CN112170876A - 一种快速换刀的伺服刀塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种快速换刀的伺服刀塔，包括主箱体、轴承座以及刀盘，所述轴承座与主箱体连接，所述刀盘套设在轴承座外，其中，还包括刀盘驱动装置，所述刀盘驱动装置包括第一电机，固定齿盘，转动齿盘以及定准齿盘，所述固定齿盘与主箱体连接，所述转动齿盘套设在固定齿盘上，所述定准齿盘设置在转动齿盘的侧边，所述第一电机与主箱体连接并驱动转动齿盘转动，所述主箱体内设有驱动定准齿盘靠近转动齿盘的锁紧油腔，以及驱动定准齿盘远离转动齿盘的放松油腔，所述锁紧油腔体积是放松油腔体积的四倍。与现有技术相比，本发明优化刀塔的液压腔结构，实现齿轮快速分离，从而实现快速换刀；同时还能提高刀塔的使用寿命。

Description

一种快速换刀的伺服刀塔

技术领域

本发明涉及刀塔技术领域，具体涉及的是一种快速换刀的伺服刀塔。

背景技术

刀塔是数控加工中心的核心功能部件，主要用来安装刀具，实现车削、铣削等功能。刀塔主要结构包括主箱体和刀盘，刀盘上设有多组刀具，通过刀盘转动来对刀具进行选择。目前，刀塔主要依靠电机和齿轮组驱动刀盘转动，然后通过液压驱动齿轮组进行定位，但现有的刀塔的液压腔结构较为复杂，齿轮组驱动速度过慢，导致换刀缓慢，降低加工效率；此外，齿轮组与主箱体容易发生摩擦损坏，降低使用寿命，提高维修成本。

有鉴于此，本申请人针对上述问题进行深入研究，遂有本案产生。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种快速换刀的伺服刀塔，优化刀塔的液压腔结构，实现齿轮快速分离，从而实现快速换刀。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种快速换刀的伺服刀塔，包括主箱体、轴承座以及刀盘，所述轴承座与主箱体连接，所述刀盘套设在轴承座外，其中，还包括刀盘驱动装置，所述刀盘驱动装置包括第一电机，固定齿盘，转动齿盘以及定准齿盘，所述固定齿盘与主箱体连接，所述转动齿盘套设在固定齿盘上，所述定准齿盘设置在转动齿盘的侧边，所述第一电机与主箱体连接并驱动转动齿盘转动，所述主箱体内设有驱动定准齿盘靠近转动齿盘的锁紧油腔，以及驱动定准齿盘远离转动齿盘的放松油腔，所述锁紧油腔体积是放松油腔体积的四倍。

进一步的，所述刀盘驱动装置还包括间隔套，所述固定齿盘端面设有环形容置槽，所述间隔套套设在轴承座上并嵌入环形容置槽内，所述间隔套将放松油腔分隔为进油腔和驱动腔。

进一步的，所述间隔套的上表面和下表面设有密封圈安装槽，所述密封圈安装槽内设有密封圈，所述固定齿盘上还设有相互连通的第一油道和第二油道，所述第一油道与进油腔连通，所述第二油道与驱动腔连通，所述第二油道内设有第一单向阀。

进一步的，所述第一单向阀包括第一弹簧和第一钢珠，所述第一弹簧设置在第二油道内，所述第一弹簧的一端与第一钢珠连接并抵顶第一钢珠封堵第一油道。

进一步的，所述轴承座还包括油缸轴，所述固定齿盘和定准齿盘套设在油缸轴上，所述定准齿盘靠近刀盘一侧的端面设有向外凸起的环形凸起，所述油缸轴的外圆周具有向外凸起的圆柱凸台，所述圆柱凸台的外侧面与环形凸起的内侧壁贴合，所述环形凸起与定准齿盘之间形成锁紧油腔。

进一步的，还包括止转机构，所述止转机构包括止转杆，所述定准齿盘端面设有止转孔，所述止转杆的一端穿过主箱体和固定齿盘并伸入止转孔内连接，所述止转杆的另一端与主箱体滑动连接。

