CN117773632B - 一种自动化换刀装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自动化换刀装置，涉及加工中心换刀设备技术领域，包括控制箱和中心轴，中心轴的底部设置有换刀支撑臂，换刀支撑臂的对角两端均设置有锁紧装置，锁紧装置包括内凹部，内凹部内设有半弧支撑，内凹部外设有两个弧形杆，内凹部中间设置有推动座；中心轴的底部设置有横座，横座的两端均设置有锁轴，弧形杆上设置有锁定孔，横座与换刀支撑臂之间设置有复位弹簧，控制箱底部固定有限位架。本发明通过两个弧形杆形成的“C”型扣，固定刀具更加稳定；通过在换刀支撑臂升降过程中对“C”型扣实现锁死和解锁，从而确保了换刀支撑臂在180°的换刀阶段实现高速换刀；通过提高刀具安装效率和换刀效率使得刀具的更换能更加安全和高效。

Description

一种自动化换刀装置

技术领域

本发明涉及加工中心换刀设备技术领域，尤其涉及一种自动化换刀装置。

背景技术

加工中心是一种常用的零部件加工设备，常用于对零部件进行车、铣等辅助加工。加工中心一般包括刀具库、换刀机构和加工台。刀具库用于定位、安装刀具，一个刀具库可以容纳多个刀具，刀具库容量大小直接关系到定位、安装其上的刀具数量。换刀机构用于将刀具在刀具库与加工机头之间对换，通常换刀机构具有换刀机械手。加工台用于将零部件固定。

专利公告号为CN112207601B的中国专利，提出了一种加工中心自动换刀系统，包括中间壳、滑杆机构、外壳、换刀机械手、内壳，发明中将驱动从换刀点到待换刀中间状态的结构通过改进驱动刀臂换刀的结构，进而省掉从换刀点到待换刀中间状态的驱动结构，驱动上仅驱动内壳旋转，降低结构的复杂度。本发明中两个滑动杆滑动到第六滑槽和第一滑槽的横向槽体内时，两个滑动杆保持原有的状态在第六滑槽和第一滑槽的横向槽体内滑动，不会发生摆动，这样设计的目的是保证两个第一滑动杆在从第六滑槽和第一滑槽的横向槽体内向竖向槽体内滑动时，两个滑动杆不会因角度问题与第一滑槽的竖向槽体发生干涉，并且能顺利进入相应的导槽。

当前，随着电主轴、高速丝杠和直线电动机的发展应用极大地提高了加工效率，为了配合机床的高效率，作为加工中心的重要部件之一的自动换刀装置（ATC）的高速化也相应成为加工中心的重要技术内容。但是自动换刀装置（ATC）的高速运动容易导致刀具脱落，原因在于刀具是通过弹性的锁销进行固定，弹性的锁销既需要保障刀具扣紧又要方便刀具脱离，而每一个刀具的重心位置又不固定，因而自动换刀装置（ATC）的高速运动受限，影响了加工效率。

发明内容

本发明的目的是提供一种自动化换刀装置，具有自动夹持、快速锁定、转速提高的优点。

本发明是通过以下技术方案得以实现的：

一种自动化换刀装置，包括控制箱，所述控制箱底部向外延伸出一根可升降和可旋转的中心轴，所述中心轴的底部设置有换刀支撑臂，

所述换刀支撑臂的对角两端均设置有锁紧装置，所述锁紧装置包括内凹部，所述内凹部内侧设置有半弧支撑，所述内凹部外侧弹性设置有两个弧形杆，所述内凹部中间位置活动设置有推动座，所述推动座被压入内凹部的同时可带动两个弧形杆相对运动并且其端部会伸出至所述内凹部的外部；

所述中心轴的底部设置有横座，所述横座的两端均设置有与同侧所述锁紧装置对应的锁轴，所述弧形杆上设置有与所述锁轴插接适配的锁定孔，所述中心轴贯穿所述换刀支撑臂且所述横座与所述换刀支撑臂之间设置有复位弹簧，所述控制箱底部固定有用于限制所述换刀支撑臂移动的限位架。

