CN108637766A - 一种具有自动换刀装置的加工中心及其工作方法 - Google Patents
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Abstract
一种具有自动换刀装置的加工中心，包括基座、立柱、主轴箱、主轴和换刀装置，换刀装置包括：换刀转盘，换刀转盘设置在主轴箱内，换刀旋转轴线与主轴的轴线相垂直；换刀驱动轴，一端与换刀转盘中部连接，另一端与转盘驱动装置连接；换位支架，呈环形阵列状分布在换刀转盘的外缘，换位支架包括与换刀转盘固定连接的固定部，与固定部转动连接的换位部，以及驱动换位部转动用的换位驱动；刀具，分别对应的可拆卸的安装在各个换位部上；换刀夹爪结构，设置在主轴箱下方，包括液压伸缩杆和夹爪，夹爪设有一对开口方向相反的夹持部，液压伸缩杆通过旋转装置与主轴箱的底板连接。实现了自动换刀的功能，稳定性好，满足加工中心的各种加工需求。
Description
技术领域
本发明涉及加工中心的技术领域，特别涉及一种具有自动换刀装置的加工中心。
背景技术
数控铣床是在一般铣床的基础上发展起来的一种自动加工设备，两者的加工工艺基本相同，结构也有些相似。数控铣床有分为不带刀库和带刀库两大类。其中带刀库的数控铣床又称为加工中心。
科学技术的发展以及世界先进制造技术的兴起和不断成熟，对数控加工技术提出了更高的要求；超高速切削、超精密加工等技术的应用，对数控机床的数控系统、伺服性能、主轴驱动、机床结构等提出了更高的性能指标；FMS的迅速发展和CIMS的不断成熟，又将对数控机床的可靠性、通信功能、人工智能和自适应控制等技术提出更高的要求。随着微电子和计算机技术的发展，数控系统的性能日臻完善，数控技术的应用领域日益扩大。
随着社会生产和科学技术的迅速发展，机械产品日趋精密复杂，加工中心应运而生，这种新型机床具有适应性强、加工精度高、加工质量稳定和生产效率高等优点。它综合应用了电子计算机、自动控制、伺服驱动、精密测量和新型机械结构等多方面的技术成果，是今后数控机床的发展方向。
发明内容
发明的目的：本发明公开一种具有自动换刀装置的加工中心，结构紧凑，节省空间，并通过简单可靠的机械机构实现了自动换刀的功能，稳定性好，且换刀转盘上可设置较大数目的不同刀具，满足加工中心的各种加工需求。
技术方案：为了实现以上目的，本发明公开了一种具有自动换刀装置的加工中心，包括基座、立柱、主轴箱、主轴和换刀装置，所述换刀装置包括：换刀转盘，所述换刀转盘设置在主轴箱内，所述换刀转盘在转盘驱动装置的驱动下，沿换刀旋转轴线旋转，所述换刀旋转轴线与主轴的轴线相垂直；换刀驱动轴，所述换刀驱动轴一端与换刀转盘中部连接，另一端与转盘驱动装置连接，用于带动换刀转盘旋转；一个以上的换位支架，所述一个以上的换位支架呈环形阵列状分布在换刀转盘的外缘，所述换位支架包括：与换刀转盘固定连接的固定部，与固定部转动连接的换位部，以及驱动换位部转动用的换位驱动；一个以上的刀具，分别对应的可拆卸的安装在各个换位部上；换刀夹爪结构，所述换刀夹爪结构设置在主轴箱下方，换刀夹爪结构包括液压伸缩杆和夹爪，所述夹爪设有一对开口方向相反的夹持部，所述一对夹持部分别设置在夹爪两端，所述液压伸缩杆通过旋转装置与主轴箱的底板连接。结构紧凑，节省空间，并通过简单可靠的机械机构实现了自动换刀的功能，稳定性好，且换刀转盘上可设置较大数目的不同刀具，满足加工中心的各种加工需求。
进一步的，上述一种具有自动换刀装置的加工中心，所述一对夹持部到旋转装置旋转中心轴的距离相同。
进一步的，上述一种具有自动换刀装置的加工中心，所述换位部包括正常状态和换刀状态，所述正常状态时换位部与固定部平行并重叠；所述换刀状态时换位部与固定部垂直，且所述换位支架呈L形。
进一步的，上述一种具有自动换刀装置的加工中心，所述刀具垂直安装在换位部，所述正常状态时刀具与主轴相垂直；所述换刀状态时刀具与主轴相平行。
进一步的，上述一种具有自动换刀装置的加工中心，所述换刀状态时，所述夹爪的其中一夹持部用于与刀具卡合连接，另一夹持部用于与主轴上的原始刀具卡合连接。夹爪转动来进行自动取刀和换位，结构简单，可靠性好。
进一步的，上述一种具有自动换刀装置的加工中心，所述夹持部设有电磁吸引装置。电磁吸引装置帮助吸附刀具，防止脱落。
进一步的，上述一种具有自动换刀装置的加工中心，所述转盘驱动装置为伺服电机。
