CN107470957A - 多头加工中心及用该多头加工中心的换刀方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多头加工中心及用该多头加工中心的换刀方法。多头加工中心包括至少两个加工机头，至少两个刀库，每个刀库用于与对应的一个加工机头对换刀具，各刀库安装有若干刀具，各刀具沿圆周方向安装于刀库；刀具驱动机构，用于驱动各刀具沿圆周方向移动到换刀定点；至少两个刀臂，刀臂的两端能够分别固持加工机头的待换刀具和刀库的预定刀具；刀臂驱动机构，其用于驱动刀臂旋转以使每个刀臂的两端分别从刀库和加工机头拿取预定刀具和待换刀具，以及分别向刀库和加工机头装入待换刀具和预定刀具。实现“多刀库配合多刀具”的刀具布置，提高了刀库容量，优化了多头加工中心的整体布局，减小了多头加工中心体积，还提高了换刀效率。

Description

多头加工中心及用该多头加工中心的换刀方法

技术领域

本发明涉及机械加工领域，特别涉及一种多头加工中心及用该多头加工中心的换刀方法。

背景技术

机床常用于3C行业，特别是手机零部件加工行业，以便对精细零部件进行加工，比如对零部件进行车、铣等。目前主流的加工机床仍是单头加工中心，多头加工中心并不常用。

无论是单头加工中心还是多头加工中心，一般都包括刀库和换刀机构。刀库用于定位、安装刀具，一个刀库可以容纳多个刀具，刀库容量大小直接关系到定位、安装其上的刀具数量。换刀机构用于将刀具在刀库与加工机头之间对换，有的具有能旋转的刀臂，对应旋转式换刀方式，有的不具有刀臂，对应推拉式换刀方式。

请参考图1和图2，图1为一种现有的加工中心示意图，图2为图1中的加工中心的刀库处于缩回工作状态的示意图。

该加工中心采用推拉式换刀方式，具有藏于横梁下方的直排式刀库1，刀库1具有多个刀夹，每个刀夹上夹持有刀具，用于与加工机头4之间交换。换刀时刀库1沿轨道3被推出，加工机头4直接接受在刀夹上裸露的刀具，换刀完毕后刀库1沿轨道3被拉回，图2即显示刀库1被拉回的状态。

现有技术具有以下缺陷：

第一，直排式刀库的刀具容量有限；

第二，换刀时，先将刀库推出来，然后加工机头将原有的刀具放回刀库，再进行取刀，换刀时间比较长，换刀效率低下；

第三，刀具在刀夹上裸露，容易受到外部环境的污染，而影响与加工机头的装配精度。

发明内容

本发明的目的在于解决以下技术问题：

第一，直排式刀库的刀具容量有限；

第二，换刀时，先将刀库推出来，然后加工机头将原有的刀具放回刀库，再进行取刀，换刀时间比较长，换刀效率低下。

为实现上述目的，本发明提供一种多头加工中心，包括至少两个加工机头，还包括：至少两个刀库，每个所述刀库用于与对应的一个所述加工机头对换刀具，各所述刀库安装有若干刀具，各所述刀具大致沿圆周方向安装于所述刀库；刀具驱动机构，用于驱动各所述刀具沿所述圆周方向移动到换刀定点；至少两个刀臂，所述刀臂的两端能够分别固持所述加工机头的待换刀具和所述刀库的预定刀具；刀臂驱动机构，其用于驱动所述刀臂旋转以使每个刀臂的两端分别从所述刀库和所述加工机头拿取所述预定刀具和所述待换刀具，以及分别向所述刀库和所述加工机头装入所述待换刀具和所述预定刀具。

优选地，所述多头加工中心还包括：刀库驱动机构，其用于驱动所述刀库沿上下方向移动；加工机头驱动机构，用于驱动所述加工机头沿上下方向移动；所述刀库驱动机构和所述加工机头驱动机构能够分别驱动所述刀库和所述加工机头上移以分别脱离所述预定刀具和所述待换刀具，以及分别驱动所述刀库和所述加工机头下移以分别装入所述待换刀具和所述预定刀具。

优选地，所述刀具驱动机构包括第一电机，所述第一电机的输出端驱动所述刀具沿所述圆周方向移动；所述刀臂驱动机构包括第二电机，所述第二电机的输出端驱动各所述刀臂旋转；所述刀库驱动机构包括第三电机，所述第三电机的输出端驱动各所述刀库沿上下方向移动。

优选地，所述刀具驱动机构包括：一个所述第一电机，所述第一电机的输出端连接有总带轮，至少两个刀库带轮，所述刀库带轮与所述刀库一一对应地安装，所述总带轮与各个刀库带轮之间安装有第二同步带，当所述第一电机运转时，各所述刀库在所述总带轮、各所述刀库带轮和所述第二同步带的作用下同步旋转。

优选地，所述多头加工中心包括至少两个所述刀具驱动机构。

优选地，每个刀库包括用于安装所述若干刀具的刀具安装结构，所述刀具驱动机构驱动所述刀具安装结构旋转以带动各所述刀具移动；所述刀具安装结构包括刀具安装盘，所述刀具安装盘具有若干个长圆孔，所述长圆孔沿周向方向布置，所述刀具安装盘通过所述长圆孔与所述刀库带轮连接。

