CN219684618U - 多工位带固定式刀库的加工机床 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供的多工位带固定式刀库的加工机床，包括底座、设于底座的龙门式横梁以及设于底座上的加工主轴，以及：设于底座的固定式刀库，其具有多个刀具容纳位；机械手机构以及移刀机构；机械手机构用于将所述固定式刀库中的刀具装载至所述移刀机构的刀柄座；机械手机构采用拉爪式抓刀方式对所述加工主轴的刀具进行抓取和更换；所述移刀机构移动至刀库取换刀位时，与所述龙门式横梁密封接触。本实用新型其通过设置具有拉抓式抓刀结构的机械手解耦股对刀具进行抓刀和松刀操作，其利用移刀机构与横梁的密封接触，可在主轴作业的同时对刀库进行防护隔离，避免加工切削液和/或杂质对刀库刀具的污染。

Description

多工位带固定式刀库的加工机床

技术领域

本实用新型涉及加工中心等机床中的刀具更换技术领域，尤其涉及多工位带固定式刀库的加工机床。

背景技术

数控机床作为智能制造的基础，在工业发展过程中起到不可替代的作用。在数控机床中，换刀能力和效率是衡量一台数控机床的重要指标，而换刀能力取决于换刀装置机构及换刀方式。

现有技术中所采用的换刀装置多采用转盘式刀库以及具有多个夹刀件的夹刀机构，每个夹刀件又包括多个夹刀位，通过多驱动机构带动每个夹刀件往复运动且同步回转。虽其夹刀件可携带多个备换刀具，但该种换刀装置结构复杂，制造成本高，机构运行噪音大，密封不够，换刀时间长等问题，进而导致加工机床的整体加工效率不高。

实用新型内容

为解决至少一个上述技术缺陷，本实用新型目的在于提供一种多工位带固定式刀库的加工机床，其通过设置具有拉抓式抓刀结构的机械手解耦股对刀具进行抓刀和松刀操作，将抓刀结构与Y轴移动以模块化设计，其利用移刀机构与横梁的密封接触，可在加工主轴作业的同时对刀库进行防护隔离，避免加工切削液和/或杂质对刀库刀具的污染。

具体的，为实现本实用新型的目的，该多工位带固定式刀库的加工机床，包括底座、设于底座的龙门式横梁以及设于底座上的加工主轴，以及：设于底座的固定式刀库，其具有多个刀具容纳位；

机械手机构以及移刀机构；

所述机械手机构用于将所述固定式刀库中的刀具装载至所述移刀机构的刀柄座；

所述机械手机构通过拉爪式抓刀机构对所述加工主轴的旧刀具进行抓取至所述移刀机构，并用于将所述移刀机构上的新刀具加载至所述加工主轴。

进一步的，所述固定式刀库和加工主轴分设于龙门式横梁的两侧；

所述移刀机构在双Y轴驱动机构驱动下在所述固定式刀库与加工主轴之间往复移动。

进一步的，包括固定支架，所述固定支架与所述龙门式横梁一体设置；

所述机械手机构包括所述Y轴驱动机构，该Y轴驱动机构设于所述固定支架。

通过将龙门式横梁与固定支架一体化设置，提高了龙门式横梁的稳定性，同时，将机械手机构中用于空间位置切换的驱动机构设于固定支架上，使得驱动装置与底座以及横梁实现紧凑型设计，在不改变所述加工机床的三轴运动轴系的前提下，固定式刀库的容量可实现快速扩展，无需增加机械手的移动和避让空间，从而可实现加工加床的结构紧凑式设计，以及灵活性刀具容量扩充，进而实现产品的模块平台化。

进一步的，所述移刀机构包括移刀底座以及设于该移刀底座上的防护结构；

所述防护结构在所述移刀底座移动至龙门式横梁的后侧时，与所述龙门式横梁密封接触；定义龙门式横梁靠近固定式刀库的一侧为后侧。

该防护结构集成于移刀底座上，随移刀底座的移动而同步移动，因而可在移刀机构进行移刀操作和换刀操作，使得刀具移动与刀库防护开关同步进行，减少了后续换刀时开关防护门的等待时间，提升换刀速度。

具体的，所述防护结构包括设于移刀底座上的防护板以及设于防护板上的密封胶条。

防护结构跟随移刀底座在Y轴上进行往复移动，形成类抽屉式结构，在移刀底座退回至龙门式横梁的后侧原点处时，也即，退回到加工区域取换刀位时，设于防护板上的密封胶条与龙门式横梁接触，形成一道连续的密封环，从而保证了位于该龙门式横梁后侧的固定式刀库在加工主轴进行加工时，不受加工区域的切削液的飞溅污染或加工尘屑污染。

