CN103962583A - 一种超声波切割加工刀具自动更换装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种超声波切割加工刀具自动更换装置及方法，现有技术中，超声波切割加工刀具自动更换装置结构复杂，制造难度大，生产成本高，操作维护困难。本发明包括可自动更换超声波声学系统的超声波切割主轴和超声波声学系统自动更换装置；超声波切割加工刀具自动更换装置结构简单，制造容易，生产成本低，维护方便；可以实现多种不同类型的超声波切割加工刀具的更换，方便快捷，安全可靠。

Description

一种超声波切割加工刀具自动更换装置及方法

技术领域

本发明涉及一种超声波切割加工刀具自动更换装置及方法，其属于自动装配领域。

背景技术

现今超声波切割加工在工业生产中的运用已经越来越普遍。超声波切割加工有着独有的优势，如加工精度高，很好的解决了传统切削加工的热变形和振动。

超声波切割加工系统由超声波发生器、换能器、变幅杆、刀具、工艺装置等组成。工具和变幅杆、换能器是固定匹配的。超声波切割加工过程中需要经常更换刀具，必须更换相匹配的换能器、变幅杆和刀具。目前，超声波切割加工过程中通常使用的刀具是尖形刀和圆盘刀两大类，圆盘刀又可以分为直径Ø101mm大圆盘刀、直径Ø50.8mm中型圆盘刀和直径Ø25mm小圆盘刀，尖形切割刀根据其刀具的长度也可以分为长尖形刀、中型尖形刀、短尖形刀。现有技术中，超声波切割加工刀具自动更换装置结构复杂，制造难度大，生产成本高，操作维护困难。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出了一种超声波切割加工刀具自动更换装置及方法。

本发明提出了一种超声波切割加工刀具自动更换装置，包括可自动更换超声波声学系统的超声波切割主轴和超声波声学系统自动更换装置；

所述的可自动更换超声波声学系统的超声波切割主轴为将现有的超声波切割主轴中的内套筒下地面设有三个与霍尔元件相配合的触点，内套筒内侧壁的下方开有环形槽，环形槽内均匀分布三个挡块，形成三个相同的键槽；法兰盘下方固定有气压板，气压板内开有一个环形槽，气压板的外侧面开有三个直槽与环形槽相通，三个直槽内分别设有一个气压键，气压键底部通过拉伸弹簧与气压板中心连接，气压板下方开有三个与第三气管相配合的充气端口，并与气压板内的环形槽相通；

所述的超声波声学系统自动更换装置包括定位盘、上刀盘、导杆、第三气管、第一气管固定盘、第二气管固定盘、推环架、气缸、分流器、阶梯轴、第一轴承套、槽轮盖、第二轴承套、槽轮、曲柄、伺服电机、槽轮箱、拨销、轴承盖、第一气泵、下刀盘,、第一气管、霍尔元件、收换刀位、电动闸阀和第二气管；

