CN104308626A - 一种换刀装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种换刀装置，包括：刀柄本体，其具有竖直向下开口空腔的，上壁连接在支架上；拉杆，其上端连接至刀柄本体，下端具有止档突块；夹头座，其具有竖直向下开口的空腔，中部设置有隔板，套设在拉杆的外周，上壁受到止档突块的支撑，侧壁的下部设置有定位贯通孔，其中设置有夹头定位钢球；夹头顶出滑套，其设置在隔板与定位贯通孔之间的位置处，下端由一个挡圈支撑，且其与隔板之间设置有一个顶出弹簧；夹头定位钢球限位套，其套设在夹头座的下部的外侧，下端由另一个挡圈支撑，下端的内壁处设置有挤压块、锥形面和扩容空腔，其与夹头座之间设置有另一个顶出弹簧，且待更换刀具的刀柄处设置有与夹头定位钢球的尺寸相匹配的第一球面凹坑。

Description

一种换刀装置

技术领域

本发明涉及机械加工机床技术领域，特别涉及一种换刀装置。

背景技术

在自动化大批量生产过程中，工件是以毛坯面定位夹装到工作台上，产品装夹会存在一定误差，但对工件上要加工孔的位置要求又比较高。现有的定位装置不能满足精确定位的生产需要，由此造成了大量残次品的生成，原料浪费严重。

目前市场上微型CNC机床及其他机床大都采用主轴相对于机床水平位置不动，只沿Z向上下移动，使待加工工件在工作台上沿X和Y向前后左右移动带动待加工工件到主轴下方正对需要加工比如钻孔或者攻丝的位置，实现对待加工工件不同部位钻孔或者攻丝的加工过程。这种设计的机床，一般均是将待加工工件的X和Y向伺服装置设置于待加工工件下方。当冷却液对固定在主轴上的刀具或者待加工工件的加工面进行冷却喷洒时，很容易对X和Y轴向伺服装置造成污染，为了避免这种污染，X和Y轴向伺服装置的防护等级要求较高，机构复杂。而且，这种情况下，待加工工件的装夹和管理布置也很繁琐。

发明内容

为此，本发明的申请人设计开发了一种换刀装置。本发明中将固定在主轴上的换刀装置的各个零件，也即不固定在机床上的各零件的组成称为换刀机构，换刀机构不包括刀具夹头，将容纳刀具夹头和刀具的设置在机床上的各零件的组成称为刀库总成。将换刀装置的换刀机构部分固定在机床的Z向主轴上，并将该主轴设置为在机床的支撑下可沿前后方向Y、左右方向X和竖直方向Z移动，将钻攻等加工时所需要的刀具放置在刀库总成中，待加工工件固定在定位装置中。这样，随着主轴的移动，换刀机构在刀库总成和待加工工件的所在位置之间变化变换位置，通过将刀具取出和/或回位进行换刀动作，以用于在待加工工件上进行不同形式的比如钻孔或攻丝等加工。本发明解决了X和Y轴向伺服装置的防护等级要求较高、机构复杂的问题，同时解决了工件装夹和管路布置繁琐的问题。

本发明提供的技术方案为：

一种换刀装置，包括：

刀柄本体，其具有竖直向下开口的刀柄空腔，所述刀柄本体的上壁连接在支架上；

拉杆，其上端连接至所述刀柄本体的上壁的内侧，所述拉杆在所述刀柄空腔内向下延伸，而下端具有止档突块；

夹头座，其也具有竖直向下开口的夹头座空腔，所述夹头座空腔的中部设置有隔板，所述夹头座自由套设在所述拉杆的外周，上壁受到所述止档突块的支撑，所述夹头座的侧壁的下部设置有定位贯通孔，其中设置有夹头定位钢球；

夹头顶出滑套，其自由设置在所述夹头座空腔中的隔板与定位贯通孔之间的位置处，下端由设置在夹头座空腔内的夹头顶出滑套钢丝挡圈支撑，且所述夹头顶出滑套与隔板之间设置有夹头顶出弹簧；

夹头定位钢球限位套，其自由套设在所述夹头座的下部的外侧，下端由设置在夹头座外侧的定位钢球限位套钢丝挡圈支撑，所述夹头定位钢球限位套的下端的内壁处设置有扩容空腔，所述扩容空腔的上方设置有向中心突出的挤压块，所述挤压块与扩容空腔之间的过渡部分为锥形面；

其中，所述夹头定位钢球限位套与夹头座之间设置有夹头定位钢球限位套顶出弹簧，且待更换刀具的刀柄处设置有与所述夹头定位钢球的尺寸相匹配的第一球面凹坑。

优选的是，所述的换刀装置中，

所述支架为轴承支架，所述刀柄本体的上壁向上伸出有转轴，该转轴由电机驱动旋转；

所述夹头座的侧壁的外侧位于隔板上方的位置处设置有第二球面凹坑；

所述刀柄本体的侧壁与所述第二球面凹坑相对应的位置处设置有传动孔，在所述传动孔和第二球面凹坑中设置有传动钢球。

优选的是，所述的换刀装置，还包括：

刀柄固定座，其中空内部设置有所述轴承支架，所述转轴呈圆柱形结构，所述转轴插入所述轴承支架中，通过轴联器与电机的输出轴连接。

优选的是，所述的换刀装置，还包括：

铜基钢球保持架轴承，其为套筒状结构，套设在刀柄本体与夹头座之间，所述铜基钢球保持架轴承与所述夹头定位钢球限位套上下相对，所述铜基钢球保持架轴承的与第二球面凹坑对应的位置处设置有传动贯通孔，所述传动钢球嵌入所述第二球面凹坑、传动贯通孔和传动孔，所述传动孔的尺寸为相对于所述传动钢球沿上下方向存在一定的余量。

