CN112022393B - 一种自动化种植机刀库及换刀方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化种植机刀库，包括刀库室，刀库室上设刀库门，刀库室内部设有刀架基座，刀架基座设有圆盘刀架，圆盘刀架上设有若干层刀具座，刀库室内设有支撑立柱，支撑立柱的顶部设有横向支架，支撑立柱和横向支架上分别设有弹簧座，两个弹簧座之间连接有支撑弹簧，横向支架的底部设有直线滑座和直线滑动块，直线滑动块上设有用于与种植机机械臂锁紧跟随的锁紧机构和用于按压种植机机械臂上换刀键的按压机构，锁紧机构和换刀机构相对的位置为固定的。本发明能配合实现种植机机械臂的自动化换刀需求，大大提升植机刀库系统的自动化程度，提高种植牙加工效率，降低生产成本。本发明还提出一种自动化换刀方法。

Description

一种自动化种植机刀库及换刀方法

技术领域

本发明涉及一种自动化种植机刀库及换刀方法，属于牙科技术领域。

背景技术

种植牙是一种以植入骨组织内的下部结构为基础来支持、固位上部牙修复体的缺牙修复方式，它包括下部支持种植体和上部牙修复体两部分。种植体采用人工材料(如金属、陶瓷等)制成，经手术方法植入组织内(通常是上下颌)并获得骨组织牢固的固位支持，通过特殊的装置和方式来连接支持牙修复体。种植牙能够获得与天然牙相似的功能与结构，并且外表美观，修复效果好，已经成为越来越多缺牙患者的首选修复方式。

随着计算机技术的迅速发展，结合CAD/CAM及数控加工技术，种植体系统的加工生产越来越向数字化、微型化、个性化发展，其生产过程更智能、更环保、更节能。种植牙的自动化加工过程中，需要使用多种不同的刀具。因此，刀库系统是提供所需之储刀及换刀需求的一种重要装置，其自动换刀机构及可以储放多把刀头的刀库，改变了传统以人为主的换刀方式。

现有的种植机刀库系统还处于开发阶段，一方面是由于种植机机械臂在进行换刀时需手动按压换刀键以松开刀具，另一方面是由于种植机机械臂上的刀具安装孔即使松开后也具有一定摩擦力，使得刀具无法自主脱开，需要一定拉力辅助刀具脱开。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出一种自动化种植机刀库，通过弹性刀座与按压装置的配合实现种植机机械臂的自动化换刀需求，大大提升种植机刀库系统的自动化程度，提高种植牙加工效率，降低生产成本。

为实现上述目的，本发明的一种自动化种植机刀库，包括刀库室，刀库室侧面设有可开合的刀库门，刀库室内部设有刀架基座，刀架基座上设有旋转机构，旋转机构上设有圆盘刀架，圆盘刀架上设有若干层沿其周向均布的刀具座，刀库室内设有支撑立柱，支撑立柱的顶部设有横向支架，横向支架活动连接在支撑立柱的顶部并能够在圆盘刀架上方上下移动，支撑立柱和横向支架上分别设有弹簧座，两个弹簧座之间连接有支撑弹簧，横向支架的底部设有直线滑座，直线滑座内滑移连接有直线滑动块，直线滑动块上设有用于与种植机机械臂锁紧跟随的锁紧机构和用于按压种植机机械臂上换刀键的按压机构，锁紧机构和换刀机构相对的位置为固定的。

进一步地，锁紧机构包括连接在直线滑动块底部的手指气缸，手指气缸的夹爪形状为与种植机机械臂锁紧部形状相适配的弧形，夹爪的内侧设有橡胶层。

进一步地，按压机构包括连接在直线滑动块底部的按压气缸，按压气缸的活塞杆朝向刀库室底部设置，按压气缸的活塞杆端部与种植机机械臂的换刀键适配。

进一步地，横向支架的一侧设有复位支架，复位支架与直线滑动块之间连接有复位弹簧。

进一步地，支撑立柱的顶部设有用于限制横向支架的限位块。

进一步地，圆盘刀架上的各层刀具座的数量由内向外成倍数增长，刀具座的层数为1～3层。

进一步地，刀架基座的顶部设有安装座，旋转机构包括设置在安装座下方的动力源，安装座的中心处设有滚珠轴承和圆锥滚子轴承，圆盘刀架底部设有刀架主轴，刀架主轴向下延伸穿过滚珠轴承和圆锥滚子轴承并通过联轴器连接在动力源上。

进一步地，刀具座包括设置在圆盘刀架上的固定座，固定座上设有一对对称布置的弓字形夹块，弓字形夹块通过销轴转动连接在固定座上，弓字形夹块位于固定座上的一端连接有压簧，弓字形夹块远离固定座一侧设有固定块，固定块的内侧具有用于配合实现刀具夹持的弧形槽。