进一步的，所述机械手机构包括拉爪式抓刀机构以及三轴移动模组；

所述移动模组用于带动拉爪式抓刀机构往复移动以实现对所述固定式刀库中不同位置的刀具抓取。

以龙门式横梁的跨设方向为X向，水平向上，垂直于该X向的方向定义为Y向，竖直向上，垂直于该X向的方向定义为Z向，也即，加工主轴的轴线延伸方向为Z向。

拉爪式抓刀机构在三轴移动模组的驱动下，通过在X向和Y向上的往复移动以及Z向上的升降，实现在其行程范围内对处于任意位置的刀具实现抓取。

作有优选的，所述拉爪式抓刀机构包括开合式抓刀组件以及抓刀驱动装置；

所述驱动装置用于驱动开合式抓刀组件对刀柄进行抱紧或松开动作。

更为具体的，所述开合式抓刀组件包括与所述抓刀驱动装置的驱动端连接的抓刀拉杆以及活动设置于该抓刀拉杆的抓刀爪。

作为优选的，所述固定式刀库包括具有插刀孔的笔管式刀柄座。

插刀孔为具有倒角的笔管式通孔，刀具在自身的重力作用下定位居中在插刀孔内。

进一步的，所述移刀机构还包括移刀刀柄座，该移刀刀柄座设置有至少两个孔位，其一为用于存放新刀具的存刀位，另一用于存放卸下的旧刀具的放刀位。

该移刀刀柄座设有多个，且等距布置于移刀机构固定座上。而移刀机构固定座固定于移刀底座上，移刀底座通过固定在Y轴系的滑块，实现从刀库的选刀位置到加工主轴的加工区域之间的移动。

综上所述，本实用新型所提供的加工机床相较于现有技术，具有如下优点：

采用刀具阵列排布的固定式刀库，并结合采用设置有拉抓式抓刀结构对刀具进行抓刀和松刀操作，且选刀和存刀作业可与机床加工作业同时进行，从而减少了更换刀具的时间；

同时利用移刀机构在刀库取换刀时与龙门式横梁的密封接触，可在加工主轴作业的同时对刀库进行防护隔离，避免加工切削液和/或杂质对刀库刀具的污染；

将防护结构集成至移刀底座，使其随移刀底座的移动形成抽屉式结构，且防护结构与龙门式横梁形成面面贴合的接触式密封，提高了密封防护等级；

移动刀具和开关刀库防护门同步进行，减少了换刀时开关门的等待时间，提升了换刀速度。

附图说明

图1为本实用新型所提供的多工位带固定式刀库的加工机床(以下简称为“加工机床”)的平面示意图；

图2为图1所示的加工机床其机械手机构的结构示意图；

图3为图1中所示的加工机床其移刀机构的结构示意图；

图4为图1中所示的加工机床其固定式刀库的结构示意图；

图5为图1中所示的加工机床其防护结构集成于移刀机构的结构示意图；

图6为图2中所示机械手机构其拉爪式抓刀机构的结构示意图；

图7为图1所示的加工机床其处于换刀待机状态的俯视示意图；

图8为图1所示的加工机床其加工主轴处于换刀卸刀状态的俯视示意图；

图9为图1所示的加工机床其加工主轴处于换刀装刀状态的俯视示意图。

附图标号示意如下:

1、加工机床；2、底座；3、固定支架；4、机械手机构；5、移刀机构；6、多工位加工中心；7、龙门式横梁；8、固定式刀库；9、防护结构；12、主轴；41、Z轴安装板；42、Z轴驱动机构；43、X轴横梁；44、X轴驱动机构；45、Y轴驱动机构；46、联轴器；47、传动轴；48、拉爪式抓刀机构；49、抓刀安装板；51、移刀底座；52、移刀刀柄座；53、放刀位；54、存刀位；55、刀柄；81、刀库固定板；82、立板；83、刀具；84、笔管式刀柄座；91、防护板；92、密封胶条；101、刀具；102、刀套；103、拉刀爪；104、刀套夹座；105、刀套端盖；106、气缸支撑杆；107、气缸；108、抓刀拉杆；109、浮动接头。

具体实施方式

为了更好地理解和实施，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。

如图1所示，本实用新型提供的多工位带固定式刀库的加工机床1，其包括：底座2、架设于该底座2上的龙门式横梁7、分设于该龙门式横梁7两侧的固定式刀库8和多工位加工中心6，以及，设有防护结构9的移刀机构5。具体的，该多工位加工中心6包括6个用于对工件进行加工的主轴12，如图7-9。

移刀机构4移动至龙门式横梁7的后侧时，该防护结构9与龙门式横梁7形成一道面面接触式的密封接触环，以隔绝加工区域的切削液或尘屑对刀库的污染。结合图1，龙门式横梁7靠近固定式刀库的一侧被定义为后侧，反之，靠近多工位加工中心6的一侧为前侧。