进一步的，所述止转机构还包括压紧板和复位弹簧，所述主箱体上设有安装部，所述安装部具有供止转杆伸入滑动的安装孔，所述压紧板连接在止转杆上，所述复位弹簧套设在止转杆上并且复位弹簧的两端分别抵顶压紧板和安装部。

进一步的，所述止转机构还包括检测装置和检测板，所述主箱体设有检测腔，所述检测装置设置检测腔内，所述检测板设在压紧板上，所述检测装置对检测板的前后距离进行探测。

进一步的，所述检测装置包括两个接近开关，所述检测板设置在两个接近开关之间。

进一步的，所述转动齿盘与主箱体之间还具有外油腔，所述主箱体上设有与外油腔连通的第一回油孔。

进一步的，所述主箱体上设有第一开孔、第二开孔、第三开孔、第四开孔、第一流道以及第二流道、所述第一流道连通第一开孔和第三开孔，所述第二流道连通第二开孔和第四开孔，所述油缸轴具有第一进液孔、第二进液孔、第一出液孔、第二出液孔、第三流道以及第四流道，所述第三流道连通第一进液孔和第一出液孔，所述第四流道连通第二进液孔和第二出液孔，第一进液孔与第三开孔连通，第二进液孔与第四开孔连通，第一出液孔与放松油腔连通，第二出液孔与锁紧油腔连通。

进一步的，所述主箱体还设有连通第一回油孔和第二流道的第五流道，所述第五流道内设有第二单向阀。

进一步的，所述固定齿盘上设有第二回油孔，所述主箱体上设有第三回油孔，所述第三回油孔连通第二回油孔和第一流道，所述第二回油孔内设有第三单向阀。

进一步的，所述第二回油孔包括第三油道和第四油道，所述第三油道与放松油腔连通，所述第四油道与第三回油孔连通，所述第三单向阀包括第二弹簧和第二钢珠，所述第二弹簧设置在第四油道内，所述第二弹簧的一端与第二钢珠连接并抵顶第二钢珠封堵第三油道。

进一步的，所述主箱体还包括转接环和油封环，所述转接环用于连接刀盘和转动齿盘，所述转接环朝向转动齿盘一侧的端面设有向外凸起的连接凸环，所述油封环套设在连接凸环上并与主箱体连接。

采用上述结构后，换刀时，向放松油腔内通入液压油从而产生液压推动定准齿盘远离转动齿盘，然后第一电机驱动转动齿盘转动并带动刀盘转动进行换刀；刀盘定准时，向锁紧油腔内通入液压油从而产生液压推动定准齿盘与转动齿盘和固定齿盘啮合，对刀盘进行精确定位和止转。

与现有技术相比，有益效果在于：

其一，本发明的锁紧油腔体积是放松油腔体积的四倍，并且放松油腔体积小，当液压油导入时能够立刻充满放松油腔，从而迅速产生油压推动定准齿盘迅速远离转动齿盘，缩短换刀时间，提高换刀效率；并且刀锁紧油腔体积较大，刀盘锁紧时能够产生较大的锁紧力，推动定准齿盘与转动齿盘配合，并将放松油腔内的液压油迅速排出，加快了刀盘的定位和锁紧速度，从而进一步提高换刀效率。

其二，本发明还具有止转机构，通过止转杆与定准齿盘连接，防止定准齿盘转动，使得定准齿盘能够快速与转动齿盘和固定齿盘啮合，从而对刀盘进行精准定位；并且能够减少定准齿盘的齿牙摩擦，提高定准齿盘的使用寿命；此外，检测装置还能够对止转杆的移动距离进行检测，从而对定准齿盘位置状态进行监测。

其三，本发明还具有外油腔，换刀时，放松油腔内的液压油能够渗入到外油腔内，对转动齿盘进行润滑，降低摩擦。并使外油腔产生压强，外油腔内的压强对转动齿盘的端面产生推动力，推动转动齿盘与主箱体略微分离，减小转动齿盘与主箱体之间的摩擦，是转动齿盘转动更加顺畅，提高使用寿命。同时还能带走内部废屑，起到清洁作用。

