CN112043425A - 一种旋转夹持型种植机刀库及自动化换刀方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转夹持型种植机刀库，包括刀架底座，刀架底座上设有刀架基座，刀架基座上设有支撑杆，支撑杆底部贯穿刀架基座并与刀架基座弹性连接，支撑杆顶部安装有圆盘刀架，刀架基座上设有主动轴和从动轴，主动轴和从动轴之间设有传动齿轮，刀架基座上设有用于驱动主动轴转动的第二旋转机构，圆盘刀架上设有与从动轴位置对应的螺帽孔，螺帽孔内固定有锁紧螺帽，从动轴顶部开有锥形槽，锥形槽内设有弹性夹头，从动轴顶部与锁紧螺帽实现螺纹配合。本发明通过主从动轴的转动配合实现多个弹性夹头的松紧调控，满足种植机机械臂的自动化换刀需求，夹持稳定性高，有效提高加工效率，降低生产成本。本发明还提出一种自动化换刀方法。

Description

一种旋转夹持型种植机刀库及自动化换刀方法

技术领域

本发明涉及一种旋转夹持型种植机刀库及自动化换刀方法，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，按加工工艺在不同的工序中选用不同的刀具。当前一工序需要的刀具加工完成后，数控加工程序会给刀具储放装置下指令，驱动刀具储放装置把前一工序的刀具位送到换刀位置，等待机械臂换刀后，再把下一工序需要的刀具送到换刀位置，等待机械臂取刀。因此，刀库系统是提供种植机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，能够有效提高种植牙加工效率。

现有的种植机刀库系统还处于开发阶段，一方面是由于现有的刀具座对刀具的夹持并不稳定，使得种植机机械臂无法快速准确地完成换刀进程，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，本发明提出一种旋转夹持型种植机刀库，通过主从动轴的转动配合实现多个弹性夹头的松紧调控，夹持稳定性高，满足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，降低生产成本。

为实现上述目的，本发明的一种旋转夹持型种植机刀库，包括刀架底座，刀架底座上设有第一旋转机构，第一旋转机构上设有刀架基座，刀架基座上设有沿其周向均布的支撑杆，支撑杆的底部贯穿刀架基座，支撑杆上设有弹簧座，弹簧座与刀架基座之间连接有压缩弹簧，支撑杆顶部安装有圆盘刀架，刀架基座上设有转轴支架，转轴支架上设有主动轴和从动轴，主动轴和从动轴之间设有传动齿轮，刀架基座上设有用于驱动主动轴转动的第二旋转机构，圆盘刀架上设有与从动轴位置对应的螺帽孔，螺帽孔内固定有锁紧螺帽，从动轴顶部开有锥形槽，锥形槽内设有弹性夹头，从动轴顶部与锁紧螺帽实现螺纹配合。

进一步地，刀架底座的一侧设有支撑立柱，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。

进一步地，锁紧机构包括安装在横向支架底部的手指气缸，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，按压机构包括安装在横向支架底部的按压气缸，按压气缸的活塞杆朝向圆盘刀架设置，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，支撑立柱顶部设有纵向延伸的直线滑座，横向支架上布置有直线滑块，横向支架通过直线滑块滑移连接在直线滑座上。

进一步地，主动轴和第二旋转机构布置在刀架基座的中心处且呈上下分布，从动轴围绕主动轴呈周向均布。

进一步地，刀架底座的顶部设有安装座，安装座的中心处设有滚珠轴承和圆锥滚子轴承，刀架基座底部设有刀架主轴，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第一旋转机构上。

进一步地，转轴支架包括上支架和下支架，上支架和下支架上分别设有相对应的支撑轴承，用于实现主动轴和从动轴的转动支撑，支撑杆中部贯穿下支架。

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：刀架基座和圆盘刀架在第一旋转机构的驱动下转动，使相应的弹性夹头移至种植机机械臂的下方；

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弹性夹头内，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，同时主动轴在第二旋转机构的驱动下带动从动轴转动，使得锁紧螺帽沿从动轴上升至锁紧弹性夹头，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：圆盘刀架继续在第一旋转机构的驱动下转动，使另一相应的弹性夹头移至种植机机械臂的下方；

S5：种植机机械臂继续带动锁紧机构和按压机构下降至刀具进入刀具安装孔内，此时按压机构松开种植机机械臂的换刀键，同时主动轴在第二旋转机构的驱动下带动从动轴回转，使得锁紧螺帽沿从动轴下降至松开弹性夹头，而后种植机机械臂上升带动横向支架沿直线滑座复位，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。

本发明提供的一种旋转夹持型种植机刀库及自动化换刀方法，一方面通过主从动轴的转动配合实现多个弹性夹头的松紧调控，操作方便，稳定性高，能够满足种植机机械臂的换刀精度要求，另一方面采用弹性夹头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旋转夹持型种植机刀库在种植机机械臂换刀过程中的正视图；

