CN114571273A - 一种夹刀组件及换刀机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种夹刀组件及换刀机构，涉及数控机床技术领域，其用于夹持数控机床的刀具，包括能够水平转动以及竖直升降的横杆，所述横杆的两端关于中心对称地各设置有一夹持头，所述夹持头包括缺口环以及驱动单元，所述缺口环转动设置于所述横杆的一端，缺口环的缺口两侧分别设置有弹性部，驱动单元用于驱动所述缺口环往复转动，以使缺口环的缺口能够朝向至少两个工作位。本发明提供的一种夹刀组件，驱动单元能够驱动缺口环往复转动，使缺口环的缺口能够朝向至少两个工作位，从而使得横杆在仅沿一个方向转动的过程中缺口环能够具备夹刀和松刀的功能。

Description

一种夹刀组件及换刀机构

技术领域

本发明涉及数控机床技术领域，具体为一种夹刀组件及换刀机构。

背景技术

夹刀组件是用来在给数控机床的电主轴换刀时夹持刀具的构件，换刀机构通过夹刀组件将电主轴上的刀具夹持住卸下后插装到刀库中，同时需要将刀库中的新的刀具夹持住卸下后插装到电主轴上。

现有技术中的夹刀组件上的横杆两端的缺口环是固定的，缺口环的缺口的工作位唯一且不可改变，夹刀组件夹持刀具时，只能沿一方向转动横杆使缺口环夹持刀具，刀具安装到电主轴或刀库上后，沿相反方向转动横杆使缺口环脱离刀具，这种夹刀组件存在着局限性，必须强制要求横杆能够正转和反转，在横杆只能沿一个方向转动时，就无法兼顾夹持刀具和脱离刀具(松刀)。

发明内容

本发明的目的是提供一种夹刀组件，以解决上述现有技术中的不足之处。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种夹刀组件，其用于夹持数控机床的刀具，包括能够水平转动以及竖直升降的横杆，所述横杆的两端关于中心对称地各设置有一夹持头，所述夹持头包括缺口环以及驱动单元，所述缺口环转动设置于所述横杆的一端，缺口环的缺口两侧分别设置有弹性部；驱动单元用于驱动所述缺口环往复转动，以使缺口环的缺口能够朝向至少两个工作位。

进一步地，所述缺口环端面上设置有弧形滑槽，所述横杆端部上设置有与弧形滑槽相适配的滑块，所述滑块滑动设置于弧形滑槽内。

进一步地，所述缺口环的外周侧面上设置有外齿组，所述横杆端部上转动设置有第一齿轮，所述第一齿轮与外齿组啮合，所述第一齿轮接受驱动单元的驱动。

进一步地，所述驱动单元包括电机，电机的转轴与所述第一齿轮共轴固定连接。

进一步地，所述驱动单元包括液压缸，液压缸的液压杆的开放端固定连接有齿条，所述齿条与第一齿轮啮合。

进一步地，两所述夹持头共用一个驱动单元，驱动单元包括连动组件，所述连动组件用于使两夹持头的第一齿轮之间同步转动。

进一步地，所述连动组件包括链条以及两个链轮，两个所述链轮各与一个第一齿轮共轴固定连接，所述链条传动套接于两个链轮上。

进一步地，所述夹持头还包括第二齿轮、第一弧形齿条以及第二弧形齿条，所述第二齿轮与任一夹持头的第一齿轮共轴固定连接，第一弧形齿条与第二弧形齿条固定设置在固定基础上，横杆转动的过程中，第二齿轮能够分别与第一弧形齿条、第二弧形齿条啮合配合，以使缺口环的缺口朝向在两个工作位之间切换。

进一步地，在横杆上升到最高处时，第二齿轮能够与第一弧形齿条啮合配合；在横杆下降到最低处时，第二齿轮能与第二弧形齿条啮合配合。

一种换刀机构，其包括复合驱动件以及上述的夹刀组件，所述复合驱动件用于驱动夹刀组件的横杆及两夹持头水平转动和竖直升降。

在上述技术方案中，本发明提供的一种夹刀组件，驱动单元能够驱动缺口环往复转动，使缺口环的缺口能够朝向至少两个工作位，从而使得横杆在仅沿一个方向转动的过程中缺口环能够具备夹刀和松刀的功能。