具体的，如图2图示，机械手机构4包括拉爪式抓刀机构48以及带动所述拉爪式抓刀机构48实现三轴移动以在固定式刀库任意位置进行刀具抓取的移动模组；如图2所示，三轴移动模组包括滑动设于X轴横梁43上的Z轴安装板41、设于该Z轴安装板41上的可驱动抓刀安装板49升降位移的Z轴驱动机构42、带动所述X轴横梁沿Y向往复移动的Y轴驱动机构45，其中Y轴驱动机构成对设置，且具体的，该Y轴驱动机构为带传动机构，在伺服电机(图中未标号示意)的驱动下，通过传动轴47和联轴器46的连接实现两Y轴驱动机构的同步传动。在该抓刀安装板49上，设有多个拉爪式抓刀机构48，其数量与位置与多工位加工中心6的主轴数量与位置一一对应。

为更清楚地了解拉爪式抓刀机构48的具体结构，可参考图3，如图示，该拉爪式抓刀机构48包括刀套102、拉刀爪103、抓刀拉杆108、刀套夹座104、刀套端盖105、气缸107、气缸支撑杆106和浮动接头109。其中，拉刀爪103后端通过螺纹孔与抓刀拉杆108连接，抓刀拉杆108通过浮动接头109与气缸107相连，气缸107通过气缸支撑杆106固定在刀套端盖105上，而刀套102则通过刀套夹座104固定在抓刀安装板49上。

工作时，气缸107通过推拉抓刀拉杆108来控制拉刀爪103对刀柄进行抱紧和松开，从而达到抓刀和松刀的目的。

如图4，固定式刀库8包括刀库固定板81以及通过立板82设于该刀库固定板81上的与拉爪式抓刀机构48一一对应设置的笔管式刀柄座84，该笔管式刀柄座84上阵列设有若干呈笔筒式通孔设置的插刀孔，以使刀具83在自重作用下居中定位于该插刀孔内。该固定式刀库8通过固定支架3固定设置于底座2上。

结合图5-6图示，移刀机构5包括移刀底座51以及设于该移刀底座51上移刀固定座(图中未示意)，该移刀固定座上设有与拉爪式抓刀机构48一一对应设置的移刀刀柄座52，所述移刀刀柄座52上设置一放刀位53和一存刀位54，分别用于主轴换刀时的刀柄55存放。该移刀机构5上还集成有防护结构9，具体包括设于移刀底座51上的防护板91和设于该防护板91上的密封胶条92。

在移刀底座51随固定于底座2上的Y向驱动机构(图中未示意)的驱动下沿Y向往复移动时，防护结构9也随之同步同向移动。当该移刀底座51移动至龙门式横梁7的后侧时,如图7所示，密封胶条92与龙门式横梁7形成一道面与面的密封接触环，提高了密封防护等级，从而可在多工位加工中心6对工件进行加工时，将固定式刀库8与加工区域隔离开，从而可边加工边进行选刀操作。

因该防护结构随移刀机构移动，使得移动刀具和开关刀库防护门同步进行，减少了换刀时开关门的等待时间，提升了换刀速度。

结合图1-6所示的加工机床结构，以及图7-9的示意，如附图7所示，加工机床各机构处于待机初始状态，此时，固定式刀库8内存放的刀具信息(型号和位置)已存储在机床系统中，机械手机构4停留在底座的上方安全原点位置，拉爪式抓刀机构48为复位状态，防护结构9处于防护隔离状态，此时移刀机构5位于龙门式横梁7的后侧。

1)选刀：拉爪式抓刀机构48在移动模组驱动下，将固定式刀库8的刀具装夹到移刀机构5其移刀刀柄座52的存刀位54上，这一过程称之为选刀，此过程不影响机床正常加工。

具体实施过程如下：接到选刀指令后，数控系统会根据存储的刀具信息识别刀具位置，移动模组驱动拉爪式抓刀机构48移动到该刀具位置上，气缸107退回，通过抓刀拉杆108拉紧拉刀爪103，从而将刀具101抓夹固定，接着Z轴驱动机构42驱动拉爪式抓刀机构48上升至安全高度后，再将刀具移动至移刀机构5的存刀位54的正上方；接着气缸107伸出，通过抓刀拉杆108推出拉刀爪103，从而将刀具101松开，刀具101即可脱落至移刀刀柄座上。完成后，拉爪式抓刀机构48将退回至安全原点位置等待下次指令。