图2是图1中的A-A向视图；

图3是图1中B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、刀架底座； 105、第一旋转机构；106、支撑杆；107、压缩弹簧；108、弹簧座；109、弹性夹头；110、锁紧螺帽；111、主动轴；112、从动轴；113、传动齿轮；114、第二旋转机构； 115、安装座；116、滚珠轴承；117、圆锥滚子轴承；118、联轴器；119、上支架；120、下支架；121、支撑轴承；201、支撑立柱；202、横向支架；203、支撑弹簧；204、手指气缸；205、按压气缸；206、直线滑座；207、直线滑块；301、机械臂；302、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旋转夹持型种植机刀库，包括刀架底座104，刀架底座104上设有第一旋转机构105，第一旋转机构105上设有刀架基座102，刀架底座104的一侧设有用于对准种植机机械臂301上刀具302的对刀仪(图中未作示意)。第一旋转机构105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。刀架底座104的顶部设有安装座115，安装座115的中心处设有滚珠轴承116和圆锥滚子轴承117，刀架基座102底部设有刀架主轴103，刀架主轴103向下延伸穿过滚珠轴承116和圆锥滚子轴承117并通过联轴器118连接在旋转电机上，由旋转电机驱动刀架基座102转动。

如图1所示，刀架基座102上设有沿其周向均布的支撑杆106，支撑杆106的底部贯穿刀架基座102，支撑杆106上设有弹簧座108，弹簧座108与刀架基座102之间连接有压缩弹簧107，支撑杆106顶部安装有圆盘刀架101，刀架基座102上设有转轴支架，转轴支架上设有主动轴111和从动轴112，刀架基座102上还设有用于驱动主动轴111转动的第二旋转机构114。第二旋转机构114也可以采用旋转电机、旋转气缸或旋转液缸，本实施例中采用摆动气缸。主动轴111和第二旋转机构114布置在刀架基座102的中心处且呈上下分布，从动轴112围绕主动轴111呈周向均布。转轴支架包括上支架119和下支架120，上支架119和下支架120上分别设有相对应的支撑轴承121，用于实现主动轴111和从动轴112的转动支撑，且支撑杆106中部贯穿下支架120，以提高支撑杆106的支撑稳定性。

如图1和图2所示，主动轴111和从动轴112之间设有传动齿轮113，传动齿轮 113包括一个主动轮和5个相同的从动轮，主动轮套接于主动轴111上，从动轮分别套接于从动轴112上，通过主动轮与从动轮的齿轮配合实现主动轴111和从动轴112 之间的传动连接。如图3所示，圆盘刀架101上设有与从动轴112位置对应的螺帽孔，螺帽孔内固定有锁紧螺帽110，从动轴112顶部开有锥形槽，锥形槽内设有弹性夹头 109，从动轴112顶部与锁紧螺帽110实现螺纹配合。当从动轴112在主动轴111的带动下转动时，由于从动轴112顶部与锁紧螺帽110的螺纹配合，在锁紧螺帽110周向固定的情况下，会将从动轴112的回转运动转化为锁紧螺帽110的直线运动，从而实现锁紧螺帽110对弹性夹头109的松紧调控。

如图1所示，刀架底座104的一侧设有支撑立柱201，支撑立柱201的顶部设有横向支架202，支撑立柱201顶部设有纵向延伸的直线滑座206，横向支架202上布置有直线滑块207，横向支架202通过直线滑块207滑移连接在直线滑座206上，支撑立柱201的中部和横向支架202的底部分别设有弹簧座108，两个弹簧座108之间连接有支撑弹簧203。直线滑座206的上下两端设有限位块(图中未作示意)，上侧限位块可以带有磁吸力，辅助支撑弹簧203实现横向支架202的支撑定位。

如图1所示，锁紧机构包括安装在横向支架202底部的手指气缸204，手指气缸 204的夹爪形状为与种植机机械臂301锁紧部形状相适配的弧形，夹爪的内侧设有橡胶层。按压机构包括安装在横向支架202底部的按压气缸205，按压气缸205的活塞杆朝向圆盘刀架101设置，按压气缸205的活塞杆端部与种植机机械臂301的换刀键适配。

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301移动至手指气缸204和按压气缸205的下方，而后上升至手指气缸204的夹爪之间，手指气缸204闭合锁紧，保证按压气缸205的活塞杆始终对准种植机机械臂301的换刀键；

S2：刀架基座102和圆盘刀架101在第一旋转机构105的驱动下转动，使相应的弹性夹头109移至种植机机械臂301的正下方；

S3：种植机机械臂301带动手指气缸204和按压气缸205下降至刀具302进入弹性夹头109内，此时按压气缸205作动，按压种植机机械臂301的换刀键，使得种植机机械臂301的刀具302安装孔松开刀具302，同时主动轴111在第二旋转机构114 的驱动下带动从动轴112转动，使得锁紧螺帽110沿从动轴112上升至锁紧弹性夹头 109，而后种植机机械臂301上移至刀具302与刀具302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205的活塞杆始终保持按压状态)，脱开后种植机机械臂301带动横向支架202上升，完成换刀；

