CN112372351A - 一种与钻攻一体机相适配的自动换刀机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及与钻攻一体机相适配的自动换刀机构，包括机架、升降运动驱动部、主轴箱、加工刀具、刀具库以及配刀装置。主轴箱包括箱体、主动力部以及主轴。主轴在主动力部的驱动力以带动加工刀具执行钻孔或攻丝工序。刀具库由机架进行支撑，且与主轴箱相对位而置。刀具库包括基座、旋转盘、夹刀臂以及辅动力部。配刀装置包括有直线运动元件以及钩挂件。针对于单个夹刀臂来说，其包括有刀臂本体部、铰接部、拉抬部以及刀具夹持部。铰接部、刀具夹持部由刀臂本体部沿其长度方向相互反向延伸而成。拉抬部由刀臂本体部的内侧壁向内延伸而成。当拉抬部相对于钩挂件对位完毕后，直线运动元件发生动作，刀具夹持部在拉抬力的作用下相向于主轴进行摆动。

Description

一种与钻攻一体机相适配的自动换刀机构

技术领域

本发明涉钻攻一体机制造技术领域，尤其是一种与钻攻一体机相适配的自动换刀机构。

背景技术

钻攻一体机同时集钻孔、攻丝功能为一体，在同一工位通过对其主轴上加工刀具的更换即可依序完成孔成型及其后续的攻螺牙作业，当进行加工工序切换时无需进行二次对刀，因而具有较高的加工效率，且螺纹孔的最终成型质量较好。

目前，市面上的一些型号钻攻一体机配套设置有刀具库。刀具库相对于水平面倾斜一定的角度，且正对应于主轴进行安装布置。刀具库包括有基座、旋转盘、夹刀臂以及辅动力部。各加工刀具沿着旋转盘的周向进行收纳；当需要对主轴所适配的加工刀具进行更换时，用于对旋转盘进行驱动的辅动力部发生动作，以驱动旋转盘绕其中心轴线进行旋转运动，直至预先选定的夹刀臂与主轴完全对位；最后，借助于配刀装置将加工刀具由夹刀臂转移、安装至主轴即可。配刀装置可以根据实际生产加工的需要从刀具库中选取不同的加工刀具安装在主轴上，自动完成换刀动作，不仅提高了工作效率，还降低了工人的劳动强度以及人身风险。但是，在目前市场上，配刀装置多选择为机械手来实现更换加工刀具操作。机械手不仅控制复杂、维修不便，而且成本较高。而存在的一些低自由度机械手，不仅定位精度和重复定位精度较低，一些从侧面进行换刀的机械手容易与机床主轴和刀具库之间产生碰撞冲击，而且夹持机构的夹持效果较差。因而，亟待技术人员解决上述问题。

发明内容

故，本发明设计人员鉴于上述现有的问题以及缺陷，乃搜集相关资料，经由多方的评估及考量，并经过从事于此行业的多年研发经验技术人员的不断实验以及修改，最终导致该与钻攻一体机相适配的自动换刀机构的出现。

为了解决上述技术问题，本发明涉及了一种与钻攻一体机相适配的自动换刀机构，其包括机架、升降运动驱动部、主轴箱、加工刀具、刀具库以及配刀装置。主轴箱由机架进行支撑，且在升降运动驱动部驱动力的作用下沿着上下方向进行滑动。主轴箱包括箱体、主动力部以及用来安装加工刀具的主轴。主轴穿过箱体，且在主动力部的驱动力作用下绕其中心轴线进行周向旋转运动以带动加工刀具执行钻孔或攻丝工序。刀具库亦由机架进行支撑，且与主轴箱相对位而置。刀具库包括基座、旋转盘、夹刀臂以及辅动力部。基座可拆卸地固定于机架上。旋转盘由基座进行支撑，且在辅动力部的驱动力作用下绕其中心轴线进行周向旋转运动。夹刀臂用来夹持加工刀具，且可自由摆动地与旋转盘相铰接。夹刀臂的数量设置为多个，且围绕旋转盘的中心轴线进行周向均布。配刀装置包括有直线运动元件以及钩挂件。直线运动元件固定于机架上，以用来拖动钩挂件沿着上下方向进行位移运动。针对于单个夹刀臂来说，其包括有刀臂本体部、铰接部、拉抬部以及刀具夹持部。铰接部、刀具夹持部由刀臂本体部沿其长度方向相互反向延伸而成。拉抬部由刀臂本体部的内侧壁继续向内延伸而成。当拉抬部相对于钩挂件对位完毕后，直线运动元件发生动作，刀具夹持部在拉抬力的作用下相向于主轴进行摆动。