上刀盘上有八个收换刀位，每个收换刀位上都固定设置一个定位盘，定位盘上等角度的分布着三个霍尔元件；每个收换刀位在上刀盘位置的下表面有四个等直径的螺纹孔，且螺纹孔以收换刀位的中心为中心均匀分布；上刀盘下方有一个与之等直径的大圆盘，称为下刀盘，下刀盘上安装有八个和收换刀位相对应的气缸，下刀盘上以每个气缸为中心设有与上刀盘相对应的螺纹孔，上刀盘和下刀盘的螺纹孔通过导杆联接，导杆上从上到下依次设有第一气管固定环和第二气管固定环，第一气管固定环和第二气管固定环将环形气管包在其中，组成一个充气环，充气环上表面开有多个出气孔，每个出气孔分别通过一根第三气管引出，充气环的下表面设有一个充气端口；第一气管固定环和第二气管固定环上都有四个均为分布的通孔，这样充气环能在导杆上上下滑动。气缸输出轴上固定设置有推环架，气缸通过输出轴带动推环架上下移动，从而带动充气环沿着导杆向上滑动，并且充气环在受重力作用下实现沿着导杆自动向下滑动；下刀盘的中心安装有第一气泵，第一气泵的两个出气口分别通过一根第一气管引出，两根第一气管分别接一个分流器的一端；两个分流器分布在下刀盘的上表面，并对称的安装在第一气泵的两边；两个分流器的另一端分别安装四根大小一样的第二气管，第二气管采用软管，每根第二气管通过电动闸阀连接到充气盘的充气端口；下刀盘通过阶梯轴和槽轮箱相连接，下刀盘和阶梯轴的第一轴肩通过第三螺栓固定，阶梯轴的第二轴肩安装深沟球轴承，深沟球轴承通过第一轴承套的上工作面和第二轴肩固定，第一轴承套下工作面同样安装一个深沟球轴承，第一轴承套的下端面和槽轮盖通过第五螺栓连接，第一轴承套上端面使用轴承盖封闭，通过第二螺栓连接，第一轴承套下工作面的深沟球轴承的下端面通过第二轴承套和槽轮连接，槽轮通过锁紧螺母固定在阶梯轴末端；槽轮和曲柄的锁止盘相互配合连接，曲柄上固定设置一个拨销；伺服电机通过四个第一螺栓连接固定在槽轮箱的下表面，曲柄的下表面有一个深孔，伺服电机的输出轴通过第一紧定螺钉和曲柄的深孔固定；槽轮箱和槽轮盖通过螺钉相互固定。

一种超声波切割加工刀具自动更换方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤一：数控系统将超声波切割主轴回归到收换刀位，并且降低主轴的旋转速度；

步骤二：主轴低速旋转，当内套筒下端面的触头和定位盘上的霍尔元件处与同一个垂直平面后，主轴停止旋转，缓慢下降至与定位盘接触。主轴下端面与定位盘接触后停止，对应定位盘下方的气缸启动，推动推环架带动推环架上的充气环沿着导杆向上垂直滑动，至第三气管与气压板下端面的充气端口对接，此时第一气泵关闭，气压板放气，气压板内的气压键在拉伸弹簧的作用下回缩，主轴上升，使声学系统和主轴相脱离，卸下声学系统。气缸下降，充气环在重力作用下回归原位；

伺服电机驱动曲柄转动，拨销带动槽轮旋转45°后由锁止盘锁住，伺服电机停止转动，槽轮带动阶梯轴旋转从而带动下刀盘转动一个换刀位。主轴下端面与定位盘接触后停止，对应的定位盘下方的气缸向上运动，推动推环架带动推环架上的充气环沿着导杆向上垂直滑动，至第三气管与气压板下端面的充气端口对接，此时第一气泵关闭，在气缸推力的作用下，带动声学系统向上运动，与主轴的内套筒止口相接触，气缸停止运动。此时第一气泵开启，第一气泵通过第一气管、分流器、第二气管、充气环、第三气管，往气压板充气，气压键在气压的作用下，往外推，固定在内套筒的键槽内，第一气泵关闭，充气停止，气压板下端面的充气端口在内部气压的作用下，自动密封，实现声学系统装配，气缸缓慢下降，充气环回归原位。

本发明与现有技术相比具有的有益效果：超声波切割加工刀具自动更换装置结构简单，制造容易，生产成本低，维护方便；可以实现多种不同类型的超声波切割加工刀具的更换，方便快捷，安全可靠。