进一步的，上述一种具有自动换刀装置的加工中心的工作方法，包括以下步骤：根据设定的加工工序和加工要求，控制系统自动判定各阶段需使用的刀具种类和各阶段的换刀时间点，换刀时，控制系统发出指令暂停加工动作，驱动主轴箱、主轴及原始刀具上升，脱离工件；控制系统发出指令给换刀装置，换刀转盘在转盘驱动装置的驱动下转动，并根据控制系统的指令转动至对应位置，使所需的刀具移动至换刀工位，此时所需的刀具和其他的刀具对应的换位部均处于正常状态；控制系统发出指令，使所需的刀具对应的换位驱动运行，驱动所需的刀具对应的换位部转动至换刀状态，所需的刀具从与主轴相垂直变为与主轴平行；控制系统发出指令给换刀夹爪结构，旋转装置运行，带动夹爪旋转至设定位置，夹爪的一对夹持部分别卡合所需的刀具和原始刀具；控制系统发出指令使夹持部的电磁吸引装置运行，吸附所需的刀具和原始刀具；控制系统发出指令使液压伸缩杆伸长，夹爪带动所需的刀具和原始刀具一起移动，使所需的刀具脱离换位部，原始刀具脱离主轴；控制系统发出指令使旋转装置运行，带动夹爪旋转，使所需的刀具和原始刀具换位，即将所需的刀具移动至主轴，将原始刀具移动至换位部；控制系统发出指令使液压伸缩杆收缩，夹爪带动所需的刀具和原始刀具一起移动，使所需的刀具卡入主轴，原始刀具卡入换位部；控制系统发出指令使夹持部的电磁吸引装置停止，松开所需的刀具和原始刀具；控制系统发出指令使夹爪复位：旋转装置运行，带动夹爪旋转脱离所需的刀具和原始刀具；控制系统发出指令使换位部带动原始刀具复位至正常状态；完成换刀，控制系统发出指令驱动主轴箱、主轴及所需的刀具下降，至工件的加工位置继续加工动作。
进一步的，上述一种具有自动换刀装置的加工中心的工作方法，其特征在于：所述换刀工位即所述换刀转盘的最下端。
进一步的，上述一种具有自动换刀装置的加工中心的工作方法，所述换刀转盘上每个换位支架及刀具的位置均被控制系统识别，所述控制系统直接发出指令，指定所需刀具移动至换刀工位。
上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：
（1）本发明所述的一种具有自动换刀装置的加工中心，结构紧凑，节省空间，并通过简单可靠的机械机构实现了自动换刀的功能，稳定性好，且换刀转盘上可设置较大数目的不同刀具，满足加工中心的各种加工需求。
（2）本发明所述的一种具有自动换刀装置的加工中心，夹爪转动来进行自动取刀和换位，结构简单，可靠性好。
（3）本发明所述的一种具有自动换刀装置的加工中心，电磁吸引装置帮助吸附刀具，防止脱落。
（4）本发明所述的一种具有自动换刀装置的加工中心，其换刀的工作步骤合理，自动化和智能化程度高，无需人工干预，实现无人化加工。
附图说明
图1为本发明所述的一种具有自动换刀装置的加工中心的整体结构示意图；
图2为本发明所述的一种具有自动换刀装置的加工中心的换刀装置的结构示意图；
图3为本发明所述的一种具有自动换刀装置的加工中心的夹爪的结构示意图；
图4为本发明所述的一种具有自动换刀装置的加工中心的排屑装置的结构示意图；
图5为本发明所述的一种具有自动换刀装置的加工中心第二种实施方式中排屑装置的剖视图；
图6为本发明所述的一种具有自动换刀装置的加工中心第二种实施方式中排屑装置的进屑口的详细示意图；
图7为本发明所述的一种具有自动换刀装置的加工中心第二种实施方式中装夹装置的结构示意图；
图8为本发明所述的一种具有自动换刀装置的加工中心第二种实施方式中装夹装置的俯视图；
图9为本发明所述的一种具有自动换刀装置的加工中心第三种实施方式中装夹装置的俯视图；
图中：
1-基座，
2-立柱，
3-主轴箱，
301-底板，
4-主轴，
5-换刀装置，
501-换刀转盘，
502-换刀旋转轴线，
503-换刀驱动轴，
504-换位支架，
504a-固定部，
504b-换位部，
505-刀具，
506-换刀夹爪结构，
506a-液压伸缩杆，
506b-夹爪，
506c-夹持部，
506d-旋转装置，
506e-电磁吸引装置，
6-原始刀具，
7-工作台，
701-辅助滑杆，
702-表面板，
8-装夹装置，
801-规制板，
801a-第一规制板，
801b-第二规制板，
802-联动装置，
802a-第一齿条，
802b-第二齿条，
802c-驱动齿轮，
803-液压顶杆装置，
803a-液压缸，
803b-顶杆，
803c-碟形弹簧结构，
803d-电磁吸盘装置，
803e-摩擦片，
804-滑块，
805-辅助滑杆，
9-排屑装置，
901-环形通道，
901a-上环形通道，
901b-下环形通道，
901c-轴承，
902-进屑通道，
903-进屑口，
903a-第一进屑口，
903b-第二进屑口，
903c-活动挡板，
903d-挡板支座，
904-排屑通道，
905-缓冲通道。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明具体实施方式进行详细的描述。
实施例1
本发明的一种具有自动换刀装置的加工中心，如图1至图3所示，包括基座1、立柱2、主轴箱3、主轴4和换刀装置5，所述换刀装置5包括：
换刀转盘501，所述换刀转盘501设置在主轴箱3内，所述换刀转盘501在转盘驱动装置的驱动下，沿换刀旋转轴线502旋转，所述换刀旋转轴线502与主轴4的轴线相垂直；
换刀驱动轴503，所述换刀驱动轴503一端与换刀转盘501中部连接，另一端与转盘驱动装置连接，用于带动换刀转盘501旋转；
一个以上的换位支架504，所述一个以上的换位支架504呈环形阵列状分布在换刀转盘501的外缘，所述换位支架504包括：与换刀转盘501固定连接的固定部504a，与固定部504a转动连接的换位部504b，以及驱动换位部504b转动用的换位驱动；
一个以上的刀具505，分别对应的可拆卸的安装在各个换位部504b上；
