CN112022386B - 一种实现自动换刀的种植机刀库及自动化换刀方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种实现自动换刀的种植机刀库，包括刀库室，刀库室侧面设有可开合的刀库门，刀库室内部设有刀架基座，刀架基座上设有旋转机构，旋转机构上设有圆盘刀架，圆盘刀架上设有若干层沿其周向均布的刀具座，刀库室内还设有刀库支架，刀库支架上设有升降机构和按压机构，按压机构布置在圆盘刀架上方，通过升降机构实现按压机构的升降调整，进而通过按压机构实现与种植机机械臂上换刀键的按压配合，圆盘刀架和刀库门之间设有用于对准种植机机械臂上刀具的对刀仪。本发明能配合实现种植机机械臂的自动化换刀需求，大大提升植机刀库系统的自动化程度，提高种植牙加工效率，降低生产成本。本发明还提出一种自动化换刀方法。

Description

一种实现自动换刀的种植机刀库及自动化换刀方法

技术领域

本发明涉及一种实现自动换刀的种植机刀库及自动化换刀方法，属于牙科技术领域。

背景技术

种植牙是一种以植入骨组织内的下部结构为基础来支持、固位上部牙修复体的缺牙修复方式，它包括下部支持种植体和上部牙修复体两部分。种植体采用人工材料(如金属、陶瓷等)制成，经手术方法植入组织内(通常是上下颌)并获得骨组织牢固的固位支持，通过特殊的装置和方式来连接支持牙修复体。种植牙能够获得与天然牙相似的功能与结构，并且外表美观，修复效果好，已经成为越来越多缺牙患者的首选修复方式。

随着计算机技术的迅速发展，结合CAD/CAM及数控加工技术，种植体系统的加工生产越来越向数字化、微型化、个性化发展，其生产过程更智能、更环保、更节能。种植牙的自动化加工过程中，需要使用多种不同的刀具。因此，刀库系统是提供所需之储刀及换刀需求的一种重要装置，其自动换刀机构及可以储放多把刀头的刀库，改变了传统以人为主的换刀方式。

现有的种植机刀库系统还处于开发阶段，一方面是由于种植机机械臂在进行换刀时需手动按压换刀键以松开刀具，另一方面是由于种植机机械臂上的刀具安装孔即使松开后也具有一定摩擦力，使得刀具无法自主脱开，需要一定拉力辅助刀具脱开。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提出一种实现自动换刀的种植机刀库，其能配合实现种植机机械臂的自动化换刀需求，大大提升种植机刀库系统的自动化程度，提高种植牙加工效率，降低生产成本。

为实现上述目的，本发明的一种实现自动换刀的种植机刀库，包括刀库室，刀库室侧面设有可开合的刀库门，刀库室内部设有刀架基座，刀架基座上设有旋转机构，旋转机构上设有圆盘刀架，圆盘刀架上设有若干层沿其周向均布的刀具座，刀库室内还设有刀库支架，刀库支架上设有升降机构和按压机构，按压机构通过升降机构实现升降调整，按压机构与种植机机械臂上的换刀键按压配合。

进一步地，刀库支架包括一对竖支杆，竖支杆的底部固定在刀库室的底部，两侧竖支杆之间连接有横支板，升降机构包括设置在横支板上的双作用缸，双作用缸的活塞杆朝向刀库室底部设置，双作用缸的活塞杆端部设有连接板，按压机构包括设置在连接板下方的单作用缸，单作用缸的活塞杆朝向刀库室底部设置。

进一步地，单作用缸设有若干个，单作用缸的数量与刀具座的层数相同且分别位于各层刀具座连成的圆周上。

进一步地，连接板的底部设有直线导轨，单作用缸缸体的端部设有滑块，单作用缸通过滑块滑移连接在直线导轨上，连接板上设有用于驱动滑块滑动的伺服电机。

进一步地，圆盘刀架上的各层刀具座的数量由内向外成倍数增长，刀具座的层数为1～3层。

进一步地，刀架基座的顶部设有安装座，旋转机构包括设置在安装座下方的动力源，安装座的中心处设有滚珠轴承和圆锥滚子轴承，圆盘刀架底部设有刀架主轴，刀架主轴向下延伸穿过滚珠轴承和圆锥滚子轴承并通过联轴器连接在动力源上。

进一步地，刀具座包括设置在圆盘刀架上的固定座，固定座上设有一对对称布置的弓字形夹块，弓字形夹块通过销轴转动连接在固定座上，弓字形夹块位于固定座上的一端连接有压簧，弓字形夹块远离固定座的一侧设有固定块，固定块的内侧具有用于配合实现刀具夹持的弧形槽。