优选地，所述刀具安装盘包括圆形的盘主体和若干定位凸缘，各定位凸缘沿所述盘主体的周向均匀分布在所述盘主体的外圆周，所述定位凸缘的周向尺寸沿所述盘主体的径向向外渐增；所述刀具安装结构还包括若干刀具定位块，每个刀具定位块固定安装于相邻两个定位凸缘之间，每个刀套转动连接于对应的一个刀具定位块。

优选地，所述刀具安装结构安装有刀套，所述刀具插置于所述刀套；所述多头加工中心还包括倒刀机构，所述倒刀机构包括压缸，所述刀套转动连接于所述刀具安装结构，所述压缸的缸体和缸杆分别通过各自的转动副而转动连接于所述刀具安装结构和所述刀套；所述压缸伸长/收缩时推离/拉近所述刀套与所述刀库安装结构，同时各所述转动副工作以使所述刀套相对于所述刀具安装结构从水平定向/竖直定向翻转到竖直定向/水平定向。

优选地，所述刀套包括：刀套主体，所述刀套主体具有第一安装腔和第二安装腔，所述第一安装腔的内径小于第二安装腔，二者连接处具有台阶；卡刀块，所述卡刀块包括安装轴段和卡刀凸块，所述安装轴段和所述卡刀凸块之间具有轴肩，所述安装轴段用于与所述第一安装腔螺纹装配；当所述安装轴段旋入所述第一安装腔时，所述轴肩能够在所述台阶处卡紧，以使所述卡刀凸块与所述第二安装腔之间形成卡刀空隙。

优选地，所述刀臂驱动机构包括：一个所述第二电机；至少两个刀臂带轮，所述刀臂带轮与所述刀臂一一对应地安装，各个刀臂带轮之间安装有第一同步带，各个刀臂中的一者直接连接至所述第二电机；当所述第二电机驱动与其连接的刀臂时，各所述刀臂在各所述刀臂带轮和所述第一同步带的作用下同步旋转。

优选地，所述多头加工中心包括至少两个所述刀臂驱动机构。

本发明还提供一种用上述各实施方案中的多头加工中心的换刀方法，包括以下步骤：送刀步骤：各所述刀库和所述加工机头沿上下方向靠近所述刀臂，预定刀具沿圆周移动到达换刀定点；卡刀步骤：所述刀臂旋转以使所述刀臂的两端分别固持所述预定刀具和所述待换刀具；拔刀步骤：各所述刀库和所述加工机头沿上下方向远离所述刀臂，以使所述预定刀具脱离所述刀库，以及所述待换刀具脱离所述加工机头；换刀步骤：所述刀臂旋转以使分别固持有所述预定刀具和所述待换刀具的两端交换位置；装刀步骤：各所述刀库和所述加工机头沿上下方向靠近所述刀臂，以使所述预定刀具装入所述加工机头，以及所述待换刀具装入所述刀库；退刀步骤：所述刀臂旋转以使所述刀臂的两端分别脱离所述预定刀具和所述待换刀具。

优选地，在所述送刀步骤中，各所述刀具受第一电机驱动而沿圆周移动；在所述卡刀步骤、所述换刀步骤、所述退刀步骤中，所述刀臂受第二电机驱动而旋转；在所述送刀步骤、所述拔刀步骤、所述装刀步骤中，所述刀库受第三电机驱动而上下移动，所述加工机头受加工机头驱动机构驱动而上下移动。

优选地，在所述送刀步骤中，各所述刀库和所述加工机头下移靠近所述刀臂，所述刀具安装结构旋转以使所述预定刀具到达换刀定点；在所述拔刀步骤中，各所述刀库和所述加工机头上移远离所述刀臂，以使所述预定刀具脱离所述刀库，以及所述待换刀具脱离所述加工机头；在所述装刀步骤中，各所述刀库和所述加工机头下移靠近所述刀臂，以使所述预定刀具装入所述加工机头，以及所述待换刀具装入所述刀库。

本发明提供的多头加工中心能够实现以下技术效果：

第一，包括多个圆盘式刀库，每个圆盘式刀库可以沿圆周布置多把刀具，实现了“多刀库配合多刀具”的刀具布置，大大提高了刀库容量，在有限的空间内尽可能多地布置刀具，优化了多头加工中心的整体布局，减小了多头加工中心体积；