作为本发明技术方案的进一步改进，针对于单个夹刀臂来说，其还包括有滚动轮。滚动轮可自由转动地铰接于拉抬部上。在钩挂件对夹刀臂进行拉抬的进程中，滚动轮始终沿着钩挂件的工作面进行滚动。

作为本发明技术方案的更进一步改进，刀具夹持部包括有第一夹爪、第二夹爪、第一弹性柱塞以及第二弹性柱塞。第一夹爪、第二夹爪均有刀臂本体部延伸而成。第一弹性柱塞、第二弹性柱塞分别固定于第一夹爪、第二夹爪内，且相对位置，共同作用以完成对加工刀具的夹持。

作为本发明技术方案的更进一步改进，第一弹性柱塞包括第一芯轴、第一弹簧以及第一刚性球。第一芯轴插设于第一夹爪内，且在其内设置有置入第一弹簧的第一容纳腔。第一刚性球内置于第一容纳腔内，其始终由第一弹簧进行弹性顶靠。第二弹性柱塞包括第二芯轴、第二弹簧以及第二刚性球。第二芯轴插设于第二夹爪内，且在其内设置有置入第二弹簧的第二容纳腔。第二刚性球内置于第二容纳腔内，其始终由第二弹簧进行弹性顶靠。由加工刀具的夹持部侧壁向内延伸出有供第一刚性球、第二刚性球弹性顶入的环形限位槽。

作为本发明技术方案的进一步改进，直线运动元件优选为气缸。

作为本发明技术方案的更进一步改进，配刀装置还包括有限位螺栓组件。限位螺栓组件包括有限位螺栓和紧固螺母。限位螺栓反插于气缸的缸体上，且正对应于钩挂件。紧固螺母套设于限位螺栓上，且始终与气缸的缸体相顶靠。

作为本发明技术方案的进一步改进，在旋转盘上设有多个铰座，以一一对应地用来适配铰接部。该与钻攻一体机相适配的自动换刀机构还包括有第三弹性柱塞。第三弹性柱塞与夹刀臂的数量相一致，亦围绕旋转盘的周向进行均布。第三弹性柱塞插设固定于铰接座内。正对应于第三弹性柱塞，在铰接部的侧壁上开设有限位卡槽。

作为本发明技术方案的进一步改进，夹刀臂优选为一体铸造件，且在其上直接成型出有减重孔或/和减重沉槽。

在实际工作过程中，当需要对主轴所适配的加工刀具进行更换时，辅动力部发生动作，以驱动旋转盘绕其中心轴线进行旋转运动，直至预先选定的夹刀臂与主轴完全对位，与此同时，钩挂件亦与拉抬部相对位，而后，直线运动元件发生动作，借助于钩挂件来拉抬夹刀臂，直至加工刀具被完全地插入主轴；而后，直线运动元件二次发生动作以驱动钩挂件反向推顶夹刀臂，直至夹刀臂最终复位完成，以为再次收纳加工刀具作好准备。

通过实际运用验证至少取得以下技术效果：1、通过直线运动元件的单次推、拉动作即可完成对加工刀具的更换，从而使得整个换刀过程所需要的时长较短，进而大大地提高了换刀效率；2)该配刀装置的动作灵敏性高，且可操控性较好；3)配刀装置的结构设计十分简洁，利于进行制造，制造成本较低，且故障率低。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明中与钻攻一体机相适配的自动换刀机构的立体示意图。

