CN112959073A - 一种带排式刀库可自动换刀的数控六面钻铣加工中心 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带排式刀库可自动换刀的数控六面钻铣加工中心，包括控制系统、加工机头及夹手装置，控制系统控制连接加工机头及夹手装置；加工机头设有自动换刀电主轴；还包括刀库装置，刀库装置设有安装板、刀库滑座、换刀气缸及至少两个用于夹持刀柄的刀夹，刀库滑座与安装板滑动连接，换刀气缸驱动连接刀库滑座，刀夹安装在对应的刀库滑座的端部上，刀夹设为沿直线排列，控制系统控制连接换刀气缸。本发明的带排式刀库可自动换刀的数控六面钻铣加工中心能够自动换刀，有利于实现多元化及复杂结构的加工，有利于提高工作效率，实现了“一机多用”的效果。

Description

一种带排式刀库可自动换刀的数控六面钻铣加工中心

技术领域

本发明涉及数控六面钻领域，具体涉及一种带排式刀库可自动换刀的数控六面钻铣加工中心。

背景技术

现有数控六面钻铣加工中心用于加工制作家具用的板材，数控六面钻铣加工中心设有加工机头，加工机头滑动连接在数控六面钻铣加工中心的横梁上，加工机头设有用于带动加工机头作横向移动的横移伺服电机，加工机头设有钻孔单元及铣削主轴，钻孔单元设有用于在板材的顶面及四周侧面钻孔的排钻包，铣削主轴用于对板材进行铣削加工，加工机头设有用于带动钻孔单元及铣削主轴作升降移动的升降伺服电机，数控六面钻铣加工中心还设有夹手装置，夹手装置用于夹持板材的边缘部，夹手装置能够在前后方向上拖动放置在数控六面钻铣加工中心的工作台上的板材。

由于现有技术数控六面钻铣加工中心只设置了一套铣削主轴，当需要加工不同形状及尺寸规格的孔或槽时必须要通过人手更换刀具，导致生产效率低下，劳动强度大，仅通过一台现有技术的数控六面钻铣加工中心难以实现复杂结构加工。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种带排式刀库可自动换刀的数控六面钻铣加工中心，它能够自动换刀，从而有利于实现多元化及复杂结构的加工，有利于提高工作效率。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的带排式刀库可自动换刀的数控六面钻铣加工中心，包括控制系统、加工机头及夹手装置，所述控制系统控制连接所述加工机头及所述夹手装置；其中，所述加工机头设有自动换刀电主轴；还包括刀库装置，所述刀库装置设有安装板、刀库滑座、换刀气缸及至少两个用于夹持刀柄的刀夹，所述刀库滑座与所述安装板滑动连接，所述换刀气缸驱动连接所述刀库滑座，所述刀夹安装在对应的所述刀库滑座 的端部上，所述刀夹设为沿直线排列，所述控制系统控制连接所述换刀气缸。

优选地，所述刀库滑座的数量设为至少两个，所述换刀气缸的数量设为至少两个，各个换刀气缸驱动连接对应的所述刀库滑座，每个刀库滑座对应安装至多两个所述刀夹。

优选地，所述刀库装置还包括直线导轨，所述直线导轨安装在对应的所述刀库滑座上，每条所述直线导轨对应滑动连接有两个滑块，所述滑块安装在所述安装板的底面上。

优选地，还包括主机架，所述刀库装置设有刀库支撑座，所述安装板的顶面与所述支撑座固定连接，所述支撑座安装在所述主机架上。

优选地，所述换刀气缸设在所述安装板与对应的所述刀库滑座之间。

优选地，所述刀夹包括基板，所述基板形成有用于容置刀柄的夹持腔，所述基板形成有用于刀柄通过的能够弹性变形张开并且能弹性复位的弹性口，所述弹性口与所述夹持腔连通，所述夹持腔内形成有用于插入在刀柄的环形凹槽内的第一内凸块。

优选地，所述弹性口内形成有用于通过刀柄的环形凹槽的第二内凸块。

优选地，所述基板形成有弹性变形槽，所述弹性变形槽与所述夹持腔连通,所述夹持腔设于所述弹性变形槽与所述弹性口之间。

优选地，所述基板形成有弹性变形缝，所述弹性变形缝的开口端设于所述弹性口与所述夹持腔之间，所述弹性变形缝的封闭端设于所述夹持腔的外侧。

优选地，所述基板设为尼龙基板。

本发明与现有技术相比较，其有益效果是：通过设置自动换刀电主轴及刀库装置，刀库装置设有安装板、刀库滑座、换刀气缸及至少两个用于夹持刀柄的刀夹，刀库滑座与安装板滑动连接，换刀气缸驱动连接刀库滑座，刀夹安装在对应的刀库滑座的端部上，刀夹设为沿直线排列，控制系统控制连接换刀气缸，使得本发明的数控六面钻铣加工中心可以通过控制系统控制自动换刀电主轴及换刀气缸配合实现自动换刀，从而有利于实现多元化及复杂结构的加工，有利于提高工作效率。