第二，采用多个圆盘式刀库旋转选刀，可以同时与刀臂旋转卡刀相结合，大大提高了换刀效率。

本发明提供的换刀方法也能够实现上述技术效果。

附图说明

图1为一种现有的加工中心示意图；

图2为图1中的加工中心的刀库处于缩回工作状态的示意图；

图3为本发明提供的多头加工中心的第一视角的立体图；

图4为本发明提供的多头加工中心的第二视角的立体图；

图5为图3和图4中的多头加工中心的各刀库的第一视角的立体结构示意图；

图6为图3和图4中的多头加工中心的各刀库的第二视角的立体结构示意图；

图7为图3和图4中的多头加工中心的刀具驱动机构的结构示意图；

图8A为图5和图6中的一个刀库的立体结构示意图，示出刀套处于水平定向；

图8B为图8A的A部位的局部放大图；

图9为图8A中刀库的另一状态的侧视图，示出刀套处于从水平定向朝竖直定向翻转的中间状态；

图10为图9中刀库的又一状态的侧视图，示出刀套翻转到竖直定向；

图11为图8A中刀库的后视图，示出各刀具安装于刀具安装盘；

图12为图11中的刀具安装盘的结构示意图；

图13为本发明提供的多头加工中心的刀套的结构示意图；

图14为图13中刀套沿A-A剖线的剖面图；

图15为图14中刀套的卡刀块的立体结构示意图；

图16为图15中卡刀块的剖面图；

图17为本发明提供的多头加工中心在换刀过程中一个步骤的示意图：

图18为本发明提供的多头加工中心在换刀过程中的另一步骤的示意图；

图19为本发明提供的多头加工中心在换刀过程中的另一步骤的示意图；

图20为图19中多头加工中心的另一视角示意图；

图21为本发明提供的多头加工中心在换刀过程中的另一步骤的示意图；

图22为本发明提供的多头加工中心在换刀过程中的另一步骤的示意图；

图23为本发明提供的多头加工中心在换刀过程中的另一步骤的示意图；

图24为本发明提供的多头加工中心在换刀过程中的另一步骤的示意图；

图25为本发明提供的多头加工中心在换刀过程中的另一步骤的示意图。

附图标记说明：

现有技术：

刀库1、轨道3、加工机头4。

本发明：

刀库100、刀具安装盘110、盘主体111、定位凸缘112、长圆孔113、刀具定位块120、机床主轴200、刀臂300、第三电机400、第二电机500、刀臂带轮510、第一同步带520、张紧轮530、第一电机600、刀库带轮610、第二同步带620、压缸700、缸体710、缸杆720、刀套800、刀套主体810、卡刀块820、卡刀凸块821、钢珠8211、楔形块8212、弹簧8213、安装轴段822、轴肩823。

具体实施方式

为了更加清楚地阐述本发明的上述目的、特征和优点，在该部分结合附图详细说明本发明的具体实施方式。除了在本部分描述的各个实施方式以外，本发明还能够通过其他不同的方式来实施，在不违背本发明精神的情况下，本领域技术人员可以做相应的改进、变形和替换，因此本发明不受该部分公开的具体实施例的限制。本发明的保护范围应以权利要求书为准。

本发明的目的不仅仅在于解决以下技术问题，直排式刀库的刀具容量有限，以及换刀时，先将刀库推出来，然后加工机头将原有的刀具放回刀库，再进行取刀，换刀时间比较长，换刀效率低下的技术问题，还用于解决其他所能够实际解决的技术问题。在本发明中，“X轴”“Y轴”“Z轴”均以机床坐标系为参考系，其中Z轴指与主轴轴线平行的方向，一般指上下方向，X轴指机床主轴200的移动方向，一般指前后方向，具体X轴、Y轴、Z轴的指向请参考图3。

应当理解，刀库100内存有多把刀具，换刀时需要使预定刀具被调整至“换刀定点”准备换刀，该“换刀定点”是指预定刀具处于能够在刀库100和加工机头之间即刻传递的状态。刀具在换刀定点时以及处于换刀定点之后的传递过程中时，都时刻保持竖直定向。相比于换刀定点，刀具在刀库100中还具有所处的其他状态，即存储状态。

在一些情况下，刀具需要变换定向位置，比如刀具在刀库100中存储为水平定向，那么需要变换到竖直定向才能用于传递，预定刀具从存储状态调整至换刀定点与此同时竖直定向；在另一些情况，刀具在刀库100中存储时处于竖直平面内，但不处于竖直定向，因而需要在竖直平面内变换角度至竖直定向，那么预定刀具从存储状态调整至换刀定点并同时处于通过变换角度而实现的竖直定向。还有一些情况，刀具不需要变换定向，如背景技术中所提及的，刀具在刀库100中储存时即处于竖直定向，当刀具调整至换刀定点时，依然处于竖直定向。

请参考图3至图6，图3为本发明提供的多头加工中心的第一视角的立体图；图4为本发明提供的多头加工中心的第二视角的立体图；图5为图3和图4中的多头加工中心的各刀库100的第一视角的立体结构示意图；图6为图3和图4中的多头加工中心的各刀库100的第二视角的立体结构示意图。

本发明提供一种多头加工中心，其包括至少两个加工机头(加工机头一般安装于机床主轴200)，还包括至少两个刀库100和至少两个刀臂300。每个所述刀库100用于与每个所述加工机头对换刀具，各所述刀库100具有刀具安装结构和若干刀具，所述刀具呈圆形排布并且可以安装于所述刀具安装结构，所述刀具安装结构能够旋转以带动各所述刀具旋转，从而各刀具能够在存储位置和换刀定点之间变换位置。

各个刀臂300的两端可以具有卡刀槽，两个卡刀槽能够分别固持所述加工机头的待换刀具和所述刀库100用于与待换刀具对换的预定刀具，每个所述刀臂300能够旋转以在每个加工机头和每个刀库100之间对换所述预定刀具和所述待换刀具。