进一步地，刀库门的两平行侧边上分别设有滑块，刀库室的内壁上设有与两侧滑块配合的滑轨，刀库室内设有用于实现刀库门开合控制的拉伸机构。

本发明还提出一种自动化换刀方法，包括以下步骤：

S1：圆盘刀架在旋转机构的驱动下转动，使相应的刀具座移至按压机构下方，到达对应的刀具位；

S2：种植机机械臂带动刀具移动至对应的刀具座与按压机构之间，种植机机械臂下降使刀具进入刀具座，完成夹持定位；

S3：升降机构带动按压机构下降至按压机构抵住并按压种植机机械臂上的换刀键，使刀具安装孔松开刀具，而后种植机机械臂上升至刀具与刀具安装孔完全脱离，此过程中按压机构保持按压换刀键，脱离后升降机构带动按压机构上升复位，完成换刀；

S4：圆盘刀架再次转动，使另一相应的刀具座移至按压机构的下方，种植机机械臂移动至对应的刀具座和按压机构之间；

S5：升降机构带动按压机构下降至按压机构抵住并按压种植机机械臂上的换刀键，使刀具安装孔松开，种植机机械臂下降至刀具进入刀具安装孔，此过程中按压机构保持按压换刀键，而后升降机构带动按压机构上升复位，种植机机械臂上移带动刀具脱离刀具座，完成取刀。

本发明的一种实现自动换刀的种植机刀库一方面采用沿径向设置多层刀具座的圆盘式刀库，大大提升刀库容量，以满足种植机各种加工需求，另一方面采用弹性刀座加持刀具与按钮按压保持装置的配合实现种植机机械臂的自动化换刀需求，大大提升植机刀库系统的自动化程度，提高加工效率，降低生产成本。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步描写和阐述。

图1是本发明首选实施方式的一种实现自动换刀的种植机刀库的刀库门关闭状态下的正视图；

图2是本发明首选实施方式的一种实现自动换刀的种植机刀库的刀库门关闭状态下的侧视图；

图3是本发明首选实施方式的一种实现自动换刀的种植机刀库的刀库门打开状态下的正视图；

图4是本发明首选实施方式的一种实现自动换刀的种植机刀库的俯视图；

图5是图4中A处的放大图。

附图标记：101、圆盘刀架；102、刀架基座；103、刀架主轴；104、动力源；105、联轴器；106、滚珠轴承；107、圆锥滚子轴承；108、安装座；109、刀具座；110、固定座；111、弓字形夹块；112、销轴；113、压簧；114、固定块；201、竖支杆；202、横支板；203、连接板；204、单作用缸；205、双作用缸；301、刀库室；302、刀库门；303、滑轨；304、滑座；305、拉伸机构；401、对刀仪；402、机械臂；403、刀具。

具体实施方式

下面将结合附图、通过对本发明的优选实施方式的描述，更加清楚、完整地阐述本发明的技术方案。

实施例1：如图1和图2所示，本发明首选实施方式的一种实现自动换刀的种植机刀库，包括刀库室301，刀库室301侧面设有可开合的刀库门302，刀库门302竖直方向的两侧边上分别设有滑块，刀库室301的内壁上设有与两侧滑块配合的滑轨303。刀库室301内设有拉伸机构305，拉伸机构305可以采用电机、气缸或液缸，本实施例中采用液缸。拉伸机构305的两端分别铰接在刀库门302内侧和刀库室301底部，通过拉伸机构305的伸缩实现刀库门302的开合控制。

如图1和图2所示，刀库室301内部设有刀架基座102，刀架基座102上设有旋转机构，旋转机构上设有圆盘刀架101，圆盘刀架101上设有三层沿其周向均布的刀具座109，圆盘刀架101和刀库门302之间设有用于对准种植机机械臂402上刀具403的对刀仪401。旋转机构包括设置在安装座108下方的动力源104，动力源104可以采用旋转电机、旋转气缸或旋转液缸，本实施例中采用旋转电机。刀架基座102的顶部设有安装座108，安装座108的中心处设有滚珠轴承106和圆锥滚子轴承107，圆盘刀架101底部设有刀架主轴103，刀架主轴103向下延伸穿过滚珠轴承106和圆锥滚子轴承107并通过联轴器105连接在旋转电机上，由旋转电机驱动圆盘刀架101转动。

