CN114799986B - 一种圆盘式自动化刀库 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆盘式自动化刀库，包括传动箱和用于存放刀具的刀盘，刀盘的边缘周向均匀设有若干用于夹持固定刀具的卡爪，传动箱的箱体内设有传动机构，所述传动机构包括转动安装在所述箱体上的第一套筒、用于驱动所述第一套筒旋转的回转机构、同轴设置在所述第一套筒内的伸缩机构、同轴套设在所述第一套筒上并与所述伸缩机构的伸缩端相连的第二套筒，所述刀盘固定安装在所述第二套筒上，使所述刀盘既能够在所述回转机构的驱动下进行旋转选刀，又能在所述伸缩装置的驱动下轴向位移进行装刀和卸刀。本发明不仅结构紧凑，占地面积小，安装方便，而且换刀过程安全平稳，换刀精度高，不容易出现重大换刀误差和甩刀的安全事故。

Description

一种圆盘式自动化刀库

技术领域

本发明属于数控机床刀库自动换刀技术领域，具体涉及一种圆盘式自动化刀库。

背景技术

刀库是用来储放加工工序所需多种刀具的装置，简言之刀库就是用来存放待换工具的装置，可以按照程序指令，把即将使用的刀具迅速、准确地送到换刀位置，并接受程序指令，将使用过的刀具放回原来的位置。刀库由机械和控制两个部分组成，根据程序控制，使数控机床能够通过一次装夹，完成多种不同工艺的加工需求，如加工中心是一种备有刀库并能自动换刀对工件进行多工序加工的数控机床。具有省力、省时和节能的特点，刀库是加工中心的重要组成部分。

现有的主流换刀方式为圆盘式刀库并配合机械手进行换刀，这种换刀方式虽然换刀速度较快，但却体积庞大，造价昂贵，结构复杂，故障率较高，当气压不足松刀不到位时，松刀爪还没有完全涨开时候就拔刀，很容易导致主轴和机械臂损坏，并且由于机械臂的转动速度过快，刀库的卡爪对刀具的重量限制极其严格，装载的刀具一旦超过刀库的承受范围，刀具就会很容易从刀库甩出，造成安全事故。

公开号为CN108436557A的卧式加工中心及圆盘式刀库，将刀库和传动机构整合到一起的方式，通过驱动刀盘旋转和轴向位移来进行换刀，虽然换刀过程安全平稳，但由于其采用的是液压缸驱动的滑轨来带动刀盘轴向位移，其转动机构和刀盘均安装在滑轨末端，使整个装置呈悬臂梁结构，导致其滑轨在弯曲应力作用下很容易变形磨损，严重影响换刀精度，使用寿命短。

因此，非常有必要提供一种结构简单紧凑，兼容性好，安装调试方便，换刀精度高的自动化刀库，来解决上述现有技术存在的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种圆盘式自动化刀库，通过将圆盘式刀库与自动换刀机构一体化集成到一起，来解决现有刀库体积庞大，工作环境要求高和容易甩刀的技术问题。

本发明是这样实现的：

一种圆盘式自动化刀库，包括传动箱和用于存放刀具的刀盘，所述刀盘的边缘周向均匀设有若干用于夹持固定刀具的卡爪，所述传动箱包括箱体和传动机构，所述传动机构至少包括转动安装在所述箱体上的第一套筒、用于驱动所述第一套筒旋转的回转机构、同轴安装在所述第一套筒内的伸缩机构、同轴套设在所述第一套筒上并与所述伸缩机构的伸缩端相连的第二套筒，所述刀盘固定安装在所述第二套筒上，使所述刀盘既能够在所述回转机构的驱动下进行旋转选刀，又能在所述伸缩装置的驱动下轴向位移进行装刀和卸刀。

