CN202155536U - 单伺服动力刀架 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于数控机床用刀架领域，具体涉及一种单伺服动力刀架，刀盘和动力刀具由同一台伺服电机驱动，由滑移齿轮离合器解决刀架的动力切换问题。伺服电机通过力矩限制器与动力输入轴相连，刀盘转位采用二级齿轮传动，动力刀具驱动采用三级齿轮传动。用液压系统控制离合器、三联齿盘以及动力刀具的工作状态。与常用伺服动力刀架相比，该单伺服刀架具有成本低、重量轻、体积小等优点并且增加了过载保护功能。

Description

单伺服动力刀架

技术领域

本实用新型属于数控机床用刀架技术领域，特别涉及一种单伺服动力刀架。

背景技术

随着工业的发展，对机床的加工时间和加工精度等性能提出了更高的要求，车铣复合加工中心则成为航空、航天、军工等工业领域中的重要加工设备，而伺服刀架是车铣复合加工中心的重要功能部件。传统的数控刀架只能安装车刀或镗刀进行最基本的车削功能，对于能进行车削、钻孔、铣削等加工的车削中心或车铣复合加工机床来讲，除了要求刀架具有转位功能外，还需要有动力刀具的驱动功能。

双伺服动力刀架，刀架转位机构和动力刀驱动机构分别由两台伺服电机驱动。两台伺服电机的使用增加了采购成本，也使刀架的体积和重量增大。采用单伺服电机分别驱动刀架转位机构和动力刀可以解决上述问题，但刀架的传动机构和动力切换机构成为重要的技术难点。

发明内容

针对现有伺服动力刀架的缺陷与不足，本实用新型提供一种单伺服动力刀架，刀盘上的动力刀座安装孔在刀盘上轴线方向布置，单伺服电机同时驱动刀盘转位和动力刀具的切削动作，解决刀盘转位和动力刀具驱动的传动机构设计以及动力切换问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：单伺服动力刀架，包括伺服电机、刀架箱体、刀盘和动力刀座，伺服电机连接动力输入轴，动力输入轴另一端设有滑移齿轮离合装置，滑移齿轮离合装置包括滑移齿轮和两个与其配合的动力切换齿轮，动力切换齿轮Ⅰ通过二级齿轮传动的刀盘转位机构连接刀盘，动力切换齿轮Ⅱ通过三级齿轮传动的动力刀传动机构连接刀具驱动件，刀具驱动件连接动力刀座。

所述伺服电机与动力输入轴之间安装有力矩限制器。

所述滑移齿轮离合装置包括动力输入轴、输入轴刀盘侧齿轮、滑移齿轮、动力切换齿轮Ⅰ、动力切换齿轮Ⅱ、拨叉和活塞，动力输入轴上依次安装输入轴刀盘侧齿轮、滑移齿轮、动力切换齿轮Ⅰ、动力切换齿轮Ⅱ，输入轴刀盘侧齿轮、滑移齿轮、动力切换齿轮Ⅰ具有相同的齿数和模数，滑移齿轮是内啮合齿轮，输入轴刀盘侧齿轮、动力切换齿轮Ⅰ是与滑移齿轮配合的外啮合齿轮，动力切换齿轮Ⅰ通过滚针轴承套装在动力输入轴上，动力切换齿轮Ⅱ固定在动力输入轴端部，滑移齿轮上安装有拨叉，拨叉上固定有活塞，活塞尾部设有接近开关用于检测滑移齿轮是否到达正确位置。

所述刀盘转位机构主要由第二中间轴、刀盘驱动齿轮、动齿盘、定齿盘、锁紧齿盘和活塞构成，第二中间轴上的传动齿轮Ⅲ与动力切换齿轮Ⅰ相互啮合，第二中间轴另一端安装的传动齿轮Ⅳ与刀盘驱动齿轮相互啮合，动齿盘与刀盘驱动齿轮固定连接，刀盘驱动齿轮与齿轮轴为整体式结构，刀盘驱动齿轮外侧安装有接近开关；动齿盘上安装刀盘，刀架箱体上安装定齿盘，锁紧齿盘安装在定齿盘与动齿盘对面并且与活塞固定连接，定齿盘、动齿盘、锁紧齿盘形成三联齿盘机构。