进一步设置为：所述弧形杆包括内弧杆和外叶板，所述内弧杆沿着对应的所述半弧支撑的凹面滑动，所述外叶板位于所述换刀支撑臂内部的滑槽中，所述锁定孔位于所述外叶板上；

其中，同一个锁紧装置内的两个所述外叶板长度不等且重叠位置在所述换刀支撑臂内部靠近所述中心轴的一侧。

进一步设置为：所述外叶板的端部设置有顶板，所述滑槽内设置有扭簧复位，所述扭簧的两端分别与所述滑槽底壁和所述顶板连接。

进一步设置为：所述外叶板的中间位置开设有弧形槽，其中，同一个锁紧装置内的两个所述外叶板上下重叠且所述推动座抵接在两个弧形槽处。

进一步设置为：所述半弧支撑的两端均呈开口结构以方便内弧杆伸出，所述内弧杆位于该开口的一端固定有辅助定位座。

进一步设置为：所述半弧支撑呈两段设置，所述推动座位于两段之间。

进一步设置为：所述换刀支撑臂的底壁开设有安置槽，所述横座位于所述安置槽内。

进一步设置为：所述锁轴呈L状且倒装在所述横座上，当所述锁轴下降时，所述锁轴可穿过锁定孔。

进一步设置为：所述推动座的两端均设置有限位环。

进一步设置为：所述限位架由两个支撑杆一个支撑环组成。

综上所述，本发明的有益技术效果为：

（1）通过两个弧形杆形成的“C”型扣，固定刀具更加稳定，通过合理设置缩短了弧形杆的移动行程，提升了刀具安装效率；

（2）通过在换刀支撑臂升降过程中对“C”型扣实现锁死和解锁，从而确保了换刀支撑臂在180°的换刀阶段实现高速换刀，无需担心刀具的脱离，解决了原有弹性锁销的弊病，提升了换刀效率；

（3）通过提高刀具安装效率和换刀效率使得刀具的更换能更加安全和高效。

附图说明

图1是本发明的正视图；

图2是本发明中换刀支撑臂的立体图；

图3是本发明中换刀支撑臂的爆炸示意图；

图4是本发明中弧形杆的立体图；

图5是本发明中推动座的立体图；

图6是本发明的部分剖视图；

图7是图6中A部局部放大图。

附图标记：1、控制箱；2、中心轴；3、换刀支撑臂；4、内凹部；5、半弧支撑；6、弧形杆；61、锁定孔；62、内弧杆；63、外叶板；64、顶板；65、弧形槽；66、辅助定位座；7、推动座；8、横座；9、锁轴；10、复位弹簧；11、限位架；12、滑槽；13、扭簧；14、安置槽；15、限位环。

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。

参照图1，为本发明公开的一种自动化换刀装置，包括安装在加工中心内的控制箱1，控制箱1位于刀具库和加工台之间。控制箱1底部向外延伸出一根中心轴2，该中心轴2可升降和旋转，中心轴2的底部设置有换刀支撑臂3。中心轴2的旋转过程中通过换刀支撑臂3可将加工台和刀具库之间的两个刀具固定，中心轴2的升降过程中通过换刀支撑臂3可将刀具与加工台和刀具库脱离。控制箱1和中心轴2是加工中心的常规设置，中心轴2的升降和旋转也是ATC的常规设置。

参照图2和图3，换刀支撑臂3的对角两端均设置有锁紧装置，锁紧装置包括内凹部4，内凹部4用于安装刀具，内凹部4内侧一体设置有半弧支撑5以和刀具周侧的环状内凹槽适配，当刀具被送入内凹部4后通过半弧支撑5从而起到固定作用。半弧支撑5呈两段设置且其两端均呈开口结构。

参照图3和图4，内凹部4外侧弹性设置有两个弧形杆6，弧形杆6包括内弧杆62和外叶板63，内弧杆62沿着对应的半弧支撑5的凹面滑动，外叶板63位于换刀支撑臂3内部的滑槽12中，滑槽12呈与半弧支撑5相同的弧形，外叶板63上开设有锁定孔61；其中，同一个锁紧装置内的两个外叶板63长度不等，靠近中心轴2的外叶板63相较于远离中心轴2的外叶板63短，两个外叶板63的重叠位置在换刀支撑臂3内部靠近中心轴2的一侧。外叶板63的端部设置有顶板64，滑槽12内设置有扭簧13，扭簧13的两端分别与滑槽12底壁和顶板64固定连接。刀具未安装情况下，扭簧13对弧形杆6不施加力，弧形杆6收纳在滑槽12内部。刀具安装情况下，内弧杆62一端会从半弧支撑5的开口中伸出并且该端固定有辅助定位座66。

外叶板63的中间位置开设有弧形槽65，其中，同一个锁紧装置内的两个外叶板63上下重叠且下文所述的推动座7会抵接在两个弧形槽65处，两个弧形槽65成反向设置。结合图5，内凹部4中间位置活动设置有推动座7，推动座7位于两段半弧支撑5之间。推动座7的两端均固定有限位环15，限位环15使得推动座7可在内凹部4中间处伸缩。

当刀具进入内凹部4后，刀具会挤压推动座7使其被压入内凹部4内，推动座7位于换刀支撑臂3内的端部通过在弧形槽65内的滑动可带动两个弧形杆6相对运动，两个弧形杆6的端部会伸出至内凹部4的外部，进而形成一个“C”型，从而将刀具有效固定，此时两个外叶板63上的锁定孔61处于同一轴线上。由于刀具自身的重力和与半弧支撑5的摩擦力存在，此时扭簧13处于被拉伸状态，但扭簧13的拉力不足以推动推动座7。

参照图6和图7，中心轴2贯穿换刀支撑臂3且其底部固定有横座8，横座8的两端均固定有与同侧锁紧装置对应的锁轴9，锁轴9呈L状且倒装固定在横座8上，锁轴9与锁定孔61插接适配，横座8与换刀支撑臂3之间设置有复位弹簧10，换刀支撑臂3的底壁开设有安置槽14，横座8可收纳在安置槽14内。当中心轴2带动换刀支撑臂3下降的过程中，横座8与换刀支撑臂3分离，此时锁轴9下降从而穿过锁定孔61，锁轴9将两个弧形杆6锁死防止其移动。