进一步地，刀库门两平行的侧边上分别设有滑块，刀库室的内壁上设有与两侧滑块配合的滑轨，刀库室内设有用于实现刀库门开合控制的拉伸机构。

本发明还提出一种自动化换刀方法，包括以下步骤：

S1：种植机机械臂移动至锁紧机构和按压机构的下方，而后上升与锁紧机构完成锁紧对接，保证按压机构始终对准种植机机械臂的换刀键；

S2：圆盘刀架在旋转机构的驱动下转动，使相应的刀具座移至直线滑座的下方，而后种植机机械臂带动锁紧机构和按压机构沿直线滑座和支撑立柱活动至刀具座上方；

S3：种植机机械臂带动锁紧机构和按压机构下降至刀具进入刀具座，此时按压机构作动，按压种植机机械臂的换刀键，使得种植机机械臂的刀具安装孔松开刀具，而后种植机机械臂上移至刀具与刀具安装孔完全脱开，脱开后种植机机械臂带动横向支架上升，完成换刀；

S4：圆盘刀架继续在旋转机构的驱动下转动，使另一相应的刀具座移至直线滑座的正下方，而后种植机机械臂继续带动锁紧机构和按压机构沿直线滑座和支撑立柱活动至刀具座上方；

S5：种植机机械臂带动锁紧机构和按压机构下降至刀具进入刀具安装孔内，而后按压机构松开种植机机械臂的换刀键，种植机机械臂上升带动刀具脱开刀具座并带动锁紧机构和按压机构沿直线滑座和支撑立柱进行复位，复位后锁紧机构松开种植机机械臂，种植机机械臂下移脱开，完成取刀。

本发明的一种自动化种植机刀库一方面采用沿径向设置多层刀具座的圆盘式刀库，大大提升刀库容量，以满足种植机各种加工需求，另一方面采用弹性刀座加持刀具与按钮按压保持装置的配合实现种植机机械臂的自动化换刀需求，大大提升植机刀库系统的自动化程度，提高加工效率，降低生产成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描写和阐述。

图1是本发明首选实施方式的一种自动化种植机刀库的刀库门关闭状态下的正视图；

图2是本发明首选实施方式的一种自动化种植机刀库的刀库门打开，种植机机械臂开始换刀时的正视图；

图3是本发明首选实施方式的一种自动化种植机刀库的刀库门打开，种植机机械臂换刀过程中的正视图；

图4是本发明首选实施方式的一种自动化种植机刀库的俯视图；

图5是图4中A处的放大图。

附图标记：101、圆盘刀架；102、刀架基座；103、刀架主轴；104、动力源；105、联轴器；106、滚珠轴承；107、圆锥滚子轴承；108、安装座；109、刀具座；110、固定座；111、弓字形夹块；112、销轴；113、压簧；114、固定块；201、支撑立柱；202、横向支架；203、弹簧座；204、支撑弹簧；205、限位块；206、直线滑座；207、直线滑动块；208、手指气缸；209、按压气缸；210、复位支架；211、复位弹簧；301、刀库室；302、刀库门；303、滑轨；304、滑座；305、拉伸机构；401、对刀仪；402、机械臂；403、刀具。

具体实施方式

下面将结合附图、通过对本发明的优选实施方式的描述，更加清楚、完整地阐述本发明的技术方案。

实施例1：如图1所示，本发明首选实施方式的一种自动化种植机刀库，包括刀库室301，刀库室301侧面设有可开合的刀库门302，刀库门302竖直方向的两侧边上分别设有滑块，刀库室301的内壁上设有与两侧滑块配合的滑轨303。刀库室301内设有拉伸机构305，拉伸机构305可以采用电机、气缸或液缸，本实施例中采用液缸。拉伸机构305的两端分别铰接在刀库门302内侧和刀库室301底部，通过拉伸机构305的伸缩实现刀库门302的开合控制。

如图1和图4所示，刀库室301内部设有刀架基座102，刀架基座102上设有旋转机构，旋转机构上设有圆盘刀架101，圆盘刀架101上设有三层沿其周向均布的刀具座109，圆盘刀架101和刀库门302之间设有用于对准种植机机械臂402和刀具403的对刀仪401。旋转机构包括设置在安装座108下方的动力源104，动力源104可以采用旋转电机、旋转气缸或旋转液缸，本实施例中采用旋转电机。刀架基座102的顶部设有安装座108，安装座108的中心处设有滚珠轴承106和圆锥滚子轴承107，圆盘刀架101底部设有刀架主轴103，刀架主轴103向下延伸穿过滚珠轴承106和圆锥滚子轴承107并通过联轴器105连接在旋转电机上，由旋转电机驱动圆盘刀架101转动。