附图说明

图1（a）是超声波切割主轴上视图；

图1（b）是超声波切割主轴沿A-A方向剖视图；

图1（c）是超声波切割主轴沿B-B方向剖视图

图2（a）是超声波切割主轴自动更换装置的正视图；

图2（b）是超声波切割主轴自动更换装置俯视图；

图2（c）是槽轮箱沿C-C方向剖视图；

图2（d）是超声波切割主轴自动更换装置沿D-D方向的局部断开图；

图2（e）是超声波切割主轴自动更换装置局部放大图。

具体实施方式

本发明提出了一种超声波切割加工刀具自动更换装置，包括主轴超声波切割主轴和收换刀自动更换装置；

如图1（a）、图1（b）和图1（c）所示，所述的超声波切割主轴为将现有的超声波切割主轴中的内套筒1下地面设有三个与霍尔元件29相配合的触点，内套筒内侧壁的下方开有环形槽，环形槽内均匀分布三个挡块6，形成三个相同的键槽；法兰盘下方固定有气压板2，气压板2内开有一个环形槽，气压板2的外侧面开有三个直槽与环形槽相通，三个直槽内分别设有一个气压键4，气压键4底部通过拉伸弹簧3与气压板2中心连接，气压板下方开有三个与第三气管相配合的充气端口5，并与气压板内的环形槽相通；

如图2（a）、图2（b）、图2（c）、图2（d）、图2（e）所示，所述的收换刀自动更换装置包括定位盘7、上刀盘8、导杆9、第三气管10、第一气管固定盘11、第二气管固定盘12、推环架13、气缸14、分流器15、阶梯轴16、第一轴承套17、槽轮盖18、第二轴承套19、槽轮20、曲柄21、伺服电机22、槽轮箱23、拨销24、轴承盖25、第一气泵26、下刀盘27,、第一气管28、霍尔元件29、收换刀位30、电动闸阀和第二气管；

上刀盘8 上有八个收换刀位30，每个收换刀位30上都固定设置一个定位盘7，定位盘7上等角度的分布着三个霍尔元件29；每个收换刀位30在上刀盘8位置的下表面有四个等直径的螺纹孔，且螺纹孔以收换刀位39的中心为中心均匀分布；上刀盘8下方有一个与之等直径的大圆盘，称为下刀盘27，下刀盘27上安装有八个和收换刀位30相对应的气缸14，下刀盘27上以每个气缸14为中心设有与上刀盘8相对应的螺纹孔，上刀盘8和下刀盘27的螺纹孔通过导杆9联接，导杆9上从上到下依次设有第一气管固定环11和第二气管固定环12，第一气管固定环11和第二气管固定环11将环形气管包在其中，组成一个充气环，充气环上表面开有多个出气孔，每个出气孔分别通过一根第三气管10引出，充气环的下表面设有一个充气端口；第一气管固定环11和第二气管固定环12上都有四个均为分布的通孔，这样充气环能沿导杆9上下滑动。气缸14输出轴上固定设置有推环架13，气缸14通过输出轴带动推环架13上下移动，从而带动充气环沿着导杆9向上滑动，并且充气环在受重力作用下实现沿着导杆9自动向下滑动；下刀盘27的中心安装有第一气泵26，第一气泵26的两个出气口分别通过一根第一气管28引出，两根第一气管28分别接一个分流器15的一端；两个分流器15分布在下刀盘27的上表面，并对称的安装在第一气泵26的两边；两个分流器15的另一端分别安装四根大小一样的第二气管，第二气管采用软管，每根第二气管通过电动闸阀连接到充气环的充气端口；下刀盘27通过阶梯轴16和槽轮箱23相连接，下刀盘27和阶梯轴16的第一轴肩通过第三螺栓固定，阶梯轴16的第二轴肩安装深沟球轴承，深沟球轴承通过第一轴承套17的上工作面和第二轴肩固定，第一轴承套17下工作面同样安装一个深沟球轴承，第一轴承套17的下端面和槽轮盖18通过第五螺栓连接，第一轴承套17上端面使用轴承盖25封闭，通过第二螺栓连接，第一轴承套17下工作面的深沟球轴承的下端面通过第二轴承套和槽轮20连接，槽轮20通过锁紧螺母固定在阶梯轴16末端；槽轮20和曲柄21的锁止盘相互配合连接，曲柄上固定设置一个拨销24；伺服电机22通过四个第一螺栓连接固定在槽轮箱23的下表面，曲柄21的下表面有一个深孔，伺服电机的输出轴通过第一紧定螺钉和曲柄21的深孔固定；槽轮箱23和槽轮盖18通过螺钉相互固定。

