CN104128831A - 超高速电主轴自动换刀装置及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了超高速电主轴自动换刀装置，包括电主轴、卡钳和卡钳安装座，卡钳能够夹紧刀具，并安装于卡钳安装座内，电主轴用于与刀具可拆式连接，并从卡钳的侧方将刀具移入或移出。还公开了超高速电主轴自动换刀方法，包括步骤为：电主轴移动至卡钳的前端，将刀具推入卡钳夹紧；电主轴脱离刀具，移动至换刀检查器进行换刀逻辑检查；检查换刀成功后，电主轴移到下一卡钳的上端，刀具装入弹簧夹刀夹头内，电主轴上弹簧夹刀夹头夹刀；电主轴及其被夹紧的刀具横向移出卡钳，进行刀具长度测量，完成换刀。本发明刀具的夹紧可靠、定位精确，电主轴的换刀精度高，换刀准确且效率高，还保证了电主轴运行的稳定性。

Description

超高速电主轴自动换刀装置及其方法
技术领域
本发明涉及数控加工中心机床领域，特别涉及一种小型加工中心的超高速电主轴自动换刀装置及自动换刀方法。
背景技术
手机等消费类电子产品的轻金属结构件，大多采用小型加工中心快速切削成型，超高速电主轴换刀系统的刀具一般采用间隔套作为衬套，且刀刃直径不能大于间隔套，使得刀具应用受限，同时刀具、间隔套一起高速旋转时，间隔套容易飞出刀具，从而造成了电主轴的不平衡性，此外，带间隔套的刀具安装在刀座上，整个装配体的累计误差会增大，容易造成电主轴换刀不准，导致严重的撞机事故发生。
发明内容
本发明的目的是要提供一种超高速电主轴自动换刀装置及其方法，有效地解决了刀具应用多样性、电主轴运行稳定性以及换刀精度的问题。
根据本发明的一个方面，提供了超高速电主轴自动换刀装置，包括电主轴、卡钳和卡钳安装座，卡钳能够夹紧刀具，并安装于卡钳安装座内，电主轴用于与刀具可拆式连接，并从卡钳的侧方将刀具移入或移出。
其有益效果是：电主轴换刀时，在加工中心坐标移动过程中，电主轴移动至卡钳处，并将刀具推入卡钳内夹紧，然后电主轴轴向移动使其与刀具分离，完成卸刀。同时电主轴移动至下一卡钳处，刀具轴向装入电主轴，完成装刀。然后将电主轴侧向移出卡钳，完成换刀。整个换刀过程，电主轴装、卸刀具都从卡钳的侧方完成，对于刀具的刀刃直径没有任何限制，刀具没有任何形式的间隔套，减少了叠加环节，从而换刀精准、刀具应用种类多，更换刀具的电主轴运行稳定。
在一些实施方式中，卡钳由两个弹性夹爪和一个定位座组成，定位座固定于卡钳安装座，定位座的两侧分别设有一个弹性夹爪。
其有益效果是：刀具夹持于两个弹性夹爪之间，利用弹性夹爪的弹性及其回弹记忆性，可以对刀具进行夹紧和精确定位。
在一些实施方式中，弹性夹爪的夹持端由夹持圆弧部、弹性入口部和导向开口部组成，夹持圆弧部用于夹紧刀具，弹性入口部与夹持圆弧部相接，导向开口部与弹性入口部相接。
其有益效果是：刀具从导向开口部推入，利用弹性入口部的弹性及其回弹记忆性，将刀具的刀柄夹紧于夹持圆弧部，由于夹持圆弧部可以四点夹持刀柄，从而保证了刀具夹持的位置度和所需的夹持力。
在一些实施方式中，电主轴包括主轴主体、拉刀气缸、拉刀杆、弹簧和弹簧夹刀夹头，主轴主体内设有拉刀气缸，拉刀杆的一端安装于拉刀气缸内，并沿拉刀气缸运动，弹簧套于拉刀杆，弹簧的一端压紧于拉刀气缸，弹簧的另一端压紧于拉刀杆，拉刀杆的另一端弹性连接于弹簧夹刀夹头，弹簧夹刀夹头能够弹性夹紧每个刀具。
其有益效果是：电主轴采用直连式刀柄，实现直连式自动换刀，克服了采用ISO、BT标准型刀柄或HSK、KM型高速刀柄需要两次装夹和定位的间隔夹刀方式，所造成的电主轴不平衡性及系统刚度降低的不足，还克服了ISO、BT标准型刀柄或HSK、KM型高速刀柄与主轴采用锥孔或锥孔加端面配合，切削及切削液容易积聚在配合锥面上，影响配合精度的缺点。
在一些实施方式中，弹簧夹刀夹头设有导向坡口。
其有益效果是：导向坡口的设置，起到刀具装入电主轴的导向作用。
在一些实施方式中，拉刀杆设有状态传感器。
其有益效果是：状态传感器可以识别电主轴上弹簧夹刀夹头的夹刀和松刀状态，有利于电主轴准确地进行装刀和卸刀。
在一些实施方式中，每个卡钳安装有吹气杆。
其有益效果是：换刀时，电主轴移动至卡钳处，吹气杆对电主轴上刀具所带切屑和切削液体进行清洁吹气，使得电主轴卸刀、装刀过程准确。