优选的，所述回转机构包括固定在箱体上的伺服电机、通过联轴器与所述伺服电机的输出轴相连的蜗杆，同轴设置在所述第一套筒上并与所述蜗杆相啮合的蜗轮。

优选的，所述伸缩机构为固定在箱体内的液压缸，所述液压缸内的活塞杆通过轴承与所述第二套筒转动相连。

优选的，所述第二套筒与所述第一套筒通过平键滑动相连，使所述第二套筒既能随着所述第一套筒同步转动，又能沿着所述第一套筒轴向滑动。

优选的，所述刀盘上周向均匀开有与所述卡爪数量相同的定位孔，对应的，所述传动箱的外壁上设有一根与所述定位孔相配合的定位销。

优选的，所述定位孔上还同轴设有具有一定厚度的定位套，所述定位套的内径小于等于所述定位孔的孔径。

优选的，所述卡爪为转动安装在所述刀盘上的第一卡臂和第二卡臂，所述第一卡臂和第二卡臂相互对称并通过弹簧相连。

优选的，所述刀盘上还设有用于对所述卡爪的最小张开角度进行限位的限位块。

优选的，所述第一卡臂和第二卡臂的环形夹持面上设有与刀具上的固定槽相配合的半圆环形凸起，来对所述刀具的轴向平移自由度进行限制。

优选的，所述第一卡臂和第二卡臂中间设有刀具上的定位槽相配合的定位键，来对所述刀具的轴向旋转自由度进行限制。

本发明有益效果是：

1.结构简单紧凑，占地面积小，安装方便，可直接安装在机床主轴箱的侧面或上方，适用于大多数不具备自动换刀功能的传统加工中心的改造升级，适用范围广。

2.换刀过程安全平稳，换刀精度高，不容易出现重大换刀误差和甩刀的安全事故。

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它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种圆盘式自动化刀库的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种圆盘式自动化刀库中刀盘的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种圆盘式自动化刀库中卡爪的局部放大示意图；

图4为本发明实施例提供的一种圆盘式自动化刀库中传动箱的外部结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种圆盘式自动化刀库中传动箱的内部结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种圆盘式自动化刀库中传动机构的连接关系示意图；

图7为本发明实施例提供的一种圆盘式自动化刀库中传动机构的剖视图；

图8为本发明实施例提供的一种圆盘式自动化刀库中第二套筒的结构示意图。

图中：1-刀具，101-固定槽，102-定位槽，2-刀盘，201-半圆形凹槽，3-卡爪，301-第一卡臂，302-第二卡臂，303-半圆环形凸起，304-定位键，305-销轴，306-弹簧，307-限位块，4-传动箱，401-箱体，402-箱盖，5-第一套筒，501-键槽，6-第二套筒，601-滑槽，602-安装台面，7-平键，8-后端盖，801-注油孔，9-前端盖，901-环形凸台，10-滚珠轴承，11-推力轴承，12-法兰盘，13-伺服电机，14-蜗轮，15-蜗杆，16-液压缸，17-活塞杆，18-顶紧螺母，19-定位孔，20-定位套，21-定位销。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

一种圆盘式自动化刀库，包括传动箱4、刀盘2和若干均匀设置在所述刀盘2边缘的卡爪3，所述传动箱4包括箱体401和设置在所述箱体401内的传动机构，所述传动机构的动力输出端与所述刀盘2相连，通过所述传动机构能够驱动所述刀盘2完成旋转选刀、装刀和卸刀工作。具体的：

如图1和图2所示，所述刀盘2为圆盘形，作为储存刀具1的安装基体，其边缘周向均匀开有二十个半圆形凹槽201，使本发明提供的这种圆盘式自动化刀库能够容纳二十把刀具1，所述半圆形凹槽201的内径略大于所述刀具1的被夹持部的外径；所述卡爪3用于夹持固定刀具1，其数量与所述半圆形凹槽201的数量相同，并以相同的安装方式一一对应安装在上述半圆形凹槽201处。具体以其中一个卡爪3为例，如图3所示，所述卡爪3包括对称设置在所述半圆形凹槽201两侧的第一卡臂301和第二卡臂302，所述第一卡臂301和第二卡臂302结构相同，其环形夹持面上还设有与所述刀具1上的固定槽101相配合的半圆环形凸起303，当所述第一卡臂301和第二卡臂302的环形夹持面上的半圆环形凸起303卡进所述刀具1上的固定槽101后，能对所述刀具1的轴向平移自由度进行限制；所述第一卡臂301和第二卡臂302中间还设有定位键304，所述定位键304通过螺栓固定在所述刀盘2上，所述定位键304与所述刀具1上预设的定位槽102相配合，能够对所述刀具1的轴向旋转自由度进行限制，从而保证对刀具1的正确卡固。

