CN106975958A - 一种伺服驱动的凸轮联动式换刀机械手 - Google Patents

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陈学斌
王庆晟
房大正
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Abstract

本发明涉及一种伺服驱动的换刀机械手，由伺服驱动单元、同步带传动装置、齿轮轴、双凸轮机构、花键轴、花键轴套、弧面凸轮滚子、平面凸轮滚子以及摆臂机构组成，伺服驱动单元由同步电机和减速机构成，通过同步带传动装置与齿轮轴联接；双凸轮机构包括平面凸轮和弧面凸轮，平面凸轮的外平面和内平面分别加工有凸轮曲线槽和伞齿，伞齿与齿轮轴相啮合，弧面凸轮分布有若干弧面沟槽；相互配合的花键轴和花键轴套平行于齿轮轴安装，花键轴上设置有花键导轮；平面凸轮滚子安装于摆臂机构中，并分别与花键导轮以及凸轮曲线槽相啮合；弧面凸轮滚子分布于花键轴套的圆周方向，并与弧面沟槽相啮合。本发明结构简单、换刀时间短、可控性稳定性强。

Description

一种伺服驱动的凸轮联动式换刀机械手
技术领域
本发明涉及一种自动刀具交换装置，特别涉及一种伺服控制下的双凸轮联动式换刀机械手。
背景技术
随着高速切削技术的发展，切削时间不断缩短，对于自动换刀等辅助加工时间的要求也越来越高，提升换刀速度已成为提高生产效率的重要手段。换刀机械手是自动换刀装置中交换刀具的主要工具，担负着把刀库上的刀具送到主轴以及把主轴上已用过的刀具返回刀库的任务，需要进行刀具抓取和刀具交换两种动作。目前的换刀机械手大多由异步电机驱动，结构复杂，换刀时间长，换刀速度提升受到限制，并且机械手臂抓取主轴刀柄时的运动速度不可控制，导致每次换刀过程中对主轴的冲击比较大，可靠性和稳定性受到影响。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种结构简单、换刀时间短、可控性强、性能稳定的高精度凸轮联动式换刀机械手，能够有效减少换刀过程中对主轴的冲击。
为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种伺服驱动的凸轮联动式换刀机械手，由箱体、伺服驱动单元、同步带传动装置、齿轮轴、双凸轮机构、花键轴、花键轴套、弧面凸轮滚子、平面凸轮滚子以及摆臂机构组成，其中，伺服驱动单元由同步电机和减速机构成，其输出端通过同步带传动装置与齿轮轴联接；齿轮轴通过齿轮轴承安装于箱体底端的齿轮轴承座内，其齿端位于箱体内部；双凸轮机构通过凸轮轴及凸轮轴承安装于箱体内部，其包括平面凸轮和弧面凸轮两部分，平面凸轮的外平面加工有凸轮曲线槽，内平面外圈加工有伞齿，该伞齿与齿轮轴的齿端相啮合，弧面凸轮分布有若干弧面沟槽；花键轴通过直线轴承安装于箱体顶端的直线轴承座内，花键轴套通过花键轴承安装于箱体底端的花键轴承座内，花键轴与花键轴套通过花键配合；花键轴上设置有花键导轮；所述摆臂机构通过摆臂轴承安装于箱体侧面的摆臂轴承座上；平面凸轮滚子安装于摆臂机构中，并分别与花键导轮以及平面凸轮的凸轮曲线槽相啮合；弧面凸轮滚子分布于花键轴套的圆周方向，并与弧面凸轮的弧面沟槽相啮合。
上述一种伺服驱动的凸轮联动式换刀机械手，所述凸轮轴端面设置有原点开关，箱体外表面设置有与原点开关相对应的传感器。
上述一种伺服驱动的凸轮联动式换刀机械手，所述双凸轮机构通过平键套接于凸轮轴上，凸轮轴通过前后两组凸轮轴承架设于箱体内部，其中前组凸轮轴承安装于箱体左侧面的偏心套内，后组凸轮轴承安装于箱体右侧面的轴承座内。
上述一种伺服驱动的凸轮联动式换刀机械手，所述直线轴承座端面以及偏心套处均设置有密封防尘装置。
上述一种伺服驱动的凸轮联动式换刀机械手，所述箱体上设置有视油孔，视油孔内安装有视油镜；箱体上端面设置有呼吸孔。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明采用同步电机减速机驱动配合与与之适应的凸轮运动曲线，不仅能够缩短换刀时间，提高生产效率，而且输出端运动速度可控，可有效减少换刀过程对主轴的冲击，提高主轴使用寿命。同时采用传感器信号触发与同步电机光码信号对应实现机械手回零，结构简单，精准可靠。
附图说明
图1是本发明的外部结构示意图。
图2是本发明内部啮合关系示意图之一。
图3是本发明内部啮合关系示意图之二。
图4是本发明双凸轮机构安装结构示意图。
图5是本发明花键轴及花键轴套安装结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