附图说明

图1为本发明的外形结构立体图。

图2位本发明的另一外形结构立体图。

图3为本发明的剖面结构示意图。

图4为图3中A区域的局部放大图。

图5为止转机构的结构立体示意图。

图6为主箱体内流道的剖面结构示意图。

图7为第二回油孔的剖面结构示意图。

图8为油缸轴的外形结构立体图。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

如图1-8所示，一种快速换刀的伺服刀塔，包括主箱体1、轴承座2以及刀盘3，轴承座2与主箱体1连接，刀盘3套设在轴承座2外，其中，还包括刀盘驱动装置，刀盘驱动装置包括第一电机41，固定齿盘42，转动齿盘43以及定准齿盘44，固定齿盘42与主箱体1连接，转动齿盘43套设在固定齿盘42上，定准齿盘44设置在转动齿盘43的侧边，第一电机41与主箱体1连接并驱动转动齿盘43转动。

轴承座2还包括油缸轴22，油缸轴22与主箱体1连接固定齿盘42和定准齿盘44套设在油缸轴22上，定准齿盘44靠近刀盘3一侧的端面设有向外凸起的环形凸起441，油缸轴22的外圆周具有向外凸起的圆柱凸台221，圆柱凸台221的外侧面与环形凸起441的内侧壁贴合，环形凸起441与定准齿盘44之间密封配合形成锁紧油腔45。

主箱体1还包括转接环11和油封环12，转接环11用于连接刀盘3和转动齿盘43，使刀盘3与转动齿盘43之间连接更加牢固。转接环11朝向转动齿盘43一侧的端面设有向外凸起的连接凸环111，连接凸环111与转动齿盘43的端面连接。连接凸环111、转动齿盘43、固定齿盘42以及定准齿盘44之间密封配合形成放松油腔46。油封环12套设在连接凸环111上并与主箱体1连接，防止放松油腔46内的油渗漏出主箱体1。

锁紧油腔45驱动定准齿盘44靠近转动齿盘43，放松油腔46驱动定准齿盘44远离转动齿盘43，锁紧油腔45体积是放松油腔46体积的四倍。

采用上述结构后，换刀时，向放松油腔46内通入液压油从而产生液压推动定准齿盘44远离转动齿盘43，然后第一电机41驱动转动齿盘43转动并带动刀盘3转动进行换刀；刀盘3定准时，向锁紧油腔45内通入液压油从而产生液压推动定准齿盘44与转动齿盘43和固定齿盘42啮合，对刀盘3进行精确定位和止转。

与现有技术相比，本发明的锁紧油腔45体积是放松油腔46体积的四倍，并且放松油腔46体积小，当液压油导入时能够立刻充满放松油腔46，从而迅速产生油压推动定准齿盘44迅速远离转动齿盘43，缩短换刀时间，提高换刀效率；并且刀锁紧油腔45体积较大，刀盘3锁紧时能够产生较大的锁紧力，推动定准齿盘44与转动齿盘43配合，并将放松油腔46内的液压油迅速排出，加快了刀盘3的定位和锁紧速度，从而进一步提高换刀效率。

优选的，刀盘驱动装置还包括间隔套48，固定齿盘42端面设有环形容置槽，间隔套48套设在轴承座2上并嵌入环形容置槽内，间隔套48将放松油腔46分隔为进油腔461和驱动腔462。

作为本发明的第一种实施例，间隔套48和固定齿盘42之间间隔设置，液压油在进入进油腔461后通过间隙渗漏至驱动腔462内，从而产生油压推动定准齿盘44。采用上述结构，间隔套48对放松油腔46进行分隔，形成体积更小的驱动腔462，使液压油能够更快充满驱动腔462并推动定准齿盘44远离转动齿盘43，提高刀盘3放松的相应速度，进一步提高换刀效率。