如图1和图2所示，刀库室301内设有支撑立柱201，支撑立柱201的顶部设有横向支架202，横向支架202套设在支撑立柱201的顶部并能够在圆盘刀架101上方上下移动，支撑立柱201的中部和横向支架202的底部分别设有弹簧座203，两个弹簧座203之间连接有支撑弹簧204，支撑立柱201的顶部设有用于限制横向支架202的限位块205。限位块205可以带有磁吸力，辅助支撑弹簧204实现横向支架202的支撑定位，用于实现横向支架202的顶部限位。

如图1和图2所示，横向支架202的底部设有直线滑座206，直线滑座206内滑移连接有直线滑动块207，直线滑动块207底部设有用于与种植机机械臂402锁紧跟随的手指气缸208和用于按压种植机机械臂402上换刀键的按压气缸209，手指气缸208和按压气缸209相对的位置为固定的。手指气缸208的夹爪形状为与种植机机械臂402锁紧部形状相适配的弧形，夹爪的内侧设有橡胶层。按压气缸209的活塞杆朝向刀库室301底部设置，按压气缸209的活塞杆能够与种植机机械臂402的换刀键适配。此外，横向支架202背离刀库门302的一侧设有复位支架210，复位支架210与直线滑动块207之间连接有复位弹簧211。

如图1和图4所示，圆盘刀架101上的各层刀具座109的数量由内向外成倍数增长，在本实施例中，内层刀具座109的数量为五个，中层刀具座109的数量为十个，外层刀具座109的数量为二十个。

如图5所示，刀具座109包括设置在圆盘刀架101上的固定座110，固定座110上设有一对对称布置的弓字形夹块111，弓字形夹块111通过销轴112转动连接在固定座110上，弓字形夹块111位于固定座110上的一端连接有压簧113，弓字形夹块111远离固定座110的一侧设有固定块114，固定块114的内侧具有弧形槽，两侧固定块114配合用于夹持刀具403。弧形槽的内侧可以设置橡胶涂层，减少夹持损伤同时增大摩擦力。

本发明还提出一种自动化换刀方法，包括以下步骤：

S1：如图2所示，刀库门302打开，种植机机械臂402进入刀库室301，并移动至手指气缸208和按压气缸209的下方，而后上升至手指气缸208的夹爪之间，手指气缸208闭合锁紧，保证按压气缸209的活塞杆始终对准种植机机械臂402的换刀键；

S2：如图3所示，圆盘刀架101在旋转机构的驱动下转动，使相应的刀具座109移至直线滑座206的正下方，而后种植机机械臂402带动手指气缸208和按压气缸209沿直线滑座206和支撑立柱201活动至刀具座109上方；

S3：种植机机械臂402带动手指气缸208和按压气缸209下降至刀具403进入刀具座109，此时按压气缸209作动，按压种植机机械臂402的换刀键，使得种植机机械臂402的刀具安装孔松开刀具403，而后种植机机械臂402上移至刀具403与刀具安装孔完全脱开(此过程中，由于锁紧机构的锁紧跟随，按压气缸209的活塞杆始终保持按压状态)，脱开后种植机机械臂402带动横向支架202上升，完成换刀；

S4：圆盘刀架101继续在旋转机构的驱动下转动，使相应的刀具座109移至直线滑座206的正下方，而后种植机机械臂402继续带动手指气缸208和按压气缸209沿直线滑座206和支撑立柱201活动至刀具座109上方；

S5：种植机机械臂402带动手指气缸208和按压气缸209下降至刀具403进入刀具安装孔内(此过程中，由于手指气缸208的锁紧跟随，按压气缸209的活塞杆始终保持按压状态)，而后按压气缸209的活塞杆上升松开种植机机械臂402的换刀键，种植机机械臂402上升利用夹持力带动刀具403脱开刀具座109，并带动手指气缸208和按压气缸209沿直线滑座206和支撑立柱201进行复位，复位后手指气缸208的夹爪松开(手指气缸208和按压气缸209在复位弹簧211的作用下保证复位精度)，种植机机械臂402下移脱开，完成取刀；

S6：种植机机械臂402取刀后通过对刀仪401实现换刀定位，而后退出刀库室301，刀库门302关闭。

本发明的一种自动化种植机刀库的刀库容量大，采用沿径向设置多层刀具座的圆盘式刀库，大大提升刀库容量，以满足种植机各种加工需求。自动化程度高；通过储刀部与换刀部的配合实现种植机机械臂的自动化换刀需求，改变传统以人为主的换刀方式，大大提升植机刀库系统的自动化程度，提高种植牙加工效率，降低生产成本；换刀速度快，一方面采用锁紧与按压机构实现刀臂换刀键的锁紧按压，按压跟随性高，定位精度高，另一方面采用弹性刀具夹座实现刀具的夹持，保证夹持力的同时减少刀具损伤，换刀进程可控性高，操作简单，稳定性强，有效提高换刀效率，节约人力和时间成本。