由于上述的夹刀组件具有上述技术效果，包含该夹刀组件的换刀机构也应具有相应的技术效果。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的夹刀组件的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的夹刀组件的局部结构拆分示意图；

图3为本发明另一实施例提供的夹刀组件的结构俯视图；

图4为本发明另一实施例提供的夹刀组件的结构侧视图；

图5为本发明另一实施例提供的夹刀组件的局部结构示意图；

图6为本发明实施例提供的夹刀组件的局部结构剖视图；

图7-9为本发明实施例提供的换刀机构的结构示意图。

附图标记说明：

1、横杆；1.1、滑块；2、夹持头；2.1、缺口环；2.11、弧形滑槽；2.12弹性部；2.2、连动组件；2.21、链轮；2.22、链条；2.3、外齿组；2.4、第一齿轮；2.5、第二齿轮；2.6、第一弧形齿条；2.7、第二弧形齿条；3、立杆；4、间歇齿圈；4.1、内齿；5、第一齿轮组件；5.1、齿轮一；5.2、第一蜗杆；5.3、第一蜗轮；6、第二齿轮组件；6.1、齿轮二；6.2、第二蜗杆；6.3、第二蜗轮；6.4、第一齿条；6.5、第二齿条；6.6、间歇齿轮；7、驱动组件；7.1、伺服电机；7.2、齿轮三；7.3、外齿；7.4、圆环；7.5、连接杆；7.6、液压缸；7.7、第三齿条；8、弧形套；9、套筒；10、机架。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

请参阅图1-9，本发明实施例提供的一种夹刀组件，其用于夹持数控机床的刀具，尤其是数控机床的电主轴换刀时夹持刀具，包括能够水平转动以及竖直升降的横杆1，横杆1的两端关于中心对称地各设置有一夹持头2，夹持头2包括缺口环2.1以及驱动单元，缺口环2.1转动设置于横杆1的一端，缺口环2.1的缺口两侧分别设置有弹性部2.12；驱动单元用于驱动缺口环2.1往复转动，以使缺口环2.1的缺口能够朝向至少两个工作位。

具体的，横杆1的水平转动由一个驱动源驱动，横杆1的竖直升降由一个驱动源驱动，或者横杆1的横杆1的水平转动与竖直升降均由一个驱动源及传动机构进行驱动，横杆1水平转动的目的是使夹持头2的缺口环2.1夹持到刀具上和/或者从刀具上脱离，横杆1的竖直升降的目的是使缺口环2.1上的刀具从电主轴、刀库上面下降卸下，以及使缺口环2.1上的刀具上升插装到电主轴、刀库上，横杆1的转动轴心因为横杆1的正中心。缺口环2.1端面上设置有弧形滑槽2.11，横杆1端部上设置有与弧形滑槽2.11相适配的滑块1.1，滑块1.1滑动设置于弧形滑槽2.11内，以实现缺口环2.1相对横杆1转动。缺口环2.1的缺口两侧分别设置有弹性部2.12的目的在于，两弹性部2.12的间距小于刀具柄部的直径，刀具经过缺口处被夹持到缺口环2.1内时，弹性部2.12发生压缩形变，从而使刀具柄部能够顺利通过缺口，当刀具柄部完全进入到缺口环2.1内部时，弹性部2.12恢复形变，从而将刀具限位在缺口环2.1内，刀具即被夹持住。弹性部2.12优选为可发生弹性形变的橡胶结构。刀具柄部被缺口环2.1夹持住以后，缺口环2.1即限制了刀具相对其轴向移动，若缺口环2.1要与刀具分离，刀具仍得从缺口处出缺口环2.1。