在一些实施方式中，超高速电主轴自动换刀装置还包括换刀检查器，换刀检查器设于卡钳安装座的一侧。
其有益效果是：能检查电主轴装、卸刀是否成功，检查换刀成功后，机床开始下一步的工作。
在一些实施方式中，超高速电主轴自动换刀装置还包括刀具长度测量器，刀具长度测量器安装于换刀检查器。
其有益效果是：装刀并移动至刀具长度测量器进行刀具长度测量，为下一步切削加工做好数据测量准备。
根据本发明的另一个方面，提供了超高速电主轴自动换刀方法，包括步骤为：
电主轴移动至卡钳的前端，吹气杆开始吹气清洁，将刀具推入卡钳夹紧；
电主轴上的弹簧夹刀夹头松刀，向上轴向移动，直至脱离刀具，并移动至换刀检查器进行换刀逻辑检查；
检查换刀成功后，电主轴上的弹簧夹刀夹头保持松刀状态，电主轴移动至下一卡钳的上端，向下轴向移动，刀具卡入弹簧夹刀夹头内完成夹刀；
电主轴及其被夹紧的刀具横向移出卡钳，吹气杆结束吹气清洁，电主轴到达刀具长度测量器处，进行刀具长度测量，完成换刀。
其有益效果是：电主轴的换刀精度高、换刀效率高。
本发明的有益效果在于：刀具的夹紧可靠、定位精确，电主轴的换刀精度高，换刀准确且效率高，还保证了电主轴运行的稳定性。
附图说明
图1为本发明一实施方式的超高速电主轴自动换刀装置的立体示意图；
图2为图1所示卡钳的立体示意图；
图3为图1所示主视示意图；
图4为图3所示A处放大示意图；
图5为图3所示A-A剖视示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细的说明。
图1示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的超高速电主轴自动换刀装置。
如图1所示，该超高速电主轴自动换刀装置包括电主轴1、卡钳3、卡钳安装座4、吹气杆5、换刀检查器6和刀具长度测量器7，换刀检查器6设于卡钳安装座4的一侧，刀具长度测量器7安装于换刀检查器6，刀具2有五个，卡钳3为五个。
如图1、2、3所示，卡钳3由两个弹性夹爪8和一个定位座9组成，定位座9通过螺栓固定于卡钳安装座4，两个弹性夹爪8对称地连接于定位座9的两侧，弹性夹爪8由弹簧钢制成，弹簧钢的弹性及其回弹记忆性，可以对刀具2进行夹紧和精确定位。弹性夹爪8的夹持端由夹持圆弧部10、弹性入口部11和导向开口部12组成，夹持圆弧部10用于夹紧刀具2，弹性入口部11与夹持圆弧部10相接，导向开口部12与弹性入口部11相接。吹气杆5穿过定位座9并通过螺钉固定于卡钳安装座4。夹持圆弧部10的圆弧直径略小于刀具刀柄13直径，以四点夹持保证了刀具2夹持的位置度；弹性入口部11依据卡钳3材料不同约为刀具刀柄13直径的0.8～0.9倍；导向开口部12与弹性入口部11相交，并通过小圆弧过渡，导向开口部12与弹性入口部11形成10～30度角度，便于导正刀具2进入夹持圆弧部10。
如图1、2、3、4、5所示，电主轴1包括主轴主体14、拉刀气缸15、拉刀杆16、弹簧17和弹簧夹刀夹头18，主轴主体14内嵌装拉刀气缸15，拉刀杆16为活塞杆，拉刀杆16的上端通过活塞21装入拉刀气缸15内，拉刀杆16的下端弹性连接于弹簧夹刀夹头18。弹簧17为碟形弹簧，套于拉刀杆16的上端，弹簧17的一端压紧于活塞21，另一端压紧于拉刀气缸15，因此使拉刀杆16沿拉刀气缸15滑动时起到缓冲作用。
当拉刀杆16向下滑动时，拉刀杆16与弹簧夹刀夹头18的弹性连接处受到挤压弹力不断增强，使得弹簧夹刀夹头18与刀具2的弹性连接处也受到挤压弹力不断增强，从而实现夹刀。
当拉刀杆16向上滑动时，拉刀杆16与弹簧夹刀夹头18的弹性连接处不断释放弹力，使得弹簧夹刀夹头18与刀具2的弹性连接处也不断释放弹力，从而实现松刀。
弹簧夹刀夹头18开设导向坡口20，起到刀具2装入电主轴1的导向作用。
拉刀杆16与弹簧夹刀夹头18的连接处设置状态传感器，状态传感器可以识别电主轴1上弹簧夹刀夹头18的夹刀和松刀状态，有利于电主轴1准确地进行装刀和卸刀。
如图1、2、3、4、5所示，换刀过程如下:
换刀前，电主轴1的弹簧夹刀夹头18弹性夹紧一个刀具2，其中一个卡钳3为空刀位，其余的四个卡钳3均夹紧一个刀具2，卡钳安装座4固定于刀架支撑，上述自动换刀装置通过刀架支撑固定在加工中心的工作台或抽屉式滑台上。在加工中心坐标系控制系统作用下，控制电主轴的移动。