附图说明

图1为本发明的数控六面钻铣加工中心的立体结构示意图。

图2为本发明的刀库装置的立体结构示意图。

图3为本发明的刀库装置的分解示意图。

图4为本发明的刀库装置的剖视结构示意图。

图5为本发明的加工机头的立体结构示意图。

图6为本发明的刀夹的立体结构示意图。

图7为本发明的刀夹的俯视结构示意图。

图8为现有技术的刀柄的正视结构示意图。

标号说明：1-刀库装置；11-刀库滑座；12-刀夹；120-基板；121-夹持腔；1211-第一内凸块；122-弹性口；1221-第二内凸块；123-弹性变形槽；124-内夹指部；1241-弹性变形缝；1242-开口端；1243-封闭端；13-换刀气缸；131-第一连接块；132-第二连接块；14-安装板；15-刀库支撑座；16-直线导轨；17-滑块；2-加工机头；21-钻孔单元；22-自动换刀电主轴；23-升降伺服电机；24-横移伺服电机；25-横移座；26-升降座；27-升降气缸；3-主机架；4-横梁；5-夹手装置；99-刀柄；991-拉钉；992-环形凹槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步的描述。

本发明的带排式刀库可自动换刀的数控六面钻铣加工中心，如图1所示，包括控制系统、加工机头2及夹手装置5，控制系统控制连接加工机头2及夹手装置5。加工机头2通过对应的直线导轨副滑动连接在数控六面钻铣加工中心的横梁4上；如图5所示，加工机头2设有横移座25及用于带动加工机头2作横向移动的横移伺服电机24，具体是横移伺服电机24安装在横移座25上，横移伺服电机24安装有齿轮，横梁4上安装有齿条，上述齿轮和上述齿条啮合连接；加工机头2设有升降座26及钻孔单元21，升降座26通过对应的直线导轨副与横移座25滑动连接，钻孔单元21设有用于在板材的顶面及四周侧面钻孔的排钻包，加工机头2设有用于带动钻孔单元21作升降移动的升降伺服电机23，具体是升降伺服电机23安装在横移座25上，钻孔单元21安装在升降座26上，升降伺服电机23通过滚珠丝杆副驱动连接升降座26。数控六面钻铣加工中心还设有夹手装置5，夹手装置5设有用于夹持板材的边缘部气动夹手，夹手装置5通过对应的直线导轨副与数控六面钻铣加工中心的主机架3滑动连接，夹手装置5设有纵移伺服电机，上述纵移伺服电机通过对应的齿轮齿条传动机构带动上述气动夹手沿前后方向移动，于是夹手装置5能够在前后方向上拖动放置在数控六面钻铣加工中心的工作台上的板材。以上描述为现有技术。

如图5所示，本发明的加工机头2设有自动换刀电主轴22，具体地说，自动换刀电主轴22通过对应的直线导轨副与升降座26滑动连接，升降座26安装有升降气缸27，升降气缸27的活塞杆连接自动换刀电主轴22，升降气缸27用于将自动换刀电主轴22降下至工作位置或升起离开工作位置，也就是说，当钻孔单元21处于工作状态时，升降气缸27将自动换刀电主轴22保持升起状态（即备用状态），当需要自动换刀电主轴22工作时，升降气缸27才将自动换刀电主轴22降下，但是自动换刀电主轴22的铣削加工过程中的升降动作是通过升降伺服电机23实现的。自动换刀电主轴22为现有技术的产品，自动换刀电主轴22通过刀柄99夹持刀具（例如是立铣刀），刀柄99为现有技术的自动换刀刀柄，刀柄99可以采用市面上的执行ISO7388-1标准的刀柄产品。自动换刀电主轴22的内部设有拉爪，上述拉爪可以通过自动换刀电主轴22内部的气缸带动而能够上下移动，如图8所示，刀柄99的上端设有拉钉991，上述拉爪的下端可以设有用于与上述拉钉991扣接的钢球，当上述拉爪向上移动时，上述拉爪通过上述钢球将刀柄99的圆锥面拉紧贴在自动换刀电主轴22的内圆锥面上，当拉爪下移时，上述钢球滑出脱离上述拉钉991，于是刀柄99被自动换刀电主轴22释放，从而可以取出刀柄99；举例地，自动换刀电主轴22的装卸刀柄99的工作原理可以参考中国专利公开号为CN207128015U的“一种自扇风冷自动换刀电主轴”。

