CN220637080U - 一种具有自动换刀功能的加工单元 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及自动化加工领域，具体公开了一种具有自动换刀功能的加工单元。该具有自动换刀功能的加工单元包括旋转主轴和自动换刀模块；所述的自动换刀模块包括刀具夹持组件、换刀操作组件和中间传动杆；所述的刀具夹持组件包括芯轴和若干外胀件，外胀件包括锁紧臂；所述的换刀操作组件驱动芯轴轴向运动；所述的旋转主轴内设有沿轴向贯穿设置的操作孔，所述操作孔的一端与刀具夹持组件对应，另一端与换刀操作组件对应。以上所述的加工单元，可以更好的适应多批量多型号产品之间的快速转换。

Description

一种具有自动换刀功能的加工单元

技术领域

本实用新型涉及自动化加工领域，尤其涉及一种具有自动换刀功能的加工单元。

背景技术

伴随人工成本的逐渐提高，生产加工自动化是必然趋势。目前，加工模块的自动化已经越来越成熟，例如通用型的数控加工中心、及专用型的各种机床。为了提高加工效率，并适应复杂零件的加工，多工位加工设备的应用越来越广泛，例如申请人在先提交的授权公告号为CN 115592474B的中国发明专利公开了一种多工位加工设备及加工方法，通过旋转夹具座可以实现在多个工位之间的转换，以完成各个加工工序，具有生产效率高的优点。

但在生产实践中常遇到同类型产品，不同规格不同批量存在一定差别的情况，因差别较小，若配套多个设备进行加工不符合经济性要求。因此，本申请的目的即是针对实践中存在需要加工不同规格不同批量产品的现实需求，提供一种具有自动换刀功能的加工单元，为实现在多批量多型号产品的生产快速转换创造条件。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种具有自动换刀功能的加工单元，可以更好的适应多批量多型号产品之间的快速转换。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案如下：一种具有自动换刀功能的加工单元，包括支座、旋转主轴、主动力和自动换刀模块，所述的旋转主轴设置在支座上，所述的主动力驱动旋转主轴旋转；

所述的自动换刀模块包括刀具夹持组件、换刀操作组件和中间传动杆；所述的刀具夹持组件包括芯轴、复位机构和若干外胀件，所述的外胀件位于芯轴外侧并环形均布，所述的外胀件包括锁紧臂；所述的芯轴包括内胀分段，所述的内胀分段设有相对于轴线倾斜设置的内胀斜面，所述的内胀斜面与锁紧臂接触；所述的复位机构用于驱动外胀件沿径向向内复位；

所述的换刀操作组件通过中间传动杆与芯轴连接，并驱动芯轴轴向运动；

所述的旋转主轴内设有沿轴向贯穿设置的操作孔，所述操作孔的一端包括夹持分段，所述的刀具夹持组件位于夹持分段内，换刀操作组件与旋转主轴远离夹持分段的一端对应，所述的中间传动杆沿操作孔布置。

伴随芯轴的轴向运动，内胀斜面可以控制锁紧臂向外扩张，并实现与刀具的锁紧配合。工作时，刀具与芯轴配合，并通过外胀件的向外扩张锁紧。

在需要换刀时，换刀操作组件通过中间传动杆驱动芯轴反向运动，内胀斜面对外胀件的挤压减小，同时复位机构驱动外胀件沿径向向内复位，外胀件与刀具之间的锁紧解锁，刀具即可取下进行更换。

本申请的自动换刀模块具有夹持可靠，更换便捷的优点，可以很好的适应多批量多型号产品之间的快速转换。

作为优选，所述夹持分段的开口端设有插接槽，所述的锁紧臂包括锁紧端，所述的锁紧端延伸至插接槽内，且所述的锁紧端外侧设有向外凸起的锁紧钩；所述的内胀斜面与锁紧端对应。

作为优选，所述夹持分段的内壁设有限位槽；所述的外胀件包括限位块，所述的限位块与锁紧臂一体设置，所述的限位块与限位槽匹配。

作为优选，所述限位块面向锁紧臂的端面设有向后倾斜设置的外引导斜面，所述的限位槽上设有内引导斜面，所述的外引导斜面和内引导斜面滑动接触；

所述的复位机构包括轴向推块，所述的轴向推块通过弹性件与旋转主轴连接；所述的轴向推块与外胀件接触，并用于推动外胀件向远离换刀操作组件的方向运动。

内引导斜面和外引导斜面的配合可以将外胀件的轴向运动部分转换成径向运动，实现外胀件与刀具之间的解锁。同时在锁紧刀具时，外胀件向外扩张的过程中存在一定的轴向运动，可以实现对刀具的拉紧，保证旋转主轴的动力可靠传递之刀具上进行切削操作。