优选的是，所述的换刀装置，还包括：

传动钢球限位套，其套设在所述刀柄本体的外周，遮挡也为贯通孔的传动孔，所述传动钢球限位套的下端由设置在刀柄本体的外周的传动钢球限位套钢丝挡圈支撑。

优选的是，所述的换刀装置，所述夹头座的上壁受到所述止档突块的支撑是通过以下方式实现的：

所述夹头座空腔内位于隔板上方的空间处自由设置有弹簧限位座，所述弹簧限位座为具有抬肩的中空结构，所述止档突块支撑在所述抬肩处；

张紧弹簧，其套设在所述拉杆上，且抵顶在所述弹簧限位座和所述刀柄本体的上壁之间。

优选的是，所述的换刀装置，还包括：

夹头座复位弹簧，其套设在所述张紧弹簧的外周，且抵顶在所述弹簧限位座和所述夹头座的上壁之间。

优选的是，所述的换刀装置，还包括：

刀库总成，其中容纳有多个刀具，所述刀库总成包括：

第一板体，其固定在机床上；

多个刀座总成，其下端固定在所述第一板体上，用于容纳所述刀具，所述刀座总成包括：

刀座底座，其一端固定在所述第一板体上，内部沿竖直方向从上到下一次设置有直径较大的第一中心槽和直径较小的第二中心槽，所述第一中心槽和所述第二中心槽之间形成一台阶；

刀座定位套，其也为具有抬肩的中空结构，所述刀座定位套固定于所述刀座底座上方，且其上端侧壁上设置有凹槽，所述凹槽内设置有夹头压紧瓦块和设置在所述夹头压紧瓦块中的瓦块压紧弹簧；

刀座浮动套，其自由套设于所述第一中心槽中；且上端被所述刀座定位套限制住；

浮动套缓冲弹簧，其套设在所述刀座浮动套的外部，且抵顶在所述刀座浮动套的止挡部和所述台阶之间，以将所述刀座浮动套的止挡部限制在所述刀座定位套的抬肩下。

优选的是，所述的换刀装置，所述刀库总成还包括：

第二板体，其设置在所述刀座总成上方，且第二板体与所述刀座总成的对应处设置有允许所述刀具通过的第一通孔；

第二板体浮动构件，其设置于所述第一和第二板体之间，以使所述第二板体沿竖直方向移动，所述第二板体浮动构件包括杆件和气缸，所述气缸的缸体端固接在所述第一板体上，而活塞端与所述杆件的一端固接，所述杆件的另一端穿过设置于所述第二板体上的第二通孔并固定在所述第二板体上，其中，所述杆件外套设有第二板体缓冲弹簧；

导向装置，所述导向装置包括：

第一法兰座，其固定在所述第一板体上，

第二法兰座，其固定在所述第二板体的下方；

导向杆，其一端固定在所述第一法兰座中，而另一端固定在所述第二法兰座中；以及，

润滑套件，其设置在所述第一法兰座中，所述导向杆的一端插入到所述润滑套件中，所述润滑套件包括润滑套和设置于所述润滑套的下方润滑套垫套。

优选的是，所述的换刀装置，还包括：

刀具夹头，其包括夹头本体和刀具夹头，所述刀具的上端固定于所述刀具夹头的内腔中，所述刀具夹头固定在所述夹头本体的内腔中，所述第一球面凹坑设置在所述夹头本体的外壁上，

当放置在所述刀库总成中时，所述刀具的下端延伸入所述第二中心槽中，所述夹头本体被所述刀座浮动套和所述刀座定位套支撑。

本发明的有益效果：

现目前市场CNC机床大都主轴相对机床水平位置不动，主轴沿Z方向上下移动，工件沿X和Y方向移动的工作模式；本发明为工件相对机床水平不动，主轴沿X、Y和Z三方向移动，通过将换刀机构固定在主轴上，并使之随着主轴的移动而移动以完成换刀动作，并实现工件加工。采用该模式主要有以下两方面的优点：

工件沿X和Y方向伺服定位装置移动的工作模式，在带液加工时，其X和Y方向伺服定位装置位于工件下方，对于伺服传动机构的防护等级要求较高，机构复杂。而本发明的发明X和Y方向伺服定位装置位于工件上方，所需的防护等级要求较低。

本发明的工件固定在定位装置上，方便工件装夹，特别是在使用气压或液压的夹紧机构时，管路布置较方便。

本发明的转轴呈圆柱形结构，该转轴插入到轴承支架中，从而固定在刀柄固定座中，这样，主轴的结构较简单、重量较轻，适合一些微型CNC系统。

本发明的夹头座通过拉杆柔性连接到刀柄本体上，并设置有张紧弹簧和弹簧限位座以及夹头座复位弹簧等部件，使夹头座可以在竖直方向上有一定范围的移动和缓冲，起到保护夹头座的作用，也使得整个结构更加灵活，适用于复杂的机床工作环境。

