CN114310425A - 一种平置式刀库快速换刀结构及其换刀方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平置式刀库快速换刀结构及其换刀方法，包括刀库、取刀机构和换刀机构，刀库包括至少两个第一刀夹，以及用于驱动第一刀夹移动至备刀工位的第一刀夹驱动机构；换刀机构包括换刀臂和第一移载机构，第一移载机构与换刀臂相连，用于驱动换刀臂在取刀等待工位与换刀等待工位之间往复移动，换刀臂包括至少两个第二刀夹，以及用于驱动第二刀夹旋转至正对取刀工位或换刀工位的第二刀夹驱动机构；取刀机构包括取刀套和第二移载机构，第二移载机构与取刀套相连，用于驱动取刀套在备刀工位与取刀工位之间往复移动，使取刀套抓取或卸载位于第一刀夹、第二刀夹上的刀柄。本发明换刀耗时短，换刀效率高。

Description

一种平置式刀库快速换刀结构及其换刀方法

技术领域

本发明涉及数控机床技术领域，尤其涉及一种平置式刀库快速换刀结构及其换刀方法。

背景技术

数控机床加工中心已广泛应用于航空航天、轨道交通、汽车以及一些民用领域中工件的加工。

数控机床加工中心一般采用平置式刀库，包括平置圆盘刀库及平置链式刀库。现有平置式刀库的换刀过程较为复杂，首先将加工过程中需要使用的刀具随夹持其的刀柄按一定方式放入刀库，换刀时当主轴存在刀柄及其夹持的刀具时，主轴先移动到换刀工位，将刀柄及其夹持的刀具还回刀库，再移出换刀工位，接着刀库选刀，主轴再移动到换刀工位取刀。这种换刀方式消耗的换刀时间较长，影响加工节拍，不利于生产效率的提升。

因此，如何提升数控机床加工中心的换刀效率，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，提供一种平置式刀库快速换刀结构及其换刀方法，换刀耗时短，换刀效率高。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种平置式刀库快速换刀结构，包括刀库、取刀机构和换刀机构，

所述刀库包括至少两个第一刀夹，以及用于驱动所述第一刀夹移动至备刀工位的第一刀夹驱动机构；

所述换刀机构包括换刀臂和第一移载机构，所述第一移载机构与换刀臂相连，用于驱动所述换刀臂在取刀等待工位与换刀等待工位之间往复移动，所述换刀臂包括至少两个第二刀夹，以及用于驱动所述第二刀夹旋转至正对取刀工位或换刀工位的第二刀夹驱动机构；

所述取刀机构包括取刀套和第二移载机构，所述第二移载机构与取刀套相连，用于驱动取刀套在备刀工位与取刀工位之间往复移动，使所述取刀套抓取或卸载位于所述第一刀夹、第二刀夹上的刀柄。

作为上述方案的改进，所述取刀套包括缸体、滚珠和拉杆，所述拉杆设于所述缸体内，且能够沿所述缸体的轴向滑动，所述缸体侧壁设有滚珠孔，所述拉杆设有与滚珠孔对应的外滚珠槽；

所述刀柄设有与所述缸体连接的接头，所述接头套设在所述缸体外，且所述接头的内壁开设有内滚珠槽，所述内滚珠槽与所述接头端部设有预设距离，所述滚珠设于所述滚珠孔内，且当所述拉杆在缸体内轴向移动时，所述滚珠能够在内滚珠槽与外滚珠槽之间滑动。

作为上述方案的改进，所述拉杆的一端设有与所述缸体内壁滑动配合的活塞，所述拉杆外套设有弹性复位件，所述弹性复位件张抵于所述活塞与缸体之间，所述缸体在所述活塞远离所述弹性复位件的一侧设有缸盖，所述活塞、缸盖及缸体形成压力腔，所述缸盖上设有与所述压力腔连通的进气口或进液口。

作为上述方案的改进，当所述压力腔通入气压或液压，驱动所述活塞向背离所述缸盖一侧移动，所述滚珠滑入所述外滚珠槽内，所述滚珠与所述接头的内壁脱离；

当所述压力腔停止通入气压或液压，所述弹性复位件驱动所述活塞向靠近所述缸盖一侧移动，所述滚珠与所述拉杆外壁抵接，且滑入所述接头的内滚珠槽内。

作为上述方案的改进，所述缸体上设有定位座，所述定位座设有与所述接头相适配的容纳腔，所述定位座上设有弹性定位珠，当所述接头伸入所述容纳腔时，所述弹性定位珠与所述接头外壁抵接。

作为上述方案的改进，所述第二移载机构包括推刀机构，所述推刀机构包括第一驱动缸和安装板，所述安装板与所述取刀套相连，且与所述第一驱动缸的驱动端连接，所述第一驱动缸用于驱动所述取刀套在备刀工位与取刀工位之间往复移动，使所述第一刀夹或第二刀夹夹取所述取刀套上的刀柄。