图2是图1的侧视图。

图3是图1的正视图。

图4是图3的A-A剖视图。

图5亦是本发明中与钻攻一体机相适配的自动换刀机构的立体示意图(隐去刀具库状态下)。

图6是本发明中与钻攻一体机相适配的自动换刀机构中配刀装置与夹刀臂的处于配合状态下的立体示意图。

图7是图6的侧视图。

图8是本发明与钻攻一体机相适配的自动换刀机构中加工刀具的立体示意图。

图9是本发明与钻攻一体机相适配的自动换刀机构中配刀装置的立体示意图。

图10是图9的正视图。

图11亦是本发明中与钻攻一体机相适配的自动换刀机构的立体示意图(隐去部分夹刀臂的状态下)。

图12是图11的I局部放大图。

1-机架；2-升降运动驱动部；3-主轴箱；31-箱体；32-主轴；4-加工刀具；41-环形限位槽；5-刀具库；51-基座；52-旋转盘；53-夹刀臂；531-刀臂本体部；532-铰接部；5321-限位卡槽；533-拉抬部；534-刀具夹持部；5341-第一夹爪；5342-第二夹爪；5343-第一弹性柱塞；5344-第二弹性柱塞；535-滚动轮；536-减重孔；537-减重沉槽；54-铰座；55-辅动力部；6-配刀装置；61-气缸；62-钩挂件；63-限位螺栓组件；631-限位螺栓；632-紧固螺母；7-第三弹性柱塞。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

下面结合具体实施例，对本发明的内容做进一步的详细说明，图1、图2分别示出了本发明中与钻攻一体机相适配的自动换刀机构的立体示意图及其侧视图，可知，其主要由机架1、升降运动驱动部2、主轴箱3、加工刀具4、刀具库5以及配刀装置6(如图6中所示)等几部分构成。主轴箱3由上述机架1进行支撑，且在升降运动驱动部2(优选直线模组)驱动力的作用下沿着上下方向进行滑动。主轴箱3包括箱体31、主动力部(图中未示出)以及用来安装加工刀具4的主轴32。主轴32穿过箱体31，且在主动力部的驱动力作用下绕其中心轴线进行周向旋转运动以带动加工刀具4执行钻孔或攻丝工序。刀具库5亦由机架1进行支撑，且与主轴箱3相对位而置，以为主轴32提供与实际加工工序相适应的加工刀具4。配刀装置6与机架1相固定，且布置于主轴箱3和刀具库5之间，以将刀具库5中的加工刀具4转移、安装至主轴32。

如图3、4中所示，上述刀具库5优选包括有基座51、旋转盘52、夹刀臂53以及辅动力部55。基座51可拆卸地固定于上述机架1上。旋转盘52由基座51进行支撑，且在辅动力部55的驱动力作用下绕其中心轴线进行周向旋转运动。夹刀臂53用来夹持加工刀具4，且可自由摆动地与旋转盘52相铰接。夹刀臂53的数量设置为多个，且围绕旋转盘52的中心轴线进行周向均布。在此，需要着重说明的是，配刀装置6包括有气缸61以及钩挂件62。气缸61可拆卸地固定于上述机架1上，当其发生动作时以用来拖动钩挂件62沿着上下方向进行位移运动(如图9、10中所示)。针对于单个夹刀臂53来说，其包括有刀臂本体部531、铰接部532、拉抬部533以及刀具夹持部534。铰接部532、刀具夹持部534由刀臂本体部531沿其长度方向相互反向延伸而成。拉抬部533由刀臂本体部531的内侧壁继续向内延伸而成。当拉抬部533相对于钩挂件62对位完毕后，上述的气缸61发生动作，刀具夹持部534在拉抬力的作用下相向于主轴32进行摆动(如图6、7、11、12中所示)。如此一来，一方面，通过气缸61的单次推、拉动作即可完成对加工刀具的更换，从而使得整个换刀过程所需要的时长较短，进而大大地提高了换刀效率；另一方面，该配刀装置6的动作灵敏性高，且可操控性较好；再一方面，配刀装置6的结构设计十分简洁，利于进行制造，制造成本较低，且故障率低。

上述与钻攻一体机相适配的自动换刀机构的工作原理大致如下：当需要对主轴32所适配的加工刀具4进行更换时，辅动力部55发生动作，以驱动旋转盘52绕其中心轴线进行旋转运动，直至预先选定的夹刀臂53与主轴32完全对位，与此同时，钩挂件62亦与拉抬部533相对位，而后，气缸61发生动作，借助于钩挂件62来拉抬夹刀臂53，直至加工刀具4被完全地插入主轴；而后，气缸61二次发生动作以驱动钩挂件62反向推顶夹刀臂53，直至夹刀臂53最终复位完成，以为再次收纳加工刀具4作好准备。