作为优选，所述插接槽的底面为定位台阶面；所述的复位机构还包括定位块，所述的定位块与定位台阶面接触，所述的弹性件设置在轴向推块与定位块之间。

作为优选，所述的轴向推块上设有与外胀件一一对应的驱动爪，所述的驱动爪与轴向推块一体成型， 并朝向外胀件设置；所述驱动爪的端部设有向内倾斜的驱动斜面，所述限位块上设有与驱动斜面匹配的从动斜面。

驱动斜面和从动斜面的配合也可以将外胀件的轴向运动部分转换成径向运动。

作为优选，所述的外胀件与芯轴之间设有轴向限位单元，所述的轴向限位单元包括设置在外胀件内侧的内卡扣和设置在芯轴外侧的外卡扣，所述的内卡扣与外卡扣配合。

轴向限位单元的设置，可以对外胀件相对于芯轴的轴向运动进行限位，有效避免外胀件运动过量从而脱离外引导斜面，保证换刀操作和锁紧刀具功能的正常实现。

作为优选，所述的换刀操作组件包括中间调整件、活塞和液压驱动单元，所述的活塞设置在中间调整件内，所述的液压驱动单元用于驱动活塞相对于中间调整件轴向运动。

作为优选，所述的换刀操作组件还包括极限位置调整单元，所述的极限位置调整单元用于驱动中间调整件沿轴向运动。

附图说明

图1为本实施例水车式多工位加工设备的结构示意图；

图2为本实施例水车式多工位加工设备中加工单元的结构示意图；

图3为本实施例水车式多工位加工设备中加工单元的剖视图；

图4为本实施例水车式多工位加工设备中加工单元的正视图；

图5为图3中A处的局部放大图，此时外胀件处于向外扩张状态；

图6为图3中A处的局部放大图，此时外胀件处于向内收缩状态；

图7为本实施例水车式多工位加工设备中旋转主轴的局部剖视图；

图8为图3中B处的局部放大图；

图9为本实施例水车式多工位加工设备中旋转主轴与自动换刀模块配合的结构示意图；

图10为本实施例水车式多工位加工设备中刀具夹持组件的结构示意图；

图11为本实施例水车式多工位加工设备中刀具夹持组件的爆炸图；

图12为空调阀体的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例

如图1所示，一种水车式多工位加工设备，包括机架4和旋转安装座，所述的旋转夹具座旋转活动设置在机架上，所述的旋转安装座上设有若干夹具。所述的机架上设有上下料工位和至少两个加工工位，所述的加工工位设有加工单元1。所述的夹具伴随旋转夹具座在各个工位之间转移，以完成上下料操作和各个加工工序。

如图2-图4所示，至少其中一个加工单元包括支座、旋转主轴11、主动力14和自动换刀模块，所述的支座与机架连接。所述的旋转主轴11设置在支座上，所述的主动力14驱动旋转主轴11旋转。

如图2-图4所示，具体的，所述的支座包括固定支座15、水平调整支座12和轴向调整支座13，所述的固定支座15与机架连接，所述的旋转主轴11、主动力14和自动换刀模块设置在轴向调整支座13上，并通过水平调整支座12与固定支座15连接。通过水平调整支座12可以实现旋转主轴11、主动力14和自动换刀模块的水平调整，通过轴向调整支座13可以实现旋转主轴11、主动力14和自动换刀模块的轴向进给。

如图3和图7所示，所述的旋转主轴11内设有沿轴向贯穿设置的操作孔，所述操作孔的一端包括夹持分段，所述夹持分段的开口端设有插接槽231，所述插接槽231呈锥形，便于与刀具缩进传递动力。所述插接槽231的底面为定位台阶面233。所述夹持分段的内壁设有限位槽232。

