CN116713786B - 立卧双主轴机床用摆臂式自动换刀装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种立卧双主轴机床用摆臂式自动换刀装置，包括第一摆臂单元、第二摆臂单元、平移单元以及换刀臂，所述第一摆臂单元的摆动的一端连接第二摆臂单元且带动第二摆臂单元进行旋转，所述第二摆臂单元摆动的一端连接平移单元且带动平移单元进行旋转，所述平移单元的上方与换刀臂连接且带动换刀臂进行平移，该方案通过立卧组合摆臂技术和链轮齿条平移技术，能同时满足立式和卧式双主轴头的自动换刀需求，适用于目前需求量日益增多的立卧双主轴头数控机床，具有结构简单实用，运行稳定可靠的优点，且提升了换刀效率。

Description

立卧双主轴机床用摆臂式自动换刀装置

技术领域

本发明属于机器人换刀装置技术领域，具体涉及一种立卧双主轴机床用摆臂式自动换刀装置。

背景技术

目前，我国机床行业已经步入以数控机床取代普通机床的阶段，加工中心的需求明显呈上升趋势，这主要是由于增加自动换刀装置的费用不多，但机床有效利用率迅速提高，工人的劳动强度降低，加工成本降低。因此，自动换刀装置对提高机床的加工效率、降低工人劳动强度和加工成本十分重要。

申请号为2022106738292的中国专利公开了一种卧式机床用双刀位自动换刀装置，包括主轴固定板，主轴固定板中间穿过有机床主轴，主轴固定板右侧上方安装有线轨固定板，线轨固定板右侧通过线轨机构活动安装有滑座固定板，滑座固定板右侧上方安装有换刀气缸，换刀气缸的伸缩端朝右连接有刀臂气缸固定座，滑座固定板右侧中间处通过两个导轨机构活动安装有伺服电机，伺服电机的驱动端朝右通过电机轴套连接有谐波减速机，谐波减速机外侧通过减速机固定座固定连接在刀臂气缸固定座下端，谐波减速机输出端朝右通过刀臂定位轴连接在刀臂本体左侧中间段。

上述专利过换刀气缸和伺服电机实现刀臂本体的伸缩和旋转，从而实现了普通卧式机床主轴的自动换刀动作。但是随着数控加工产业的日益发展和科学技术的突飞猛进，对其所用的刀库的技术要求也越来越高，随着终端对加工效率要求的提高，一些同时能满足工件在两个面或三个面同时完成加工，多主轴头非标准机床应运而生，可以满足工件在立式和卧式多个主轴同步完成加工。目前市面上有的机床是立卧头集成在一个主轴头上的或者立卧头可以旋转的，但是也存在立卧头是独立分开的非标机床，这种机床的立卧头是独立分开的两个主轴箱分别配立卧主轴，这种机床上的立卧主轴都是固定无法旋转的。而现有的自动换刀装置对于立卧头是独立分开的非标机床，只能满足一个主轴头的换刀操作，或只能对立式主轴换刀，或只能对卧式主轴头换刀。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种立卧双主轴机床用摆臂式自动换刀装置，包括第一摆臂单元、第二摆臂单元、平移单元以及换刀臂，所述第一摆臂单元的摆动的一端连接第二摆臂单元且带动第二摆臂单元进行旋转，所述第二摆臂单元摆动的一端连接平移单元且带动平移单元进行旋转，所述平移单元的上方与换刀臂连接且带动换刀臂进行平移。

较佳的，所述第一摆臂单元的侧边设有线轨单元，所述线轨单元上设有纵向线性轨道，所述纵向线性轨道上滑动设有纵向滑动块，所述纵向滑动块上连接有固定板，所述固定板与第一摆臂单元固定连接。

较佳的，所述第一摆臂单元包括第一摆臂座、设于第一摆臂座中的第一驱动机构以及第一摆臂梁，所述第一驱动机构包括第一驱动齿轮以及与第一驱动齿轮连接的第一驱动轴，所述第一驱动轴的上下两侧连接有轴承并通过轴承竖直转动设于第一摆臂座内，所述第一驱动轴的顶部穿过第一摆臂座向上延伸并与第一摆臂梁连接，所述第一摆臂梁与第一驱动轴垂直设置。