考虑到夹头座与刀柄本体的柔性连接，有可能导致刀具进行钻孔等加工时，扭矩不够大，本发明的换刀装置还在夹头座和刀柄本体之间精巧设置有传动钢球，通过传动钢球的设计将刀柄本体的旋转传递给夹头座，进而传递给刀具，加大了刀具工作时力的扭矩。

本发明还设置有铜基钢球保持架轴承，并在其与夹头座和刀柄本体的接触面上设置有多个滚珠，以使夹头座在上下移动过程中更顺畅。

本发明的换刀装置通过精巧设置夹头定位钢球及夹头定位钢球限位套等结构，利用其将刀具夹头或者说刀具夹持到换刀机构上，并通过电机驱动刀柄本体旋转从而带动夹头座旋转而将刀具牢固固定在夹头座上，使得刀具与换刀机构连接牢固可靠，从而避免加工时刀具的脱落事件。

本发明的夹头定位钢球限位套设置挤压块、锥形面和扩容空腔，通过夹头定位钢球限位套的轴向移动利用挤压块和锥形面实现夹头定位钢球进入或退出第一球面凹坑，实现夹持或者放下刀具。

本发明的刀座总成中设置有刀座浮动套等结构，当换刀机构将刀具夹头和刀具放入其中时，能起到很好的缓冲作用。

本发明刀座定位套中设置有夹头压紧瓦块和瓦块压紧弹簧，用于对刀具夹头进行一定的紧缩固定。

本发明中的第二板体顶出装置将夹头定位钢球限位套顶回远端，实现刀具回位过程，设计精巧。

本发明的导向装置可使顶出装置沿Z方向上下稳定、可靠地移动。

本发明整体结构简单，设计巧妙，利用常规部件实现刀具的取放，造价低廉，适用于大规模生产使用，产业化价值大。

附图说明

图1为具有本发明所述的换刀装置的微型CNC自动钻工机床的主视图；

图2为具有本发明所述的换刀装置的微型CNC自动钻工机床的右视图；

图3为具有本发明所述的换刀装置的微型CNC自动钻工机床的俯视图；

图4为本发明所述的换刀装置未取刀具时的剖视图，夹头定位钢球限位套位于刀具夹头远端；

图5为本发明所述的换刀装置带有刀具时的剖视图，夹头定位钢球限位套位于刀具夹头近端；

图6为本发明所述的刀柄本体的剖视图；

图7为本发明所述的刀柄本体的主视图；

图8为本发明所述的刀柄本体的俯视图；

图9为本发明所述的夹头座的剖视图；

图10为图8旋转一定角度后的剖视图；

图11为本发明所述的夹头座的俯视图；

图12为本发明所述的夹头定位钢球限位套的剖视图；

图13为本发明所述的夹头本体的剖视图；

图14为本发明所述的夹头本体的俯视图；

图15为本发明所述的刀具夹套的剖视图；

图16为本发明所述的刀具夹头的剖视图；

图17为换刀装置的剖视图；

图18为本发明所述的铜基钢球保持架轴承的剖视图；

图19为本发明所述的刀柄本体的装配图；

图20为本发明所述的夹头座的装配图；

图21为本发明所述的夹头定位钢球的装配图；

图22为本发明所述的传动钢球的装配图；

图23为本发明所述的刀库总成的剖视图；

图24为本发明所述的刀座总成的剖视图；

图25为本发明所述的刀座总成的俯视图；

图26为本发明所述的刀库总成的俯视图；

图27为本发明所述的第二板体顶出装置的剖视图；

图28为本发明所述的第二板体导向装置的剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

本发明以微型CNC自动钻工机床为例来说明换刀装置，当然，本发明不局限于微型CNC自动钻工机床，也可以是其他类型的机床。微型CNC自动钻工机床上设置有支撑主轴53移动的伺服定位装置，换刀机构50通过支架等结构固定在主轴63的前侧上，其中，刀柄本体1通过刀柄固定座19固定在主轴63上。本发明中将固定在主轴63上的换刀装置的各个零件的组成称为换刀机构50，换刀机构50不包括刀具夹头47。该伺服定位装置为分别设置在机床及机床的各部件上以及主轴63上的丝杠和与丝杠配合的螺母，以使得换刀装置的换刀机构50沿前后方向Y、左右方向X和竖直方向Z三个方向移动，实现换刀装置的换刀机构50在待加工工件的定位装置51和刀库总成52之间位置变换的精确定位。

实现X，Y和Z三个方向上移动可以采用多种方式，例如用气动机构推动滑块在滑槽上移动，但是，为了更加准确地定位，本发明还采用了螺母和丝杠配合的结构，其中，螺母与滑槽设置在一个部件上，而丝杠和导轨设置在另一个部件中，导轨和滑槽的数量相等设置，每一组导轨和滑槽可设置一个、两个或更多个。

如图1、图2和图3所示，在此采用的伺服定位装置包括：Y方向伺服定位装置、X方向伺服定位装置和Z方向伺服定位装置。其中，Y方向伺服定位装置包括第一导轨54、第一滑槽、第一丝杠55、第一螺母和第一导向板53以及第一驱动机构64。Y方向伺服定位装置中的第一导轨54沿前后方向平行设置在机床上，第一丝杠55也沿前后方向平行设置在机床上，且位于第一导轨54之间。第一导向板53沿机床的前后方向水平设置，第一导向板53的底部设置有与第一导轨54相配合的第一滑槽，且其底部在第一滑槽之间的位置也设置有与第一丝杠55配合的第一螺母，这样第一导向板53在第一驱动装置64的驱动下可沿第一导轨54前后移动。第一驱动机构64与第一丝杠55的一端连接，且设置在机床上。