如图1所示，本发明的数控六面钻铣加工中心还包括刀库装置1，如图2至图4所示，刀库装置1设有安装板14、刀库滑座11、换刀气缸13及至少两个用于夹持刀柄99的刀夹12，详细地说，刀夹12作用是将安装在自动换刀电主轴22上的刀柄99取出和储置备用的刀柄99。刀柄99设有环形凹槽992，环形凹槽992的结构属于现有技术，刀夹12能够卡接上述环形凹槽992，举例地，刀夹12可以采用中国专利公开号为CN206998387U的“一种数控机床刀夹”或中国专利公开号为CN210139222U的“铝制弹性数控刀夹”。刀库滑座11与安装板14滑动连接，刀库滑座11与安装板14的滑动连接结构可以为现有技术的燕尾槽结构；或者，安装板14也可以固定连接有两条平行设置的光轴，而刀库滑座11可以安装有直线轴承，上述直线轴承与对应的上述光轴适配滑动连接。换刀气缸13驱动连接刀库滑座11，具体地，如图3和图4所示，换刀气缸13的气缸体的前部可以通过对应的螺钉与第一连接块131安装连接，换刀气缸13的活塞杆与第二连接块132安装连接，第二连接块132与对应的刀库滑座11固定连接，第一连接块131与安装板14的底面固定连接。刀夹12可以通过对应的螺钉安装在对应的刀库滑座11 的端部上。如图2所示，刀夹12设为沿直线排列，具体是指各个刀夹12在未被换刀气缸13伸出时沿左右方向排列，控制系统通过电磁换向阀控制连接换刀气缸13。

以下简要说明本发明的数控六面钻铣加工中心的自动换刀工作原理：当需要更换刀具时，控制系统先控制加工机头2的横移伺服电机24将自动换刀电主轴22移动至刀夹12的对应后方，控制系统再控制加工机头2的升降伺服电机23将自动换刀电主轴22降下以使已经安装在自动换刀电主轴22上的刀柄99的环形凹槽992与刀夹12处于同一高度位置，然后，控制系统控制换刀气缸13将刀夹12向后伸出，于是刀夹12卡接刀柄99的环形凹槽992，控制系统再控制自动换刀电主轴22释放刀柄99，控制系统接着使自动换刀电主轴22上升，由于刀柄99被刀夹12卡住，于是刀柄99被刀夹12相对地向下拔离自动换刀电主轴22，控制系统控制换刀气缸13将刀夹12向前回收复位，从而完成自动卸刀动作。控制系统控制横移伺服电机24将自动换刀电主轴22移动至下一个所需的放置在刀库装置1上的刀柄99的对应后方，控制系统控制换刀气缸13将下一个所需的刀柄99向后伸出，控制系统再控制升降伺服电机23将自动换刀电主轴22降下，于是使上述的下一个所需的刀柄99插入自动换刀电主轴22内，控制系统控制自动换刀电主轴22的上述拉爪将刀柄99与自动换刀电主轴22安装，从而完成了自动装刀动作。本发明的数控六面钻铣加工中心可以通过控制系统的切换不同加工功能的刀具以应对不同的板材加工结构，从而有利于实现多元化及复杂结构的加工，实现了“一机多用”的效果，由于无需人工换刀，于是大大提高了工作效率，有利于降低劳动强度。

现有技术的数控机床设置的转盘式刀库需要独立设置驱动电机，而且上述转盘式刀库需要设置接近开关甚至绝对值编码器以实现转盘的位置计数，因而结构及控制方式复杂，成本高，不适应木工机械应用领域。本发明的数控六面钻铣加工中心的自动换刀流程的特点是通过数控六面钻铣加工中心的控制系统主动地将自动换刀电主轴22移动至所需的刀夹12对应的位置，也就是说，本发明的刀库装置1仅简单地设置了换刀气缸13将对应的刀柄99从自动换刀电主轴22上取出或将对应的刀柄99递送至自动换刀电主轴22的下方，因而结构及控制方式简单，成本低，维护简便。将刀夹12设为沿直线排列，一方面可以简化刀库装置1的结构，控制成本，也有利于简化自动换刀电主轴22的换刀动作的路径，从而有利于保证能够完成换刀。

