CN111015987A - 一种垂直式的超声刀柄快速换刀装置 - Google Patents

一种垂直式的超声刀柄快速换刀装置 Download PDF

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段宇辉
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叶红仙
王根
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Abstract

一种垂直式的超声刀柄快速换刀装置，包括滑动组件、浮动组件、刀柄夹持组件，所述滑动组件固定在加工中心或铣床的工作台上，所述浮动组件能随滑动组件一起水平运动的连接在滑动组件上，所述刀柄夹持组件能随浮动组件上下垂直式浮动进行超声刀柄更换的连接在浮动组件上；所述刀柄夹持组件包括刀柄卡爪，所述刀柄卡爪固定连接在浮动杆上，所述刀柄卡爪的夹臂处设有用于固定刀柄的可调的弹性钢珠，所述刀柄卡爪的夹持处设有垂直限位刀柄的梯形槽。本发明的刀柄夹持组件通过可调的弹性钢珠来实现刀柄的夹持，便于刀柄与刀柄卡爪快速夹持或脱离，实现快速更换。刀柄夹持组件通过滑动组件和浮动组件来分别实现平移或垂直移动来实现快速定位。

Description

一种垂直式的超声刀柄快速换刀装置
技术领域
本发明属于超声振动加工装置技术领域，具体涉及一种垂直式的超声刀柄快速换刀装置。
背景技术
超声加工是利用超声波高频振动，对材料进行微冲击，使材料加工表面逐步破碎的特种加工。其具有不受材料是否导电的影响，对材料的切削力小，不易产生切削热等优点，在工业中被广泛的应用。特别是在难加工的材料精密加工时，具有比其它加工方式无法比拟的效果，比如陶瓷、玻璃、硅等硬脆材料以及具有高比强度、高比刚度、高比模量、良好的绝缘、隔热、隔音的复合材料的加工。
超声加工设备一般由三部分组成，电源(超声发生器)、超声振动系统(换能器、变幅杆、工具头)和设备主体。传统的超声加工设备其振动系统一般集成在机床的主轴上，功能单一，超声振动系统的换刀十分不易，很难实现复合加工，而且多为国外进口，价格昂贵。超声刀柄的发展解决了这个难题，超声刀柄的设计借鉴了普通铣床、加工中心刀柄的换刀方式，利用HSK(德文Hohlschaftkegel缩写)刀柄等作为接口，将超声振动系统集成在刀柄内部实现了一体化设计。设备只需对普通的机床进行简单的改装就可以实现超声的复合加工，大大提高了工业生产效率。
现有的超声刀柄集成结构中，超声振动系统组件一体化集成于刀柄内部，工作时超声振动系统组件与HSK刀柄一同旋转，从而需要将超声电源信号从外部引入旋转的刀柄内部件。一般采用导电碳刷或电磁环来实现动静部件的电流信号传输。但是目前这种设计使得超声刀柄结构复杂且笨拙，超声刀柄质量重、体积大、悬臂较长等缺点，不适用于现代化的高精度机床的自动换刀系统。往往需要二个人的配合来完成超声刀柄的换刀，其效率低、精度差、易磕碰
发明内容
本发明的目的是为了解决目前超声刀柄质量重、体积大，单人进行超声刀柄的换刀比较困难等问题，提供了一种换刀快捷快速、结构合理的垂直式的超声刀柄快速换刀装置。
本发明采用的技术方案是：
一种垂直式的超声刀柄快速换刀装置，其特征在于：包括滑动组件、浮动组件、刀柄夹持组件，所述滑动组件固定在加工中心或铣床的工作台上，所述浮动组件能随滑动组件一起水平运动的连接在滑动组件上，所述刀柄夹持组件能随浮动组件上下垂直式浮动进行超声刀柄换刀的连接在浮动组件上。