更优选的，由于液压油通过间隙渗漏进入驱动腔462内会产生一定压缩能量，从而使进入驱动腔462内的液压油的油温升高，影响液压驱动效果。因此，为了避免驱动腔462内的油温升高，作为本发明的另一种实施例，间隔套48的上表面和下表面设有密封圈安装槽，密封圈安装槽内设有密封圈，固定齿盘42上还设有相互连通的第一油道421和第一油道422，第一油道421与进油腔461连通，第一油道422与驱动腔462连通，第二油道422内设有第一单向阀。采用上述结构后，进油腔461与驱动腔462之间密封间隔，液压油进入进油腔461后进入第一油道421，当进油腔461内的油压大于第一单向阀设定的油压时，液压油进入第一油道422并流入驱动腔462内。第一单向阀具体可采用市场上出售的单向式单向阀。

更优选的，作为本发明中第一单向阀的其中一种结构，第一单向阀包括第一弹簧423和第一钢珠424，第一弹簧423设置在第一油道422内，第一弹簧423的一端与第一钢珠424连接并抵顶第一钢珠424封堵第一油道421。采用上述结构后，当第一油道421内的油压大于弹簧的抵顶弹力时，第一弹簧423被液压油顶开，液压油由第一油道421进入第一油道422。结构简单，方便设置安装。

优选的，定准齿盘44沿轴向远离或者靠近转动齿盘43和固定齿盘42时容易发生转动，转动中的定准齿盘44与固定齿盘42或者转动齿盘43啮合时容易磨损齿牙，降低齿牙的使用寿命，更严重的甚至可能发生定准齿盘44卡死现象。为了避免上述现象发生，本发明刀塔包括止转机构，止转机构包括止转杆491，定准齿盘44端面设有止转孔442，止转杆491的一端穿过主箱体1和固定齿盘42并伸入止转孔442内连接，止转杆491的另一端与主箱体1连接并且止转杆491能够沿轴向方向进行水平方向滑动。

采用上述机构，当刀盘3进行定位时，定准齿盘44通过液压驱动与转动齿盘43和固定齿盘42靠近啮合固定并定位刀盘3，此时止转杆491在定准齿盘44的抵顶下朝靠近主箱体1的方向移动；当刀盘3进行切换时，定准齿盘44通过液压驱动远离转动齿盘43和固定齿盘42，刀盘驱动装置驱动转动齿盘43转动从而连带刀盘3转动进行刀具切换，并且可在主箱体1上设置驱动气缸或者弹力装置驱动止转杆491随着定准齿盘44一同朝远离主箱体1的方向移动，使止转杆491始终嵌入止转孔442内，防止定准齿盘44转动。与现有技术相比，有益效果在于，通过止转杆491与定准齿盘44连接，防止定准齿盘44转动，使得定准齿盘44能够快速与转动齿盘43和固定齿盘42啮合，从而对刀盘3进行精准定位；并且能够减少定准齿盘44的齿牙摩擦，提高定准齿盘44的使用寿命。

优选的，在本实施例中，为了定准齿盘44在远离转动齿盘43时，止转杆491能随定准齿盘44一同移动复位，止转机构还包括压紧板492和复位弹簧493，主箱体1上设有安装部13，安装部13具有供止转杆491伸入滑动的安装孔131，压紧板492连接在止转杆491上，复位弹簧493套设在止转杆491上并且复位弹簧493的两端分别抵顶压紧板492和安装部13。采用上述结构后，当定准齿盘44靠近转动齿盘43时，定准齿盘44抵顶止转杆491沿水平方向移动靠近主箱体1，连带压紧板492移动压缩复位弹簧493；定准齿盘44远离转动齿盘43时，压紧板492在复位弹簧493的弹力推动下带动止转杆491随着定准齿盘44一同移动，防止定准齿盘44转动。

优选的，止转机构还包括检测装置和检测板494，主箱体1设有检测腔14，检测装置设置检测腔14内，检测板494设在压紧板492上，检测装置对检测板494的前后距离进行探测。采用此结构，检测装置还能够对检测板494和止转杆491的移动距离进行检测，从而对移动齿盘位置状态进行监测。