各刀臂的两端还可以具有其他的类似卡刀槽的固持刀具的结构，比如卡刀容腔等，卡刀槽与卡刀容腔等结构可以通过夹紧或者磁性吸合的方式固持刀具。

该多头加工中心还包括刀具驱动机构。刀具驱动机构可以包括第一电机600，第一电机600的输出端连接于刀具安装结构，从而驱动刀具安装结构旋转并带动刀具旋转变换位置。该多头加工中心还包括刀臂驱动机构。刀臂驱动机构可以包括第二电机500，第二电机500的输出端连接刀臂300从而驱动刀臂300在XY平面内旋转，并且能够使两个卡刀槽在加工机头和刀库100之间交换位置。

刀库100具有与每个刀具一一对应的安装位，该安装位能够接收刀具也能够在一定的外力作用下与刀具脱离。相应地，每个加工机头也都具有与之装配的刀具，加工完成时，加工机头的刀具即为待换刀具以用于与刀库100的预定刀具对换而进行下一道工序。

多个刀臂与多个刀库配合：各刀库通过刀具驱动机构而使得刀具沿圆周移动到换刀定点，各刀臂的两端分别接收了待换刀具和预定刀具后旋转，待换刀具与预定刀具彼此对换位置，再将从加工机头取下的待换刀具装入刀库，将从刀库取下的预定刀具装入加工机头，从而完成换刀。

该多头加工中心具有以下优势：

第一，包括多个圆盘式刀库，每个圆盘式刀库可以沿圆周布置多把刀具，实现了“多刀库配合多刀具”的刀具布置，大大提高了刀库容量，在有限的空间内尽可能多地布置刀具；

第二，采用多个圆盘式刀库旋转选刀，可以同时与刀臂旋转卡刀相结合，大大提高了换刀效率。

该多头加工中心还可以包括刀库驱动机构、加工机头驱动机构。刀库驱动机构和加工机头驱动机构分别驱动各刀库100和各加工机头与刀臂300沿上下方向互相靠近以向卡刀槽装入待换刀具和预定刀具，以及沿上下方向互相远离以脱离固持于卡刀槽内的预定刀具和待换刀具。

刀库驱动机构可以包括第三电机400，第三电机400运行带动输出端的输出部件(比如输出轴)旋转，该输出端连接于各刀库100，从而将第三电机400的驱动力传递至各刀库100，使得各刀库100能够上下移动。加工机头驱动机构用于驱动所述加工机头沿上下方向移动。

应当理解，第三电机400和刀库安装结构之间还具有将旋转运动转换为平移运动的传动部件，该传动部件连接于第三电机400的输出端与刀库100之间，该传动部件可以为齿轮齿条结构、滚珠丝杠结构等能够简单实现将旋转运动转化为直线运动的机构。

刀具驱动机构、刀臂驱动机构、刀库驱动机构也可以为除电机以外而具有精细控制功能的油缸、气缸等具有驱动功能的部件。

还应当理解，刀库驱动机构和加工机头驱动机构分别可以驱动刀库100和加工机头移动靠近或远离刀臂300而刀臂300不动，也可以驱动刀臂300移动靠近或远离刀库100和加工机头而刀库100和加工机头不动，或者同时驱动刀库100、加工机头和刀臂300。

可见，刀库驱动机构和加工机头驱动机构只要能够使得刀库100和加工机头二者与刀臂300之间存在互相靠近和远离的动作即可，这样能够与刀臂300旋转配合实现向刀臂300送刀和从刀臂300拔刀。

刀库驱动机构和加工机头驱动机构可以是用于驱动刀库和加工机头的单独的电机、气缸、油缸等结构，或者也可以为驱动刀库和加工机头的整体的电机、气缸、油缸等结构，只要是能够驱动目标部件移动的结构即可

在本发明中，刀具可以直接受刀具驱动机构的驱动而沿圆周移动，也可以安装于刀具安装结构，而刀具安装结构受刀具驱动机构的驱动而带动刀具沿圆周移动。

具体的换刀过程将在下文进行详细描述。

请参照图17至图25，图17为本发明提供的多头加工中心在换刀过程中的一个步骤的示意图：图18为本发明提供的多头加工中心在换刀过程中的另一步骤的示意图；图19为本发明提供的多头加工中心在换刀过程中的另一步骤的示意图；图20为图19中多头加工中心的另一视角示意图；图21为本发明提供的多头加工中心在换刀过程中的另一步骤的示意图；图22为本发明提供的多头加工中心在换刀过程中的另一步骤的示意图；图23为本发明提供的多头加工中心在换刀过程中的另一步骤的示意图；图24为本发明提供的多头加工中心在换刀过程中的另一步骤的示意图；图25为本发明提供的多头加工中心在换刀过程中的另一步骤的示意图。

开始换刀之前，刀臂300、刀库100和机床主轴200均处于初始位置，比如，刀库100和机床主轴200均在刀臂300之上远离刀臂300，那么刀库100和加工机头与刀臂300靠近时刀库100和加工机头下移，刀库100和加工机头与刀臂300远离时刀库100和加工机头上移；当然初始位置也可以具有其他形式，此时刀库100和加工机头与刀臂300靠近或者远离时也可以存在其他的移动方式。在优选的实施方案中，刀库100、刀臂300和加工机头依次沿X轴方向布置，刀臂300的臂展方向为机床的Y轴方向。

以下以刀臂300沿机床的Y轴方向延伸，在初始位置时刀库100和机床主轴200均在刀臂300之上远离刀臂300，并且刀具处于上述的“一些情况”(即需要从水平定向翻转到竖直定向的情况)为例进行说明，换刀过程大致可以按照以下几个步骤执行：