换刀夹爪结构506，所述换刀夹爪结构506设置在主轴箱3下方，换刀夹爪结构506包括液压伸缩杆506a和夹爪506b，所述夹爪506b设有一对开口方向相反的夹持部506c，所述一对夹持部506c分别设置在夹爪506b两端，所述液压伸缩杆506a通过旋转装置506d与主轴箱3的底板301连接。
本实施例中所述一对夹持部506c到旋转装置506d旋转中心轴的距离相同。
本实施例中所述换位部504b包括正常状态和换刀状态，所述正常状态时换位部504b与固定部504a平行并重叠；所述换刀状态时换位部504b与固定部504a垂直，且所述换位支架504呈L形。
本实施例中所述刀具505垂直安装在换位部504b，所述正常状态时刀具505与主轴4相垂直；所述换刀状态时刀具505与主轴4相平行。
本实施例中所述换刀状态时，所述夹爪506b的其中一夹持部506c用于与刀具505卡合连接，另一夹持部506c用于与主轴4上的原始刀具6卡合连接。
本实施例中所述夹持部506c设有电磁吸引装置506e。
本实施例中所述转盘驱动装置为伺服电机。
本实施例中所述一种具有自动换刀装置的加工中心的工作方法，包括以下步骤：
S1、根据设定的加工工序和加工要求，控制系统自动判定各阶段需使用的刀具种类和各阶段的换刀时间点，换刀时，控制系统发出指令暂停加工动作，驱动主轴箱3、主轴4及原始刀具6上升，脱离工件；
S2、控制系统发出指令给换刀装置5，换刀转盘501在转盘驱动装置的驱动下转动，并根据控制系统的指令转动至对应位置，使所需的刀具505移动至换刀工位，此时所需的刀具505和其他的刀具505对应的换位部504b均处于正常状态；
S3、控制系统发出指令，使所需的刀具505对应的换位驱动运行，驱动所需的刀具505对应的换位部504b转动至换刀状态，所需的刀具505从与主轴4相垂直变为与主轴4平行；
S4、控制系统发出指令给换刀夹爪结构506，旋转装置506d运行，带动夹爪506b旋转至设定位置，夹爪506b的一对夹持部506c分别卡合所需的刀具505和原始刀具6；
S5、控制系统发出指令使夹持部506c的电磁吸引装置506e运行，吸附所需的刀具505和原始刀具6；
S6、控制系统发出指令使液压伸缩杆506a伸长，夹爪506b带动所需的刀具505和原始刀具6一起移动，使所需的刀具505脱离换位部504b，原始刀具6脱离主轴4；
S7、控制系统发出指令使旋转装置506d运行，带动夹爪506b旋转，使所需的刀具505和原始刀具6换位，即将所需的刀具505移动至主轴4，将原始刀具6移动至换位部504b；
S8、控制系统发出指令使液压伸缩杆506a收缩，夹爪506b带动所需的刀具505和原始刀具6一起移动，使所需的刀具505卡入主轴4，原始刀具6卡入换位部504b；
S9、控制系统发出指令使夹持部506c的电磁吸引装置506e停止，松开所需的刀具505和原始刀具6；
S10、控制系统发出指令使夹爪506b复位：旋转装置506d运行，带动夹爪506b旋转脱离所需的刀具505和原始刀具6；
S11、控制系统发出指令使换位部504b带动原始刀具6复位至正常状态；
S12、完成换刀，控制系统发出指令驱动主轴箱3、主轴4及所需的刀具505下降，至工件的加工位置继续加工动作。
其中，所述换刀工位即所述换刀转盘501的最下端。所述换刀转盘501上每个换位支架504及刀具505的位置均被控制系统识别，所述控制系统直接发出指令，指定所需刀具移动至换刀工位。
本实施例中，主轴4外周还设有排屑装置9，如图4所示，所述排屑装置9包括：
环形通道901，所述环形通道901套设于主轴4外周，所述环形通道901包括上环形通道901a和下环形通道901b，所述上环形通道901a与主轴箱3固定连接，所述下环形通道901b与上环形通道901a转动连接；所述下环形通道901b连接有旋转驱动装置，且所述下环形通道901b的旋转中心轴与主轴4的中心轴重合；
进屑通道902，所述进屑通道902倾斜设置，其一端与下环形通道901b连接，另一端靠近主轴4刀具的刀尖位置；
进屑口903，所述进屑口903设置在进屑通道902靠近刀尖位置的一端，所述进屑口903开设有第一进屑口903a和第二进屑口903b，所述第一进屑口903a和第二进屑口903b的开口朝向两个不同的方向；
排屑通道904，所述排屑通道904与上环形通道901a固定连接，且排屑通道904连接有排屑抽风机。
本实施例中所述第一进屑口903a开口方向水平朝向刀尖位置，所述第二进屑口903b开口方向垂直朝向待加工零件的上表面。
本实施例中所述第一进屑口903a和第二进屑口903b之间设有活动挡板903c。
本实施例中所述进屑口903内壁设有挡板支座903d，所述活动挡板903c与挡板支座903d铰接，且活动挡板903c连接有换位驱动装置。
本实施例中所述进屑通道902与下环形通道901b之间设有缓冲通道905。
本实施例中所述的一种具有自动排屑装置的加工中心的工作方法，包括以下步骤：
S1、根据设定的加工工序和加工要求，控制系统自动判定各阶段需使用的刀具种类和加工方式，进行自动加工；
S2、控制系统根据刀具种类和加工方式选择进屑口903的状态，所述进屑口903的状态包括：