S4：圆盘刀架101继续在第一旋转机构105的驱动下转动，使另一相应的弹性夹头109移至种植机机械臂301的下方；

S5：种植机机械臂301继续带动手指气缸204和按压气缸205下降至刀具302进入刀具302安装孔内(此过程中，由于手指气缸204的锁紧跟随，按压气缸205的活塞杆始终保持按压状态)，而后按压气缸205的活塞杆上升松开种植机机械臂301的换刀键，同时主动轴111在第二旋转机构114的驱动下带动从动轴112回转，使得锁紧螺帽110沿从动轴112下降至松开弹性夹头109，而后种植机机械臂301带动横向支架202沿直线滑座206复位，复位后手指气缸204的夹爪松开，种植机机械臂301下移脱开，完成取刀；

S6：种植机机械臂301取刀后通过对刀仪实现换刀定位，进行下一步机械加工。

本发明的一种旋转夹持型种植机刀库的夹持稳定性高，通过主从动轴的转动配合实现多个弹性夹头的松紧调控，能够满足种植机机械臂的换刀精度要求；自动化程度高，采用弹性夹头与按压装置的配合实现种植机机械臂的自动化换刀需求，提高加工效率，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，另一方面采用弹性夹头实现刀具的夹持，保证夹持力度、精度的同时减少刀具损伤，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 (9)

1.一种旋转夹持型种植机刀库，其特征在于，包括刀架底座，所述刀架底座上设有第一旋转机构，所述第一旋转机构上设有刀架基座，所述刀架基座上设有沿其周向均布的支撑杆，所述支撑杆的底部贯穿刀架基座，所述支撑杆上设有弹簧座，弹簧座与刀架基座之间连接有压缩弹簧，所述支撑杆顶部安装有圆盘刀架，所述刀架基座上设有转轴支架，所述转轴支架上设有主动轴和从动轴，主动轴和从动轴之间设有传动齿轮，所述刀架基座上设有用于驱动主动轴转动的第二旋转机构，所述圆盘刀架上设有与从动轴位置对应的螺帽孔，所述螺帽孔内固定有锁紧螺帽，所述从动轴顶部开有锥形槽，所述锥形槽内设有弹性夹头，所述从动轴顶部与锁紧螺帽实现螺纹配合。

2.如权利要求1所述的一种旋转夹持型种植机刀库，其特征在于，所述刀架底座的一侧设有支撑立柱，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架上方上下移动，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。

3.如权利要求2所述的一种旋转夹持型种植机刀库，其特征在于，所述锁紧机构包括安装在横向支架底部的手指气缸，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。

4.如权利要求2所述的一种旋转夹持型种植机刀库，其特征在于，所述按压机构包括安装在横向支架底部的按压气缸，所述按压气缸的活塞杆朝向圆盘刀架设置，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。

5.如权利要求2所述的一种旋转夹持型种植机刀库，其特征在于，所述支撑立柱顶部设有纵向延伸的直线滑座，所述横向支架上布置有直线滑块，所述横向支架通过直线滑块滑移连接在直线滑座上。

6.如权利要求1所述的一种旋转夹持型种植机刀库，其特征在于，所述主动轴和第二旋转机构布置在刀架基座的中心处且呈上下分布，所述从动轴围绕主动轴呈周向均布。

7.如权利要求1所述的一种旋转夹持型种植机刀库，其特征在于，所述刀架底座的顶部设有安装座，所述安装座的中心处设有滚珠轴承和圆锥滚子轴承，所述刀架基座底部设有刀架主轴，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第一旋转机构上。

8.如权利要求1所述的一种旋转夹持型种植机刀库，其特征在于，所述转轴支架包括上支架和下支架，所述上支架和下支架上分别设有相对应的支撑轴承，用于实现主动轴和从动轴的转动支撑，所述支撑杆中部贯穿下支架。

9.一种自动化换刀方法，其特征在于，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：刀架基座和圆盘刀架在第一旋转机构的驱动下转动，使相应的弹性夹头移至种植机机械臂的下方；

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弹性夹头内，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，同时主动轴在第二旋转机构的驱动下带动从动轴转动，使得锁紧螺帽沿从动轴上升至锁紧弹性夹头，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：圆盘刀架继续在第一旋转机构的驱动下转动，使另一相应的弹性夹头移至种植机机械臂的下方；

S5：种植机机械臂继续带动锁紧机构和按压机构下降至刀具进入刀具安装孔内，此时按压机构松开种植机机械臂的换刀键，同时主动轴在第二旋转机构的驱动下带动从动轴回转，使得锁紧螺帽沿从动轴下降至松开弹性夹头，而后种植机机械臂上升带动横向支架复位，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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