较佳的，所述第二摆臂单元包括第二驱动机构和第二摆臂梁，第二驱动机构的输出端与第二摆臂梁连接，所述第一摆臂梁上设有安装槽，所述第二驱动机构安装于安装槽中，所述安装槽包括第一安装槽和第二安装槽，所述第二安装槽设于第一摆臂梁远离第一驱动轴的一端。

较佳的，所述第二驱动机构包括摆臂驱动油缸、摆臂驱动齿条、第二驱动轴、第二驱动齿轮以及摆动板，所述摆臂驱动油缸安装于第一安装槽中且所述摆臂驱动油缸的输出端延伸至第二安装槽中并连接有摆臂驱动齿条，所述第二安装槽中转动设有第二驱动轴，所述第二驱动轴上连接有第二驱动齿轮和摆动板，所述第二驱动齿轮与摆臂驱动齿条啮合，所述摆动板的上方凸出于第一摆臂梁设置且与第二摆臂梁连接。

较佳的，所述平移单元包括平移箱体以及设于平移箱体内的链轮组件和链轮驱动组件，所述链轮组件包括转动设于平移箱体内中间的主动链轮以及两个转动设于平移箱体内两侧的从动链轮，两个所述从动链轮的上方凸出于平移箱体顶部表面，所述主动链轮和从动链轮上连接有链条，所述链条上连接有链条张紧座，所述链条张紧座上连接有横向滑动块，所述平移箱体的上方还设有横向线性滑轨，所述横向滑动块的底部与横向线性滑轨滑动连接，所述横向滑动块的顶部与换刀臂连接，所述链轮驱动组件驱动主动链轮转动。

较佳的，所述链轮驱动组件包括固定于平移箱体内的平移驱动油缸，所述驱动油缸的侧边平行设有支撑杆，所述驱动油缸的输出端固定连接有第一齿条连接件，所述支撑杆上滑动连接有第二齿条连接件，所述第一齿条连接件和第二齿条连接件之间连接有平移驱动齿条，所述主动链轮的侧边设有平移驱动齿轮，所述平移驱动齿轮与平移驱动齿条啮合。

较佳的，所述第二安装槽的底部设有支撑座，所述支撑座上方设有槽部，所述槽部中转动设有表面光滑的滚动轮，所述滚动轮的上方对摆臂驱动齿条的底部进行支撑。

较佳的，所述第二摆臂梁包括上方的顶板以及两边的侧板，所述顶板以及两边的侧板呈U字形结构。

较佳的，所述固定板的底部设有配重块。

本发明的优点为：

1. 本方案中通过运用立卧组合摆臂技术，通过机械式的两组关节来实现换刀臂的立卧翻转，使得自动换刀装置能够实现在立式和卧式机床主轴之间自由换刀。

2. 本方案通过内藏于平移箱体内的油缸带动齿条，齿条带动主动链轮组及两个可调节从动链轮组转动，从而带动活动安装在线轨上的换刀臂进行平移，完成对刀具的平移传递，该平移机构结构紧凑，占用空间小，减小了换刀装置的整体尺寸。

3. 本方案中第二摆臂单元的第二驱动机构设于第一摆臂梁中，能够进一步降低换刀装置的占用空间，可以释放更多空间用于加工，布置其他辅助设备或提供更大的工作区域，提升了机床的灵活性。