所述动力刀传动机构主要由第一中间轴、大齿轮、刀具驱动齿轮和刀具驱动件构成，第一中间轴上连接有与大齿轮啮合的传动齿轮Ⅱ，大齿轮与动齿盘同轴线布置，大齿轮同时与刀具驱动齿轮啮合，刀具驱动齿轮内孔和刀具驱动件外缘设有配合的内、外花键，刀具驱动件前端设有“一”字形接口，刀座动力输入端呈“一”字形凸起，刀具驱动件的“一”字形接口与刀座动力输入端的“一”字形凸起配合，刀具驱动件后端与活塞相连，活塞尾部设有接近开关。

本实用新型的有益效果是：

⑴ 该动力刀架的刀盘转位机构与动力刀具由同一台伺服电机驱动，可降低刀架的成本、重量和体积。

⑵ 伺服电机的电机轴与动力输入轴之间布置有力矩限制器，可有效防止伺服电机或传动部件过载损坏，增加了刀架的可靠性。

⑶ 采用液压系统控制离合装置、三联齿盘机构以及动力刀具的工作状态切换，系统反应迅速、可靠性高、噪声小。

附图说明

图1是本实用新型实施例的刀架整体结构示意图；

图2是本实用新型实施例的滑移齿轮离合装置结构示意图；

图3是本实用新型实施例的动力刀座连接关系示意图；

图中：1伺服电机，2力矩限制器，3动力输入轴，4拨叉，5第一中间轴，6刀具驱动件，7动力刀座，8第二中间轴，9刀盘，10定齿盘，11锁紧齿盘，12动齿盘，13刀架箱体，14滚针轴承，15动力刀具，s1接近开关Ⅰ，s2接近开关Ⅱ，s3接近开关Ⅲ，s4接近开关Ⅳ，s5接近开关Ⅴ，s6接近开关Ⅵ，L1活塞Ⅰ，L2活塞Ⅱ，L3活塞Ⅲ，c1油腔Ⅰ，c2油腔Ⅱ，c3油腔Ⅲ，c4油腔Ⅳ，c5油腔Ⅴ，c6油腔Ⅵ，G1动力切换齿轮Ⅱ，G2传动齿轮Ⅰ，G3传动齿轮Ⅱ，G4大齿轮，G5刀具驱动齿轮，G6滑移齿轮，G7动力切换齿轮Ⅰ，G8传动齿轮Ⅲ，G9传动齿轮Ⅳ，G10刀盘驱动齿轮，G11输入轴刀盘侧齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

如图1所示，单伺服动力刀架，伺服电机1通过力矩限制器2与刀架本体的动力输入轴3相连，通过接近开关Ⅰs1测量力矩限制器2上的传递力矩是否过载；力矩限制器2传递的扭矩小于预先设置的值时，力矩限制器2正常旋转，接近开关Ⅰs1无感应信号；过载即扭矩大于预先设置的值时，力矩限制器2内部结构产生打滑，接近开关Ⅰs1产生感应信号。

如图2所示，滑移齿轮离合装置包括动力输入轴3、输入轴刀盘侧齿轮G11、滑移齿轮G6、动力切换齿轮ⅠG7、动力切换齿轮ⅡG1、拨叉4和活塞ⅠL1，动力输入轴3上由内至外依次安装输入轴刀盘侧齿轮G11、滑移齿轮G6、动力切换齿轮ⅠG7，动力切换齿轮ⅡG1固定在动力输入轴3的端部，动力切换齿轮ⅠG7与动力输入轴3同轴线布置，动力切换齿轮ⅠG7通过滚针轴承14套装在动力输入轴3上，动力切换齿轮ⅠG7可与动力输入轴3产生相对转动；输入轴刀盘侧齿轮G11、滑移齿轮G6、动力切换齿轮ⅠG7具有相同的齿数和模数，滑移齿轮G6是内啮合齿轮，输入轴刀盘侧齿轮G11、动力切换齿轮ⅠG7是与滑移齿轮G6配合的外啮合齿轮；滑移齿轮G6上安装有拨叉4，拨叉4上固定有活塞ⅠL1上，活塞ⅠL1带动拨叉4与滑移齿轮G6往复移动，活塞ⅠL1尾部设有接近开关Ⅱs2 和接近开关Ⅲs3，用于检测活塞ⅠL1是否移动到正确位置。