如图1和图3所示，刀库室301内设有刀库支架，刀库支架上设有升降机构，升降机构通过刀库支架安装在圆盘刀架101上方，升降机构上设有用于与种植机机械臂402的换刀键配合的按压机构，通过按压机构按压换刀键使刀具安装孔松开刀具403。刀库支架包括一对竖支杆201，竖支杆201的底部固定在刀库室301的底部，两侧竖支杆201之间连接有横支板202。升降机构包括设置在横支板202上的双作用缸205，双作用缸205可以采用电机、气缸或者液缸，本实施例中采用气缸。气缸的活塞杆朝向刀库室301底部设置，气缸的活塞杆端部设有连接板203。按压机构包括设置在连接板203下方的单作用缸204，单作用缸204可以采用弹簧气缸，采用弹簧气缸实现换刀键的按压，一方面按压跟随性高，另一方面弹性按压对换刀键的保护度较高，不容易造成过度按压导致按键损伤，有效提高按键的使用寿命。弹簧气缸的活塞杆朝向刀库室301底部设置，弹簧气缸的活塞杆随种植机机械臂402的运动保持对种植机机械臂402换刀键的按压跟随。弹簧气缸的数量为三个，与刀具座109的层数相同。并且每个弹簧气缸分别位于各层刀具座109连成的圆周上。

如图4所示，圆盘刀架101上的各层刀具座109的数量由内向外成倍数增长，在本实施例中，内层刀具座109的数量为五个，中层刀具座109的数量为十个，外层刀具座109的数量为二十个。

如图5所示，刀具座109包括设置在圆盘刀架101上的固定座110，固定座110上设有一对对称布置的弓字形夹块111，弓字形夹块111通过销轴112转动连接在固定座110上，两侧弓字形夹块111位于固定座110上的一端之间连接有压簧113，弓字形夹块111远离固定座110的一侧设有固定块114，固定块114的内侧具有弧形槽，两侧固定块114配合用于夹持刀具403。弧形槽的内侧可以设置橡胶涂层，减少夹持损伤同时增大摩擦力。

实施例2：一种实现自动换刀的种植机刀库，与实施例1的区别在于，弹簧气缸的数量为一个，连接板203的底部设有直线导轨，弹簧气缸缸体的端部设有滑块，弹簧气缸通过滑块滑移连接在直线导轨上，连接板203上设有用于驱动滑块滑动的伺服电机。通过伺服电机实现滑块在直线导轨上的滑动控制，从而实现弹簧气缸在三个个换刀位之间的切换。

本发明还提出一种自动化换刀方法，包括以下步骤：

S1：刀库门打开，圆盘刀架101在旋转机构的驱动下转动，使相应的刀具座109移至单作用缸204的下方，到达对应的刀具403位(在实施例2中，通过伺服电机将单作用缸204调整至换刀位)；

S2：种植机机械臂402带动刀具403移动至对应的刀具座109与单作用缸204之间，种植机机械臂402下降使刀具403进入刀具座109，完成夹持定位；

S3：升降机构带动单作用缸204下降至其活塞杆抵住并按压种植机机械臂402上的换刀键，使刀具安装孔松开刀具403，种植机机械臂402上升至刀具403与刀具安装孔完全脱离，此过程中由于种植机机械臂402的上升运动，单作用缸204保持抵住按压换刀键，脱离后升降机构带动单作用缸204上升复位，完成换刀；

S4：圆盘刀架101再次转动，使另一相应的刀具座109移至单作用缸204的正下方，种植机机械臂402移动至对应的刀具座109和单作用缸204之间(在实施例2中，通过伺服电机将单作用缸204调整至换刀位)；

S5：升降机构带动单作用缸204下降至其活塞杆抵住并按压种植机机械臂402上的换刀键，并且单作用缸204过度按压换刀键，使刀具安装孔松开，种植机机械臂402下降至刀具403进入刀具安装孔，在此过程中单作用缸204由于之前的过度按压运动而始终保持抵住按压换刀键，而后升降机构上升松开换刀键并恢复原位，种植机机械臂402上移带动刀具403脱离刀具座109，完成取刀；

S6：取刀后种植机机械臂402通过对刀仪401实现换刀定位，并退出刀库室301，刀库门302关闭。

本发明的一种实现自动换刀的种植机刀库的刀库容量大，采用沿径向设置多层刀具座的圆盘式刀库，大大提升刀库容量，以满足种植机各种加工需求；自动化程度高，通过储刀部与换刀部的配合实现种植机机械臂的自动化换刀需求，改变传统以人为主的换刀方式，大大提升植机刀库系统的自动化程度，提高种植牙加工效率，降低生产成本；换刀速度快，一方面采用弹性按压装置实现刀臂换刀键的弹性按压，按压跟随性高，同时提高换刀键的使用寿命，另一方面采用弹性刀具夹座实现刀具的夹持，保证夹持力的同时减少刀具损伤，换刀进程可控性高，操作简单，稳定性强，有效提高换刀效率，节约人力和时间成本。