作为上述方案的改进，所述安装板包括第一安装板和第二安装板，所述第一安装板与所述第一驱动缸的驱动端连接，所述第二安装板与所述取刀套的缸体固定，所述第一安装板与所述第二安装板滑动连接，所述第二安装板能够相对所述第一安装板沿所述取刀套的轴向滑动；

所述第二移载机构还包括轴向驱动机构，所述轴向驱动机构包括第二驱动缸，所述第二驱动缸与所述第一安装板固定，所述第一安装板上设有与之铰接的驱动臂，所述驱动臂的一端与所述第二驱动缸的驱动端连接，另一端与所述第二安装板相连，所述第二驱动缸的驱动端伸缩驱动所述第二安装板沿所述取刀套的轴向滑动。

作为上述方案的改进，所述第一驱动缸与基板固定，所述第一安装板与所述基板滑动连接，所述基板上设有限位块，当所述第一驱动缸驱动所述取刀套移动至备刀工位时，所述第一安装板与所述限位块抵接。

此外，本发明还提供了一种基于上述平置式刀库快速换刀结构的换刀方法，包括

第一刀夹驱动机构将夹持有目标刀柄的第一刀夹移动至备刀工位，第一移载机构驱动换刀臂移动至取刀等待工位，且第二刀夹驱动机构驱动第二刀夹旋转至正对取刀工位；

第二移载机构驱动取刀套在备刀工位抓取第一刀夹上的目标刀柄，并移动至取刀工位，使第二刀夹夹持目标刀柄，取刀套卸载第二刀夹上的目标刀柄；

第一移载机构驱动换刀臂移动至换刀等待工位，第二刀夹驱动机构驱动空载的第二刀夹旋转至正对换刀工位；

主轴移动至换刀工位，使空载的第二刀夹夹持待还刀柄，第二刀夹驱动机构驱动夹持有目标刀柄的第二刀夹旋转至换刀工位，使主轴完成换刀。

作为上述方案的改进，还包括

第一移载机构驱动换刀臂移动至取刀等待工位，且第二刀夹驱动机构驱动第二刀夹旋转至正对取刀工位；

第二移载机构驱动取刀套在取刀工位抓取第二刀夹上的待还刀柄，并移动至备刀工位，使第一刀夹夹持待还刀柄，取刀套卸载第一刀夹上的待还刀柄。

实施本发明，具有如下有益效果：

本发明提供了一种平置式刀库快速换刀结构，通过改变换刀工位的位置，在刀库与主轴之间设置取刀机构和换刀机构，在主轴移动至换刀工位前，就完成了备刀、取刀及换刀等待工作，主轴移动至换刀工位时换刀臂上空载的第二刀夹可以直接夹持待还刀柄，并将目标刀柄转动至换刀工位，使主轴完成换刀；

整个换刀过程主轴不必等待还刀、备刀过程，且换刀过程主轴产生的位移少，大大减少了换刀消耗时长，帮助提升生产效率。

附图说明

图1是本发明一种平置式刀库快速换刀结构一实施例的结构示意图；

图2是图1的立体结构示意图；

图3是图2的换刀机构的结构示意图；

图4是图2的取刀套抓取刀柄时的纵截面结构示意图；

图5是图2的第二移载机构的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

如图1和图2所示，本发明提供了一种平置式刀库1快速换刀结构的一实施例，包括刀库1、取刀机构2和换刀机构3。所述刀库1包括至少两个第一刀夹11，以及用于驱动所述第一刀夹11移动至备刀工位的第一刀夹驱动机构12。所述换刀机构3包括换刀臂31和第一移载机构32，所述第一移载机构32与换刀臂31相连，用于驱动所述换刀臂31在取刀等待工位与换刀等待工位之间往复移动；结合图3，所述换刀臂31包括两个第二刀夹311，以及用于驱动所述第二刀夹311旋转至正对取刀工位或换刀工位的第二刀夹驱动机构312。所述取刀机构2包括取刀套21和第二移载机构22，所述第二移载机构22与取刀套21相连，用于驱动取刀套21在备刀工位与取刀工位之间往复移动，使所述取刀套21抓取或卸载位于所述第一刀夹11、第二刀夹311上的刀柄4。

本实施例通过改变换刀工位的位置，在刀库1与主轴之间设置取刀机构2和换刀机构3，在主轴移动至换刀工位前，就完成了备刀、取刀及换刀等待工作，主轴移动至换刀工位时换刀臂31上空载的第二刀夹311可以直接夹持待还刀柄4，并将目标刀柄4转动至换刀工位，使主轴完成换刀。整个换刀过程主轴不必等待还刀、备刀过程，且换刀过程主轴产生的位移少，大大减少了换刀消耗时长，帮助提升生产效率。