4. 本方案中摆臂单元的摆动和翻转采用齿轮齿条配合油缸，纯机械式传动，保证动作稳定可靠。

附图说明

图1为本发明整体结构图；

图2为本发明带刀库结构图；

图3为本发明主视图；

图4为本发明侧视图；

图5为本发明第一摆臂单元和第二摆臂单元结构图；

图6为本发明第一摆臂单元和第二摆臂单元内部驱动机构结构图；

图7为本发明平移单元结构图；

图8为本发明平移单元内部组件主视结构图；

图9为本发明平移单元内部组件带链条立体结构图。

图中：1第一摆臂单元、2第二摆臂单元、3平移单元、4换刀臂、5圆盘式刀库、6支撑架、7线轨单元、8纵向线性轨道、9纵向滑动块、10固定板、11第一摆臂座、12第一摆臂梁、13第一驱动齿轮、14第一驱动轴、15轴承、16第二摆臂梁、17第一安装槽、18第二安装槽、19摆臂驱动油缸、20摆臂驱动齿条、21第二驱动轴、22第二驱动齿轮、23摆动板、24平移箱体、25主动链轮、26从动链轮、27横向滑动块、28横向线性滑轨、29平移驱动油缸、30支撑杆、31第一齿条连接件、32第二齿条连接件、33平移驱动齿条、34平移驱动齿轮、35支撑座、36槽部、37滚动轮、38顶板、39侧板、40配重块、41链条、42链条张紧座。

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。

实施例1

如图1-4所示，一种立卧双主轴机床用摆臂式自动换刀装置，包括第一摆臂单元1、第二摆臂单元2、平移单元3以及换刀臂4，第一摆臂单元1摆动的一端连接第二摆臂单元2且带动第二摆臂单元2进行旋转，第二摆臂单元2摆动的一端连接平移单元3且带动平移单元3进行旋转，平移单元3的上方与换刀臂4连接且带动换刀臂4进行平移。

结合图2，整个自动换刀装置位于圆盘式刀库5的一侧，自动换刀装置和圆盘式刀库5都是通过支撑架6支撑固定在机床上的，第一摆臂单元1能够同时带动第二摆臂单元2、平移单元3以及换刀臂4进行摆动，其旋转摆动方向是绕z轴进行旋转的，使得换刀臂4在从圆盘式刀库5取出刀具后能够摆动至机床上立式主轴头和卧式主轴头的一侧，之后第二摆臂单元2可以带动平移单元3以及换刀臂4进行翻转，其旋转摆动方向是绕x轴进行旋转的，使得换刀臂4携带刀具的一端能够翻转至相应的主轴头换刀所需的角度，之后平移机构带动换刀臂4进行平移，使得换刀臂4上的刀具对相应的主轴头对准，进行换刀操作。

结合图1和图3，在机床上纵向设有线轨单元7，线轨单元7上设有纵向线性轨道8，纵向线性轨道8上滑动设有纵向滑动块9，纵向滑动块9上连接有固定板10，固定板10与第一摆臂单元1固定连接，第一摆臂单元1通过纵向滑动块9可以沿着纵向线性轨道8进行上下移动，纵向滑动块9配合有丝杆（图中未显示）和电机（图中未显示），纵向滑动块9设于丝杆上，通过电机带动丝杆转动，实现纵向滑动块9的上下升降，从而带动第一摆臂单元1进行上下升降，由于第一摆臂单元1、第二摆臂单元2、平移单元3以及换刀臂4都是上下相邻连接的，因此整个自动换刀装置可以进行上下移动调节，方便换刀臂4进行换刀。固定板10的底部设有配重块40，通过配重块40的重力作用使固定板10在轨道上获得更好的贴合和稳定性，减少晃动和摇摆。这有助于提高设备的运动精度和加工质量，同时配重块40的重力作用还可以在一定程度上吸收振动和冲击力，减少机械振动，提高机床的工作稳定性和安全性。

结合图5和图6，第一摆臂单元1包括第一摆臂座11、设于第一摆臂座11中的第一驱动机构以及第一摆臂梁12，如图6所示，第一驱动机构包括第一驱动齿轮13以及与第一驱动齿轮连接的第一驱动轴14，第一驱动轴14的上下两侧连接有轴承15并通过轴承15竖直转动设于第一摆臂座11内，第一驱动轴14的顶部穿过第一摆臂座11向上延伸并与第一摆臂梁12连接，第一驱动轴14上设有键齿用以防止与第一摆臂梁12之间发生打滑，第一摆臂梁12与第一驱动轴14垂直设置。第一摆臂座11外侧固定有电机（图中未显示），电机的一端延伸至第一摆臂座11中并连接有齿条或者齿轮（图中未显示），该齿条或者齿轮与第一摆臂座11内的第一驱动齿轮13啮合，电机启动后可以带动第一驱动齿轮13进行转动，第一驱动带动第一驱动轴14进行转动，从而带动第一摆臂梁12绕Z轴进行旋转。