进一步地，如图3所示，刀库滑座11的数量设为至少两个，换刀气缸13的数量设为至少两个，各个换刀气缸13驱动连接对应的刀库滑座11，每个刀库滑座11对应安装至多两个刀夹12。如图5所示，由于加工机头2设置了钻孔单元21，为了使加工机头2的结构紧凑，于是钻孔单元21靠近自动换刀电主轴22设置，为了避免换刀气缸13伸出的刀夹12与钻孔单元21发生碰撞，所以同时伸出的刀夹12的数量不能太多，例如，可以设置各个刀夹12都由对立对应的换刀气缸13驱动，那么在卸刀时可以只伸出一个刀夹12，装刀时也是只伸出下一个刀夹12；设置每个刀库滑座11对应安装至多两个刀夹12，一方面可以相对减少设置换刀气缸13的数量，另一方面也可以避免刀夹12与钻孔单元21发生碰撞。

进一步地，如图3所示，刀库装置1还包括直线导轨16，直线导轨16安装在对应的刀库滑座11上，每条直线导轨16对应滑动连接有两个滑块17，滑块17安装在安装板14的底面上，直线导轨16为市面上的钢制直线导轨，于是保证了刀夹12的直线运动精度及减小了刀库滑座11的滑动阻力，避免刀夹12在伸出卡接刀柄99的环形凹槽992时位置不准而导致换刀失败。

进一步地，如图1所示，本发明的数控六面钻铣加工中心还包括主机架3，横梁4固定安装在主机架3上，如图2和图3所示，刀库装置1设有刀库支撑座15，安装板14的顶面与支撑座15固定连接，支撑座15安装在主机架3上，从上文可知，滑块17安装在安装板14的底面上，于是刀库滑座11与支撑座15构成吊挂式结构，使得刀库滑座11的下方可以设置夹手装置5前后移动所需的对应的直线导轨，而将刀库装置1及夹手装置5都设置在数控六面钻铣加工中心的右部，目的是使数控六面钻铣加工中心的左部可以腾出操作空间。

进一步地，如图2和图4所示，换刀气缸13设在安装板14与对应的刀库滑座11之间，于是有利于使刀库装置1结构紧凑，减小占用空间。

在一些实施方式中，如图6和图7所示，刀夹12包括基板120，基板120形成有用于容置刀柄99的夹持腔121，也就是说，夹持腔121的边缘能够与刀柄99适配贴靠连接，基板120形成有用于刀柄99通过的能够弹性变形张开并且能弹性复位的弹性口122，弹性口122与夹持腔121连通，夹持腔121内形成有用于插入在刀柄99的环形凹槽992内的第一内凸块1211。在卸刀过程中，当换刀气缸13将刀夹12向后伸出时，弹性口122首先与刀柄99的外圆柱面接触，于是刀柄99撑开弹性口122，刀柄99使弹性口122弹性变形张开，继而刀柄99相对地滑入至夹持腔121内，且第一内凸块1211插入到刀柄99的环形凹槽992内，弹性口122通过弹性口122自身的弹性力复位，于是第一内凸块1211卡接环形凹槽992，上述的刀夹12的结构简单，制作成本低，刀夹12的材料可以是POM或弹簧钢。

进一步地，如图6所示，弹性口122内形成有用于通过刀柄99的环形凹槽992的第二内凸块1221，在卸刀过程中，于是当刀柄99撑开弹性口122时，第二内凸块1221已经能够滑入环形凹槽992内，使得第一内凸块1211能够被第二内凸块1221引导进入环形凹槽992内，从而有利于保证第一内凸块1211卡接环形凹槽992，有利于保证完成换刀。

进一步地，如图6和图7所示，基板120形成有弹性变形槽123，弹性变形槽123与夹持腔121连通,夹持腔121设于弹性变形槽123与弹性口122之间。通过设置弹性变形槽123降低了夹持腔121的前边缘部的结构强度，于是有利于增大夹持腔121及弹性口122的弹性张开幅度，从而便于刀柄99相对滑入夹持腔121。