如图3、图5和图6所示，所述的自动换刀模块包括刀具夹持组件21、换刀操作组件22和中间传动杆23。所述的刀具夹持组件21位于夹持分段内，换刀操作组件22与旋转主轴11远离夹持分段的一端对应，所述的中间传动杆23沿操作孔布置。

如图3、图5和图6所示，所述的刀具夹持组件21包括芯轴211、复位机构和若干外胀件212，所述的外胀件212相互独立设置，所述的外胀件212位于芯轴211外侧并环形均布。所述的外胀件212包括锁紧臂2123，所述的锁紧臂2123包括锁紧端2124，所述的锁紧端2124延伸至插接槽231内，且所述的锁紧端2124外侧设有向外凸起的锁紧钩。

如图3、图5和图6所示，所述的芯轴211包括内胀分段，所述的内胀分段设有背离插接槽231开口端设置，并相对于轴线倾斜设置的内胀斜面，所述的内胀斜面与锁紧臂2123的锁紧端2124接触。当驱动芯轴211向插接孔内缩进时，内胀斜面驱动锁紧端2124向外扩张。

如图10 和图11所示，所述的外胀件212包括限位块2121，所述的限位块2121与锁紧臂2123一体设置，所述的限位块2121与限位槽232匹配。所述限位块2121面向锁紧臂2123的端面设有向后倾斜设置的外引导斜面2122，所述的限位槽232上设有内引导斜面234，所述的外引导斜面2122和内引导斜面234滑动接触。

如图5、图6、图10 和图11所示，所述的复位机构包括轴向推块215和定位块214，所述的定位块214与定位台阶面233接触，所述的轴向推块215与定位块214之间设有弹性件213。所述的轴向推块215通过弹性件213与旋转主轴11连接。所述的轴向推块215与外胀件212接触，并用于推动外胀件212向远离换刀操作组件22的方向运动。

内引导斜面234和外引导斜面2122的配合可以将外胀件212的轴向运动部分转换成径向运动，实现外胀件212与刀具之间的解锁。同时在锁紧刀具时，外胀件212向外扩张的过程中存在一定的轴向运动，可以实现对刀具的拉紧，保证旋转主轴11的动力可靠传递之刀具上进行切削操作。

如图11所示，所述的轴向推块215上设有与外胀件212一一对应的驱动爪2151，所述的驱动爪2151与轴向推块215一体成型，并朝向外胀件212设置。所述驱动爪2151的端部设有向内倾斜的驱动斜面。对应的，所述的限位块2121上设有插槽2125，所述插槽2125的底面设有与驱动斜面匹配的从动斜面。驱动斜面和从动斜面的配合也可以将外胀件212的轴向运动部分转换成径向运动，同时插槽2125与驱动爪2151的配合可以对外胀件212进行周向限位，保证外胀件212沿芯轴211在周向均匀分布。

如图3和图8所示，所述的换刀操作组件22包括壳体221、中间调整件223、活塞225和液压驱动单元，所述的换刀操作组件22通过中间传动杆23与芯轴211连接，并驱动芯轴211轴向运动。

如图3和图8所示，其中的壳体221与轴向调整支座13固定设置，所述的活塞225位于壳体221内，所述的中间调整件223位于壳体221与活塞225之间。所述的旋转主轴11部分插入中间调整件223内部，所述的活塞225与旋转主轴11之间设有蝶形弹簧226。所述的活塞225与中间传动杆23连接。所述的液压驱动单元用于驱动活塞225相对于中间调整件223轴向运动，具体的，所述的活塞225与中间调整件223之间形成第一驱动腔24，通过调整第一驱动腔24内的压力，即可驱动活塞225、中间传动杆23及芯轴211轴向运动，从而完成换刀操作。

如图3和图8所示，进一步的，还包括极限位置调整单元，所述的极限位置调整单元用于驱动中间调整件223沿轴向运动。具体的，中间调整件223与壳体221之间形成第二驱动腔22，通过调整第二驱动腔22内的压力，即可驱动中间调整件223相对于壳体221轴向运动，从而对活塞225的运动极限位置进行调整，在一定程度上可以调整外胀件212的向外扩张程度。

初始状态下，外胀件212向内收缩。在装入刀具3后，换刀操作组件22工作，芯轴211向内缩进，并驱动外胀件212向外扩张，锁紧刀具，此时复位机构的弹性件213处于储能状态。