2)换刀：选刀准备完成(且该工序加工完成)后，防护结构9连同移刀机构5移动至主轴12下方可进行对当前刀具的替换，这一过程称之为换刀。

具体实施过程如下：接到M06指令(也即数控系统的换刀指令代码)后,机床Z轴回原点，判断选刀是否已完成,完成后防护结构9连同移刀机构5沿着Y轴方向移动至主轴12下方的待取刀位置，同时主轴12沿着X方向移动至移刀刀柄座52的放刀位53处的正上方(如图8所示)，主轴12松开，将原刀具放置在放刀位53上完成卸刀动作，接着主轴12升高到安全换刀高度后，沿X轴移动和Z轴下降至移动机构存刀位54处(如图9所示)，将需替换的刀具拉紧固定在主轴上完成装刀动作，接着主轴升高回加工坐标进行接下来的加工，同时移刀机构退回至横梁后侧进行后续的存刀和选刀工序。

3)存刀：

待移刀机构5进入固定式刀库8的原点位置后，拉爪式抓刀机构48将放刀位53上的刀具抓取存放至固定式刀库8的指定刀位。然后，拉爪式抓刀机构48在移动模组的驱动下返回安全原点位置等待下次指令。

选刀-换刀-存刀，构成一个更换刀具循环，刀具信息及位置存储在数控系统中，并实时更新。重复步骤1到步骤3，可完成多把刀具的更换。

本实用新型提供的多工位带固定式刀库的加工装置，其选刀和存刀作业可与机床加工作业同时进行，从而减少了更换刀具的时间；同时，采用多个拉爪式结构对刀具进行抱夹和松开操作，可同时进行多个刀具的同时更换，提升了换刀效率。此外，CNC加工中心可以根据加工需求，灵活性选择加工主轴以及匹配相应的拉爪式抓刀机构。

Y向上，将Y轴驱动机构设于固定式底座，且固定式支架与龙门式横梁一体化设置于底座，从而不仅提高了龙门式横梁的稳定性，同时，Y轴驱动机构与拉爪式抓刀结构以模块化设计，将固定式刀库的刀具存储区与移刀机构的换刀区分离设置，可以方便地对固定式刀库的刀具存储容量进行扩充，即，在不移动固定式刀库于底座上的位置，沿Y向，向远离龙门式横梁一侧扩充刀具数量，在不改变加工机床三轴运动轴系的前提下，机械手机构无需做任何避让，从而实现机床的模块平台化。

采用将防护结构与移刀机构集成式的结构设计，形成抽屉式防护结构，减少了加工区尘屑对刀具库的污染，提升了换刀稳定性。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.多工位带固定式刀库的加工机床，包括底座、设于底座的龙门式横梁以及设于底座上的加工主轴，其特征在于，还包括：

设于底座的固定式刀库，其具有多个刀具容纳位；

机械手机构以及移刀机构；

所述机械手机构用于将所述固定式刀库中的刀具装载至所述移刀机构的刀柄座；

所述机械手机构通过拉爪式抓刀机构对所述加工主轴的旧刀具进行抓取至所述移刀机构，并用于将所述移刀机构上的新刀具加载至所述加工主轴。

2.根据权利要求1所述的加工机床，其特征在于，所述移刀机构移动至加工区域进行移动至所述龙门式横梁的后侧时，与所述龙门式横梁密封接触；

定义所述龙门式横梁靠近所述固定式刀库的一侧为后侧。

3.根据权利要求1所述的加工机床，其特征在于，包括固定支架，所述固定支架与所述龙门式横梁一体设置；

所述机械手机构包括Y轴驱动机构，该Y轴驱动机构设于所述固定支架。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的加工机床，其特征在于，所述移刀机构包括移刀底座以及设于该移刀底座上的防护结构；

所述防护结构在所述移刀底座移动至所述龙门式横梁的后侧时，与所述龙门式横梁密封接触；

定义所述龙门式横梁靠近所述固定式刀库的一侧为后侧。

5.根据权利要求4所述的加工机床，其特征在于，所述防护结构包括设于移刀底座上的防护板以及设于防护板上的用于与所述龙门式横梁形成密封接触的密封胶条。

6.根据权利要求1-3或5中任一项所述的加工机床，其特征在于，所述机械手机构还包括三轴移动模组；

所述移动模组用于带动所述拉爪式抓刀机构往复移动以实现对所述固定式刀库中不同位置的刀具抓取。

7.根据权利要求6所述的加工机床，其特征在于，所述拉爪式抓刀机构包括开合式抓刀组件以及抓刀驱动装置；

所述驱动装置用于驱动开合式抓刀组件对刀柄进行抱紧或松开动作。

8.根据权利要求7所述的加工机床，其特征在于，所述开合式抓刀组件包括与所述抓刀驱动装置的驱动端连接的抓刀拉杆以及活动设置于该抓刀拉杆的抓刀爪。

9.根据权利要求1-3、5、7-8中任一项所述的加工机床，其特征在于，所述固定式刀库包括具有插刀孔的笔管式刀柄座。

10.根据权利要求1-3、5、7-8中任一项所述的加工机床，其特征在于，所述移刀机构还包括移刀刀柄座，该移刀刀柄座设置有至少两个孔位，其一为存刀位，另一为放刀位。