在此需要说明的是，用来对钩挂件62进行的直线运动元件，除了可以选用上述的气缸61，还可以根据实际情况选用液压缸、直线电机等。

出于改善配刀装置的运行环境，尽可能地消除磨损对钩挂件62以及夹刀臂53自身的影响，降低后期维护频率和维护成本方面考虑，还可根据实际情况在夹刀臂53增设有滚动轮535。滚动轮535可自由转动地铰接于拉抬部533上。在钩挂件62对夹刀臂53进行拉抬的进程中，滚动轮535始终沿着钩挂件62的工作面进行滚动(如图6、11、12中所示)。在此，还需要说明的是，滚动轮535的增入还可大大地提高配刀装置6的工作灵敏度以及速度，进而降低了气缸61等直线动力元件输出动力值的要求。

作为与钻攻一体机相适配的自动换刀机构结构的进一步细化，刀具夹持部534可以参照以下结构进行设计、制造，具体如下：刀具夹持部534包括有第一夹爪5341、第二夹爪5342、第一弹性柱塞5343以及第二弹性柱塞5344。其中，第一夹爪5341、第二夹爪5342均由刀臂本体部531延伸而成。第一弹性柱塞5343、第二弹性柱塞5344分别固定于第一夹爪5341、第二夹爪5342内，且相对位置，共同作用以完成对加工刀具的夹持(如图6中所示)。第一弹性柱塞5343、第二弹性柱塞5344具有弹性顶靠作用，不但便于实现对加工刀具的夹持，且还便于通过同步回缩运动实现对加工刀具的放松。

一般来说，第一弹性柱塞5343包括第一芯轴、第一弹簧以及第一刚性球。第一芯轴插设于第一夹爪内，且在其内设置有置入第一弹簧的第一容纳腔。第一刚性球内置于第一容纳腔内，其始终由第一弹簧进行弹性顶靠。第二弹性柱塞5344包括第二芯轴、第二弹簧以及第二刚性球。第二芯轴插设于第二夹爪内，且在其内设置有置入第二弹簧的第二容纳腔。第二刚性球内置于第二容纳腔内，其始终由第二弹簧进行弹性顶靠(图中未示出)。由加工刀具4的夹持部侧壁向内延伸出有供上述第一刚性球、第二刚性球弹性顶入的环形限位槽41(如图8中所示)。

出于确保配刀装置6工作的安全性，防止其在实际工作进行中由于“过拉”而造成干涉、碰撞现象，或对夹刀臂53自身结构稳定性造成影响，配刀装置6还可根据实际情况增设有限位螺栓组件63。限位螺栓组件63包括有限位螺栓631和紧固螺母632。限位螺栓631反插于上述气缸61的缸体上，且正对应于钩挂件62。紧固螺母632套设于限位螺栓631上，且始终与气缸61的缸体相顶靠(如图9、10中所示)。

出于实现夹刀臂53与旋转盘52的可靠连接目的，作为一种优选方案，还可以在旋转盘52上可拆卸地固定有多个铰座54，以一一对应地用来适配设置于上述夹刀臂53上的铰接部532(如图3、4中所示)。

当然，作为上述技术方案的另一种改型设计，铰座54亦可以围绕旋转盘52的周缘直接延伸而成，即在旋转盘52铸造过程中附带地将铰座54成型，从而有效地降低了制造成本，且省去了组装工序。