所述滑动组件包括滑动板、导轨、固定板，所述固定板固定在加工中心或铣床的工作台上，所述导轨设置在固定板上，所述滑动板可沿导轨移动的连接于导轨上；
所述浮动组件包括空心固定杆、浮动杆，所述空心固定杆的下部固定连接在滑动板上，所述空心固定杆的上部安装有圆柱直线轴承，中部开设有限位槽，下部设有喉塞，所述浮动杆内置于圆柱直线轴承内形成垂直滑动，其下端设有圆柱销，所述圆柱销可在限位槽内上下滑动，所述圆柱销的下方与喉塞之间设有第一弹簧使得滑动附有阻尼形成浮动；
所述刀柄夹持组件包括刀柄卡爪，所述刀柄卡爪固定连接在浮动杆上，所述刀柄卡爪的夹臂处设有用于固定刀柄的可调的弹性钢珠，所述刀柄卡爪的夹持处设有垂直限位刀柄的梯形槽。本发明的刀柄夹持组件通过可调的弹性钢珠来实现刀柄的夹持，便于刀柄与刀柄卡爪快速夹持或脱离，实现快速换刀。刀柄夹持组件通过滑动组件和浮动组件来分别实现平移或垂直移动来实现快速定位。
进一步，所述导轨是双直线导轨，是采用光轴结构，所述双直线导轨通过光轴固定架固定在固定板上。
进一步，所述滑动板通过两组直线轴承与双直线导轨连接，两组直线轴承与双直线导轨配合形成稳定的滑动机构，保证了移动的可靠性。
进一步，所述圆柱直线轴承和空心固定杆之间通过台阶定位并通过内卡簧与卡槽配合限位固定。
进一步，所述圆柱销的下方设有用于与第一弹簧接触的挡片。
进一步，所述喉塞与空心固定杆是螺纹连接，并通过空心固定杆侧面的定位孔处的紧定螺丝固定。
进一步，所述空心固定杆的下部设有法兰盘，所述法兰盘通过螺栓固定在滑动板上。
进一步，所述刀柄卡爪通过方形固定座固定连接在浮动杆上，所述刀柄卡爪远离夹臂的一端固定在方形固定座上，所述方形固定座固定在浮动杆上。
进一步，所述刀柄卡爪的夹臂处设有通孔，所述通孔内安装有钢珠套，所述钢珠内置于钢珠套内，其内端设有第二弹簧，所述第二弹簧的另一端与一字螺丝固定，通过调节一字螺丝，可以调节钢珠的压力，从而调节夹持刀柄的力度。
进一步，所述钢珠套的外表面设有阶梯结构来实现与通孔的固定。
本发明的有益效果：
1、刀柄夹持组件通过可调的弹性钢珠来实现刀柄的夹持，便于刀柄与刀柄卡爪快速夹持或脱离，实现快速换刀。
2、刀柄夹持组件通过滑动组件和浮动组件来分别实现平移或垂直移动来实现快速定位。
3、滑动组件采用两组直线轴承与双直线导轨配合形成稳定的滑动机构，保证移动的可靠性。
4、浮动组件的设置采用弹簧加入阻尼配合浮动杆实现垂直浮动功能，保证了刀柄换刀时不会卡顿，能顺利进行刀柄换刀。
附图说明
图1是本发明的整体组件示意图。
图2是本发明安装刀柄后的结构示意图。
图3是本发明的卡爪结构示意图。
图4中的4-1至4-4是本发明的装夹次序图。
图5中的5-1至5-4是本发明的拆卸次序图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
参见图1，本实施例提供了一种垂直式的超声刀柄快速换刀装置，包括滑动组件I、浮动组件II、HSK刀柄夹持组件III，所述滑动组件I固定在加工中心或铣床的工作台上，所述浮动组件II能随滑动组件I一起水平运动的连接在滑动组件I上，所述HSK刀柄夹持组件III能随浮动组件II上下垂直式浮动进行超声刀柄换刀的连接在浮动组件II上。
参见图2，本实施例滑动组件I包括：固定板1、光轴固定支架2、导轨3、直线轴承4、滑动板5；其主要功能是将整个装拆装置固定在工作台上，并且使其部分结构实现一定距离的直线滑动。固定板1上设有一对对称平行分布的双直线导轨，双直线导轨是采用光轴结构，双直线导轨通过紧固螺钉固定在两组对称平行的光轴固定架2上，光轴固定架2通过螺钉固定在固定板1上，形成稳定的直线滑动轨道；在滑动板5上设有对称平行分布的两组直线轴承4，直线轴承4通过螺钉与滑动板5固定，两组直线轴承4与一对直线导轨配合形成稳定的直线滑动机构。固定板1通过T型螺栓组将其固定在加工中心的工作台上，实现装置的整体固定作用。