一种超声波切割加工刀具自动更换方法，该方法具体包括以下步骤：

步骤一：数控系统将超声波切割主轴回归到收换刀位30，并且降低主轴的旋转速度；

步骤二：主轴低速旋转，当内套筒1下端面的触头和定位盘7上的霍尔元件29处与同一个垂直平面后，主轴停止旋转，缓慢下降至与定位盘7接触。主轴下端面与定位盘7接触后停止，对应定位盘下方的气缸14启动，推动推环架13带动推环架13上的充气环沿着导杆9向上垂直滑动，至第三气管10与气压板2下端面的充气端口5对接，此时第一气泵26关闭，气压板2放气，气压板2内的气压键4在拉伸弹簧3的作用下回缩，主轴上升，使声学系统和主轴相脱离，卸下声学系统。气缸14下降，充气环在重力作用下回归原位；

伺服电机22驱动曲柄21转动，拨销24带动槽轮20旋转45°后由锁止盘锁住，伺服电机22停止转动，槽轮20带动阶梯轴16旋转从而带动下刀盘27转动一个收换刀位。主轴下端面与定位盘7接触后停止，对应的定位盘下方的气缸14向上运动，推动推环架13带动推环架上的充气环沿着导杆9向上垂直滑动，至第三气管10与气压板2下端面的充气端口5对接，此时第一气泵26关闭，在气缸14推力的作用下，带动声学系统向上运动，与主轴的内套筒1止口相接触，气缸14停止运动。此时第一气泵26开启，第一气泵通过第一气管28、分流器15、第二气管、充气环、第三气管10，往气压板2充气，气压键4在气压的作用下，往外推，固定在内套筒2的键槽内，第一气泵26关闭，充气停止，气压板2下端面的充气端口5在内部气压的作用下，自动密封，实现声学系统装配，气缸14缓慢下降，充气环回归原位。

Claims (2)

1.一种超声波切割加工刀具自动更换装置，包括可自动更换的超声波切割主轴和超声波声学系统自动更换装置；

其特征在于：所述的超声波切割主轴为将现有的超声波切割主轴中的内套筒下地表面设有三个与霍尔元件相配合的触点，内套筒内侧壁的下方开有环形槽，环形槽内均匀分布三个挡块，形成三个相同的键槽；法兰盘下方固定有气压板，气压板内开有一个环形槽，气压板的外侧面开有三个直槽与环形槽相通，三个直槽内分别设有一个气压键，气压键尾部通过拉伸弹簧与气压板中心连接，气压板下方开有三个与第三气管相配合的充气端口，并与气压板内的环形槽相通；

所述的收换刀自动更换装置包括定位盘、上刀盘、导杆、第三气管、第一气管固定盘、第二气管固定盘、推环架、气缸、分流器、阶梯轴、第一轴承套、槽轮盖、第二轴承套、槽轮、曲柄、伺服电机、槽轮箱、拨销、轴承盖、第一气泵、下刀盘,、第一气管、霍尔元件、收换刀位、电动闸阀和第二气管；