上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述，而并非对本发明的保护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述、附图对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。本发明的保护范围由权利要求确定。

Claims (10)

1.一种自动化种植机刀库，其特征在于，包括刀库室，所述刀库室侧面设有可开合的刀库门，所述刀库室内部设有刀架基座，所述刀架基座上设有旋转机构，所述旋转机构上设有圆盘刀架，所述圆盘刀架上设有若干层沿其周向均布的刀具座，所述刀库室内设有支撑立柱，所述支撑立柱的顶部设有横向支架，所述横向支架活动连接在支撑立柱的顶部并能够在圆盘刀库上方上下移动，所述支撑立柱和横向支架上分别设有弹簧座，两个弹簧座之间连接有支撑弹簧，所述横向支架的底部设有直线滑座，所述直线滑座内滑移连接有直线滑动块，所述直线滑动块上设有用于与种植机机械臂锁紧跟随的锁紧机构，所述直线滑动块上设有用于按压种植机机械臂上换刀键的按压机构，所述锁紧机构和换刀机构相对的位置为固定的。

2.如权利要求1所述的一种自动化种植机刀库，其特征在于，所述锁紧机构包括连接在直线滑动块底部的手指气缸，所述手指气缸的夹爪位于其接近刀库室底部的一侧，所述手指气缸的夹爪形状为与种植机机械臂锁紧部形状相适配的弧形，所述夹爪的内侧设有橡胶层。

3.如权利要求1所述的一种自动化种植机刀库，其特征在于，所述按压机构包括连接在直线滑动块底部的按压气缸，所述按压气缸的活塞杆朝向刀库室底部设置，所述按压气缸的活塞杆端部与种植机机械臂的换刀键适配。

4.如权利要求1所述的一种自动化种植机刀库，其特征在于，所述横向支架的一侧设有复位支架，所述复位支架与直线滑动块之间连接有复位弹簧。

5.如权利要求1所述的一种自动化种植机刀库，其特征在于，所述支撑立柱的顶部设有用于限制横向支架的限位块。

6.如权利要求1所述的一种自动化种植机刀库，其特征在于，所述圆盘刀架上的各层刀具座的数量由内向外成倍数增长，所述刀具座的层数为1～3层。

7.如权利要求1所述的一种自动化种植机刀库，其特征在于，所述刀架基座的顶部设有安装座，所述旋转机构包括设置在安装座下方的动力源，所述安装座的中心处设有滚珠轴承和圆锥滚子轴承，所述圆盘刀架底部设有刀架主轴，所述刀架主轴向下延伸穿过滚珠轴承和圆锥滚子轴承并通过联轴器连接在动力源上。

8.如权利要求1所述的一种自动化种植机刀库，其特征在于，所述刀具座包括设置在圆盘刀架上的固定座，所述固定座上设有一对对称布置的弓字形夹块，所述弓字形夹块通过销轴转动连接在固定座上，所述弓字形夹块位于固定座上的一端连接有压簧，所述弓字形夹块远离固定座一侧设有固定块，所述固定块的内侧具有用于配合实现刀具夹持弧形槽。

9.如权利要求1所述的一种自动化种植机刀库，其特征在于，所述刀库门两平行的侧边上分别设有滑块，所述刀库室的内壁上设有与两侧滑块配合的滑轨，所述刀库室内设有用于实现刀库门开合控制的拉伸机构。

10.一种自动化换刀方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：刀库门打开，种植机机械臂进入刀库室，并移动至锁紧机构和按压机构的下方，而后上升与锁紧机构完成锁紧对接，保证按压机构始终对准种植机机械臂的换刀键；

S2：圆盘刀架在旋转机构的驱动下转动，使相应的刀具座移至直线滑座的正下方，而后种植机机械臂带动锁紧机构和按压机构沿直线滑座和支撑立柱活动至刀具座上方；

S3：种植机机械臂带动锁紧机构和按压机构下降至刀具进入刀具座，此时按压机构作动，按压种植机机械臂的换刀键，使得种植机机械臂的刀具安装孔松开刀具，而后种植机机械臂上移至刀具与刀具安装孔完全脱开，脱开后种植机机械臂带动横向支架上升，完成换刀；

S4：圆盘刀架继续在旋转机构的驱动下转动，使相应的刀具座移至直线滑座的正下方，而后种植机机械臂继续带动锁紧机构和按压机构沿直线滑座和支撑立柱活动至刀具座上方；

S5：种植机机械臂带动锁紧机构和按压机构下降至刀具进入刀具安装孔内，而后按压机构松开种植机机械臂的换刀键，种植机机械臂上升带动刀具脱开刀具座并带动锁紧机构和按压机构沿直线滑座和支撑立柱进行复位，复位后锁紧机构松开种植机机械臂，种植机机械臂下移脱开，完成取刀。

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