在上述技术方案中，本发明提供的一种夹刀组件，驱动单元能够驱动缺口环2.1往复转动，使缺口环2.1的缺口能够朝向至少两个工作位，从而使得横杆1在仅沿一个方向转动的过程中缺口环2.1能够具备夹刀和松刀的功能。工作时，首先让横杆1位于最高处(高工位)，缺口环2.1与刀具柄部处于同一高度，然后使横杆1从初始工位开始水平转动，缺口环2.1的缺口朝向刀具柄部，横杆1带动缺口环2.1同步运动，其中一个夹持头2的缺口环2.1夹持住电主轴上的刀具，另一个夹持头2的缺口环2.1夹持住刀库上的刀具，然后使横杆1竖向下移至最低处(低工位)，由于刀具无法相对缺口环2.1轴向移动，从而使得刀具脱离电主轴和刀库，接着使横杆1继续同向转动180°，将两个缺口环2.1及其上刀具调换位置，再使横杆1向上移动复位到高工位，两刀具分别插装到电主轴和刀库上，即实现了电主轴与刀库之间的刀具切换，为电主轴更换了刀具，在缺口环2.1夹持住刀具的过程中的任一时间段，均可通过驱动单元驱动对应的缺口环2.1转动180°，也就是使得缺口环2.1的缺口方向改变了180°；最后，使横杆1继续同向转动复位至初始位置，刀具与缺口环2.1脱离。

作为本实施例优选的技术方案，参阅图6，缺口环2.1的外周侧面上设置有外齿组2.3，横杆1端部上转动设置有第一齿轮2.4，第一齿轮2.4与外齿组2.3啮合，第一齿轮2.4接受驱动单元的驱动，如此，驱动单元驱动第一齿轮2.4转动，第一齿轮2.4通过与外齿组2.3啮合配合使缺口环2.1转动，从而能够调整缺口环2.1的缺口朝向。作为优选的，驱动单元包括电机，电机的转轴与第一齿轮2.4共轴固定连接，电机驱动第一齿轮2.4转动；或者，驱动单元包括液压缸，液压缸的液压杆的开放端固定连接有齿条，齿条与第一齿轮2.4啮合，液压缸驱动齿条直线运动，齿条带动第一齿轮2.4转动。

本发明提供的另一个实施例中，两夹持头2共用一个驱动单元，驱动单元包括连动组件2.2，连动组件2.2用于使两夹持头2的第一齿轮2.4之间同步同向转动，优选的，连动组件2.2包括链条2.22以及两个链轮2.21，两个链轮2.21各与一个第一齿轮2.4共轴固定连接，链条2.22传动套接于两个链轮2.21上。如此，只需驱动其中任一第一齿轮2.4转动，即可使两个第一齿轮2.4同步同向转动。

作为本实施例优选的技术方案，夹持头2还包括第二齿轮2.5、第一弧形齿条2.6以及第二弧形齿条2.7，第二齿轮2.5与任一夹持头2的第一齿轮2.4共轴固定连接，第一弧形齿条2.6与第二弧形齿条2.7固定设置在固定基础(如机架10)上，横杆1转动的过程中，第二齿轮2.5能够分别与第一弧形齿条2.6、第二弧形齿条2.7啮合配合，以使缺口环2.1的缺口朝向在两个工作位之间切换。进一步地，在横杆1上升到最高处(高工位)时，第二齿轮2.5能够与第一弧形齿条2.6啮合配合；在横杆1下降到最低处(低工位)时，第二齿轮2.5能与第二弧形齿条2.7啮合配合。