本实施例所述浮动组件II包括：空心固定杆8、喉塞6、第一弹簧9、挡片10、圆柱销11、圆柱直线轴承12、内卡簧13、浮动杆14；主要功能是使装置的部分机构实现一定限度的垂直浮动。空心固定杆8其内腔上端安装有圆柱直线轴承12，其通过腔内部的台阶和卡槽处的内卡簧12对其进行轴向固定；浮动杆14通过与圆柱直线轴承12的配合，使浮动杆14具有上下垂直运动的功能；浮动杆14的中间部位开有圆柱孔，空心固定杆8自带法兰盘其中间部分开有限位槽，圆柱销11穿过限位槽与浮动杆14的圆孔配合，带法兰盘的空心固定杆8上的限位槽限制了圆柱销11的上下垂直运动，实现了浮动杆14垂直运动的限位作用。空心固定杆8内腔下端设有第一弹簧9，其通过圆柱销11下部的挡片10和空心固定杆8内腔下端的喉塞6，来实现第一弹簧9的轴向压缩固定；第一弹簧9的加入使浮动杆14的轴向运动附有阻尼，实现了浮动杆14的浮动功能。空心固定杆8内腔设有下端设有内螺纹与喉塞6配合，喉塞6不仅起到了第一弹簧9的轴向压缩固定，还可以调节浮动杆14的阻尼大小以适应超声刀柄的重量，内螺纹侧面设有定位孔7，通过紧定螺丝来固定喉塞6。空心固定杆8通过法兰盘与滑动板5固定连接。
本实施例所述HSK刀柄夹持组件III包括方形固定座15，HSK刀柄卡爪16，钢珠17，第二弹簧19，钢珠套18，一字螺丝20；功能是夹持固定HSK超声刀柄并进行超声刀柄的定位。方形固定座15与HSK刀柄卡爪16通过螺栓连接固定，方形固定座15与浮动杆14配合固定，方形固定座15侧面设有2个定位孔，利用螺钉来实现方形固定座在浮动杆14上的固定。HSK刀柄卡爪16的夹持处设有梯形槽与HSK卡槽配合，限制其垂直运动，HSK刀柄卡爪16爪臂处有钢珠弹性紧固，便于HSK刀柄的夹持和拆卸；参见图3，所述HSK刀柄卡爪16的夹臂处设有通孔，所述通孔内安装有钢珠套18，钢珠套18与通孔实行过盈配合并通过钢珠套前端的小内凹即阶梯结构来实现固定；所述钢珠17内置于钢珠套18内，其内端设有第二弹簧19，所述第二弹簧19的另一端与一字螺丝20固定，通过调节一字螺丝20，可以调节钢珠17的压力，从而调节夹持刀柄的力度。
本发明所提供的换刀装置的换刀方法包括：
装刀：
步骤一：将换刀装置固定在加工中心工作台上，将超声刀柄卡在HSK刀柄卡爪16上并定好HSK刀柄、导电盒的位置，如图4中4-1所示。
步骤二：将加工中心主轴移动至与换刀装置平台滑动轴线的中心位置并定向，确定主轴高度，比装置上HSK接合后略低2mm左右，如图4中4-2所示。
步骤三：按下主轴的松刀按钮，将装置的HSK刀柄卡爪16微微下压，低于主轴接口即可，推动滑动板5，使接口位置重合，松手；按下紧刀按键，如,4中4-3所示。
步骤四：刀柄安装完毕，拉动滑动板5使HSK刀柄卡爪16脱离，装刀完毕，如图4中4-4所示。
拆刀：
步骤一：将带有刀柄的主轴移向靠近过装置的固定的位置，刀柄加持位置与HSK刀柄卡爪16持平或略低，如图5中5-1所示。
步骤二：推动滑动板5，使HSK刀柄卡爪16夹持在超声刀柄上，如图5中5-2所示。
步骤三：按下机床主轴的松刀按钮，超声刀柄与主轴分离，推动滑动板5使超声刀柄远离主轴，如图5中5-3所示。
步骤四：将超声刀柄与装置分离，拆刀完毕，如图5中5-4所示。