仅使用第一进屑口903a；
仅使用第二进屑口903b；
同时使用第一进屑口903a和第二进屑口903b；
S3、控制系统发出指令使排屑抽风机运行，通过进屑口903吸取加工碎屑，碎屑从进屑口903进入后，通过进屑通道902进入缓冲通道905，再进入环形通道901，最后经排屑通道904排出；
S4、控制系统发出指令使旋转驱动装置运行，驱动下环形通道901b旋转，继而带动进屑通道902和进屑口903绕主轴4旋转，吸取各方位的加工碎屑；
S5、排屑装置9跟随主轴4及刀具移动，实时吸取碎屑。
其中，所述选择进屑口903状态的方法具体包括以下步骤：控制系统判定进屑口903状态后，发出指令给换位驱动装置，驱动活动挡板903c旋转，以达到指定的位置：
仅使用第一进屑口903a时，活动挡板903c旋转至第二进屑口903b处，挡住第二进屑口903b；
仅使用第二进屑口903b时，活动挡板903c旋转至第一进屑口903a处，挡住第一进屑口903a；
同时使用第一进屑口903a和第二进屑口903b时，活动挡板903c旋转至第一进屑口903a和第二进屑口903b之间的中间位置。
实施例2
本发明的一种具有自动换刀装置的加工中心，如图1至图8所示，包括基座1、立柱2、主轴箱3、主轴4、换刀装置5、工作台7、设置在工作台7上的装夹装置8和排屑装置9。
所述装夹装置8包括：定位调整机构和夹紧机构；
所述定位调整机构包括：
一对规制板801，包括平行并相对设置的第一规制板801a和第二规制板801b；
联动装置802，包括平行并相对设置的第一齿条802a和第二齿条802b，以及设置在第一齿条802a和第二齿条802b之间的驱动齿轮802c，所述驱动齿轮802c连接有联动驱动装置，所述第一齿条802a和第二齿条802b均与滑块801垂直，其中第一齿条802a与第一规制板801a固定连接，第二齿条802b与第二规制板801b固定连接；所述联动装置802设置在工作台7表面板702的下方。
所述夹紧机构包括：
相对设置的一对液压顶杆装置803，所述液压顶杆装置803包括液压缸803a和顶杆803b；
相对设置的一对滑块804，所述液压缸803a固定安装在滑块804上，所述滑块804与工作台7上的导轨701滑动连接。
本实施例中所述联动装置802两侧分别设有辅助滑杆805，所述辅助滑杆805与第一齿条802a及第二齿条802b平行设置，其中第一规制板801a跨过第二齿条802b并与靠近第二齿条802b的那一辅助滑杆805滑动连接，第二规制板801b跨过第一齿条802a并与靠近第一齿条802a的那一辅助滑杆805滑动连接。
本实施例中所述顶杆803b设置在规制板801的上方。
本实施例中所述液压缸803a和顶杆803b之间设有碟形弹簧结构803c。
本实施例中所述顶杆803b端部设有电磁吸盘装置803d。
本实施例中所述联动驱动装置为伺服电机。
本实施例中所述第一规制板801a和第二规制板801b内侧均设有第一压力传感器；所述顶杆803b端部设有第二压力传感器。
本实施例中所述的加工中心调整并夹紧待加工零件的方法，包括以下步骤：
S1、外部传送装置将待加工零件运送至工作台7的一对规制板801之间；
S2、控制系统发出指令使定位调整机构运行，联动装置802运行，带动一对规制板801联动靠近，逐渐贴近待加工零件，并将待加工零件调整至绝对的中间位置；
S3、当第一规制板801a和第二规制板801b内侧接触待加工零件表面时，设置在第一规制板801a或第二规制板801b内侧的第一压力传感器检测压力值并传递给控制系统，当压力值达到设定值，则联动装置802停止运行，第一规制板801a和第二规制板801b保持在该定位位置；
S4、控制系统发出指令使夹紧机构运行：
S4a、首先，控制系统根据待加工零件的尺寸判定一对滑块804所需到达的位置，并发出指令驱动一对滑块804移动至该位置；
S4b、然后，其中一液压顶杆装置803运行，液压缸803a驱使顶杆803b伸长，逐渐靠近待加工零件的一侧，并最终顶紧待加工零件的一侧表面，此时设置在顶杆803b端部的第二压力传感器检测压力值并传递给控制系统，当压力值达到设定值，该液压顶杆装置803停止，顶杆803b保持在该位置；
S4c、最后，另一液压顶杆装置803运行，液压缸803a驱使顶杆803b伸长，逐渐靠近待加工零件的另一侧，并最终顶紧待加工零件的另一侧表面，此时设置在顶杆803b端部的第二压力传感器检测压力值并传递给控制系统，当压力值达到设定值，该液压顶杆装置803停止，顶杆803b保持在该位置；待加工零件被夹紧；
S5、控制系统发出指令使定位调整机构反向运行，一对规制板801松开待加工零件；
S6、控制系统发出指令使顶杆803b端部的电磁吸盘装置803d开始运行，吸附待加工零件；
S7、根据设定的加工工序和加工要求，控制系统自动判定各阶段需使用的刀具种类和各阶段的换刀时间点，进行自动加工，以及自动换刀后的继续加工。
本实施例中，所述排屑装置9包括：