上述具体实施方式仅仅对本发明的优选实施方式进行描述，而并非对本发明的保护范围进行限定。在不脱离本发明设计构思和精神范畴的前提下，本领域的普通技术人员根据本发明所提供的文字描述、附图对本发明的技术方案所作出的各种变形、替代和改进，均应属于本发明的保护范畴。本发明的保护范围由权利要求确定。

Claims (8)

1.一种实现自动换刀的种植机刀库，其特征在于，包括刀库室，所述刀库室侧面设有可开合的刀库门，所述刀库室内部设有刀架基座，所述刀架基座上设有旋转机构，所述旋转机构上设有圆盘刀架，所述圆盘刀架上设有若干层沿其周向均布的刀具座，所述刀库室内还设有刀库支架，所述刀库支架上设有升降机构和按压机构所述按压机构通过升降机构实现升降调整，所述按压机构与种植机机械臂上的换刀键按压配合，所述刀库支架包括一对竖支杆，所述竖支杆的底部固定在刀库室的底部，两侧所述竖支杆之间连接有横支板，所述升降机构包括设置在横支板上的双作用缸，所述双作用缸的活塞杆朝向刀库室底部设置，所述双作用缸的活塞杆端部设有连接板，所述按压机构包括设置在连接板下方的单作用缸，所述单作用缸的活塞杆朝向刀库室底部设置。

2.如权利要求1所述的一种实现自动换刀的种植机刀库，其特征在于，所述单作用缸设有若干个，所述单作用缸的数量与刀具座的层数相同且分别位于各层刀具座连成的圆周上。

3.如权利要求1所述的一种实现自动换刀的种植机刀库，其特征在于，所述连接板的底部设有直线导轨，所述单作用缸缸体的端部设有滑块，所述单作用缸通过滑块滑移连接在直线导轨上，所述连接板上设有用于驱动滑块滑动的伺服电机。

4.如权利要求1所述的一种实现自动换刀的种植机刀库，其特征在于，所述圆盘刀架上的各层刀具座的数量由内向外成倍数增长，所述刀具座的层数为1～3层。

5.如权利要求1所述的一种实现自动换刀的种植机刀库，其特征在于，所述刀架基座的顶部设有安装座，所述旋转机构包括设置在安装座下方的动力源，所述安装座的中心处设有滚珠轴承和圆锥滚子轴承，所述圆盘刀架底部设有刀架主轴，所述刀架主轴向下延伸穿过滚珠轴承和圆锥滚子轴承并通过联轴器连接在动力源上。

6.如权利要求1所述的一种实现自动换刀的种植机刀库，其特征在于，所述刀具座包括设置在圆盘刀架上的固定座，所述固定座上设有一对对称布置的弓字形夹块，所述弓字形夹块通过销轴转动连接在固定座上，所述弓字形夹块位于固定座上的一端连接有压簧，所述弓字形夹块远离固定座的一侧设有固定块，所述固定块的内侧具有用于配合实现刀具夹持的弧形槽。

7.如权利要求1所述的一种实现自动换刀的种植机刀库，其特征在于，所述刀库门的两平行侧边上分别设有滑块，所述刀库室的内壁上设有与两侧滑块配合的滑轨，所述刀库室内设有用于实现刀库门开合控制的拉伸机构。

8.一种自动化换刀方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：圆盘刀架在旋转机构的驱动下转动，使相应的刀具座移至按压机构下方，到达对应的刀具位；

S2：种植机机械臂带动刀具移动至对应的刀具座与按压机构之间，种植机机械臂下降使刀具进入刀具座，完成夹持定位；

S3：升降机构带动按压机构下降至按压机构抵住并按压种植机机械臂上的换刀键，使刀具安装孔松开刀具，而后种植机机械臂上升至刀具与刀具安装孔完全脱离，此过程中按压机构保持按压换刀键，脱离后升降机构带动按压机构上升复位，完成换刀；

S4：圆盘刀架再次转动，使另一相应的刀具座移至按压机构的下方，种植机机械臂移动至对应的刀具座和按压机构之间；

S5：升降机构带动按压机构下降至按压机构抵住并按压种植机机械臂上的换刀键，使刀具安装孔松开，种植机机械臂下降至刀具进入刀具安装孔，此过程中按压机构保持按压换刀键，而后升降机构带动按压机构上升复位，种植机机械臂上移带动刀具脱离刀具座，完成取刀。

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