送刀步骤：刀库驱动机构和加工机头驱动机构分别驱动刀库100和加工机头下移到预定位置，该预定位置使得刀库100和加工机头能够准确地向刀臂300的两个卡刀槽传递刀具，而且第一电机600驱动刀具安装结构旋转以使预定刀具到达换刀定点(见图17和图18)；

需要说明的是：在该步骤中，如果加工机头在XY平面内正处于远离刀库100的加工位置，那么加工机头还应该先沿X轴方向朝向刀库100运动；在该步骤中，不限定第一电机600、刀库驱动机构和加工机头驱动机构分别的动作次序；在该步骤中，如果刀库100形式对应上述“一些情况”，那么当刀库驱动机构和加工机头驱动机构分别将刀库100和加工机头驱动到预定位置之后，预定刀具在倒刀机构(下文描述)的作用下从水平定向翻转到竖直定向从而处于换刀定点(见图18)，当然，如果刀库100的形式对应上述“另一些情况”，那么便不存在图18中所示的刀具翻转的步骤；

卡刀步骤：第二电机500驱动刀臂300顺时针旋转90度，刀臂300旋转一定角度后两个卡刀槽能够分别固持预定刀具和待换刀具(见图19和图20)；

拔刀步骤：刀库驱动机构和加工机头驱动机构分别驱动刀库100和加工机头上移，以使预定刀具脱离刀库100，以及待换刀具脱离加工机头(见图21)；

换刀步骤：第二电机500驱动刀臂300顺时针旋转180度，以使分别固持有预定刀具和待换刀具的两个卡刀槽交换位置(见图22)；

装刀步骤：刀库驱动机构和加工机头驱动机构分别驱动刀库100和加工机头下移，以使预定刀具装入加工机头，以及待换刀具装入刀库100(见图23)；

退刀步骤：第二电机500驱动刀臂300逆时针旋转90度，以使刀臂300的两个卡刀槽分别脱离预定刀具和待换刀具(见图24)。

优选地，还包括回位步骤：刀库驱动机构和加工机头驱动机构分别驱动刀库100和加工机头上移(见图25)。

应当理解，在上述卡刀步骤、换刀步骤和退刀步骤中，刀臂300的旋转角度也可以为其他，这取决于刀臂300的初始位置如何。在优选的实施方案中，刀臂仅旋转而刀库、加工机头仅平移，如此通过刀臂、刀库、加工机头分别动作，简化了驱动机构，从而简化了刀臂结构，进一步减小了加工中心的体积，另外，刀臂旋转的的同时刀库和加工机头上下移动，这还缩短了工作时间而提高了换刀效率。

在上述实施方案中，待换刀具、预定刀具能够通过加工机头和刀库的上下移动而沿Z轴方向装入刀臂，之后刀臂再旋转使刀具对换位置，配合刀库和加工机头再上下移动而分别向刀库和加工机头装入待换刀具和预定刀具。在其他实施方案中，还可以通过刀臂自身的旋转和上下移运动而实现将预定刀具和待换刀具向刀臂的装入，以及待换刀具和预定刀具在刀臂旋转之后分别向刀库和加工机头装入。或者，刀臂不与刀库发生上下移动，而通过比如磁性吸合的方式从侧方向刀臂装入预定刀具和待换刀具，而后刀臂旋转将预定刀具和待换刀具再次以磁性吸合的方式分别装入加工机头和刀库，等等其他装刀的方式也是可行的。

在所述送刀步骤中，各所述刀具受第一电机驱动而沿圆周移动；在所述卡刀步骤、所述换刀步骤、所述退刀步骤中，所述刀臂受第二电机驱动而旋转；在所述送刀步骤、所述拔刀步骤、所述装刀步骤中，所述刀库受第三电机驱动而上下移动，所述加工机头受加工机头驱动机构驱动而上下移动。

刀库驱动机构和所述加工机头驱动机构能够分别驱动所述刀库100和所述加工机头上移以分别脱离所述预定刀具和所述待换刀具，以及分别驱动所述刀库100和所述加工机头下移以分别装入所述待换刀具和所述预定刀具。

应当理解，加工机头驱动机构可以包括电机，或者常见的机械驱动结构。

这样，采用电机分别驱动刀臂300和刀库100，加工机头驱动机构驱动加工机头，以及刀臂自身仅旋转，从而实现换刀。因此，整体结构的沿X轴方向的厚度减小，刀库100能够与需要换刀的加工机头沿X轴方向布置，从而实现与加工机头迎面换刀，有助于优化机床布局。

优选地，还可以包括刀库安装结构，各刀库100安装于该刀库安装结构，第三电机400的输出端可以连接于该刀库安装结构，从而整体驱动各个刀库100。

优选地，对应于上述送刀步骤，本多头加工中心还可以具有倒刀机构。所述刀具安装结构安装有刀套800，所述刀具插置于所述有刀套800。所述倒刀机构包括压缸700，所述刀套800转动连接于所述刀具安装结构，所述压缸700的缸体710通过转动副转动连接于所述刀具安装结构，所述压缸700的缸杆720与所述刀套800通过转动副而转动连接。压缸700伸长/收缩时推离/拉近刀套与刀库安装结构，同时各所述转动副工作，从而使该刀套800从水平定向(对应于存储状态)翻转到竖直定向(对应于换刀状态)，或者使刀套800从竖直定向翻转到水平定向。