环形通道901，所述环形通道901套设于主轴4外周，所述环形通道901包括上环形通道901a和下环形通道901b，所述上环形通道901a与主轴箱3固定连接，所述下环形通道901b与上环形通道901a转动连接；所述下环形通道901b连接有旋转驱动装置，且所述下环形通道901b的旋转中心轴与主轴4的中心轴重合；
进屑通道902，所述进屑通道902倾斜设置，其一端与下环形通道901b连接，另一端靠近主轴4刀具的刀尖位置；
进屑口903，所述进屑口903设置在进屑通道902靠近刀尖位置的一端，所述进屑口903开设有第一进屑口903a和第二进屑口903b，所述第一进屑口903a和第二进屑口903b的开口朝向两个不同的方向；
排屑通道904，所述排屑通道904与上环形通道901a固定连接，且排屑通道904连接有排屑抽风机。
本实施例中所述第一进屑口903a开口方向水平朝向刀尖位置，所述第二进屑口903b开口方向垂直朝向待加工零件的上表面。
本实施例中所述第一进屑口903a和第二进屑口903b之间设有活动挡板903c。
本实施例中所述进屑口903内壁设有挡板支座903d，所述活动挡板903c与挡板支座903d铰接，且活动挡板903c连接有换位驱动装置。
本实施例中所述上环形通道901a和下环形通道901b之间设有轴承901c。
本实施例中所述进屑通道902与下环形通道901b之间设有缓冲通道905。
本实施例中所述的加工中心的自动排屑方法，包括以下步骤：
S1、根据设定的加工工序和加工要求，控制系统自动判定各阶段需使用的刀具种类和加工方式，进行自动加工；
S2、控制系统根据刀具种类和加工方式选择进屑口903的状态，所述进屑口903的状态包括：
仅使用第一进屑口903a；
仅使用第二进屑口903b；
同时使用第一进屑口903a和第二进屑口903b；
S3、控制系统发出指令使排屑抽风机运行，通过进屑口903吸取加工碎屑，碎屑从进屑口903进入后，通过进屑通道902进入缓冲通道905，再进入环形通道901，最后经排屑通道904排出；
S4、控制系统发出指令使旋转驱动装置运行，驱动下环形通道901b旋转，继而带动进屑通道902和进屑口903绕主轴4旋转，吸取各方位的加工碎屑；
S5、排屑装置9跟随主轴4及刀具移动，实时吸取碎屑。
其中，所述选择进屑口903状态的方法具体包括以下步骤：控制系统判定进屑口903状态后，发出指令给换位驱动装置，驱动活动挡板903c旋转，以达到指定的位置：
仅使用第一进屑口903a时，活动挡板903c旋转至第二进屑口903b处，挡住第二进屑口903b；
仅使用第二进屑口903b时，活动挡板903c旋转至第一进屑口903a处，挡住第一进屑口903a；
同时使用第一进屑口903a和第二进屑口903b时，活动挡板903c旋转至第一进屑口903a和第二进屑口903b之间的中间位置。
本实施例中所述换刀装置5包括：
换刀转盘501，所述换刀转盘501设置在主轴箱3内，所述换刀转盘501在转盘驱动装置的驱动下，沿换刀旋转轴线502旋转，所述换刀旋转轴线502与主轴4的轴线相垂直；
换刀驱动轴503，所述换刀驱动轴503一端与换刀转盘501中部连接，另一端与转盘驱动装置连接，用于带动换刀转盘501旋转；
一个以上的换位支架504，所述一个以上的换位支架504呈环形阵列状分布在换刀转盘501的外缘，所述换位支架504包括：与换刀转盘501固定连接的固定部504a，与固定部504a转动连接的换位部504b，以及驱动换位部504b转动用的换位驱动；
一个以上的刀具505，分别对应的可拆卸的安装在各个换位部504b上；
换刀夹爪结构506，所述换刀夹爪结构506设置在主轴箱3下方，换刀夹爪结构506包括液压伸缩杆506a和夹爪506b，所述夹爪506b设有一对开口方向相反的夹持部506c，所述一对夹持部506c分别设置在夹爪506b两端，所述液压伸缩杆506a通过旋转装置506d与主轴箱3的底板301连接。
本实施例中所述一对夹持部506c到旋转装置506d旋转中心轴的距离相同。
本实施例中所述换位部504b包括正常状态和换刀状态，所述正常状态时换位部504b与固定部504a平行并重叠；所述换刀状态时换位部504b与固定部504a垂直，且所述换位支架504呈L形。
本实施例中所述刀具505垂直安装在换位部504b，所述正常状态时刀具505与主轴4相垂直；所述换刀状态时刀具505与主轴4相平行。
本实施例中所述换刀状态时，所述夹爪506b的其中一夹持部506c用于与刀具505卡合连接，另一夹持部506c用于与主轴4上的原始刀具6卡合连接。
本实施例中所述夹持部506c设有电磁吸引装置506e。
本实施例中所述转盘驱动装置为伺服电机。
本实施例中的加工中心的换刀方法，包括以下步骤：
S1、根据设定的加工工序和加工要求，控制系统自动判定各阶段需使用的刀具种类和各阶段的换刀时间点，换刀时，控制系统发出指令暂停加工动作，驱动主轴箱3、主轴4及原始刀具6上升，脱离工件；
S2、控制系统发出指令给换刀装置5，换刀转盘501在转盘驱动装置的驱动下转动，并根据控制系统的指令转动至对应位置，使所需的刀具505移动至换刀工位，此时所需的刀具505和其他的刀具505对应的换位部504b均处于正常状态；