结合图1至图4所示，本发明一种伺服驱动的凸轮联动式换刀机械手，由箱体1、同步电机2、减速机3、同步带传动装置4、齿轮轴5、齿轮轴承座6、双凸轮机构7、凸轮轴8、花键轴9、花键轴套10、弧面凸轮滚子11、平面凸轮滚子12以及摆臂机构13组成。同步电机2和减速机3构成本发明的伺服驱动单元，其输出端通过同步带传动装置4与齿轮轴5联接。齿轮轴5通过齿轮轴承安装于齿轮轴承座6内，其齿端位于箱体1内部。双凸轮机构7通过平键14套接于凸轮轴8上，凸轮轴8通过前后两组凸轮轴承架设于箱体1内部，前凸轮轴承安装于箱体1左侧面的偏心套15内，后凸轮轴承安装于箱体1右侧面的轴承座内。凸轮轴8的端面设置有原点开关16，箱体1外表面设置有与原点开关16相对应的传感器17。视油镜18设置在箱体1背面；为确保箱体1内部运动过程中压力保持平衡，箱体1上端面还设置有呼吸孔19。
结合图2和图3双凸轮机构7分为平面凸轮71和弧面凸轮72两部分，平面凸轮71的外平面加工有凸轮曲线槽711，内平面外圈加工有伞齿712，伞齿712与齿轮轴5的齿端相啮合，啮合间隙可通过偏心套15调整；弧面凸轮72上分布有弧面沟槽721。
结合图1、图2、图3以及图5所示，花键轴9通过直线轴承安装于直线轴承座20内，直线轴承座20端面设置有密封防尘装置21；花键轴套10通过花键轴承安装于花键轴承座22内，花键轴9与花键轴套10通过花键配合。花键轴9上设置有花键导轮23；摆臂机构13通过摆臂轴承安装于箱体1侧面的摆臂轴承座24上；平面凸轮滚子12安装于摆臂机构13中，并分别与花键导轮23以及凸轮曲线槽711相啮合；弧面凸轮滚子11分布于花键轴套10的圆周方向，并与弧面凸轮72的弧面沟槽721相啮合。
执行换刀动作时，同步电机2的驱动力经同步带传动装置4以及齿轮轴5传递到双凸轮机构7中，带动双凸轮机构7转动。一方面，双凸轮机构7的转动带动摆臂机构13运动，进而通过花键导轮23带动花键轴9上下移动，从而完成向上或向下的拉刀动作。另一方面，双凸轮机构7的转动还能够使弧面凸轮滚子11切入弧面凸轮72的不同弧面沟槽内，弧面凸轮滚子11与弧面沟槽721的相切运动带动花键轴9旋转，从而实现刀具旋转交换动作。
尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种伺服驱动的凸轮联动式换刀机械手，由箱体、伺服驱动单元、同步带传动装置、齿轮轴、双凸轮机构、花键轴、花键轴套、弧面凸轮滚子、平面凸轮滚子以及摆臂机构组成，其特征在于，伺服驱动单元由同步电机和减速机构成，其输出端通过同步带传动装置与齿轮轴联接；齿轮轴通过齿轮轴承安装于箱体底端的齿轮轴承座内，其齿端位于箱体内部；双凸轮机构通过凸轮轴及凸轮轴承安装于箱体内部，其包括平面凸轮和弧面凸轮两部分，平面凸轮的外平面加工有凸轮曲线槽，内平面外圈加工有伞齿，该伞齿与齿轮轴的齿端相啮合，弧面凸轮分布有若干弧面沟槽；花键轴通过直线轴承安装于箱体顶端的直线轴承座内，花键轴套通过花键轴承安装于箱体底端的花键轴承座内，花键轴与花键轴套通过花键配合；花键轴上设置有花键导轮；所述摆臂机构通过摆臂轴承安装于箱体侧面的摆臂轴承座上；平面凸轮滚子安装于摆臂机构中，并分别与花键导轮以及平面凸轮的凸轮曲线槽相啮合；弧面凸轮滚子分布于花键轴套的圆周方向，并与弧面凸轮的弧面沟槽相啮合。
2.根据权利要求1所述的一种伺服驱动的凸轮联动式换刀机械手，其特征在于，所述凸轮轴端面设置有原点开关，箱体外表面设置有与原点开关相对应的传感器。
3.根据权利要求1或2所述的一种伺服驱动的凸轮联动式换刀机械手，其特征在于，所述双凸轮机构通过平键套接于凸轮轴上，凸轮轴通过前后两组凸轮轴承架设于箱体内部，其中前组凸轮轴承安装于箱体左侧面的偏心套内，后组凸轮轴承安装于箱体右侧面的轴承座内。
4.根据权利要求1或2所述的一种伺服驱动的凸轮联动式换刀机械手，其特征在于，所述直线轴承座端面以及偏心套处均设置有密封防尘装置。
5.根据权利要求3所述的一种伺服驱动的凸轮联动式换刀机械手，其特征在于，所述直线轴承座端面以及偏心套处均设置有密封防尘装置。
6.根据权利要求1或2所述的一种伺服驱动的凸轮联动式换刀机械手，其特征在于，所述箱体上设置有视油孔，视油孔内安装有视油镜；箱体上端面设置有呼吸孔。
7.根据权利要求3所述的一种伺服驱动的凸轮联动式换刀机械手，其特征在于，所述箱体上设置有视油孔，视油孔内安装有视油镜；箱体上端面设置有呼吸孔。
8.根据权利要求4所述的一种伺服驱动的凸轮联动式换刀机械手，其特征在于，所述箱体上设置有视油孔，视油孔内安装有视油镜；箱体上端面设置有呼吸孔。
9.根据权利要求5所述的一种伺服驱动的凸轮联动式换刀机械手，其特征在于，所述箱体上设置有视油孔，视油孔内安装有视油镜；箱体上端面设置有呼吸孔。
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