优选的，在本实施例中，检测装置包括两个接近开关495，检测板494设置在两个接近开关495之间，采用接近开关495具有动作可靠，性能稳定，频率响应快，应用寿命长，抗干扰能力强等优点。

优选的，转动齿盘43与主箱体1之间还具有外油腔47，外油腔47由连接凸环111、油封环12、主箱体1以及转动齿盘43配合形成，主箱体1上设有与外油腔47连通的第一回油孔161，采用上述结构后，放松油腔46内的液压油能够渗入到外油腔47内，对转动齿盘43进行润滑，降低摩擦。并使外油腔47产生压强，外油腔47内的压强对转动齿盘43的端面产生推动力，推动转动齿盘43与主箱体1略微分离，并使轴承座2上的端面轴承发生轻微形变，减小转动齿盘43与主箱体1之间的摩擦，使转动齿盘43转动更加顺畅，提高使用寿命。同时还能带走内部废屑，起到清洁作用。

优选的，主箱体1上设有第一开孔151、第二开孔152、第三开孔153、第四开孔154、第一流道155以及第二流道156、第一流道155连通第一开孔151和第三开孔153，第二流道156连通第二开孔152和第四开孔154，油缸轴22具有第一进液孔231、第二进液孔232、第一出液孔233、第二出液孔234、第三流道235以及第四流道236，第三流道235连通第一进液孔231和第一出液孔233，第四流道236连通第二进液孔232和第二出液孔234，第一进液孔231与第三开孔153连通，第二进液孔232与第四开孔154连通，第一出液孔233与放松油腔46连通，第二出液孔234与锁紧油腔45连通。采用上述结构后，定位刀盘3时，液体依次通过第二开孔152、第二流道156、第四开孔154、第二进液孔232、第四流道236以及第二出液孔234进入锁紧油腔45内；转动刀盘3时，液体依次通过第一开孔151、第一流道155、第三开孔153、第一进液孔231、第三流道235以及第一出液孔233进入放松油腔46内。

更优选的，由于放松油腔46内的液压油会一直向外油腔47内渗漏，为了避免外油腔47内的液压油压力过大，主箱体1还设有连通第一回油孔161和第二流道156的第五流道157，第五流道157内设有第二单向阀158。第二单向阀158具体可采用市场上出售的单向式单向阀。采用上述结构后，刀盘3转动时，液压油由第一开孔151进入主箱体1内，若外油腔47内的压力大于第二单向阀158的压力，会使第二单向阀158打开，外油腔47内的液压油由第一回油孔161进入第五流道157后流至第二流道156内，并通过第二开孔152排出主箱体1。

更优选的，固定齿盘42上设有第二回油孔425，主箱体1上设有第三回油孔162，第三回油孔162连通第二回油孔425和第一流道155，第二回油孔425内设有第三单向阀。第三单向阀具体可采用市场上出售的单向式单向阀。采用上述结构后，刀盘3定准时，液压油由第二开孔152进入主箱体1内，此时若外油腔47内的压力若大于第三单向阀的压力，会使第三单向阀打开，外油腔47内的液压油回流至驱动腔462内，并由第二回油孔425和第三回油孔162进入第一流道155，并通过第一开孔151排出主箱体1。

本发明通过设置第二单向阀158以及第三单向阀，以及对流道进行优化设置，使得刀盘3无论在转动或者定位时，外油腔47内的液压油始终能够排出主箱体1，稳定主箱体1的内部油压。并且第一开孔151为进油端时，高压油由第二开孔152排出；第二开孔152为进油端时，高压油由第一开孔151排出，排出的液压油不会对进油端造成影响，保证进油和出油顺畅。