转动副可以为轮-槽配合、轴-轴套配合等，只要能够实现沿特定轴线转动即可，比如转轮和包围转轮的轮套配合，或者其他异形的凹凸件配合都是可以的。

在该实施方案中，换刀时，除预定刀具以外的刀具可以水平定向存储，或者在不进行换刀时，全部刀具均可以水平定向存储，从而进一步缩小刀具安装结构的径向尺寸，缩小刀库100占用的安装空间，在预定大小的空间内，可以安装更多的刀库100，进一步扩大多头加工中心的刀库100容量，可以适用于更多头的加工中心。

请参考图7至图8B，图7为图3和图4中的多头加工中心的刀具驱动机构的结构示意图；图8A为图5和图6中的一个刀库100的立体结构示意图；图8B为图8A的A部位的局部放大图。

刀具驱动机构可以包括一个第一电机600和至少两个刀库带轮610。该第一电机600的输出端连接有总带轮，刀库带轮610的数目与刀库100的数目相同，从而与刀库100一一对应地安装，总带轮与各个刀库带轮610之间安装有第二同步带620。当第一电机600运转时，各刀库100在总带轮、各刀库带轮610和第二同步带620的作用下同步旋转。

第一电机600还可以直接与刀库100中的一者直接连接，而各个刀库100之间再通同步带轮同步旋转，从而，通过单一驱动机构实现多线操作，降低成本，提升生产率。

优选地，该多头加工中心还可以包括至少两个刀具驱动机构。也就是说，包括至少两个第一电机600，每个第一电机600驱动至少两个刀具安装结构旋转。如图5和图6所示，即为包含两个刀具驱动机构的情况，其中每个刀具驱动机构包括一个电机并驱动两个刀具安装结构，因而，该多头加工中心具有四个刀具可旋转的刀库100，能够对四个加工机头进行换刀。

此外，该多头加工中心可以仅仅具有一个刀库驱动机构，也可以具有多个刀库驱动机构分别驱动各个刀库100，只要能够保证各个刀库100沿Z轴同步移动即可。

请参考图11、图12并结合图8A和图8B，图11为图8A中刀库100的后视图，示出各刀具安装于刀具安装盘110；图12为图11中的刀具安装盘110的结构示意图。

在该实施方案中，刀具安装结构可以包括刀具安装盘110，刀具安装盘110具有若干个长圆孔113。长圆孔113的沿刀具安装盘110的周向布置，刀具安装盘110通过所述长圆孔113与所述刀库带轮610连接。

多头加工中心在多次换刀操作之后，有可能出现刀具安装盘110偏离原始的旋转中心，也即与刀库带轮610偏心，刀具安装盘110在偏心的状态下旋转将有损于其使用寿命，也不利于换刀精度，偏心严重时还可能损坏刀盘的其他安装结构。本实施方案提供一种调整刀具安装盘110的旋转中心的技术方案，当运行一段时间后，可以人工旋松与长圆孔113装配的螺丝，将刀具安装盘110与刀库带轮610对正后，再旋紧螺丝，从而实现刀具安装盘110与刀库带轮610同心旋转，避免刀具安装盘110偏心旋转。

优选地，刀具安装盘110还包括盘主体111和若干定位凸缘112，各定位凸缘112沿刀具安装盘110的周向均匀分布在刀具安装盘110的外圆周，相邻两个所述定位凸缘112之间安装一个刀套800。定位凸缘112的周向尺寸在刀具安装盘110的径向方向上逐渐变大。刀具安装结构还包括若干刀具定位块120，每个刀具定位块120固定安装于相邻两个定位凸缘112之间，各刀具定位块120开设有安装孔，刀套800也开设有安装孔并与该定位块的安装孔通过销轴配合而能够相对于该定位块转动，也即相对于该刀具安装盘110转动。

定位凸缘112与刀具安装盘110分体形成，并且相邻的定位凸缘112之间的安装空间沿径向向外渐缩，这简化了刀具安装结构的制造过程，同时也确保刀具安装结构对刀套800的限位效果，防止刀套800沿径向向外脱出。

请参照图9和图10并结合图8A，图9为图8A中刀库100的另一状态的侧视图，示出刀套800处于从水平定向朝竖直定向翻转的中间状态；图10为图9中刀库100的又一状态的侧视图，示出刀套800翻转到竖直定向。

请参照图13至图16，图13为本发明提供的多头加工中心的刀套800的结构示意图；图14为图13中刀套800沿A-A剖线的剖面图；图15为图14中刀套800的卡刀块820的立体结构示意图；图16为图15中卡刀块820的剖面图。

优选地，所述刀套800包括刀套主体810和卡刀块820。所述刀套主体810具有第一安装腔和第二安装腔，所述第一安装腔的内径小于第二安装腔，二者连接处具有台阶。卡刀块820包括安装轴段822和卡刀凸块821，所述安装轴段822和所述卡刀凸块821之间具有轴肩823，所述安装轴段822用于与所述第一安装腔螺纹装配。当所述安装轴段822旋入所述第一安装腔时，所述轴肩823能够在所述台阶处卡紧，以使所述卡刀凸块821与所述第二安装腔之间形成卡刀空隙。