S3、控制系统发出指令，使所需的刀具505对应的换位驱动运行，驱动所需的刀具505对应的换位部504b转动至换刀状态，所需的刀具505从与主轴4相垂直变为与主轴4平行；
S4、控制系统发出指令给换刀夹爪结构506，旋转装置506d运行，带动夹爪506b旋转至设定位置，夹爪506b的一对夹持部506c分别卡合所需的刀具505和原始刀具6；
S5、控制系统发出指令使夹持部506c的电磁吸引装置506e运行，吸附所需的刀具505和原始刀具6；
S6、控制系统发出指令使液压伸缩杆506a伸长，夹爪506b带动所需的刀具505和原始刀具6一起移动，使所需的刀具505脱离换位部504b，原始刀具6脱离主轴4；
S7、控制系统发出指令使旋转装置506d运行，带动夹爪506b旋转，使所需的刀具505和原始刀具6换位，即将所需的刀具505移动至主轴4，将原始刀具6移动至换位部504b；
S8、控制系统发出指令使液压伸缩杆506a收缩，夹爪506b带动所需的刀具505和原始刀具6一起移动，使所需的刀具505卡入主轴4，原始刀具6卡入换位部504b；
S9、控制系统发出指令使夹持部506c的电磁吸引装置506e停止，松开所需的刀具505和原始刀具6；
S10、控制系统发出指令使夹爪506b复位：旋转装置506d运行，带动夹爪506b旋转脱离所需的刀具505和原始刀具6；
S11、控制系统发出指令使换位部504b带动原始刀具6复位至正常状态；
S12、完成换刀，控制系统发出指令驱动主轴箱3、主轴4及所需的刀具505下降，至工件的加工位置继续加工动作。
其中，所述换刀工位即所述换刀转盘501的最下端。所述换刀转盘501上每个换位支架504及刀具505的位置均被控制系统识别，所述控制系统直接发出指令，指定所需刀具移动至换刀工位。
实施例3
本发明的一种具有自动换刀装置的加工中心，如图1至图3，图7和图9所示，包括基座1、立柱2、主轴箱3、主轴4和、换刀装置5、工作台7和设置在工作台7上的装夹装置8，所述换刀装置5包括：
换刀转盘501，所述换刀转盘501设置在主轴箱3内，所述换刀转盘501在转盘驱动装置的驱动下，沿换刀旋转轴线502旋转，所述换刀旋转轴线502与主轴4的轴线相垂直；
换刀驱动轴503，所述换刀驱动轴503一端与换刀转盘501中部连接，另一端与转盘驱动装置连接，用于带动换刀转盘501旋转；
一个以上的换位支架504，所述一个以上的换位支架504呈环形阵列状分布在换刀转盘501的外缘，所述换位支架504包括：与换刀转盘501固定连接的固定部504a，与固定部504a转动连接的换位部504b，以及驱动换位部504b转动用的换位驱动；
一个以上的刀具505，分别对应的可拆卸的安装在各个换位部504b上；
换刀夹爪结构506，所述换刀夹爪结构506设置在主轴箱3下方，换刀夹爪结构506包括液压伸缩杆506a和夹爪506b，所述夹爪506b设有一对开口方向相反的夹持部506c，所述一对夹持部506c分别设置在夹爪506b两端，所述液压伸缩杆506a通过旋转装置506d与主轴箱3的底板301连接。
所述装夹装置8包括：定位调整机构和夹紧机构；
所述定位调整机构包括：
一对规制板801，包括平行并相对设置的第一规制板801a和第二规制板801b；
联动装置802，包括平行并相对设置的第一齿条802a和第二齿条802b，以及设置在第一齿条802a和第二齿条802b之间的驱动齿轮802c，所述驱动齿轮802c连接有联动驱动装置，所述第一齿条802a和第二齿条802b均与滑块801垂直，其中第一齿条802a与第一规制板801a固定连接，第二齿条802b与第二规制板801b固定连接；所述联动装置802设置在工作台7表面板702的下方。
所述夹紧机构包括：
相对设置的一对液压顶杆装置803，所述液压顶杆装置803包括液压缸803a和顶杆803b；
相对设置的一对滑块804，所述液压缸803a固定安装在滑块804上，所述滑块804与工作台7上的导轨701滑动连接。
本实施例中所述一对夹持部506c到旋转装置506d旋转中心轴的距离相同。
本实施例中所述换位部504b包括正常状态和换刀状态，所述正常状态时换位部504b与固定部504a平行并重叠；所述换刀状态时换位部504b与固定部504a垂直，且所述换位支架504呈L形。
本实施例中所述刀具505垂直安装在换位部504b，所述正常状态时刀具505与主轴4相垂直；所述换刀状态时刀具505与主轴4相平行。
本实施例中所述换刀状态时，所述夹爪506b的其中一夹持部506c用于与刀具505卡合连接，另一夹持部506c用于与主轴4上的原始刀具6卡合连接。
本实施例中所述夹持部506c设有电磁吸引装置506e。
本实施例中所述转盘驱动装置为伺服电机。
本实施例中所述联动装置802两侧分别设有辅助滑杆805，所述辅助滑杆805与第一齿条802a及第二齿条802b平行设置，其中第一规制板801a跨过第二齿条802b并与靠近第二齿条802b的那一辅助滑杆805滑动连接，第二规制板801b跨过第一齿条802a并与靠近第一齿条802a的那一辅助滑杆805滑动连接。
本实施例中所述顶杆803b设置在规制板801的上方。