更优选的，作为本发明第三单向阀结构的一种实施例，第二回油孔425包括第三油道4251和第三油道4252，第三油道4251与放松油腔46连通，第三油道4252与第三回油孔162连通，第三单向阀包括第二弹簧4253和第二钢珠4254，第二弹簧4253设置在第三油道4252内，第二弹簧4253的一端与第二钢珠4254连接并抵顶第二钢珠4254封堵第三油道4251。采用上述结构后，液压油进入第三油道4251后，当外油腔47内的压力大于第二弹簧4253的抵顶弹力时，第二弹簧4253被液压油顶开，液压油由第三油道4251进入第三油道4252并流至第三回油孔162内，然后由第一流道155和第一开孔151排出主箱体1。结构简单，方便设置安装。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (10)

1.一种快速换刀的伺服刀塔，包括主箱体、轴承座以及刀盘，所述轴承座与主箱体连接，所述刀盘套设在轴承座外，其特征在于，还包括刀盘驱动装置，所述刀盘驱动装置包括第一电机，固定齿盘，转动齿盘以及定准齿盘，所述固定齿盘与主箱体连接，所述转动齿盘套设在固定齿盘上，所述定准齿盘设置在转动齿盘的侧边，所述第一电机与主箱体连接并驱动转动齿盘转动，所述主箱体内设有驱动定准齿盘靠近转动齿盘的锁紧油腔，以及驱动定准齿盘远离转动齿盘的放松油腔，所述锁紧油腔体积是放松油腔体积的四倍。

2.如权利要求1所述的一种快速换刀的伺服刀塔，其特征在于，所述刀盘驱动装置还包括间隔套，所述固定齿盘端面设有环形容置槽，所述间隔套套设在轴承座上并嵌入环形容置槽内，所述间隔套将放松油腔分隔为进油腔和驱动腔。

3.如权利要求2所述的一种快速换刀的伺服刀塔，其特征在于，所述间隔套的上表面和下表面设有密封圈安装槽，所述密封圈安装槽内设有密封圈，所述固定齿盘上还设有相互连通的第一油道和第二油道，所述第一油道与进油腔连通，所述第二油道与驱动腔连通，所述第二油道内设有第一单向阀。

4.如权利要求3所述的一种快速换刀的伺服刀塔，其特征在于，所述第一单向阀包括第一弹簧和第一钢珠，所述第一弹簧设置在第二油道内，所述第一弹簧的一端与第一钢珠连接并抵顶第一钢珠封堵第一油道。

5.如权利要求2所述的一种快速换刀的伺服刀塔，其特征在于，所述轴承座还包括油缸轴，所述固定齿盘和定准齿盘套设在油缸轴上，所述定准齿盘靠近刀盘一侧的端面设有向外凸起的环形凸起，所述油缸轴的外圆周具有向外凸起的圆柱凸台，所述圆柱凸台的外侧面与环形凸起的内侧壁贴合，所述环形凸起与定准齿盘之间形成锁紧油腔。

6.如权利要求5所述的一种快速换刀的伺服刀塔，其特征在于，还包括止转机构，所述止转机构包括止转杆，所述定准齿盘端面设有止转孔，所述止转杆的一端穿过主箱体和固定齿盘并伸入止转孔内连接，所述止转杆的另一端与主箱体滑动连接。

7.如权利要求6所述的一种快速换刀的伺服刀塔，其特征在于，所述止转机构还包括压紧板和复位弹簧，所述主箱体上设有安装部，所述安装部具有供止转杆伸入滑动的安装孔，所述压紧板连接在止转杆上，所述复位弹簧套设在止转杆上并且复位弹簧的两端分别抵顶压紧板和安装部。

8.如权利要求7所述的一种快速换刀的伺服刀塔，其特征在于，所述止转机构还包括检测装置和检测板，所述主箱体设有检测腔，所述检测装置设置检测腔内，所述检测板设在压紧板上，所述检测装置对检测板的前后距离进行探测。

9.如权利要求8所述的一种快速换刀的伺服刀塔，其特征在于，所述检测装置包括两个接近开关，所述检测板设置在两个接近开关之间。

10.如权利要求9所述的一种快速换刀的伺服刀塔，其特征在于，所述转动齿盘与主箱体之间还具有外油腔，所述主箱体上设有与外油腔连通的第一回油孔。

Images