进一步地，如图6和图7所示，基板120形成有弹性变形缝1241，弹性变形缝1241的开口端1242设于弹性口122与夹持腔121之间，弹性变形缝1241的封闭端1243设于夹持腔121的外侧，从图7上看，夹持腔121的左右两外侧各设有弹性变形缝1241的封闭端1243，于是通过设置上述的一端开口而相对应的另一端封闭的弹性变形缝1241，使夹持腔121的左右边缘部形成了内夹指部124，于是可以设置夹持腔121及第一内凸块1211分别与刀柄99过盈配合，使得刀柄99能够迫使内夹指部124弹性变形（即是使弹性变形缝1241弹性缩窄），从而可以进一步增强刀夹12对刀柄99的夹持可靠性。

进一步地，基板120设为尼龙基板，也就是说，刀夹12的材料设为尼龙。与铝或弹簧钢相比，尼龙的耐磨性好，尼龙与钢的摩擦系数小，于是便于刀柄99滑入夹持腔121，且能避免刮伤刀柄99，有利于降低刀柄99与刀夹12的相互碰撞噪声，使刀夹12容易加工，成本低，与POM相比，尼龙的韧性更好，于是使刀夹12不容易出现被撕裂的现象。

Claims (10)

1.一种带排式刀库可自动换刀的数控六面钻铣加工中心，包括控制系统、加工机头（2）及夹手装置（5），所述控制系统控制连接所述加工机头（2）及所述夹手装置（5）；其特征在于：所述加工机头（2）设有自动换刀电主轴（22）；还包括刀库装置（1），所述刀库装置（1）设有安装板（14）、刀库滑座（11）、换刀气缸（13）及至少两个用于夹持刀柄（99）的刀夹（12），所述刀库滑座（11）与所述安装板（14）滑动连接，所述换刀气缸（13）驱动连接所述刀库滑座（11），所述刀夹（12）安装在对应的所述刀库滑座（11）的端部上，所述刀夹（12）设为沿直线排列，所述控制系统控制连接所述换刀气缸（13）。

2.根据权利要求1所述带排式刀库可自动换刀的数控六面钻铣加工中心，其特征在于：所述刀库滑座（11）的数量设为至少两个，所述换刀气缸（13）的数量设为至少两个，各个换刀气缸（13）驱动连接对应的所述刀库滑座（11），每个刀库滑座（11）对应安装至多两个所述刀夹（12）。

3.根据权利要求2所述带排式刀库可自动换刀的数控六面钻铣加工中心，其特征在于：所述刀库装置（1）还包括直线导轨（16），所述直线导轨（16）安装在对应的所述刀库滑座（11）上，每条所述直线导轨（16）对应滑动连接有两个滑块（17），所述滑块（17）安装在所述安装板（14）的底面上。

4.根据权利要求3所述带排式刀库可自动换刀的数控六面钻铣加工中心，其特征在于：还包括主机架（3），所述刀库装置（1）设有刀库支撑座（15），所述安装板（14）的顶面与所述支撑座（15）固定连接，所述支撑座（15）安装在所述主机架（3）上。

5.根据权利要求4所述带排式刀库可自动换刀的数控六面钻铣加工中心，其特征在于：所述换刀气缸（13）设在所述安装板（14）与对应的所述刀库滑座（11）之间。

6.根据权利要求1所述带排式刀库可自动换刀的数控六面钻铣加工中心，其特征在于：所述刀夹（12）包括基板（120），所述基板（120）形成有用于容置刀柄（99）的夹持腔（121），所述基板（120）形成有用于刀柄（99）通过的能够弹性变形张开并且能弹性复位的弹性口（122），所述弹性口（122）与所述夹持腔（121）连通，所述夹持腔（121）内形成有用于插入在刀柄（99）的环形凹槽（992）内的第一内凸块（1211）。

7.根据权利要求6所述带排式刀库可自动换刀的数控六面钻铣加工中心，其特征在于：所述弹性口（122）内形成有用于通过刀柄（99）的环形凹槽（992）的第二内凸块（1221）。

8.根据权利要求7所述带排式刀库可自动换刀的数控六面钻铣加工中心，其特征在于：所述基板（120）形成有弹性变形槽（123），所述弹性变形槽（123）与所述夹持腔（121）连通,所述夹持腔（121）设于所述弹性变形槽（123）与所述弹性口（122）之间。

9.根据权利要求8所述带排式刀库可自动换刀的数控六面钻铣加工中心，其特征在于：所述基板（120）形成有弹性变形缝（1241），所述弹性变形缝（1241）的开口端（1242）设于所述弹性口（122）与所述夹持腔（121）之间，所述弹性变形缝（1241）的封闭端（1243）设于所述夹持腔（121）的外侧。

10.根据权利要求9所述带排式刀库可自动换刀的数控六面钻铣加工中心，其特征在于：所述基板（120）设为尼龙基板。

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