本实施例中，第一弧形齿条2.6相当于一个内齿圈的局部结构，第一弧形齿条2.6的齿在其内弧侧面上，第二弧形齿条2.7相当于一个外齿圈的局部结构，第二弧形齿条2.7的齿在其外弧侧面上，第一弧形齿条2.6、第二弧形齿条2.7的弧心与横杆1的旋转中心重合，第一弧形齿条2.6与第二弧形齿条2.7在水平面上的投影之间的角度为α，且90°＜α＜180°。本实施例的效果在于摒弃了主动驱动源(电机或液压杆等)，而是利用了横杆1旋转过程中第二齿轮2.5分别与第一弧形齿条2.6、第二弧形齿条2.7之间的间歇式啮合配合被动式地使两缺口环2.1转动调整缺口朝向。具体工作原理为：首先，横杆1位于初始位置(也即位于高工位)，缺口环2.1与刀具柄部处于同一高度，第二齿轮2.5与第二弧形齿条2.7位于同一高度；然后使横杆1从初始工位开始水平转动(优选为90°)，缺口环2.1的缺口朝向刀具柄部，横杆1带动缺口环2.1同步运动，其中一个夹持头2的缺口环2.1夹持住电主轴上的刀具，另一个夹持头2的缺口环2.1夹持住刀库上的刀具；然后使横杆1竖向下移至低工位，由于刀具无法相对缺口环2.1轴向移动，从而使得刀具脱离电主轴和刀库，此时第二齿轮2.5与第一弧形齿条2.6位于同一高度；接着使横杆1继续同向转动180°，将两个缺口环2.1及其上刀具调换位置，期间第二齿轮2.5经过第二弧形齿条2.7时二者发生短暂啮合，由于第二弧形齿条2.7是固定不动的，从而使得第二齿轮2.5发生自转，一方面第二齿轮2.5带动与其共轴的第一齿轮2.4转动，该第一齿轮2.4驱动对应的缺口环2.1转动180°，该缺口环2.1的缺口朝向改变了180°，另一方面第二齿轮2.5通过连动组件2.2带动另第一齿轮2.4转动，该第一齿轮2.4驱动对应的缺口环2.1转动180°，该缺口环2.1的缺口朝向改变了180°，从而实现两个缺口环2.1的缺口均调整了180°；然后再使横杆1向上移动复位到高工位，带动两刀具分别插装到电主轴和刀库上，即实现了电主轴与刀库之间的刀具切换，为电主轴更换了刀具；最后，使横杆1继续同向转动复位至初始位置，刀具与缺口环2.1脱离，期间第二齿轮2.5经过第一弧形齿条2.6时二者发生短暂啮合，由于第一弧形齿条2.6是固定不动的，从而使得第二齿轮2.5发生反向自转(相对于第二齿轮2.5经过第二弧形齿条2.7时的自转方向)，一方面第二齿轮2.5带动与其共轴的第一齿轮2.4反转，该第一齿轮2.4驱动对应的缺口环2.1反转180°，该缺口环2.1的缺口朝向改变了180°，另一方面第二齿轮2.5通过连动组件2.2带动另第一齿轮2.4反转，该第一齿轮2.4驱动对应的缺口环2.1反转180°，该缺口环2.1的缺口朝向改变了180°，从而实现两个缺口环2.1的缺口均调整了180°复位，进而使得在不改变横杆1的转动方向的情况下缺口环2.1仍能够顺利与刀具脱离。

本发明还提供一种换刀机构，参阅图7-9，换刀机构包括复合驱动件以及上述的夹刀组件，复合驱动件用于驱动夹刀组件的横杆1及两夹持头2水平转动和竖直升降。所述复合驱动件包括机架10、套筒9、立杆3、间歇齿圈4以及驱动组件7，其中，套筒9水平转动设置于机架10上，立杆3竖直固定连接在换刀组件的横杆1的中部，套筒9套设于与立杆3上，立杆3相对于套筒9竖向滑动设置，立杆3无法相对套筒9转动，间歇齿圈4转动设置于机架10上，其180°的内周侧面设置有内齿4.1，间歇齿圈4的转动行程包括第一行程以及第二行程，在第一行程中，内齿4.1与第一齿轮组件5啮合以驱动立杆3转动，在第二行程中，内齿4.1与第二齿轮组件6啮合以驱动立杆3竖直滑动；驱动组件7用于驱动间歇齿圈4转动。在间歇齿圈4转动过程中，第一齿轮组件5、第二齿轮组件6交替与内齿4.1啮合，即内齿4.1只能与第一齿轮组件5、第二齿轮组件6中的一者啮合，内齿4.1不能同时与二者啮合，且内齿4.1必定与其中的一者啮合。