本实施例中所述液压缸803a和顶杆803b之间设有碟形弹簧结构803c。
本实施例中所述顶杆803b端部设有摩擦片803e。
本实施例中所述联动驱动装置为伺服电机。
本实施例中所述第一规制板801a和第二规制板801b内侧均设有第一压力传感器；所述顶杆803b端部设有第二压力传感器。
本实施例中所述一种具有自动换刀装置的加工中心的换刀方法，包括以下步骤：
S1、根据设定的加工工序和加工要求，控制系统自动判定各阶段需使用的刀具种类和各阶段的换刀时间点，换刀时，控制系统发出指令暂停加工动作，驱动主轴箱3、主轴4及原始刀具6上升，脱离工件；
S2、控制系统发出指令给换刀装置5，换刀转盘501在转盘驱动装置的驱动下转动，并根据控制系统的指令转动至对应位置，使所需的刀具505移动至换刀工位，此时所需的刀具505和其他的刀具505对应的换位部504b均处于正常状态；
S3、控制系统发出指令，使所需的刀具505对应的换位驱动运行，驱动所需的刀具505对应的换位部504b转动至换刀状态，所需的刀具505从与主轴4相垂直变为与主轴4平行；
S4、控制系统发出指令给换刀夹爪结构506，旋转装置506d运行，带动夹爪506b旋转至设定位置，夹爪506b的一对夹持部506c分别卡合所需的刀具505和原始刀具6；
S5、控制系统发出指令使夹持部506c的电磁吸引装置506e运行，吸附所需的刀具505和原始刀具6；
S6、控制系统发出指令使液压伸缩杆506a伸长，夹爪506b带动所需的刀具505和原始刀具6一起移动，使所需的刀具505脱离换位部504b，原始刀具6脱离主轴4；
S7、控制系统发出指令使旋转装置506d运行，带动夹爪506b旋转，使所需的刀具505和原始刀具6换位，即将所需的刀具505移动至主轴4，将原始刀具6移动至换位部504b；
S8、控制系统发出指令使液压伸缩杆506a收缩，夹爪506b带动所需的刀具505和原始刀具6一起移动，使所需的刀具505卡入主轴4，原始刀具6卡入换位部504b；
S9、控制系统发出指令使夹持部506c的电磁吸引装置506e停止，松开所需的刀具505和原始刀具6；
S10、控制系统发出指令使夹爪506b复位：旋转装置506d运行，带动夹爪506b旋转脱离所需的刀具505和原始刀具6；
S11、控制系统发出指令使换位部504b带动原始刀具6复位至正常状态；
S12、完成换刀，控制系统发出指令驱动主轴箱3、主轴4及所需的刀具505下降，至工件的加工位置继续加工动作。
其中，所述换刀工位即所述换刀转盘501的最下端。所述换刀转盘501上每个换位支架504及刀具505的位置均被控制系统识别，所述控制系统直接发出指令，指定所需刀具移动至换刀工位。
本实施例中所述的加工中心的装夹方法，包括以下步骤：
S1、外部传送装置将待加工零件运送至工作台7的一对规制板801之间；
S2、控制系统发出指令使定位调整机构运行，联动装置802运行，带动一对规制板801联动靠近，逐渐贴近待加工零件，并将待加工零件调整至绝对的中间位置；
S3、当第一规制板801a和第二规制板801b内侧接触待加工零件表面时，设置在第一规制板801a或第二规制板801b内侧的第一压力传感器检测压力值并传递给控制系统，当压力值达到设定值，则联动装置802停止运行，第一规制板801a和第二规制板801b保持在该定位位置；
S4、控制系统发出指令使夹紧机构运行：
S4a、首先，控制系统根据待加工零件的尺寸判定一对滑块804所需到达的位置，并发出指令驱动一对滑块804移动至该位置；
S4b、然后，其中一液压顶杆装置803运行，液压缸803a驱使顶杆803b伸长，逐渐靠近待加工零件的一侧，并最终顶紧待加工零件的一侧表面，此时设置在顶杆803b端部的第二压力传感器检测压力值并传递给控制系统，当压力值达到设定值，该液压顶杆装置803停止，顶杆803b保持在该位置；
S4c、最后，另一液压顶杆装置803运行，液压缸803a驱使顶杆803b伸长，逐渐靠近待加工零件的另一侧，并最终顶紧待加工零件的另一侧表面，此时设置在顶杆803b端部的第二压力传感器检测压力值并传递给控制系统，当压力值达到设定值，该液压顶杆装置803停止，顶杆803b保持在该位置；待加工零件被夹紧；
S5、控制系统发出指令使定位调整机构反向运行，一对规制板801松开待加工零件；
S6、根据设定的加工工序和加工要求，控制系统自动判定各阶段需使用的刀具种类和各阶段的换刀时间点，进行自动加工，以及自动换刀后的继续加工。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有自动换刀装置的加工中心，包括基座（1）、立柱（2）、主轴箱（3）、主轴（4）和换刀装置（5），其特征在于：所述换刀装置（5）包括：
换刀转盘（501），所述换刀转盘（501）设置在主轴箱（3）内，所述换刀转盘（501）在转盘驱动装置的驱动下，沿换刀旋转轴线（502）旋转，所述换刀旋转轴线（502）与主轴（4）的轴线相垂直；
换刀驱动轴（503），所述换刀驱动轴（503）一端与换刀转盘（501）中部连接，另一端与转盘驱动装置连接，用于带动换刀转盘（501）旋转；