在需要换刀时，换刀操作组件22通过中间传动杆23驱动芯轴211反向运动，内胀斜面对外胀件212的挤压减小，同时复位机构的弹性件213驱动推块轴向运动，进而驱动外胀件212沿径向向内复位，外胀件212与刀具之间的锁紧解锁，刀具即可取下进行更换。

进一步的，所述的外胀件212与芯轴211之间设有轴向限位单元，所述的轴向限位单元包括设置在外胀件212内侧的内卡扣和设置在芯轴211外侧的外卡扣，所述的内卡扣与外卡扣配合。

轴向限位单元的设置，可以对外胀件212相对于芯轴211的轴向运动进行限位，有效避免外胀件212运动过量从而脱离外引导斜面2122，保证换刀操作和锁紧刀具功能的正常实现。

本申请的自动换刀模块具有夹持可靠，更换便捷的优点，可以很好的适应多批量多型号产品之间的快速转换。

以下以一种用于空调配气阀阀体的水车式多工位加工设备为例具体说明加工方法：

机架上设有上下料工位、第一加工工位、第二加工工位、第三加工工位、第四加工工位、第五加工工位、第六加工工位、第七加工工位、第八加工工位、第九加工工位和第十加工工位，所述的上下料工位、第一加工工位、第二加工工位、第三加工工位、第四加工工位、第五加工工位、第六加工工位、第七加工工位、第八加工工位、第九加工工位和第十加工工位依次沿轴向环形分布。各个加工工位的左侧、右侧和外侧三个方向中至少一个方向设有加工单元。