X方向伺服定位装置包括第二导向板56、第二导轨57、第二丝杠58、以及第二驱动机构65，其中，第二导向板56垂直于机床沿竖直方向设置，且其一侧边固定在第一导向板53的一侧边处，第二导轨57沿左右方向平行设置在第二导向板上56，第二丝杠58也沿左右方向平行设置在第二导向板56上，且其位于该第二导轨57之间，第二驱动机构65设置在第二导向板56上且其一端与第二丝杠58相连，且第二驱动机构65与第二丝杠58之间还设置有一支撑板67用于支撑第二驱动机构65，支撑板67的两侧边分别固定在第一导向板53和第二导向板56上。

Z方向伺服定位装置包括第三导向板59、第三导轨60、第二螺母、第二滑槽、第三丝杠61和以及第三驱动机构66。其中，第三导向板59沿竖直方向垂直于机床设置于第二导向板56的前侧，第三导向板59的后部设置有与第二导轨57和第二丝杠58分别相互配合的第二滑槽和第二螺母，以使第三导向板59可在第三驱动机构66的驱动下沿第二导向板56左右移动。第三驱动机构66固定在第三导向板59上。第三丝杠61沿竖直方向平行设置于第三导向板59的前部的一侧，第三导轨60沿竖直方向平行设置于第三导向板59的前部的另一侧。

主轴63的一侧面上设置有与第三丝杠61相互配合的第三螺母，而另一侧面上设置有与第三导轨60相互配合的第三滑槽，以使该主轴63可沿第三导向板59在竖直方向上移动。

本发明的第二导向板56固定在第一导向板53上，以使X方向伺服定位装置可随着Y方向伺服定位装置沿着机床的前后方向移动，同时，第三导向板59的后部设置有第二滑槽和第二螺母，可沿第二导向板59的第二导轨57和第二丝杠58移动，以使Z方向伺服定位装置可沿X方向伺服定位装置左右移动，而主轴63可沿X方向伺服定位装置上下移动，从而主轴63可带着固定在其上的换刀机构50在机床的前后方向Y、左右方向X和竖直方向Z三个方向移动。

本发明的微型CNC自动钻工机床还设置有控制系统62，其与各伺服定位装置和其他部件连接，根据控制系统62的信号输出，换刀装置完成位置变换、换刀动作，及对工件进行加工等等操作。

如图17所示，本发明的换刀装置，包括：

如图6、图7和图8所示的刀柄本体1，其具有竖直向下开口的刀柄空腔1a，所述刀柄本体1的上壁连接在支架14上；该刀柄本体1为各零部件组装的载体。

如图4和图5中所示，拉杆2，其上端连接至所述刀柄本体1的上壁的内侧，所述拉杆2在所述刀柄空腔1a内向下延伸，而下端具有止档突块2a。其中一个方式是拉杆2通过其上端与刀柄本体1螺纹连接，从而实现其他各零部件的固定安装。本发明中，拉杆2的下端与夹头座3柔性连接，所以，夹头座3与刀柄本体1的连接也为柔性连接。

在如图9、图10和图11所示，夹头座3，其也具有竖直向下开口的夹头座空腔3a，所述夹头座空腔的中部设置有隔板3b，所述夹头座3自由套设在所述拉杆2的外周，上壁受到所述止档突块2a的支撑，所述夹头座3的侧壁的下部设置有定位贯通孔5，其中设置有夹头定位钢球6；

夹头顶出滑套7，其自由设置在所述夹头座空腔3a中的隔板3b与定位贯通孔5之间的位置处，下端由设置在夹头座空腔内的夹头顶出滑套钢丝挡圈8支撑，且所述夹头顶出滑套7与隔板3b之间设置有夹头顶出弹簧9；

如图12所示，夹头定位钢球限位套10，其自由套设在所述夹头座3的下部的外侧，下端由设置在夹头座3外侧的定位钢球限位套钢丝挡圈11支撑，所述夹头定位钢球限位套10的下端的内壁处设置有扩容空腔1001，所述扩容空腔1001的上方设置有向中心突出的挤压块1002，所述挤压块1002与扩容空腔1001之间的过渡部分为锥形面1003；

其中，所述夹头定位钢球限位套10与夹头座3之间设置有夹头定位钢球限位套顶出弹簧12，且待更换刀具的刀柄处设置有与所述夹头定位钢球6的尺寸相匹配的第一球面凹坑13。

在上述方案中，还可以将刀具固定在刀具夹头中，如图13、图14、图15和图16所示，刀具夹头47包括夹头本体48和刀具夹套49，所述刀具4的上端固定于所述刀具夹套49的内腔中，所述刀具夹套49通过比如螺纹等固定在所述夹头本体48的内腔中，所述第一球面凹坑13设置在所述夹头本体48的外壁上。

在上述方案中，主轴63移动到所需刀具4的夹头本体48所对应的刀座总成的正上方，Z轴下移，刀具的刀柄端或者说夹头本体48的顶端与夹头座3内的夹头顶出滑套7的下端接触后，夹头座3在伺服定位装置的支撑下继续下移，此时夹头定位钢球限位套10在夹头定位钢球限位套顶出弹簧12的作用下也下移，其锥形面103推动夹头定位钢球6移动，使夹头定位钢球6进入第一球面凹坑13中，头定位钢球限位套10下移至其锥形面103与定位钢球限位套钢丝挡圈11相接触为止，此时夹头定位钢球限位套10的挤压块102始终与第一球面凹坑13相接触以保证刀具不脱落。