Claims (10)

1.一种垂直式的超声刀柄快速换刀装置，其特征在于：包括滑动组件、浮动组件、刀柄夹持组件，所述滑动组件固定在加工中心或铣床的工作台上，所述浮动组件能随滑动组件一起水平运动的连接在滑动组件上，所述刀柄夹持组件能随浮动组件上下垂直式浮动进行超声刀柄换刀的连接在浮动组件上；
所述滑动组件包括滑动板、导轨、固定板，所述固定板固定在加工中心或铣床的工作台上，所述导轨设置在固定板上，所述滑动板可沿导轨移动的连接于导轨上；
所述浮动组件包括空心固定杆、浮动杆，所述空心固定杆的下部固定连接在滑动板上，所述空心固定杆的上部安装有圆柱直线轴承，中部开设有限位槽，下部设有喉塞，所述浮动杆内置于圆柱直线轴承内形成垂直滑动，其下端穿设有圆柱销，所述圆柱销可在限位槽内上下滑动，所述圆柱销的下方与喉塞之间设有第一弹簧使得滑动附有阻尼形成浮动；
所述刀柄夹持组件包括刀柄卡爪，所述刀柄卡爪固定连接在浮动杆上，所述刀柄卡爪的夹臂处设有用于固定刀柄的可调的弹性钢珠，所述刀柄卡爪的夹持处设有垂直限位刀柄的梯形槽。
2.如权利要求1所述的一种垂直式的超声刀柄快速换刀装置，其特征在于：所述导轨是双直线导轨，是采用光轴结构，所述双直线导轨通过光轴固定架固定在固定板上。
3.如权利要求2所述的一种垂直式的超声刀柄快速换刀装置，其特征在于：所述滑动板通过两组直线轴承与双直线导轨连接，两组直线轴承与双直线导轨配合形成稳定的滑动机构。
4.如权利要求1所述的一种垂直式的超声刀柄快速换刀装置，其特征在于：所述圆柱直线轴承和空心固定杆之间通过台阶定位并通过内卡簧与卡槽配合限位固定。
5.如权利要求1所述的一种垂直式的超声刀柄快速换刀装置，其特征在于：所述圆柱销的下方设有用于与第一弹簧接触的挡片。
6.如权利要求1所述的一种垂直式的超声刀柄快速换刀装置，其特征在于：所述喉塞与空心固定杆是螺纹连接，并通过空心固定杆侧面的定位孔处的紧定螺丝固定。
7.如权利要求1所述的一种垂直式的超声刀柄快速换刀装置，其特征在于：所述空心固定杆的下部设有法兰盘，所述法兰盘通过螺栓固定在滑动板上。
8.如权利要求1所述的一种垂直式的超声刀柄快速换刀装置，其特征在于：所述刀柄卡爪通过方形固定座固定连接在浮动杆上，所述刀柄卡爪远离夹臂的一端固定在方形固定座上，所述方形固定座固定在浮动杆上。
9.如权利要求1所述的一种垂直式的超声刀柄快速换刀装置，其特征在于：所述刀柄卡爪的夹臂处设有通孔，所述通孔内安装有钢珠套，所述钢珠内置于钢珠套内，其内端设有第二弹簧，所述第二弹簧的另一端与一字螺丝固定，通过调节一字螺丝。
10.如权利要求9所述的一种垂直式的超声刀柄快速换刀装置，其特征在于：所述钢珠套的外表面设有阶梯结构来实现与通孔的固定。
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