结合图5-7，第二摆臂单元2包括第二驱动机构和第二摆臂梁16，第二驱动机构的输出端与第二摆臂梁16连接，第一摆臂梁12上设有安装槽，第二驱动机构安装于安装槽中，如图5所示，安装槽包括第一安装槽17和第二安装槽18，第二安装槽18设于第一摆臂梁12远离第一驱动轴14的一端，将第二驱动机构安装于安装槽中，能够减小换刀装置的尺寸，节省空间。如图6所示，第二驱动机构包括摆臂驱动油缸19、摆臂驱动齿条20、第二驱动轴21、第二驱动齿轮22以及摆动板23，摆臂驱动油缸19安装于第一安装槽17且摆臂驱动油缸19的输出端延伸至第二安装槽18中并与摆臂驱动齿条20的一端固定连接，第二安装槽18中转动设有第二驱动轴21，第二驱动轴21上连接有第二驱动齿轮22和摆动板23，第二驱动齿轮22与摆臂驱动齿条20啮合，摆动板23的上方凸出于第一摆臂梁12的顶部表面设置且与第二摆臂梁16连接。第二摆臂梁16包括上方的顶板38以及两边的侧板39，顶板38以及两边的侧板39呈U字形结构，第二摆臂梁16位于第一摆臂梁12靠近第二安装槽18一端的端部上，第二安装槽18的顶部和一侧的侧边均为开口状态，用于方便摆动轮以及第二摆臂梁16进行旋转，第二安装槽18由于只有一侧为开口以及第二摆臂梁16的结构限定，第二摆臂梁16在旋转时只能朝向该开口一侧方向旋转。摆动板23的上方凸出于第一摆臂梁12，使得第二摆臂梁16与第一摆臂梁12直接留有一定的空间间隙，否则第二摆臂梁16如果贴合在第一摆臂梁12上，第一摆臂梁12则难以进行旋转。

第二摆臂单元2启动时，由摆臂驱动油缸19的输出端带动摆臂驱动齿条20进行平移，摆臂驱动齿条20带动与其啮合的第二驱动齿轮22进行旋转，从而带动第二驱动轴21以及第二驱动轴21上的摆动板23进行转动，摆动板23设有两个，分别位于第二驱动齿轮22的两边。摆动板23位于第二驱动轴21上的一端为半圆形结构，方便转动。摆动板23与第二摆臂梁16连接的一端为方形结构，方便与第二摆臂梁16进行连接。第二摆臂单元的第二驱动机构设于第一摆臂梁中，能够进一步降低占用空间，可以释放更多空间用于加工，布置其他辅助设备或提供更大的工作区域，提升了机床的灵活性。

在第二安装槽18的底部还设有支撑座35，支撑座35上方设有槽部36，槽部36中转动设有表面光滑的滚动轮37，滚动轮37的上方对摆臂驱动齿条20远离摆臂驱动油缸19一端的的底部进行滑动支撑，防止摆臂驱动齿条20发生变形，影响第二摆臂梁16旋转精度。

结合图7-9，平移单元3包括平移箱体24以及设于平移箱体24内的链轮组件和链轮驱动组件，链轮组件包括转动设于平移箱体24内中间的主动链轮25以及两个转动设于平移箱体24内两侧的从动链轮26，两个从动链轮26的上方凸出于平移箱体24顶部表面，主动链轮25和从动链轮26上连接有链条41，链条41上连接有链条张紧座42，链条张紧座42上连接有横向滑动块27，平移箱体24的上方还设有横向线性滑轨28，横向滑动块27的底部与横向线性滑轨28滑动连接，横向滑动块27的顶部与换刀臂4连接，链轮驱动组件驱动主动链轮25转动。

