、机械手臂5、机械手4和若干刀具仓库3。手臂座体8可滑动的设于机床的导轨1上。机械手臂5设于手臂座体8上，机械手臂5的一端与手臂座体8铰接，机械手臂5的另一端与机械手4铰接。机械手4的两端分别设有第一夹具和第二夹具。若干刀具仓库3设于导轨1的一侧，若干刀具仓库3上设有与机械手4的第一夹具和第二夹具配合的换刀区域。

本发明的实施例通过采用可自由多角度转动的双关节机械手位置控制，从而实现多位置抓取刀具的同时减少换刀时间，提高了加工效率。

如图2中所示，在本发明的实施例中，还包括直线进给驱动机构6，直线进给驱动机构6驱动手臂座体8沿导轨运动。

此外，如图3中所示，在本发明的实施例中，机床上还包括保护罩10，将主轴外的区域分隔成移动区域和换刀区域。

如图1中所示，导轨1为刀库导轨，通过延伸机床原有导轨，用于实现手臂座体8能在刀具仓库区及机床加工区的任意移动。图中箭头2即为运动方向，是机床运动方向也是刀库运动方向，-Z为盘扩展方向，+Z为机床工作区域的方向，也是机械手4与主轴换刀方向。

如图1中所示，刀具仓库3采用卧式结构，现有两个刀盘，可以通过扩展刀盘数量以此扩展刀具仓库容量，也可以通过改变其结构实现一些特殊刀具的存储。

手臂座体8执行机械手臂5的Z向运动，其运力由直线进给驱动机构6提供，并具能实现伺服定位控制。机械手臂5与手臂座体8为铰接，通过手臂驱动机构，优选为油缸7推动机械手臂5旋转。优选机械手臂5的截面形状为L形，在水平位（如图3、4中所示）和竖直位（如图2、5中所示）两个方向定位。

机械手4在机械手臂5上旋转，其方向可以通过伺服控制实现任意角度定位，如图2至5中所示的机械手4可以4个方位（如图中A、Ｂ、Ｃ、Ｄ方位）8个点（A、B、C、D及其180度的反转位置）转动以实现刀盘换刀、主轴换刀及运动角度保持等多个功能的需要。

本发明实施例的刀库换刀循环为：初始位置(如图3)手臂座体8与其上的各部分Z向位置处于图中刀具仓库2处，机械手臂5处于水平位，机械手4处于A位置。

油缸7收缩使机械手臂5转动到竖直位，机械手从位于如图中保护罩10的左侧的移动区域转到右侧的换刀区域，机械手4从A位转到B位，实现抓刀（如图2）。手臂座体8往-Z向运动60mm，把刀从刀盘拔出。机械手4从B位转到A位。机械手臂5转动到水平位，机械手从换刀区域转到移动区域（如图3）。

手臂座体8往+Z方向移动，到达主轴所需换刀点9（如图3）。机械手4转到C位置（如图4）。打开防护罩10上的门，机械手臂5转动到水平位，机械手从移动区域转到换刀区域（如图5）。机械手4从C位转到D位（机械手把主轴上现有刀具抓在空手指里，如图5）。手臂座体8往-Z向运动60mm，把换出刀具从主轴拔出。机械手4回转180度。

手臂座体8往+Z向运动60mm，把换入刀具从插入主轴。机械手4从D位转到C位。机械手臂5转动到水平位（如图4）。机械手4从C位转到A位。

关门并且手臂座体8往-Z方向移动，到达换出刀具在刀盘的入库点。整个循环结束。

本发明的实施例主要包括：刀具仓库、直线运动系统、机械手臂及机械手。

采用卧式可扩展刀具仓库，支承稳定刚性好，可布置多个盘式仓库或盘式仓库与特殊刀具仓库组合体，实现仓库容量的扩展和一些特殊刀具的放置。

采用直线运动系统与机床进给共用导轨，这样既经济又节约空间，设计制造较为容易；直线运动系统提供给机械手臂移动所需导轨及运动，使机械手臂独立运动到主轴位置实现换刀，也使机械手臂易于在长度方向扩展，能在多位置抓刀。