一个以上的换位支架（504），所述一个以上的换位支架（504）呈环形阵列状分布在换刀转盘（501）的外缘，所述换位支架（504）包括：与换刀转盘（501）固定连接的固定部（504a），与固定部（504a）转动连接的换位部（504b），以及驱动换位部（504b）转动用的换位驱动；
一个以上的刀具（505），分别对应的可拆卸的安装在各个换位部（504b）上；
换刀夹爪结构（506），所述换刀夹爪结构（506）设置在主轴箱（3）下方，换刀夹爪结构（506）包括液压伸缩杆（506a）和夹爪（506b），所述夹爪（506b）设有一对开口方向相反的夹持部（506c），所述一对夹持部（506c）分别设置在夹爪（506b）两端，所述液压伸缩杆（506a）通过旋转装置（506d）与主轴箱（3）的底板（301）连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有自动换刀装置的加工中心，其特征在于：所述一对夹持部（506c）到旋转装置（506d）旋转中心轴的距离相同。
3.根据权利要求1所述的一种具有自动换刀装置的加工中心，其特征在于：所述换位部（504b）包括正常状态和换刀状态，所述正常状态时换位部（504b）与固定部（504a）平行并重叠；所述换刀状态时换位部（504b）与固定部（504a）垂直，且所述换位支架（504）呈L形。
4.根据权利要求3所述的一种具有自动换刀装置的加工中心，其特征在于：所述刀具（505）垂直安装在换位部（504b），所述正常状态时刀具（505）与主轴（4）相垂直；所述换刀状态时刀具（505）与主轴（4）相平行。
5.根据权利要求4所述的一种具有自动换刀装置的加工中心，其特征在于：所述换刀状态时，所述夹爪（506b）的其中一夹持部（506c）用于与刀具（505）卡合连接，另一夹持部（506c）用于与主轴（4）上的原始刀具（6）卡合连接。
6.根据权利要求1所述的一种具有自动换刀装置的加工中心，其特征在于：所述夹持部（506c）设有电磁吸引装置（506e）。
7.根据权利要求1所述的一种具有自动换刀装置的加工中心，其特征在于：所述转盘驱动装置为伺服电机。
8.根据权利要求1-7任一项所述的一种具有自动换刀装置的加工中心的工作方法，其特征在于：包括以下步骤：
根据设定的加工工序和加工要求，控制系统自动判定各阶段需使用的刀具种类和各阶段的换刀时间点，换刀时，控制系统发出指令暂停加工动作，驱动主轴箱（3）、主轴（4）及原始刀具（6）上升，脱离工件；
控制系统发出指令给换刀装置（5），换刀转盘（501）在转盘驱动装置的驱动下转动，并根据控制系统的指令转动至对应位置，使所需的刀具（505）移动至换刀工位，此时所需的刀具（505）和其他的刀具（505）对应的换位部（504b）均处于正常状态；
控制系统发出指令，使所需的刀具（505）对应的换位驱动运行，驱动所需的刀具（505）对应的换位部（504b）转动至换刀状态，所需的刀具（505）从与主轴（4）相垂直变为与主轴（4）平行；
控制系统发出指令给换刀夹爪结构（506），旋转装置（506d）运行，带动夹爪（506b）旋转至设定位置，夹爪（506b）的一对夹持部（506c）分别卡合所需的刀具（505）和原始刀具（6）；
控制系统发出指令使夹持部（506c）的电磁吸引装置（506e）运行，吸附所需的刀具（505）和原始刀具（6）；
控制系统发出指令使液压伸缩杆（506a）伸长，夹爪（506b）带动所需的刀具（505）和原始刀具（6）一起移动，使所需的刀具（505）脱离换位部（504b），原始刀具（6）脱离主轴（4）；
控制系统发出指令使旋转装置（506d）运行，带动夹爪（506b）旋转，使所需的刀具（505）和原始刀具（6）换位，即将所需的刀具（505）移动至主轴（4），将原始刀具（6）移动至换位部（504b）；
控制系统发出指令使液压伸缩杆（506a）收缩，夹爪（506b）带动所需的刀具（505）和原始刀具（6）一起移动，使所需的刀具（505）卡入主轴（4），原始刀具（6）卡入换位部（504b）；
控制系统发出指令使夹持部（506c）的电磁吸引装置（506e）停止，松开所需的刀具（505）和原始刀具（6）；
控制系统发出指令使夹爪（506b）复位：旋转装置（506d）运行，带动夹爪（506b）旋转脱离所需的刀具（505）和原始刀具（6）；
控制系统发出指令使换位部（504b）带动原始刀具（6）复位至正常状态；
完成换刀，控制系统发出指令驱动主轴箱（3）、主轴（4）及所需的刀具（505）下降，至工件的加工位置继续加工动作。
9.根据权利要求8所述的一种具有自动换刀装置的加工中心的工作方法，其特征在于：所述换刀工位即所述换刀转盘（501）的最下端。
10.根据权利要求8所述的一种具有自动换刀装置的加工中心的工作方法，其特征在于：所述换刀转盘（501）上每个换位支架（504）及刀具（505）的位置均被控制系统识别，所述控制系统直接发出指令，指定所需刀具移动至换刀工位。
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