换刀时，第一齿轮组件5首先与间歇齿圈4的一组内齿4.1中部啮合，夹刀组件的横杆1位于垂直于刀库与电主轴之间的连线的直线上，如图7-8，间歇齿圈4沿同一方向转动的过程中依次包括：(1)间歇齿圈4转动90°(第一行程后半程)，内齿4.1仅与第一齿轮组件5啮合，第一齿轮组件5驱动夹刀组件转动90°以使两夹持头2分别夹持刀库与电主轴上的刀具；(2)间歇齿圈4转动180°(第二行程全程)，内齿4.1仅与第二齿轮组件6啮合，第二齿轮组件6驱动夹刀组件向下移动以使两夹持头2所夹持的刀具脱离刀库和电主轴，如图9；(3)间歇齿圈4转动180°(另一个第一行程全程)，内齿4.1仅与第一齿轮组件5啮合，第一齿轮组件5驱动夹刀组件转动180°以使两夹持头2及所夹持的刀具交换位置；(4)间歇齿圈4转动180°(另一个第二行程全程)，内齿4.1仅与第二齿轮组件6啮合，第二齿轮组件6驱动夹刀组件向上移动以使两夹持头2所夹持的刀具插装到刀库和电主轴上；(5)间歇齿圈4转动90°(第一行程前半程)，内齿4.1仅与第一齿轮组件5啮合，第一齿轮组件5驱动夹刀组件转动90°以使两夹持头2分别脱离刀库与电主轴上的刀具。

在上述技术方案中，仅需通过一个驱动组件7驱动间歇齿圈4转动两圈，即可在第一齿轮组件5、第二齿轮组件6、套筒9的配合下实现电主轴与刀库之间的刀具切换，而且两夹持头2同时从刀库、电主轴上夹持刀具并向下取下刀具，旋转180°后，同时将刀具向上插装到刀库、电主轴上，然后同时脱离刀具，换刀效率高，换刀精度高。

作为本实施优选的技术方案，第一齿轮组件5包括齿轮一5.1、第一蜗杆5.2以及第一蜗轮5.3，其中，齿轮一5.1转动设置于机架10上；第一蜗杆5.2与齿轮一5.1共轴固定连接；第一蜗轮5.3共轴固定连接于套筒9上，第一蜗轮5.3与第一蜗杆5.2啮合。在第一行程中，间歇齿圈4的内齿4.1与第一齿轮组件5的齿轮一5.1啮合，间歇齿圈4转动时驱动齿轮一5.1转动，齿轮一5.1带动第一蜗杆5.2转动，第一蜗杆5.2驱动第一蜗轮5.3转动，从而第一蜗轮5.3带动套筒9转动，套筒9带动立杆3、夹刀组件水平转动。

作为本实施优选的技术方案，第二传动件包括齿轮二6.1、第二蜗杆6.2、第二蜗轮6.3、第一齿条6.4、第二齿条6.5以及间歇齿轮6.6，其中，齿轮二6.1转动设置于机架10上；第二蜗杆6.2与齿轮二6.1共轴固定连接；第二蜗轮6.3转动连连接于机架10上，第二蜗轮6.3与第二蜗杆6.2啮合；第一齿条6.4转动连接于立杆3上；第二齿条6.5竖向滑动设置于机架10上，第二齿条6.5与第一齿条6.4之间相对布置且固定连接；间歇齿轮6.6与第二蜗轮6.3共轴固定连接，其180°的周侧面上设置有轮齿，间歇齿轮6.6交替与第一齿条6.4、第二齿条6.5啮合配合，间歇齿轮6.6的转动行程包括行程一以及行程二，在行程一中，轮齿与第一齿条6.4啮合以驱动立杆3向下移动，在行程二中，轮齿与第二齿条6.5啮合以驱动立杆3竖直向上移动。在第二行程中，间歇齿圈4的内齿4.1与第二齿轮组件6的齿轮一5.1啮合，间歇齿圈4转动时驱动齿轮二6.1转动，齿轮二6.1带动第二蜗杆6.2转动，第二蜗杆6.2驱动第二蜗轮6.3转动，第二蜗轮6.3带动间歇齿轮6.6转动，间歇齿轮6.6与第一齿条6.4或第二齿条6.5啮合配合，从而实现立杆3、夹刀组件上升降：具体的，在上述换刀过程的第(2)步，间歇齿轮6.6仅与齿轮一5.1啮合，不与第二齿条6.5啮合，间歇齿轮6.6转动驱动第一齿条6.4向下移动，从而第一齿条6.4带动第二齿条6.5、立杆3向下移动，即夹刀组件向下移动；在上述换刀过程的第(4)步，间歇齿轮6.6仅与第二齿条6.5啮合，不与第一齿条6.4啮合，间歇齿轮6.6同方向转动驱动第二齿条6.5向上移动，从而第二齿条6.5带动第一齿条6.4、立杆3向上移动，即夹刀组件向上移动。