液压油由油腔Ⅰc1流入时，活塞ⅠL1向A向移动，带动拨叉4与滑移齿轮G6向A向移动，滑移齿轮G6同时与动力切换齿轮ⅠG7和输入轴刀盘侧齿轮G11啮合，伺服电机1经过动力输入轴3、输入轴刀盘侧齿轮G11、滑移齿轮G6将动力传递给动力切换齿轮ⅠG7；液压油由油腔Ⅱc2流入时，活塞ⅠL1向B向移动，带动拨叉4与滑移齿轮G6向B向移动，滑移齿轮G6此时仅与动力切换齿轮ⅠG7啮合，与输入轴刀盘侧齿轮G11脱离，动力输入轴3旋转，动力切换齿轮ⅠG7与动力输入轴3之间安装有滚针轴承14，动力切换齿轮ⅠG7静止不动；滑移齿轮G6的往复移动通过接近开关Ⅱs2 和接近开关Ⅲs3测量，活塞ⅠL1向A向移动，带动拨叉4与滑移齿轮G6向A向移动，滑移齿轮G6同时与动力切换齿轮ⅠG7和输入轴刀盘侧齿轮G11啮合，接近开关Ⅱs2产生感应信号，接近开关Ⅲs3无感应信号；活塞ⅠL1向B向移动，带动拨叉4与滑移齿轮G6向B向移动，滑移齿轮G6此时仅与动力切换齿轮IG7啮合，与输入轴刀盘侧齿轮G11脱离，接近开关Ⅲs3产生感应信号，接近开关Ⅱs2无感应信号。

所述动力刀传动机构包括第一中间轴5、大齿轮G4、刀具驱动齿轮G5和和刀具驱动件6构成，第一中间轴5端部设有与动力切换齿轮ⅡG1相互啮合的传动齿轮ⅠG2，第一中间轴5另一端安装有传动齿轮ⅡG3，传动齿轮ⅡG3与大齿轮G4相互啮合，大齿轮G4与刀盘9同轴线安装，大齿轮G4同时与刀具驱动齿轮G5相互啮合；如图3所示，刀具驱动齿轮G5的内孔设有花键槽，刀具驱动件6外缘设有与刀具驱动齿轮G5的花键槽相互配合的花键，刀具驱动件6可在刀具驱动齿轮G5的花键槽内滑动；刀具驱动件6前端设有“一”字形接口，动力刀座7输入端呈“一”字形凸起，刀具驱动件6的“一”字形接口与动力刀座7输入端的“一”字形凸起配合；刀具驱动件6后端与活塞ⅡL2相连，活塞ⅡL2尾部设有接近开关Ⅳs4和接近开关Ⅴs5。

液压油由油腔Ⅲc3流入时，活塞ⅡL2向A向移动，带动刀具驱动件6向A向移动，刀具驱动件6与动力刀座7脱离；液压油由油腔Ⅳc4流入时，活塞ⅡL2向B向移动，带动刀具驱动件6向B向移动，刀具驱动件6与动力刀座7接触，动力刀座7上的动力刀具15在伺服电机1的带动下，经过动力切换齿轮ⅡG1、传动齿轮ⅠG2、传动齿轮ⅡG3、大齿轮G4、刀具驱动齿轮G5间的啮合传动，以及刀具驱动齿轮G5与刀具驱动件6上的键连接传动实现旋转运动；刀具驱动件6与动力刀座7的接触或是分离状态由接近开关Ⅳs4和接近开关Ⅴs5进行测量，刀具驱动件6和活塞ⅡL2向A移动，刀具驱动件6与动力刀座7脱离接触，接近开关Ⅳs4产生感应信号，接近开关Ⅴs5不产生感应信号；刀具驱动件6和活塞ⅡL2向B移动，刀具驱动件6与动力刀座7接触，接近开关Ⅴs5产生感应信号，接近开关Ⅳs4不产生感应信号。

所述刀盘转位机构包括第二中间轴8、刀盘驱动齿轮G10、动齿盘12、定齿盘10、锁紧齿盘11和活塞ⅢL3构成，动力切换齿轮ⅠG7与滑移齿轮G6啮合，同时动力切换齿轮ⅠG7与第二中间轴8上的传动齿轮ⅢG8相互啮合，第二中间轴8另一端安装有传动齿轮ⅣG9，传动齿轮ⅣG9与刀盘驱动齿轮G10相互啮合，刀盘驱动齿轮G10安装在刀盘9上，刀盘9在伺服电机1的带动下，经过动力输入轴3、输入轴刀盘侧齿轮G11、滑移齿轮G6、动力切换齿轮ⅠG7、传动齿轮ⅢG8、传动齿轮ⅣG9和刀盘驱动齿轮G10的啮合传动实现旋转动作，刀盘驱动齿轮G10外侧设置有接近开关Ⅵs6，刀塔零位采用接近开关Ⅵs6测量，非零位时接近开关Ⅵs6产生感应信号，零位时接近开关Ⅵs6无感应信号；刀盘驱动齿轮G10与刀盘9相连，动齿盘12上安装刀盘9，，刀架箱体13上安装定齿盘10，锁紧齿盘11安装在定齿盘10与动齿盘12对面，定齿盘10、动齿盘12、锁紧齿盘11形成三联齿盘机构，锁紧齿盘11与活塞ⅢL3固定连接，活塞ⅢL3的往复移动带动锁紧齿盘11与动齿盘12和定齿盘10的相互接触与分离。