链轮驱动组件包括固定于平移箱体24内的平移驱动油缸29，驱动油缸的侧边平行设有支撑杆30， 驱动油缸的输出端固定连接有第一齿条连接件31，支撑杆30上滑动连接有第二齿条连接件32，第一齿条连接件31和第二齿条连接件32之间连接有平移驱动齿条33，主动链轮25的侧边设有平移驱动齿轮34，平移驱动齿轮34与平移驱动齿条33啮合。支撑杆30原本是用于连接位于平移驱动油缸29前后两端的油缸安装板的，从而对平移驱动油缸29起到支撑的作用，在本实施例中还将其作为滑动导向杆进行使用，用以辅助平移驱动齿条33进行滑动。

当平移驱动油缸29启动后，其输出端带动第一齿条连接件31进行往复移动，由于第一齿条连接件31也是与平移驱动齿条33固定连接的，因此可以带动平移驱动齿条33进行横向往复移动，第二齿条连接件32用于对平移驱动齿条33进行支撑用以确保其与水平面平行，同时第二齿条连接件32也会随着平移驱动齿条33在支撑杆30上往复滑动。平移驱动齿条33往复移动就可以带动主动链轮25的的平移驱动齿轮34进行转动，平移驱动齿轮34和主动链轮25是连接于同一转动轴上，因此主动链轮25也会随之转动，从而带动链条41进行移动，通过链条41带动链条张紧座42进行移动，链条张紧座42带动横向滑动块27在横向线性滑轨28上进行横向移动，使得换刀臂进行平移。链条张紧座42设有两个，均为L形结构，两个链条张紧座42分别与链条41的两端进行连接，每个链条张紧座42上至少开设有两个螺栓连接槽，链条张紧座42通过螺栓连接槽与横向滑动块27进行连接，同时，通过螺栓连接不同位置的螺栓连接槽，可以改变链条张紧座42在横向滑动块27上的位置，如此可以对链条41的张紧度进行调节。

通过内藏于平移箱体内的油缸带动齿条，齿条带动主动链轮及两个可调节从动链轮转动，从而带动活动安装在线轨上的换刀臂4进行平移，完成对刀具的平移传递，该平移机构结构紧凑，占用空间小。

本实施例在进行换刀时，初始状态如图2所示，换刀臂4从刀库上夹取刀具之后，通过第一驱动机构带动第一摆臂梁12进行翻转，将换刀臂4翻转之机床上带有主轴头一侧，主轴头有两个，分别为竖直方向的机床立式主轴头以及水平方向的机床卧式主轴头。在对机床卧式主轴头进行换刀时，由于换刀臂4初始也为竖直状态，因此不需要驱动第二摆臂梁16带动其调节翻转角度，只需要通过平移单元3或者配合线轨单元7调节其位置即可。如果需要对机床立式主轴头进行换刀，则在原有操作上，通过驱动第二摆臂梁16带动换刀臂4翻转至水平状态，然后再通过平移单元3或者配合线轨单元7调节其位置即可方便其对机床立式主轴头进行换刀。本实施例通过运用立卧组合摆臂技术，通过机械式的两组关节来实现换刀臂的立卧翻转，使得自动换刀装置能够实现在立式和卧式机床主轴之间自由换刀。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种立卧双主轴机床用摆臂式自动换刀装置，其特征在于：包括第一摆臂单元（1）、第二摆臂单元（2）、平移单元（3）以及换刀臂（4），所述第一摆臂单元（1）的摆动的一端连接第二摆臂单元（2）且带动第二摆臂单元（2）进行旋转，所述第二摆臂单元（2）摆动的一端连接平移单元（3）且带动平移单元（3）进行旋转，所述平移单元（3）的上方与换刀臂（4）连接且带动换刀臂（4）进行平移，所述第一摆臂单元（1）的侧边设有线轨单元（7），所述线轨单元（7）上设有纵向线性轨道（8），所述纵向线性轨道（8）上滑动设有纵向滑动块（9），所述纵向滑动块（9）上连接有固定板（10），所述固定板（10）与第一摆臂单元（1）固定连接，所述第一摆臂单元（1）包括第一摆臂座（11）、设于第一摆臂座（11）中的第一驱动机构以及第一摆臂梁（12），所述第一驱动机构包括第一驱动齿轮（13）以及与第一驱动齿轮（13）连接的第一驱动轴（14），所述第一驱动轴（14）的上下两侧连接有轴承（15）并通过轴承（15）竖直转动设于第一摆臂座（11）内，所述第一驱动轴（14）的顶部穿过第一摆臂座（11）向上延伸并与第一摆臂梁（12）连接，所述第一摆臂梁（12）与第一驱动轴（14）垂直设置，所述第二摆臂单元（2）包括第二驱动机构和第二摆臂梁（16），第二驱动机构的输出端与第二摆臂梁（16）连接，所述第一摆臂梁（12）上设有安装槽，所述第二驱动机构安装于安装槽中，所述安装槽包括第一安装槽（17）和第二安装槽（18），所述第二安装槽（18）设于第一摆臂梁（12）远离第一驱动轴（14）的一端，所述第二驱动机构包括摆臂驱动油缸（19）、摆臂驱动齿条（20）、第二驱动轴（21）、第二驱动齿轮（22）以及摆动板（23），所述摆臂驱动油缸（19）安装于第一安装槽（17）中且所述摆臂驱动油缸（19）的输出端延伸至第二安装槽（18）中并连接有摆臂驱动齿条（20），所述第二安装槽（18）中转动设有第二驱动轴（21），所述第二驱动轴（21）上连接有第二驱动齿轮（22）和摆动板（23），所述第二驱动齿轮（22）与摆臂驱动齿条（20）啮合，所述摆动板（23）的上方凸出于第一摆臂梁（12）设置且与第二摆臂梁（16）连接，所述第二驱动轴（21）垂直第一驱动轴（14），所述第二驱动轴（21）能够带动换刀臂（4）在竖直和水平状态翻转调节。