卡刀凸块821是这样一种构件：其具有弹性结构，并能够通过该弹性结构的伸缩而改变与第二安装腔之间的卡刀间隙大小。卡刀凸块821常见于现有技术，其具体可以具有楔形块8212、弹簧8213和钢珠8211，弹簧8213和楔形块8212沿卡刀块820的轴向(也即刀具行进方向)安装，楔形块8212开设有凹部，该凹部用于容纳钢珠8211，卡刀凸块821具有与该凹部配合的缺口，钢珠8211通过该缺口而暴露在卡刀间隙。

卡刀时，刀具进入卡刀间隙，挤压钢珠8211，钢珠8211进一步挤压楔形块8212，楔形块8212进一步挤压弹簧8213，弹簧8213受压收缩，由此钢珠8211缩回，刀具越过钢珠8211位置而进入第二间隙。在刀具行进过程中，钢珠8211受到弹簧8213的回复作用而在刀具厚度变小的部位靠近时弹出，卡住刀具，防止刀具意外脱落。

刀具插置于刀套800，刀具在不换刀也不用于加工机头时被刀套800保护起来，不受外部环境尤其是加工碎屑污染，有利于提高刀具的安装精度，从而提高换刀效率，延长刀具使用寿命。

优选地，刀臂驱动机构包括一个第二电机500和至少两个刀臂带轮510。该第二电机500的输出端直接连接刀臂300中的一者，其他各刀臂300安装有刀臂带轮510，刀臂带轮510之间安装有第一同步带520，与第二电机500连接的刀臂300受第二电机500驱动而旋转，比如，刀臂300自身具有转轴并通过转轴带动而旋转，第二电机500的输出轴直接连接于刀臂300的转轴。当与第二电机500连接的刀臂300受第二电机500驱动而旋转时，其他各个刀臂300的转轴也在第一同步带520和刀臂带轮510的带动下而同步旋转。

单独的第二电机500提供动力源即获得各个刀臂300同步转动的效果。当然，每个第二电机500也可以仅仅驱动一个刀臂300。

此外，如图6所示，各个刀臂带轮510之间还可以安装有第一张紧轮530，该张紧轮530用于张紧第一同步带520。

第二电机500还可以在输出端即安装有同步带轮，该同步带轮与各个刀臂带轮510之间再通过同步带而同步旋转，从而通过单一驱动机构实现多线操作，降低成本，提升生产率。

优选地，该多头加工中心还可以包括至少两个刀臂驱动机构。也就是说，包括至少两个第二电机500，每个第二电机500驱动至少两个刀臂300。如图5和图6所示，即为包含两个刀臂驱动机构的情况，其中每个刀臂驱动机构包括一个电机，驱动两个刀臂300，因而，该多头加工中心能够对四个加工机头进行换刀。

在一种实施方案中，每个所述刀库100与每个所述加工机头沿所述机床的X轴方向布置。

应当理解，本发明的压缸700可以为气缸，也可以为油缸，优选为气缸。

本发明中的第三电机400、第二电机500和第一电机600均可以为伺服电机，从而形成更为精准的控制；还可以搭配减速机使用。

产业上的可利用性

本发明提供的多头加工中心及用该多头加工中心的换刀方法可以用于产业。

以上各个实施例在不违背本发明精神范围内可以任意地进行组合。为简洁起见，本文省略了部分零部件的描述，然而该部分零部件均应当理解为能够采用现有技术实施。

Claims (14)

1.一种多头加工中心，包括至少两个加工机头，其特征在于，还包括：

至少两个刀库，每个所述刀库用于与对应的一个所述加工机头对换刀具，各所述刀库安装有若干刀具，各所述刀具大致沿圆周方向安装于所述刀库；

刀具驱动机构，用于驱动各所述刀具沿所述圆周方向移动到换刀定点；

至少两个刀臂，所述刀臂的两端能够分别固持所述加工机头的待换刀具和所述刀库的预定刀具；

刀臂驱动机构，其用于驱动所述刀臂旋转以使每个刀臂的两端分别从所述刀库和所述加工机头拿取所述预定刀具和所述待换刀具，以及分别向所述刀库和所述加工机头装入所述待换刀具和所述预定刀具。

2.根据权利要求1所述的多头加工中心，其特征在于，所述多头加工中心还包括：

刀库驱动机构，其用于驱动所述刀库沿上下方向移动；

加工机头驱动机构，用于驱动所述加工机头沿上下方向移动；

所述刀库驱动机构和所述加工机头驱动机构能够分别驱动所述刀库和所述加工机头上移以分别脱离所述预定刀具和所述待换刀具，以及分别驱动所述刀库和所述加工机头下移以分别装入所述待换刀具和所述预定刀具。