如图3所示，为使所述卡爪3能够将刀具1夹持更加牢固，避免掉刀的情况，作为一种优选实施例，所述第一卡臂301和所述第二卡臂302通过销轴305转动安装在所述刀盘2上，并且所述第一卡臂301和第二卡臂302之间还通过弹簧306相连，使所述卡爪3能够在一定程度上相对开合；并且所述刀盘2上还设有限位块307，所述限位块307分别设置在所述第一卡臂301和所述第二卡臂302的外侧，通过所述限位块307能够对所述卡爪3的最小张开角度进行限位，防止卡爪3在弹簧306的弹力作用下张开角度过小；与刚性连接的卡爪3相比，本发明提供的这种弹性卡爪3具有自适应性，对装配精度要求低，不容易出现掉刀甩刀的故障，对刀具1的夹持更加安全可靠。

如图4所示，所述传动箱4的箱体401上还设有箱盖402，所述箱盖402通过螺栓可拆卸盖在所述箱体401上，从而方便对所述箱体401内的传动机构进行安装和检修，所述箱盖402上开有供所述传动机构的输出端通过的通孔；所述传动机构包括第一套筒5、第二套筒6、后端盖8、前端盖9、平键7、回转机构以及伸缩机构。

其中，所述后端盖8通过螺栓可拆卸固定在所述箱盖402对面，所述第一套筒5为中空套筒，其一端通过滚珠轴承10转动安装在所述后端盖8上，另一端穿过所述箱盖402上的通孔设置在所述箱体401外，所述箱盖402上的通孔处同样设有滚珠轴承10，并通过法兰盘12进行轴向定位，从而实现对所述第一套筒5的回转支承，减少第一套筒5转动时的摩擦阻力；所述第一套筒5的外壁上开有用于设置平键7的键槽501；所述第二套筒6上一体化设有用于固定刀盘2的安装台面602，所述安装台面602的直径大于所述第二套筒6的直径，所述刀盘2通过螺栓固定安装在所述第二套筒6的安装台面602上，所述第二套筒6内径略大于所述第一套筒5的外径，其内壁还开有一条平行于自身轴线的滑槽601，所述滑槽601的宽度与所述键槽501的宽度相同，所述第二套筒6同轴套设在箱体401外的第一套筒5上，并通过平键7滑动相连，使所述第二套筒6上的刀盘2既能随着所述第一套筒5同步转动进行选刀，又能沿着所述第一套筒5轴向滑动来执行装刀和卸刀工作。

如图5所示，所述回转机构采用的是蜗轮蜗杆15的传动方式，包括固定安装在箱体401上的伺服电机13、通过联轴器与所述伺服电机13的输出轴相连的蜗杆15，同轴设置在所述第一套筒5上并与所述蜗杆15相啮合的蜗轮14，通过所述伺服电机13能够驱动所述蜗轮蜗杆15转动，从而带动所述第一套筒5旋转。

如图4至图7所示，所述伸缩机构为液压缸16，所述液压缸16同轴设置在所述第一套筒5内并通过螺栓固定在所述后端盖8上，所述后端盖8上开有用于注入液压油的注油孔801，通过向所述液压缸16中注入或抽出液压油能够驱动所述液压缸16的活塞杆17进行伸缩；所述活塞杆17的自由端同轴安装有两个推力轴承11，为方便将所述推力轴承11安装和定位，所述活塞杆17自由端的直径小于活塞杆17杆体的直径，并且所述活塞杆17自由端端部还螺纹连接有顶紧螺母18，从而防止所述推力轴承11从所述活塞杆17上滑脱；上述两个推力轴承11之间间隔有一定间隙，所述前端盖9一端的内壁上设有一圈环形凸台901，所述环形凸台901卡在两个推力轴承11之间的间隙内，所述前端盖9的另一端则通过螺栓与所述第二套筒6相连，从而保证所述第二套筒6既能在所述活塞杆17上做相对转动，又能够在所述活塞杆17的推动下沿着所述第一套筒5轴向滑动。