液压油由油腔Ⅴc5流入时，活塞ⅢL3向A向移动，带动锁紧齿盘11向A向移动，锁紧齿盘11与动齿盘12和定齿盘10分离，刀盘9由刀盘驱动齿轮G10驱动，在伺服电机1的带动下旋转；液压油由油腔Ⅵc6流入时，活塞ⅢL3向B向移动，带动锁紧齿盘11向B向移动，锁紧齿盘11与动齿盘12和定齿盘10接触，限制动齿盘12和刀盘9的旋转，对刀盘9进行分度定位。

Claims (5)

1.一种单伺服动力刀架，包括伺服电机、刀架箱体、刀盘和动力刀座，其特征在于：伺服电机连接动力输入轴，动力输入轴另一端设有滑移齿轮离合装置，滑移齿轮离合装置包括滑移齿轮和两个与其配合的动力切换齿轮，动力切换齿轮Ⅰ通过二级齿轮传动的刀盘转位机构连接刀盘，动力切换齿轮Ⅱ通过三级齿轮传动的动力刀传动机构连接刀具驱动件，刀具驱动件配合动力刀座。

2.根据权利要求1所述的单伺服动力刀架，其特征在于所述伺服电机与动力输入轴之间安装有力矩限制器。

3.根据权利要求1所述的单伺服动力刀架，其特征在于所述滑移齿轮离合装置包括动力输入轴、输入轴刀盘侧齿轮、滑移齿轮、动力切换齿轮Ⅰ、动力切换齿轮Ⅱ、拨叉和活塞，动力输入轴上依次安装输入轴刀盘侧齿轮、滑移齿轮、动力切换齿轮Ⅰ，动力切换齿轮Ⅱ固定在动力输入轴端部，输入轴刀盘侧齿轮、滑移齿轮、动力切换齿轮Ⅰ具有相同的齿数和模数，滑移齿轮是内啮合齿轮，输入轴刀盘侧齿轮、动力切换齿轮Ⅰ是与滑移齿轮配合的外啮合齿轮，动力切换齿轮Ⅰ通过滚针轴承套装在动力输入轴上，滑移齿轮上安装有拨叉，拨叉上固定有活塞，活塞尾部设有接近开关。

4.根据权利要求1所述的单伺服动力刀架，其特征在于：所述刀盘转位机构主要由第二中间轴、刀盘驱动齿轮、动齿盘、定齿盘、锁紧齿盘和活塞构成，第二中间轴上的传动齿轮Ⅲ与动力切换齿轮Ⅰ相互啮合，第二中间轴另一端安装的传动齿轮Ⅳ与刀盘驱动齿轮相互啮合，动齿盘与刀盘驱动齿轮固定连接，刀盘驱动齿轮与齿轮轴为整体式结构，刀盘驱动齿轮外侧安装有接近开关；动齿盘上安装刀盘，刀架箱体上安装定齿盘，锁紧齿盘安装在定齿盘与动齿盘对面并且与活塞固定连接，定齿盘、动齿盘、锁紧齿盘形成三联齿盘机构。

5.根据权利要求1所述的单伺服动力刀架，其特征在于：所述动力刀传动机构主要由第一中间轴、大齿轮、刀具驱动齿轮和刀具驱动件构成，第一中间轴上连接有与大齿轮啮合的传动齿轮Ⅱ，大齿轮与动齿盘同轴线布置，大齿轮同时与刀具驱动齿轮啮合，刀具驱动齿轮内孔和刀具驱动件外缘设有配合的内、外花键，刀具驱动件前端设有“一”字形接口，刀座动力输入端呈“一”字形凸起，刀具驱动件的“一”字形接口与刀座动力输入端的“一”字形凸起配合，刀具驱动件后端与活塞相连，活塞尾部设有接近开关。

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