换刀时，电主轴1移动至空刀位的卡钳3的前端，吹气杆5对电主轴1上刀具2所带切屑和切削液体开始吹气清洁，并将刀具2推入卡钳3夹紧；
电主轴1上的弹簧夹刀夹头18松刀，向上轴向移动，直至脱离刀具2，并移动至换刀检查器6进行换刀逻辑检查；
检查换刀成功后，电主轴1上的弹簧夹刀夹头18保持松刀状态，电主轴1移动至下一卡钳3的上端，向下轴向移动，刀具2卡入弹簧夹刀夹头18内完成夹刀；
电主轴1及其被夹紧的刀具2横向移出卡钳3，吹气杆5结束吹气清洁，电主轴1到达刀具长度测量器7处，进行刀具2长度测量，为下一步切削加工做好数据测量准备，从而完成换刀。
以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.超高速电主轴自动换刀装置，其特征在于，包括电主轴(1)、卡钳(3)和卡钳安装座(4)，所述卡钳(3)能够夹紧刀具(2)，并安装于所述卡钳安装座(4)内，所述电主轴(1)用于与刀具(2)可拆式连接，并从所述卡钳(3)的侧方将刀具(2)移入或移出。
2.根据权利要求1所述的超高速电主轴自动换刀装置，其特征在于，所述卡钳(3)由两个弹性夹爪(8)和一个定位座(9)组成，所述定位座(9)固定于卡钳安装座(4)，所述定位座(9)的两侧分别设有一个弹性夹爪(8)。
3.根据权利要求2所述的超高速电主轴自动换刀装置，其特征在于，所述弹性夹爪(8)的夹持端由夹持圆弧部(10)、弹性入口部(11)和导向开口部(12)组成，所述夹持圆弧部(10)用于夹紧刀具(2)，所述弹性入口部(11)与所述夹持圆弧部(10)相接，所述导向开口部(12)与所述弹性入口部(11)相接。
4.根据权利要求1所述的超高速电主轴自动换刀装置，其特征在于，所述电主轴(1)包括主轴主体(14)、拉刀气缸(15)、拉刀杆(16)、弹簧(17)和弹簧夹刀夹头(18)，所述主轴主体(14)内设有拉刀气缸(15)，所述拉刀杆(16)的一端安装于拉刀气缸(15)内，并能够沿拉刀气缸(15)运动，所述弹簧(17)套于拉刀杆(16)外，弹簧(17)的一端压紧于拉刀气缸(15)，弹簧(17)的另一端压紧于拉刀杆(16)，所述拉刀杆(16)的另一端弹性连接于弹簧夹刀夹头(18)，所述弹簧夹刀夹头(18)能够弹性夹紧刀具(2)。
5.根据权利要求4所述的超高速电主轴自动换刀装置，其特征在于，所述弹簧夹刀夹头(18)设有导向坡口(20)。
6.根据权利要求4所述的超高速电主轴自动换刀装置，其特征在于，所述拉刀杆(16)设有状态传感器。
7.根据权利要求1所述的超高速电主轴自动换刀装置，其特征在于，每个所述卡钳(3)安装有吹气杆(5)。
8.根据权利要求1所述的超高速电主轴自动换刀装置，其特征在于，还包括换刀检查器(6)，所述换刀检查器(6)设于卡钳安装座(4)的一侧。
9.根据权利要求1所述的超高速电主轴自动换刀装置，其特征在于，还包括刀具长度测量器(7)，所述刀具长度测量器(7)安装于换刀检查器(6)。
10.超高速电主轴自动换刀方法，其特征在于，包括步骤为：
电主轴(1)移动至卡钳(3)的前端，吹气杆(5)开始吹气清洁，将刀具(2)推入卡钳(3)夹紧；
电主轴(1)上的弹簧夹刀夹头(18)松刀，向上轴向移动，直至脱离刀具(2)，并移动至换刀检查器(6)进行换刀逻辑检查；
检查换刀成功后，电主轴(1)上的弹簧夹刀夹头(18)保持松刀状态，电主轴(1)移动至下一卡钳(3)的上端，向下轴向移动，刀具(2)卡入弹簧夹刀夹头(18)内完成夹刀；
电主轴(1)及其被夹紧的刀具(2)横向移出卡钳(3)，吹气杆(5)结束吹气清洁，电主轴(1)到达刀具长度测量器(7)处，进行刀具(2)长度测量，完成换刀。
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Patentee after: Jiangxi Hengyuan Intelligent Equipment Co.,Ltd.

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