具体的，第一加工工位的左侧设有主孔粗钻加工单元，右侧设有端面支撑单元，外侧设有外平面铣削单元；

第二加工工位设有两个端面铣削单元，两个端面铣削单元左右对置；

第三加工工位设有两个深孔预钻加工单元，两个深孔预钻加工单元左右对置；

第四加工工位设有两个深孔精钻加工单元，两个深孔精钻加工单元左右对置；第四加工工位的外侧设有外侧孔预加工单元；

第五加工工位设有两个第一内槽铣加工单元，两个第一内槽铣加工单元左右对置；

第六加工工位设有两个螺纹底孔钻削加工单元和一个第一侧向通孔铣削单元，两个螺纹底孔钻削加工单元左右对置；第一侧向通孔铣削单元位于外侧；

第七加工工位设有两个第二内槽铣加工单元和一个第一侧向台阶孔铣削单元，两个第二内槽铣加工单元左右对置；第一侧向台阶孔铣削单元位于外侧；

第八加工工位设有两个螺纹孔加工单元和一个第二侧向通孔铣削单元，两个螺纹孔加工单元左右对置；第二侧向通孔铣削单元位于外侧；

第九加工工位的左侧设有主孔精铰加工单元，右侧设有切屑清理单元、外侧设有第二台阶孔铣削单元；

第十加工工位设有两个主孔精镗加工单元和一个外侧去毛刺加工单元，两个主孔精镗加工单元左右对置，外侧去毛刺加工单元位于外侧。

一种空调阀体的加工方法，采用如上所述的水车式多工位加工设备；

至少包括以下步骤：

步骤一：上料，将产品坯料夹持在位于上下料工位的夹具上；

步骤二：转位，旋转安装座转动，将位于上下料工位的夹具及坯料同步转位至加工工位；

步骤三：加工，加工单元对坯料进行切削加工操作；

步骤四：换刀，在更换产品型号后，自动换刀模块工作，执行换刀程序；

步骤五：重复步骤一～步骤三。

以下以一种空调配气阀阀体的加工步骤为例具体说明加工方法：

步骤一：上料，将产品坯料夹持在位于上下料工位的夹具上；

步骤二：转位，旋转安装座转动，将位于上下料工位的夹具及坯料同步转位至加工工位；

步骤三：加工，

在第一加工工位进行主孔粗钻加工和外平面铣削加工；

转位至第二加工工位，在第二加工工位进行两个端面铣削加工；

转位至第三加工工位，在第三加工工位进行端面深孔预钻加工；

转位至第四加工工位，在第四加工工位进行端面深孔精钻加工，同时进行外侧孔预加工；

转位至第五加工工位，在第五加工工位进行部分内槽铣加工；

转位至第六加工工位，在第六加工工位进行侧向螺纹底孔钻削加工，同时进行部分侧向通孔铣削加工；

转位至第七加工工位，在第七加工工位进行剩余内槽铣加工加工，同时进行部分侧向台阶孔铣削加工；

转位至第八加工工位，在第八加工工位进行侧向攻螺纹加工，同时进行剩余侧向通孔铣削加工；

转位至第九加工工位，在第九加工工位的左侧进行主孔精铰加工，右侧进行切屑清理加工，外侧进行剩余台阶孔铣削加工；

转位至第十加工工位，在第十加工工位进行主孔精镗加工，同时进行侧向去毛刺加工。

步骤四：换刀，在更换产品型号后，自动换刀模块工作，执行换刀程序；

步骤五：重复步骤一～步骤三。

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

Claims (9)

1.一种具有自动换刀功能的加工单元，其特征在于：包括支座、旋转主轴、主动力和自动换刀模块，所述的旋转主轴设置在支座上，所述的主动力驱动旋转主轴旋转；

所述的自动换刀模块包括刀具夹持组件、换刀操作组件和中间传动杆；所述的刀具夹持组件包括芯轴、复位机构和若干外胀件，所述的外胀件位于芯轴外侧并环形均布，所述的外胀件包括锁紧臂；所述的芯轴包括内胀分段，所述的内胀分段设有相对于轴线倾斜设置的内胀斜面，所述的内胀斜面与锁紧臂接触；所述的复位机构用于驱动外胀件沿径向向内复位；

所述的换刀操作组件通过中间传动杆与芯轴连接，并驱动芯轴轴向运动；

所述的旋转主轴内设有沿轴向贯穿设置的操作孔，所述操作孔的一端包括夹持分段，所述的刀具夹持组件位于夹持分段内，换刀操作组件与旋转主轴远离夹持分段的一端对应，所述的中间传动杆沿操作孔布置。

2.根据权利要求1所述的具有自动换刀功能的加工单元，其特征在于：所述夹持分段的开口端设有插接槽，所述的锁紧臂包括锁紧端，所述的锁紧端延伸至插接槽内，且所述的锁紧端外侧设有向外凸起的锁紧钩；所述的内胀斜面与锁紧端对应。

3.根据权利要求2所述的具有自动换刀功能的加工单元，其特征在于：所述夹持分段的内壁设有限位槽；所述的外胀件包括限位块，所述的限位块与锁紧臂一体设置，所述的限位块与限位槽匹配。

4.根据权利要求3所述的具有自动换刀功能的加工单元，其特征在于：所述限位块面向锁紧臂的端面设有向后倾斜设置的外引导斜面，所述的限位槽上设有内引导斜面，所述的外引导斜面和内引导斜面滑动接触；

所述的复位机构包括轴向推块，所述的轴向推块通过弹性件与旋转主轴连接；所述的轴向推块与外胀件接触，并用于推动外胀件向远离换刀操作组件的方向运动。

5.根据权利要求4所述的具有自动换刀功能的加工单元，其特征在于：所述插接槽的底面为定位台阶面；所述的复位机构还包括定位块，所述的定位块与定位台阶面接触，所述的弹性件设置在轴向推块与定位块之间。

6.根据权利要求4所述的具有自动换刀功能的加工单元，其特征在于：所述的轴向推块上设有与外胀件一一对应的驱动爪，所述的驱动爪与轴向推块一体成型， 并朝向外胀件设置；所述驱动爪的端部设有向内倾斜的驱动斜面，所述限位块上设有与驱动斜面匹配的从动斜面。

7.根据权利要求3所述的具有自动换刀功能的加工单元，其特征在于：所述的外胀件与芯轴之间设有轴向限位单元，所述的轴向限位单元包括设置在外胀件内侧的内卡扣和设置在芯轴外侧的外卡扣，所述的内卡扣与外卡扣配合。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的具有自动换刀功能的加工单元，其特征在于：所述的换刀操作组件包括中间调整件、活塞和液压驱动单元，所述的活塞设置在中间调整件内，所述的液压驱动单元用于驱动活塞相对于中间调整件轴向运动。

9.根据权利要求8所述的具有自动换刀功能的加工单元，其特征在于：所述的换刀操作组件还包括极限位置调整单元，所述的极限位置调整单元用于驱动中间调整件沿轴向运动。