上刀盘上有八个收换刀位，每个收换刀位上都固定设置一个定位盘，定位盘上等角度的分布着三个霍尔元件；每个收换刀位在上刀盘位置的下表面有四个等直径的螺纹孔，且螺纹孔以收换刀位的中心为中心均匀分布；上刀盘下方有一个与之等直径的大圆盘，称为下刀盘，下刀盘上安装有八个和收换刀位相对应的气缸，下刀盘上以每个气缸为中心设有与上刀盘相对应的螺纹孔，上刀盘和下刀盘的螺纹孔通过导杆联接，导杆上从上到下依次设有第一气管固定环和第二气管固定环，第一气管固定环和第二气管固定环将环形气管包在其中，组成一个充气环，充气环上表面开有多个出气孔，每个出气孔分别通过一根第三气管引出，充气环的下表面设有一个充气端口；第一气管固定环和第二气管固定环上都有四个均为分布的通孔，这样充气环能在导杆上上下滑动；气缸输出轴上固定设置有推环架，气缸通过输出轴带动推环架上下移动，从而带动充气环沿着导杆向上滑动，并且充气环在受重力作用下实现沿着导杆自动向下滑动；下刀盘的中心安装有第一气泵，第一气泵的两个出气口分别通过一根第一气管引出，两根第一气管分别接一个分流器的一端；两个分流器分布在下刀盘的上表面，并对称的安装在第一气泵的两边；两个分流器的另一端分别安装四根大小一样的第二气管，第二气管采用软管，每根第二气管通过电动闸阀连接到充气盘的充气端口；下刀盘通过阶梯轴和槽轮箱相连接，下刀盘和阶梯轴的第一轴肩通过第三螺栓固定，阶梯轴的第二轴肩安装深沟球轴承，深沟球轴承通过第一轴承套的上工作面和第二轴肩固定，第一轴承套下工作面同样安装一个深沟球轴承，第一轴承套的下端面和槽轮盖通过第五螺栓连接，第一轴承套上端面使用轴承盖封闭，通过第二螺栓连接，第一轴承套下工作面的深沟球轴承的下端面通过第二轴承套和槽轮连接，槽轮通过锁紧螺母固定在阶梯轴末端；槽轮和曲柄的锁止盘相互配合连接，曲柄上固定设置一个拨销；伺服电机通过四个第一螺栓连接固定在槽轮箱的下表面，曲柄的下表面有一个深孔，伺服电机的输出轴通过第一紧定螺钉和曲柄的深孔固定；槽轮箱和槽轮盖通过螺钉相互固定。

2.一种超声波切割加工刀具自动更换方法，其特征在于，该方法具体包括以下步骤：

步骤一：数控系统将超声波切割主轴回归到收换刀位，并且降低主轴的旋转速度；

步骤二：主轴低速旋转，当内套筒下端面的触头和定位盘上的霍尔元件处与同一个垂直平面后，主轴停止旋转，缓慢下降至与定位盘接触；主轴下端面与定位盘接触后停止，对应定位盘下方的气缸启动，推动推环架带动推环架上的充气环沿着导杆向上垂直滑动，至第三气管与气压板下端面的充气端口对接，此时第一气泵关闭，气压板放气，气压板内的气压键在拉伸弹簧的作用下回缩，主轴上升，使声学系统和主轴相脱离，卸下声学系统；气缸下降，充气环在重力作用下回归原位；

伺服电机驱动曲柄转动，拨销带动槽轮旋转45°后由锁止盘锁住，伺服电机停止转动，槽轮带动阶梯轴旋转从而带动下刀盘转动一个换刀位；主轴下端面与定位盘接触后停止，对应的定位盘下方的气缸向上运动，推动推环架带动推环架上的充气环沿着导杆向上垂直滑动，至第三气管与气压板下端面的充气端口对接，此时第一气泵关闭，在气缸推力的作用下，带动声学系统向上运动，与主轴的内套筒止口相接触，气缸停止运动；此时第一气泵开启，第一气泵通过第一气管、分流器、第二气管、充气环、第三气管，往气压板充气，气压键在气压的作用下，往外推，固定在内套筒的键槽内，第一气泵关闭，充气停止，气压板下端面的充气端口在内部气压的作用下，自动密封，实现声学系统装配，气缸缓慢下降，充气环回归原位。