如图6中所示，夹刀臂53优选为一体铸造件，且在其上直接成型出有减重孔536和减重沉槽537。

已知，在未执行换刀操作前，夹刀臂53在跟随旋转盘52进行旋动的过程中，其需维持其自身姿态的不便。在此推荐一种设计结构简单，便于实施，且后期便于进行维护的设计结构，具体如下：该与钻攻一体机相适配的自动换刀机构额外增设有第三弹性柱塞7。第三弹性柱塞7与夹刀臂53的数量相一致，亦围绕旋转盘52的周向进行均布。第三弹性柱塞7插设固定于铰接座54内。正对应于第三弹性柱塞7，在铰接部532的侧壁上开设有限位卡槽5321(如图6、7中所示)。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种与钻攻一体机相适配的自动换刀机构，其特征在于，包括机架、升降运动驱动部、主轴箱、加工刀具、刀具库以及配刀装置；所述主轴箱由所述机架进行支撑，且在所述升降运动驱动部驱动力的作用下沿着上下方向进行滑动；所述主轴箱包括箱体、主动力部以及用来安装所述加工刀具的主轴；所述主轴穿过所述箱体，且在所述主动力部的驱动力作用下绕其中心轴线进行周向旋转运动以带动所述加工刀具执行钻孔或攻丝工序；所述刀具库亦由所述机架进行支撑，且与所述主轴箱相对位而置；所述刀具库包括基座、旋转盘、夹刀臂以及辅动力部；所述基座可拆卸地固定于所述机架上；所述旋转盘由所述基座进行支撑，且在所述辅动力部的驱动力作用下绕其中心轴线进行周向旋转运动；所述夹刀臂用来夹持所述加工刀具，且可自由摆动地与所述旋转盘相铰接；所述夹刀臂的数量设置为多个，且围绕所述旋转盘的中心轴线进行周向均布；所述配刀装置包括有直线运动元件以及钩挂件；所述直线运动元件固定于所述机架上，以用来拖动所述钩挂件沿着上下方向进行位移运动；针对于单个所述夹刀臂来说，其包括有刀臂本体部、铰接部、拉抬部以及刀具夹持部；所述铰接部、所述刀具夹持部由所述刀臂本体部沿其长度方向相互反向延伸而成；所述拉抬部由所述刀臂本体部的内侧壁继续向内延伸而成；当所述拉抬部相对于所述钩挂件对位完毕后，所述直线运动元件发生动作，所述刀具夹持部在拉抬力的作用下相向于所述主轴进行摆动。

2.根据权利要求1所述的与钻攻一体机相适配的自动换刀机构，其特征在于，针对于单个所述夹刀臂来说，其还包括有滚动轮；所述滚动轮可自由转动地铰接于所述拉抬部上；在所述钩挂件对所述夹刀臂进行拉抬的进程中，所述滚动轮始终沿着所述钩挂件的工作面进行滚动。

3.根据权利要求2所述的与钻攻一体机相适配的自动换刀机构，其特征在于，所述刀具夹持部包括有第一夹爪、第二夹爪、第一弹性柱塞以及第二弹性柱塞；所述第一夹爪、所述第二夹爪均有所述刀臂本体部延伸而成；所述第一弹性柱塞、所述第二弹性柱塞分别固定于所述第一夹爪、所述第二夹爪内，且相对位置，共同作用以完成对所述加工刀具的夹持。

4.根据权利要求3所述的与钻攻一体机相适配的自动换刀机构，其特征在于，所述第一弹性柱塞包括第一芯轴、第一弹簧以及第一刚性球；所述第一芯轴插设于所述第一夹爪内，且在其内设置有置入所述第一弹簧的第一容纳腔；所述第一刚性球内置于所述第一容纳腔内，其始终由所述第一弹簧进行弹性顶靠；所述第二弹性柱塞包括第二芯轴、第二弹簧以及第二刚性球；所述第二芯轴插设于所述第二夹爪内，且在其内设置有置入所述第二弹簧的第二容纳腔；所述第二刚性球内置于所述第二容纳腔内，其始终由所述第二弹簧进行弹性顶靠；由所述加工刀具的夹持部侧壁向内延伸出有供所述第一刚性球、所述第二刚性球弹性顶入的环形限位槽。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的与钻攻一体机相适配的自动换刀机构，其特征在于，所述直线运动元件为气缸。

6.根据权利要求5所述的与钻攻一体机相适配的自动换刀机构，其特征在于，所述配刀装置还包括有限位螺栓组件；所述限位螺栓组件包括有限位螺栓和紧固螺母；所述限位螺栓反插于所述气缸的缸体上，且正对应于所述钩挂件；所述紧固螺母套设于所述限位螺栓上，且始终与所述气缸的缸体相顶靠。

7.根据权利要求1-4中任一项所述的与钻攻一体机相适配的自动换刀机构，其特征在于，在所述旋转盘上设有多个铰座，以一一对应地用来适配所述铰接部；所述与钻攻一体机相适配的自动换刀机构还包括有第三弹性柱塞；所述第三弹性柱塞与所述夹刀臂的数量相一致，亦围绕所述旋转盘的周向进行均布；所述第三弹性柱塞插设固定于所述铰接座内；正对应于所述第三弹性柱塞，在所述铰接部的侧壁上开设有限位卡槽。

8.根据权利要求1-4中任一项所述的与钻攻一体机相适配的自动换刀机构，其特征在于，所述夹刀臂为一体铸造件，且在其上直接成型出有减重孔或/和减重沉槽。

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