作为本实施例优选的技术方案，间歇齿圈4的端面上设置有环形滑槽，机架10上固定设置有弧形套8，弧形套8上设置有弧形滑棱，弧形滑棱环形滑动设置在环形滑槽内，从而实现间歇齿圈4相对机架10转动。进一步地，驱动组件7包括伺服电机7.1，伺服电机7.1固定安装在机架10上，伺服电机7.1的转轴上共轴固定连接有齿轮三7.2，间歇齿圈4的外周侧面上设置有一圈外齿7.3，齿轮三7.2与间歇齿圈4的外齿7.3啮合，伺服电机7.1驱动齿轮三7.2转动，齿轮三7.2通过与外齿7.3啮合配合从而使间歇齿圈4转动。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。

Claims (10)

1.一种夹刀组件，其用于夹持数控机床的刀具，其特征在于，包括能够水平转动以及竖直升降的横杆，所述横杆的两端关于中心对称地各设置有一夹持头，所述夹持头包括：

缺口环，其转动设置于所述横杆的一端，其缺口两侧分别设置有弹性部；

驱动单元，其用于驱动所述缺口环往复转动，以使缺口环的缺口能够朝向至少两个工作位。

2.根据权利要求1所述的一种夹刀组件，其特征在于，所述缺口环端面上设置有弧形滑槽，所述横杆端部上设置有与弧形滑槽相适配的滑块，所述滑块滑动设置于弧形滑槽内。

3.根据权利要求1所述的一种夹刀组件，其特征在于，所述缺口环的外周侧面上设置有外齿组，所述横杆端部上转动设置有第一齿轮，所述第一齿轮与外齿组啮合，所述第一齿轮接受驱动单元的驱动。

4.根据权利要求3所述的一种夹刀组件，其特征在于，所述驱动单元包括电机，电机的转轴与所述第一齿轮共轴固定连接。

5.根据权利要求3所述的一种夹刀组件，其特征在于，所述驱动单元包括液压缸，液压缸的液压杆的开放端固定连接有齿条，所述齿条与第一齿轮啮合。

6.根据权利要求3所述的一种夹刀组件，其特征在于，两所述夹持头共用一个驱动单元，驱动单元包括连动组件，所述连动组件用于使两夹持头的第一齿轮之间同步转动。

7.根据权利要求6所述的一种夹刀组件，其特征在于，所述连动组件包括链条以及两个链轮，两个所述链轮各与一个第一齿轮共轴固定连接，所述链条传动套接于两个链轮上。

8.根据权利要求6所述的一种夹刀组件，其特征在于，所述夹持头还包括第二齿轮、第一弧形齿条以及第二弧形齿条，所述第二齿轮与任一夹持头的第一齿轮共轴固定连接，第一弧形齿条与第二弧形齿条固定设置在固定基础上，横杆转动的过程中，第二齿轮能够分别与第一弧形齿条、第二弧形齿条啮合配合，以使缺口环的缺口朝向在两个工作位之间切换。

9.根据权利要求8所述的一种夹刀组件，其特征在于，在横杆上升到最高处时，第二齿轮能够与第一弧形齿条啮合配合；在横杆下降到最低处时，第二齿轮能与第二弧形齿条啮合配合。

10.一种换刀机构，其特征在于，其包括复合驱动件以及夹刀组件，所述夹刀组件为权利要求1-9任一项所述的夹刀组件，所述复合驱动件用于驱动夹刀组件的横杆及两夹持头水平转动和竖直升降。

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