在需要放回刀具时，Z向伺服装置下移至设定位置，气缸39的活塞杆伸出，带动第二顶板37上移，与夹头定位钢球限位套10接触后一同继续上移，待夹头定位钢球限位套10的锥形面103移动到夹头定位钢球6位置处时，夹头顶出滑套7在夹头顶出弹簧9的作用力下，随着夹头定位钢球限位套10的上移逐渐将刀具4顶出，直到夹头定位钢球限位套10与刀柄本体1下端面接触，气缸39的剩余行程由第二板体缓冲弹簧40来吸收。此时夹头顶出滑套7与夹头顶出滑套钢丝挡圈8接触后不再伸出，刀具4完全脱离夹头定位钢球6的限制，夹头定位钢球6移动到锥形面103处。随后Z向的主轴63升起，气缸39回缩，完成刀具4的回位过程。

如图17所示，为刀具夹头47放置与刀库总成52中的示意图。当放置在所述刀库总成52中时，所述刀具4的下端延伸入所述第二中心槽31中，所述夹头本体48被所述刀座浮动套35和所述刀座定位套32支撑。

而且，刀具夹头47在刀具定位座32内受到夹头压紧瓦块33的压紧力作用，不会发生相对运动，保持一定的状态，便于下次调取使用。

在需要换刀时，先执行将刀具4回位原刀座总成28的过程，再执行刀具4的取用过程。

在本发明的一个实施例中，如图4和图5所示，所述支架14为轴承支架，所述刀柄本体1的上壁向上伸出有转轴15，该转轴15由电机46驱动旋转。如图9中所示，所述夹头座3的侧壁的外侧位于隔板3b上方的位置处设置有第二球面凹坑16。如图6和图7中所示，所述刀柄本体1的侧壁与所述第二球面凹坑16相对应的位置处设置有传动孔17，在所述传动孔17和第二球面凹坑16中设置有传动钢球18。电机46驱动刀柄本体1旋转，并通过该传动钢球18将旋转力传递给夹头座3，进而传递给刀具4，使加工过程中的力足够大。

在上述实施例中，如图10所示，夹头座3的末端还设置有传动啮合齿3c。如图14中所示，夹头本体48顶端设置有传动啮合槽48a，在夹头定位钢球6进入第一球面凹坑13的过程中，电机46慢速转动，便于夹头座3上的传动啮合齿3c与夹头本体48的传动啮合槽4ba相啮合，以紧固所述刀具4。当然，也可以在夹头座3的末端设置传动啮合槽，而在夹头本体48的顶端设置传动啮合齿。

在本发明的另一个实施例中，换刀装置还包括：

刀柄固定座19，其中空内部设置有所述轴承支架，使该轴承支架更稳固。该轴承支架包括一对轴承1401，该一对轴承1401之间通过轴承衬套1402限定两轴承轴向距离，以稳定刀柄本体1。所述转轴15呈圆柱形结构，所述转轴15插入所述轴承支架的一对轴承1401中，通过轴联器20与电机的输出轴连接。

在上述实施例中，因为在取放刀具过程中，夹头座3相对于刀柄本体在竖直方向上会有一定的移动，且也为保证加工过程中刀具的扭矩足够大，因此该换刀装置还包括：

如图18所示，铜基钢球保持架轴承21，其为套筒状结构，套设在刀柄本体1与夹头座3之间，铜基钢球保持架轴承21与夹头定位钢球限位套10上下相对，所述铜基钢球保持架轴承21的与第二球面凹坑16对应的位置处设置有传动贯通孔2101，所述传动钢球18嵌入所述第二球面凹坑16、传动贯通孔2101和传动孔17，所述传动孔17的尺寸为相对于所述传动钢球18沿上下方向存在一定的余量，这样，在夹头座3移动的同时，传动钢球18也可在传动孔17内略移动。同时，在本发明的一种可行的方式中，铜基钢球保持架轴承21与夹头座3和刀柄本体1的接触面上均设置有若干小孔，在若干小孔内设置有滚珠，使夹头座3相对于刀柄本体1上下移动时更顺畅，阻力更小。且铜基钢球保持架轴承21与夹头座3和刀柄本体1保持紧密接触，同时在传动钢球18的轴向限制作用下，铜基钢球保持架轴承21不会掉落下来。在取出刀具后的状态时，铜基钢球保持架轴承21的下端与夹头定位钢球限位套10的上端之间具有一段距离的空隙。

在上述方案中，为防止传动钢球18向刀柄本体1的外侧掉落，该换刀装置还包括：

如图4和图5中所示，传动钢球限位套22，其套设在所述刀柄本体1的外周，遮挡也为贯通孔的传动孔17，所述传动钢球限位套22的下端由设置在刀柄本体1的外周的传动钢球限位套钢丝挡圈23支撑，防止其轴向掉落。

在本发明的又一个实施例中，所述夹头座3的上壁受到所述止档突块2a的支撑是通过以下方式实现的：

所述夹头座3空腔内位于隔板3b上方的空间处自由设置有弹簧限位座24，所述弹簧限位座24为具有抬肩的中空结构，所述止档突块2a支撑在所述抬肩处；

张紧弹簧25，其套设在所述拉杆2上，且抵顶在所述弹簧限位座24和所述刀柄本体1的上壁之间。取刀具时，夹头座3受力上移，该张紧弹簧25对弹簧限位座24施加一向下的力，以对夹头座3的移动有一缓冲作用。