进一步地，为防止在输入的程序指令进行换刀选刀时，出现工艺加工的重大误差，所述刀盘2上周向均匀开有与所述卡爪3数量相同的定位孔19，对应的，所述箱盖402的外壁上设有一根与所述定位孔19相配合的定位销21；由于所述刀盘2上的定位孔19距离所述箱盖402还有一定距离，为防止所述定位销21过长，所述定位孔19上还同轴设有具有一定厚度的定位套20，所述定位套20的内径小于等于所述定位孔19的孔径；当需要更换刀具1时，所述刀盘2会在所述伸缩机构的驱动下向远离箱体401的方向平移，使所述定位销21与所述定位套20脱离，再通过所述回转机构驱动所述刀盘2进行旋转选刀，选好刀具1后再通过所述伸缩机构驱动所述刀盘2下向靠近箱体401的方向平移，此时所述刀盘2上对应的的定位套20便会套进所述定位销21中，从而保证在换刀时刀具1与机床主轴的准确定位。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种圆盘式自动化刀库，包括传动箱和用于存放刀具的刀盘，所述刀盘的边缘周向均匀设有若干用于夹持固定刀具的卡爪，所述传动箱包括箱体、箱盖和传动机构，其特征在于：所述传动机构至少包括转动安装在所述箱体上的第一套筒、用于驱动所述第一套筒旋转的回转机构、同轴设置在所述第一套筒内的伸缩机构、同轴套设在所述第一套筒上并与所述伸缩机构的伸缩端相连的第二套筒、可拆卸固定在所述箱盖对面用于对所述第一套筒进行回转支承的后端盖；所述第二套筒比所述第一套筒短；所述第一套筒为中空套筒，其一端通过滚珠轴承转动安装在后端盖上，另一端穿过箱盖上的通孔设置在箱体外；

所述回转机构包括固定在箱体上的伺服电机、与所述伺服电机的输出轴相连的蜗杆，同轴安装在所述第一套筒上并与所述蜗杆相啮合的蜗轮；

所述伸缩机构为固定在箱体内的液压缸，所述液压缸活塞杆的自由端同轴安装有两个推力轴承，两个推力轴承之间留有一定间隙，对应的，前端盖的内壁一端设有一圈环形凸台，所述环形凸台卡设在两个推力轴承之间的间隙中，前端盖的另一端通过螺栓与所述第二套筒相连，液压缸内的活塞杆与所述第二套筒转动相连；

所述第二套筒与所述第一套筒通过平键滑动相连，使所述第二套筒既能随着所述第一套筒同步转动，又能沿着所述第一套筒轴向滑动；

所述第二套筒未与所述前端盖相连的一端一体化设有安装台面，所述安装台面的直径大于所述第二套筒的直径，所述刀盘固定安装在所述第二套筒的安装台面上，使所述刀盘既能够在所述回转机构的驱动下进行旋转选刀，又能在所述伸缩机构的驱动下轴向位移进行装刀和卸刀。

2.如权利要求1所述的一种圆盘式自动化刀库，其特征在于：所述刀盘上周向均匀开有与所述卡爪数量相同的定位孔，对应的，所述传动箱的外壁上设有一根与所述定位孔相配合的定位销。

3.如权利要求2所述的一种圆盘式自动化刀库，其特征在于：所述定位孔上还同轴设有具有一定厚度的定位套，所述定位套的内径小于等于所述定位孔的孔径。

4.如权利要求1所述的一种圆盘式自动化刀库，其特征在于：所述卡爪为转动安装在所述刀盘上的第一卡臂和第二卡臂，所述第一卡臂和第二卡臂相互对称并通过弹簧相连。

5.如权利要求4所述的一种圆盘式自动化刀库，其特征在于：所述刀盘上还设有用于对所述卡爪的最小张开角度进行限位的限位块。

6.如权利要求4所述的一种圆盘式自动化刀库，其特征在于：所述第一卡臂和第二卡臂的环形夹持面上设有与刀具上的固定槽相配合的半圆环形凸起，来对所述刀具的轴向平移自由度进行限制。

7.如权利要求4所述的一种圆盘式自动化刀库，其特征在于：所述第一卡臂和第二卡臂中间设有刀具上的定位槽相配合的定位键，来对所述刀具的轴向旋转自由度进行限制。

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