控制箱1底部固定有限位架11，限位架11由两个支撑杆一个支撑环组成，支撑杆与中心轴2平行，支撑环可与换刀支撑臂3直接接触。当换刀支撑臂3抓取刀具时，限位架11抵接在换刀支撑臂3的顶部，此时横座8收纳在安置槽14内，从而不会影响弧形杆6的相对运动。

本发明的工作原理为：

加工中心加工阶段，换刀支撑臂3横向设置，其顶面抵接在限位架11底部，此时横座8收纳在安置槽14内部；

旋转接刀阶段，换刀支撑臂3旋转90°，此时刀具库上的刀具和加工台上的刀具被同时压入内凹部4中，并且刀具的外沿凹部卡入半弧支撑5，在此过程中，刀具会按压推动座7使得两个弧形杆6相对运动并且端部均从半弧支撑5中伸出，从而形成一个“C”型扣住刀具；

换刀下降阶段，由于两个弧形杆6的相对运动使得锁定孔61同轴，中心轴2会先带动横座8下降从而使得锁轴9穿入锁定孔61，进入锁死弧形杆6的位置，之后中心轴2再带动换刀支撑臂3整体下降，方便刀具从加工台和刀具库脱离；

换刀旋转阶段，中心轴2带动换刀支撑臂3快速旋转180°，从而将加工台和刀具库位置的刀具调换；

上升固刀阶段，中心轴2带动换刀支撑臂3上升直至其顶部与限位架11抵接，从而方便刀具固定在加工台和刀具库内，此时弧形杆6解锁；

加工中心运行阶段，换刀支撑臂3旋转90°，此时刀具库上的刀具和加工台上的刀具与换刀支撑臂3同时脱离，加工中心可以正常运行。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种自动化换刀装置，包括控制箱（1），所述控制箱（1）底部向外延伸出一根可升降和可旋转的中心轴（2），所述中心轴（2）的底部设置有换刀支撑臂（3），其特征在于：

所述换刀支撑臂（3）的对角两端均设置有锁紧装置，所述锁紧装置包括内凹部（4），所述内凹部（4）内侧设置有半弧支撑（5），所述内凹部（4）外侧弹性设置有两个弧形杆（6），所述内凹部（4）中间位置活动设置有推动座（7），所述推动座（7）被压入内凹部（4）的同时可带动两个弧形杆（6）相对运动并且其端部会伸出至所述内凹部（4）的外部；

所述中心轴（2）的底部设置有横座（8），所述横座（8）的两端均设置有与同侧所述锁紧装置对应的锁轴（9），所述弧形杆（6）上设置有与所述锁轴（9）插接适配的锁定孔（61），所述中心轴（2）贯穿所述换刀支撑臂（3）且所述横座（8）与所述换刀支撑臂（3）之间设置有复位弹簧（10），所述控制箱（1）底部固定有用于限制所述换刀支撑臂（3）移动的限位架（11）；

所述弧形杆（6）包括内弧杆（62）和外叶板（63），所述内弧杆（62）沿着对应的所述半弧支撑（5）的凹面滑动，所述外叶板（63）位于所述换刀支撑臂（3）内部的滑槽（12）中，所述锁定孔（61）位于所述外叶板（63）上；

其中，同一个锁紧装置内的两个所述外叶板（63）长度不等且重叠位置在所述换刀支撑臂（3）内部靠近所述中心轴（2）的一侧；

所述外叶板（63）的中间位置开设有弧形槽（65），其中，同一个锁紧装置内的两个所述外叶板（63）上下重叠且所述推动座（7）抵接在两个弧形槽（65）处。

2.根据权利要求1所述的一种自动化换刀装置，其特征在于：所述外叶板（63）的端部设置有顶板（64），所述滑槽（12）内设置有扭簧（13）复位，所述扭簧（13）的两端分别与所述滑槽（12）底壁和所述顶板（64）连接。

3.根据权利要求2所述的一种自动化换刀装置，其特征在于：所述半弧支撑（5）的两端均呈开口结构以方便内弧杆（62）伸出，所述内弧杆（62）位于该开口的一端固定有辅助定位座（66）。

4.根据权利要求3所述的一种自动化换刀装置，其特征在于：所述半弧支撑（5）呈两段设置，所述推动座（7）位于两段之间。

5.根据权利要求1所述的一种自动化换刀装置，其特征在于：所述换刀支撑臂（3）的底壁开设有安置槽（14），所述横座（8）位于所述安置槽（14）内。

6.根据权利要求5所述的一种自动化换刀装置，其特征在于：所述锁轴（9）呈L状且倒装在所述横座（8）上，当所述锁轴（9）下降时，所述锁轴（9）可穿过锁定孔（61）。

7.根据权利要求1所述的一种自动化换刀装置，其特征在于：所述推动座（7）的两端均设置有限位环（15）。

8.根据权利要求1所述的一种自动化换刀装置，其特征在于：所述限位架（11）由两个支撑杆一个支撑环组成。