在本发明的再一个实施例中，该换刀装置还包括：

夹头座复位弹簧26，其套设在所述张紧弹簧25的外周，且抵顶在所述弹簧限位座24和所述夹头座3内部的上壁之间。在刀具加工完成后，如果刀具被卡住了，不能从待加工工件中取出来，则随着整个换刀装置的上移，夹头座复位弹簧26受到挤压，当系统检测到夹头座复位弹簧26的压力超过阈值时，接触对刀具等的阻滞力，夹头座复位弹簧26的压力，将弹簧限位座24等顶回到原位置。

以上所述支撑在机床的支架上的整个用于换刀的结构可以成为换刀机构50，这里的换刀机构50不包括刀库总成52。如图19～图22所示，换刀机构50各部件的结构及组装的一种可行的方式大致包括如下方法：刀柄本体1的转轴15通过1对轴承1401与刀柄固定座19固定连接，该一对轴承1401之间通过轴承衬套限定两轴承轴向距离，以稳定刀柄本体1。刀柄固定座19上方固定有电机46，电机46通过联轴器20与刀柄本体1连接实现来刀柄本体1的旋转运动。刀柄固定座19的一侧面与Z向伺服装置固定连接来实现支架14的Z向运动。

将夹头顶出弹簧9置于夹头顶出滑套7的弹簧安装槽内，将夹头顶出滑套钢丝挡圈8置于夹头顶出滑套7的外环形槽内并连同夹头顶出弹簧9推入夹头座3，直到夹头顶出滑套钢丝挡圈8装入夹头座3内的钢丝挡圈环形槽3d内。

将拉杆2穿过弹簧限位座24并套装上夹头座复位弹簧26，用夹头座复位弹簧挡片2401将夹头座复位弹簧26压入夹头座3内并用孔用弹性挡圈2402封堵。

将3颗夹头定位钢球6分别装入夹头座3上所开设的定位贯通孔5内，在夹头座3外部依次套装夹头定位钢球限位套顶出弹簧12、夹头定位钢球限位套10，将夹头定位钢球限位套10推至定位钢球限位套钢丝挡圈安装槽3e内并露出夹头定位钢球限位套10的锥形面1003，然后将定位钢球限位套钢丝挡圈11装入定位钢球限位套钢丝挡圈安装槽3e内。

由拉杆2套装张紧弹簧25至弹簧限位座24上，在夹头座3上端套装铜基钢球保持架轴承21，带传动贯通孔2101的一端位于下方，通过夹头顶出滑套7及夹头座3的隔板3b的中心过孔用改锥将拉杆2拧装在刀柄本体1上。调整刀柄本体1、铜基钢球保持架轴承21及夹头座3的相对位置，使三者的传动孔17、传动贯通孔2101和第二球面凹坑16对齐，在孔(坑)内装入传动钢球18，在刀柄本体1上套装上传动钢球限位套22，并将传动钢球限位套钢丝挡圈23安装到传动钢球限位套钢丝挡圈安装槽1b中用于轴向限位，防止传动钢球限位套22脱落。

本发明的换刀装置还包括：

刀库总成52，其中容纳有多个刀具，所述刀库总成52包括：

第一板体27，其固定在机床上，使用螺栓或螺钉将第一板体固定在机床上，被机床支撑；

多个刀座总成28，其下端固定在所述第一板体上，用于容纳所述刀具，所述刀座总成28包括：

刀座底座29，其一端固定在所述第一板体28上，内部沿竖直方向从上到下依次设置有直径较大的第一中心槽30和直径较小的第二中心槽31，所述第一中心槽30和所述第二中心槽31之间形成一台阶；该刀座底座29的下端中央设置有一向下的凸块，第二中心槽31延伸到该凸块中，在第一板体27上设置有与该凸块匹配的凹槽，刀座底座29的凸块卡固在第一板体27的凹槽中，并使用螺栓将刀座底座29紧固在第一板体27上，从而将刀座总成28固定在第一板体27上。

刀座定位套32，其固定于所述刀座底座29上方，所述刀座定位套也为一具有抬肩的中空结构，且其上端侧壁上设置有弧形凹槽，所述弧形凹槽内设置有夹头压紧瓦块33和设置在所述夹头压紧瓦块两个孔中的瓦块压紧弹簧34，夹头压紧瓦块33通过螺栓固定在所述弧形凹槽中。

刀座浮动套35，其自由套设于所述第一中心槽30中且上端也具有一止档结构，通过该止档结构抵靠在刀座定位套32的抬肩下方；

浮动套缓冲弹簧36，其套设在所述刀座浮动套35的外部，且抵顶在所述刀座浮动套35的抬肩和所述台阶37之间。当取用刀具和刀具回位时，刀座浮动套35和浮动套缓冲弹簧36起到缓冲的作用。

其中，可如图1、图2和图3中所示，将多个刀座总成28设置为一排，或者，也可如图25所示的将多个刀座总成28设置为两排排列，当然，也可根据实际情况，将刀座总成28中设置为更多排排列。