采用双关节机械手位置控制包含机械手臂转动及机械手转动：机械手臂通过液压驱动（不仅限于液压，也可以是气动，电动等方式）转动，用以改变整个手臂位置，使手臂在运送状态处于机械手运送区域，在换刀状态处于换刀区域；机械手转动采用伺服控制，以实现各种不同姿态比如：送刀、手臂转动、主轴取刀、主轴放入刀具、仓库取刀、仓库放入刀具等姿态，且可以根据刀库扩展后的需要增加其它姿态。

本发明的实施例实现了机械手主动寻找位置，从而实现多位置抓取刀具仓库刀具及主轴任意位置换刀，刀具仓库采用卧式盘式可扩展结构。机械手移动借用机床现有导轨，降低制造难度及成本。机械手送刀采用伺服进给方式，可实现多位置抓取刀具仓库里的刀具及主轴任意位置换刀，由此可实现多刀盘扩展后的刀具抓取，且把固定位置取刀带来的主轴往返时间变为机械手送刀的单边进给时间。采用双关节机械手位置控制，可将加工区域及机械手运送区域空间分开，机械手姿态伺服控制，便于在狭小空间移动及抓取工件，以实现机械手取刀、放刀及避开各种干涉的多个姿态。

以上对本发明的具体实施例进行了详细描述，但其只是作为范例，本发明并不限制于以上描述的具体实施例。对于本领域技术人员而言，任何对本发明进行的等同修改和替代也都在本发明的范畴之中。因此，在不脱离本发明的精神和范围下所作的均等变换和修改，都应涵盖在本发明的范围内。

Claims

1.一种可扩展的换刀结构，适用于机床，所述机床上设有导轨（1），其特征在于，所述换刀结构包括手臂座体（8）、机械手臂（5）、机械手（4）和若干刀具仓库（3），所述手臂座体（8）可运动的设于所述机床的导轨（1）上，所述机械手臂（5）设于所述手臂座体（8）上，所述机械手臂（5）的一端与所述手臂座体（8）铰接，所述机械手臂（5）的另一端与所述机械手（4）铰接，所述机械手（4）可旋转的设于所述机械手臂（5）的另一端，所述机械手（4）的一端设有第一夹具，所述机械手（4）的另一端设有第二夹具，所述若干刀具仓库（3）设于所述导轨（1）的一侧，所述若干刀具仓库（3）上每个刀具仓库均对应一个与机械手（4）的第一夹具和第二夹具相对应的换刀工位。

2.如权利要求1所述的可扩展的换刀结构，其特征在于，还包括直线进给驱动机构（6），所述导轨（1）延长导轨，用于支承所述手臂座体（8）在机床加工区到换刀区的移动，所述直线进给驱动机构（6）驱动所述手臂座体（8）沿所述导轨（1）运动。

3.如权利要求2所述的可扩展的换刀结构，其特征在于，还包括驱动所述机械手臂（5）沿所述手臂座体（8）旋转的手臂驱动机构。

4.如权利要求3所述的可扩展的换刀结构，其特征在于，所述手臂驱动机构为油缸（7）、气缸或电动驱动机构。

5.如权利要求4所述的可扩展的换刀结构，其特征在于，还包括驱动所述机械手（4）旋转的伺服驱动机构。

6.如权利要求5所述的可扩展的换刀结构，其特征在于，所述若干刀具仓库（3）为卧式盘状刀库。

7.如权利要求6所述的可扩展的换刀结构，其特征在于，所述若干刀具仓库（3）中包括普通刀库和特殊刀库。

8.如权利要求7所述的可扩展的换刀结构，其特征在于，所述机械手臂（5）的截面形状为L形，所述截面L形机械手臂（5）的一端与所述手臂座体（8）铰接，所述L形机械手臂（5）的另一端通过连接杆与所述机械手（4）连接。

9.如权利要求8所述的可扩展的换刀结构，其特征在于，所述机械手（4）的截面形状为长方形，所述截面长方形的机械手（4）的中心与所述机械手臂（5）铰接，所述截面长方形的机械手（4）的两端分别设有第一夹具和第二夹具。

10.一种加工中心，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的可扩展的换刀结构。