3.根据权利要求2所述的多头加工中心，其特征在于：

所述刀具驱动机构包括第一电机，所述第一电机的输出端驱动所述刀具沿所述圆周方向移动；

所述刀臂驱动机构包括第二电机，所述第二电机的输出端驱动各所述刀臂旋转；

所述刀库驱动机构包括第三电机，所述第三电机的输出端驱动各所述刀库沿上下方向移动。

4.根据权利要求3所述的多头加工中心，其特征在于，所述刀具驱动机构包括：

一个所述第一电机，所述第一电机的输出端连接有总带轮，

至少两个刀库带轮，所述刀库带轮与所述刀库一一对应地安装，所述总带轮与各个刀库带轮之间安装有第二同步带，

当所述第一电机运转时，各所述刀库在所述总带轮、各所述刀库带轮和所述第二同步带的作用下同步旋转。

5.根据权利要求4所述的多头加工中心，其特征在于，所述多头加工中心包括至少两个所述刀具驱动机构。

6.根据权利要求4所述的多头加工中心，其特征在于，每个刀库包括用于安装所述若干刀具的刀具安装结构，所述刀具驱动机构驱动所述刀具安装结构旋转以带动各所述刀具移动；

所述刀具安装结构包括刀具安装盘，所述刀具安装盘具有若干个长圆孔，所述长圆孔沿周向方向布置，所述刀具安装盘通过所述长圆孔与所述刀库带轮连接。

7.根据权利要求6所述的多头加工中心，其特征在于，所述刀具安装盘包括圆形的盘主体和若干定位凸缘，各定位凸缘沿所述盘主体的周向均匀分布在所述盘主体的外圆周，所述定位凸缘的周向尺寸沿所述盘主体的径向向外渐增；

所述刀具安装结构还包括若干刀具定位块，每个刀具定位块固定安装于相邻两个定位凸缘之间，每个刀套转动连接于对应的一个刀具定位块。

8.根据权利要求6所述的多头加工中心，其特征在于，所述刀具安装结构安装有刀套，所述刀具插置于所述刀套；

所述多头加工中心还包括倒刀机构，所述倒刀机构包括压缸，所述刀套转动连接于所述刀具安装结构，所述压缸的缸体和缸杆分别通过各自的转动副而转动连接于所述刀具安装结构和所述刀套；

所述压缸伸长/收缩时推离/拉近所述刀套与所述刀库安装结构，同时各所述转动副工作以使所述刀套相对于所述刀具安装结构从水平定向/竖直定向翻转到竖直定向/水平定向。

9.根据权利要求8所述的多头加工中心，其特征在于，所述刀套包括：

刀套主体，所述刀套主体具有第一安装腔和第二安装腔，所述第一安装腔的内径小于第二安装腔，二者连接处具有台阶；

卡刀块，所述卡刀块包括安装轴段和卡刀凸块，所述安装轴段和所述卡刀凸块之间具有轴肩，所述安装轴段用于与所述第一安装腔螺纹装配；

当所述安装轴段旋入所述第一安装腔时，所述轴肩能够在所述台阶处卡紧，以使所述卡刀凸块与所述第二安装腔之间形成卡刀空隙。

10.根据权利要求3-7中任一项所述的多头加工中心，其特征在于，所述刀臂驱动机构包括：

一个所述第二电机；

至少两个刀臂带轮，所述刀臂带轮与所述刀臂一一对应地安装，各个刀臂带轮之间安装有第一同步带，各个刀臂中的一者直接连接至所述第二电机；

当所述第二电机驱动与其连接的刀臂时，各所述刀臂在各所述刀臂带轮和所述第一同步带的作用下同步旋转。

11.根据权利要求9所述的多头加工中心，其特征在于，所述多头加工中心包括至少两个所述刀臂驱动机构。

12.一种用权利要求1-11中任一项所述的多头加工中心的换刀方法，其特征在于，包括以下步骤：

送刀步骤：各所述刀库和所述加工机头沿上下方向靠近所述刀臂，预定刀具沿圆周移动到达换刀定点；

卡刀步骤：所述刀臂旋转以使所述刀臂的两端分别固持所述预定刀具和所述待换刀具；

拔刀步骤：各所述刀库和所述加工机头沿上下方向远离所述刀臂，以使所述预定刀具脱离所述刀库，以及所述待换刀具脱离所述加工机头；

换刀步骤：所述刀臂旋转以使分别固持有所述预定刀具和所述待换刀具的两端交换位置；

装刀步骤：各所述刀库和所述加工机头沿上下方向靠近所述刀臂，以使所述预定刀具装入所述加工机头，以及所述待换刀具装入所述刀库；

退刀步骤：所述刀臂旋转以使所述刀臂的两端分别脱离所述预定刀具和所述待换刀具。

13.根据权利要求12所述的换刀方法，其特征在于，在所述送刀步骤中，各所述刀具受第一电机驱动而沿圆周移动；在所述卡刀步骤、所述换刀步骤、所述退刀步骤中，所述刀臂受第二电机驱动而旋转；在所述送刀步骤、所述拔刀步骤、所述装刀步骤中，所述刀库受第三电机驱动而上下移动，所述加工机头受加工机头驱动机构驱动而上下移动。

14.根据权利要求12所述的换刀方法，其特征在于，

在所述送刀步骤中，各所述刀库和所述加工机头下移靠近所述刀臂，所述刀具安装结构旋转以使所述预定刀具到达换刀定点；

在所述拔刀步骤中，各所述刀库和所述加工机头上移远离所述刀臂，以使所述预定刀具脱离所述刀库，以及所述待换刀具脱离所述加工机头；

在所述装刀步骤中，各所述刀库和所述加工机头下移靠近所述刀臂，以使所述预定刀具装入所述加工机头，以及所述待换刀具装入所述刀库。