在本发明的一个可行的实施例中，如图14和图18所示，所述刀库总成52还包括第二板体顶出装置，所述第二板体顶出装置包括：

第二板体37，其设置在所述刀座总成28上方，且第二板体37与所述刀座总成28的对应处设置有允许所述刀具通过的第一通孔；

第二板体浮动构件，其设置于所述第一板体27和第二板体37之间，以使所述第二板体37沿竖直方向移动，所述第二板体浮动构件设置有至少一个，可以在第一板体27和第二板体37的两侧设置一个、两个、三个或四个或多个第二板体浮动构件，所述第二板体浮动构件包括杆件38和气缸39，所述气缸39的缸体端固接在所述第一板体27上，而活塞端与所述杆件38的一端固接，所述杆件38的另一端穿过设置于所述第二板体37上的第二通孔并固定在所述第二板体37上，其中，所述杆件38外套设有第二板体缓冲弹簧40；

以及，

导向装置41，所述导向装置41包括：

第一法兰座42，其固定在所述第一板体27上，使用螺栓固定在第一板体27上即可。

第二法兰座43，其固定在所述第二板体的下方；

导向杆44，其一端固定在所述第一法兰座42中，而另一端固定在所述第二法兰座43中；以及，

润滑套件，其设置在所述第一法兰座42中，所述导向杆44的一端插入到所述润滑套件中，所述润滑套件包括润滑套45和设置于所述润滑套的下方润滑套垫套46。第一法兰座42为自润滑铜套法兰座。该导向装置41使第二板体顶出装置在Z方向上下稳定、可靠地移动。

本发明的一个实施例中，如图25中所示，刀库总成52中有6个刀座总成28，在四个角处各布置有一套导向装置41，在第一板体27和第二板体的两端的中间位置处布置有第二板体顶出装置。刀座总成52的各装置的其中一种可行的组成方式分别如下：

刀座总成28：在刀座底座29的第一中心槽30内依次置入浮动套缓冲弹簧36及刀座浮动套35，在刀座浮动套35上方装入刀座定位套32，调整刀座定位套32、座浮动套35及刀座底座29三者螺栓过孔的位置关系，用螺栓将三者紧固；在夹头压紧瓦块33的上下两个孔内分别装入瓦块压紧弹簧34，将瓦块压紧弹簧34压紧后推入刀座定位套32，调整夹头压紧瓦块33的轴向位置，使夹头压紧瓦块33的光孔与刀座定位套32侧面的螺纹孔正对，用限位螺栓拧入刀座定位套32并穿入夹头压紧瓦块33的光孔。刀座总成用于固定刀具夹头，通过螺栓与第一板体27连接。

第二板体顶出装置：气缸39与第一板体27用螺栓固定连接，在气缸39活塞杆上安装杆件38，杆件38上套装第二板体缓冲弹簧40，将第二板体37的第二通孔套装在杆件38上，第二板体37沿杆件38可上下移动，用螺栓将杆件38锁紧防止第二板体37被第二板体缓冲弹簧40顶出。第二板体顶出装置的作用为：当换刀机构50上装有刀具夹头时，夹头定位钢球限位套10位于刀具夹头的近端，在换取其他刀具夹头时，第二板体顶出装置将夹头定位钢球限位套10顶回远端，实现刀具的回位。

第二板体的导向装置41：自润滑铜套45压装入自润滑铜套法兰座中，其下方装入自润滑铜套垫套46，防止铜套下落，用螺栓将自润滑铜套法兰座与第一板体固定。将导向杆44压装入导杆法兰座并与其顶面平齐，用螺栓将导杆法兰座与第二板体37连接固定。第二板体37上的四根导向杆44插入第一板体上相应的自润滑铜套45内，导向杆44沿自润滑铜套45可自由移动。其作用为使顶出装置沿Z向方向上下稳定、可靠的移动。

现目前市场CNC机床大都主轴63相对机床水平位置不动，主轴63沿Z轴上下移动，工件沿X、Y轴移动的工作模式；本发明为工件相对机床水平不动，主轴63沿X、Y、Z轴三方向移动来实现工件加工。采用该模式主要有以下两方面的优点：

工件沿X和Y方向伺服定位装置移动的工作模式，在带液加工时，其X、Y轴位于工件下方，对于伺服传动机构的防护等级要求较高，机构复杂。而本发明的发明X和Y方向伺服定位装置位于工件上方，所需的防护等级要求较低。

本发明的工件固定在定位装置51上，方便工件装夹，特别是在使用气压或液压的夹紧机构时，管路布置较方便。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种换刀装置，其特征在于，包括：

刀柄本体，其具有竖直向下开口的刀柄空腔，所述刀柄本体的上壁连接在支架上；

拉杆，其上端连接至所述刀柄本体的上壁的内侧，所述拉杆在所述刀柄空腔内向下延伸，而下端具有止档突块；

夹头座，其也具有竖直向下开口的夹头座空腔，所述夹头座空腔的中部设置有隔板，所述夹头座自由套设在所述拉杆的外周，上壁受到所述止档突块的支撑，所述夹头座的侧壁的下部设置有定位贯通孔，其中设置有夹头定位钢球；

夹头顶出滑套，其自由设置在所述夹头座空腔中的隔板与定位贯通孔之间的位置处，下端由设置在夹头座空腔内的夹头顶出滑套钢丝挡圈支撑，且所述夹头顶出滑套与隔板之间设置有夹头顶出弹簧；