2.根据权利要求1所述的立卧双主轴机床用摆臂式自动换刀装置，其特征在于：所述平移单元（3）包括平移箱体（24）以及设于平移箱体（24）内的链轮组件和链轮驱动组件，所述链轮组件包括转动设于平移箱体（24）内中间的主动链轮（25）以及两个转动设于平移箱体（24）内两侧的从动链轮（26），两个所述从动链轮（26）的上方凸出于平移箱体（24）顶部表面，所述主动链轮（25）和从动链轮（26）上连接有链条（41），所述链条（41）上连接有链条张紧座（42），所述链条张紧座（42）上连接有横向滑动块（27），所述平移箱体（24）的上方还设有横向线性滑轨（28），所述横向滑动块（27）的底部与横向线性滑轨（28）滑动连接，所述横向滑动块（27）的顶部与换刀臂（4）连接，所述链轮驱动组件驱动主动链轮（25）转动。

3.根据权利要求2所述的立卧双主轴机床用摆臂式自动换刀装置，其特征在于：所述链轮驱动组件包括固定于平移箱体（24）内的平移驱动油缸（29），所述平移驱动油缸（29）的侧边平行设有支撑杆（30），所述平移驱动油缸（29）的输出端固定连接有第一齿条连接件（31），所述支撑杆（30）上滑动连接有第二齿条连接件（32），所述第一齿条连接件（31）和第二齿条连接件（32）之间连接有平移驱动齿条（33），所述主动链轮（25）的侧边设有平移驱动齿轮（34），所述平移驱动齿轮（34）与平移驱动齿条（33）啮合。

4.根据权利要求3所述的立卧双主轴机床用摆臂式自动换刀装置，其特征在于：所述第二安装槽（18）的底部设有支撑座（35），所述支撑座（35）上方设有槽部（36），所述槽部（36）中转动设有表面光滑的滚动轮（37），所述滚动轮（37）的上方对摆臂驱动齿条（20）的底部进行支撑。

5.根据权利要求4所述的立卧双主轴机床用摆臂式自动换刀装置，其特征在于：所述第二摆臂梁（16）包括上方的顶板（38）以及两边的侧板（39），所述顶板（38）以及两边的侧板（39）呈U字形结构。

6.根据权利要求1所述的立卧双主轴机床用摆臂式自动换刀装置，其特征在于：所述固定板（10）的底部设有配重块（40）。