夹头定位钢球限位套，其自由套设在所述夹头座的下部的外侧，下端由设置在夹头座外侧的定位钢球限位套钢丝挡圈支撑，所述夹头定位钢球限位套的下端的内壁处设置有扩容空腔，所述扩容空腔的上方设置有向中心突出的挤压块，所述挤压块与扩容空腔之间的过渡部分为锥形面；

其中，所述夹头定位钢球限位套与夹头座之间设置有夹头定位钢球限位套顶出弹簧，且待更换刀具的刀柄处设置有与所述夹头定位钢球的尺寸相匹配的第一球面凹坑。

2.如权利要求1所述的换刀装置，其特征在于，

所述支架为轴承支架，所述刀柄本体的上壁向上伸出有转轴，该转轴由电机驱动旋转；

所述夹头座的侧壁的外侧位于隔板上方的位置处设置有第二球面凹坑；

所述刀柄本体的侧壁与所述第二球面凹坑相对应的位置处设置有传动孔，在所述传动孔和第二球面凹坑中设置有传动钢球。

3.如权利要求2所述的换刀装置，其特征在于，还包括：

刀柄固定座，其中空内部设置有所述轴承支架，所述转轴呈圆柱形结构，所述转轴插入所述轴承支架中，通过轴联器与电机的输出轴连接。

4.如权利要求2所述的换刀装置，其特征在于，还包括：

铜基钢球保持架轴承，其为套筒状结构，套设在刀柄本体与夹头座之间，所述铜基钢球保持架轴承与所述夹头定位钢球限位套上下相对，所述铜基钢球保持架轴承的与第二球面凹坑对应的位置处设置有传动贯通孔，所述传动钢球嵌入所述第二球面凹坑、传动贯通孔和传动孔，所述传动孔的尺寸为相对于所述传动钢球沿上下方向存在一定的余量。

5.如权利要求4所述的换刀装置，其特征在于，还包括：

传动钢球限位套，其套设在所述刀柄本体的外周，遮挡也为贯通孔的传动孔，所述传动钢球限位套的下端由设置在刀柄本体的外周的传动钢球限位套钢丝挡圈支撑。

6.如权利要求5所述的换刀装置，其特征在于，所述夹头座的上壁受到所述止档突块的支撑是通过以下方式实现的：

所述夹头座空腔内位于隔板上方的空间处自由设置有弹簧限位座，所述弹簧限位座为具有抬肩的中空结构，所述止档突块支撑在所述抬肩处；

张紧弹簧，其套设在所述拉杆上，且抵顶在所述弹簧限位座和所述刀柄本体的上壁之间。

7.如权利要求6所述的换刀装置，其特征在于，还包括：

夹头座复位弹簧，其套设在所述张紧弹簧的外周，且抵顶在所述弹簧限位座和所述夹头座的上壁之间。

8.如权利要求1所述的换刀装置，其特征在于，还包括：

刀库总成，其中容纳有多个刀具，所述刀库总成包括：

第一板体，其固定在机床上；

多个刀座总成，其下端固定在所述第一板体上，用于容纳所述刀具，所述刀座总成包括：

刀座底座，其一端固定在所述第一板体上，内部沿竖直方向从上到下一次设置有直径较大的第一中心槽和直径较小的第二中心槽，所述第一中心槽和所述第二中心槽之间形成一台阶；

刀座定位套，其也为具有抬肩的中空结构，所述刀座定位套固定于所述刀座底座上方，且其上端侧壁上设置有凹槽，所述凹槽内设置有夹头压紧瓦块和设置在所述夹头压紧瓦块中的瓦块压紧弹簧；

刀座浮动套，其自由套设于所述第一中心槽中；且上端被所述刀座定位套限制住；

浮动套缓冲弹簧，其套设在所述刀座浮动套的外部，且抵顶在所述刀座浮动套的止挡部和所述台阶之间，以将所述刀座浮动套的止挡部限制在所述刀座定位套的抬肩下。

9.如权利要求8所述的换刀装置，其特征在于，所述刀库总成还包括：

第二板体，其设置在所述刀座总成上方，且第二板体与所述刀座总成的对应处设置有允许所述刀具通过的第一通孔；

第二板体浮动构件，其设置于所述第一和第二板体之间，以使所述第二板体沿竖直方向移动，所述第二板体浮动构件包括杆件和气缸，所述气缸的缸体端固接在所述第一板体上，而活塞端与所述杆件的一端固接，所述杆件的另一端穿过设置于所述第二板体上的第二通孔并固定在所述第二板体上，其中，所述杆件外套设有第二板体缓冲弹簧；

导向装置，所述导向装置包括：

第一法兰座，其固定在所述第一板体上，

第二法兰座，其固定在所述第二板体的下方；

导向杆，其一端固定在所述第一法兰座中，而另一端固定在所述第二法兰座中；以及，

润滑套件，其设置在所述第一法兰座中，所述导向杆的一端插入到所述润滑套件中，所述润滑套件包括润滑套和设置于所述润滑套的下方润滑套垫套。

10.如权利要求9所述的换刀装置，其特征在于，还包括：

刀具夹头，其包括夹头本体和刀具夹头，所述刀具的上端固定于所述刀具夹头的内腔中，所述刀具夹头固定在所述夹头本体的内腔中，所述第一球面凹坑设置在所述夹头本体的外壁上，

当放置在所述刀库总成中时，所述刀具的下端延伸入所述第二中心槽中，所述夹头本体被所述刀座浮动套和所述刀座定位套支撑。