结合图4，本实施例的取刀套21具体包括缸体211、滚珠212和拉杆213，所述拉杆213设于所述缸体211内，且能够沿所述缸体211的轴向滑动。所述缸体211侧壁设有滚珠孔，所述拉杆213设有与滚珠孔对应的外滚珠槽213a。所述刀柄4设有与所述缸体211连接的接头41，所述接头41套设在所述缸体211外，且所述接头41的内壁开设有内滚珠槽411，所述内滚珠槽411与所述接头41端部设有预设距离。所述滚珠212设于所述滚珠孔内，且当所述拉杆213在缸体211内轴向移动时，所述滚珠212能够在内滚珠槽411与外滚珠槽213a之间滑动。

具体地，所述拉杆213的一端设有与所述缸体211内壁滑动配合的活塞214，所述拉杆213外套设有弹性复位件215，所述弹性复位件215张抵于所述活塞214与缸体211之间，所述缸体211在所述活塞214远离所述弹性复位件215的一侧设有缸盖216，所述活塞214、缸盖216及缸体211形成密封的压力腔，所述缸盖216上设有与所述压力腔连通的进气口或进液口。

当所述压力腔通入气压或液压，驱动所述活塞214向背离所述缸盖216一侧移动，所述滚珠212滑入所述外滚珠槽213a内，所述滚珠212与所述接头41的内壁脱离。此时，驱动取刀套21向远离刀柄4的一端移动，能够使整个取刀套21与刀柄4分离。

当所述压力腔停止通入气压或液压，所述弹性复位件215驱动所述活塞214向靠近所述缸盖216一侧移动，所述滚珠212与所述拉杆213外壁抵接，且滑入所述接头41的内滚珠槽411内。此时，滚珠孔内的滚珠212与内滚珠槽411的顶部斜面抵接，实现夹紧刀柄4。

所述缸体211上设有定位座217，所述定位座217设有与所述接头41相适配的容纳腔，所述定位座217上设有弹性定位珠218，当所述接头41伸入所述容纳腔时，所述弹性定位珠218与所述接头41外壁抵接。为方便定位装配，所述接头41的外壁优选为圆台面。接头41伸入所述容纳腔时，该弹性定位珠218顶住接头41外壁，可以对取刀套21起到定位作用，进一步保证整个取刀套21的夹紧力，避免刀柄4掉落。

本实施例的刀柄4(包括待还刀柄4与目标刀柄4)均在所述接头41下方的外壁设有限位槽42，所述第一刀夹11、所述第二刀夹311上均设有与所述限位槽42相适配的卡位凸起。其中，为便于第二刀夹311上的刀柄4进出，所述第二刀夹311在所述卡位凸起的两端还设有与限位槽42滑动配合的导向轮313。

结合图5，所述第二移载机构22包括推刀机构，所述推刀机构包括第一驱动缸221和安装板，所述安装板与所述取刀套21相连，且与所述第一驱动缸221的驱动端连接，所述第一驱动缸221用于驱动所述取刀套21在备刀工位与取刀工位之间往复移动，使所述第一刀夹11或第二刀夹311夹取所述取刀套21上的刀柄4。

本实施例的第一驱动缸221具体与基板222固定，所述安装板与所述基板222滑动连接。所述基板222上设有限位块223，当所述第一驱动缸221驱动所述取刀套21移动至备刀工位时，第一安装板224与限位块223抵接。

所述安装板包括第一安装板224和第二安装板225，所述第一安装板224与所述第一驱动缸221的驱动端连接，所述第二安装板225与所述取刀套21的缸体211固定，所述第一安装板224与所述第二安装板225滑动连接，所述第二安装板225能够相对所述第一安装板224沿所述取刀套21的轴向滑动。所述第二移载机构22还包括轴向驱动机构，所述轴向驱动机构包括第二驱动缸226，所述第二驱动缸226与所述第一安装板224固定，所述第一安装板224上设有与之铰接的驱动臂227，所述驱动臂227的一端与所述第二驱动缸226的驱动端连接，另一端与所述第二安装板225相连，所述第二驱动缸226的驱动端伸缩驱动所述第二安装板225与取刀套21沿所述取刀套21的轴向滑动。

当需要取刀套21卸载位于所述第一刀夹11或第二刀夹311上的刀柄4时，首先，将压力腔通入气压或液压，驱动活塞214向背离所述缸盖216一侧移动，使滚珠212滑入所述外滚珠槽213a内，滚珠212与所述接头41的内壁脱离，再使第二驱动缸226驱动驱动第二安装板225与取刀套21向远离刀柄4的一端滑动，让整个取刀套21将与刀柄4分离。

当需要取刀套21抓取位于第一刀夹11或第二刀夹311上的刀柄4时，首先，将第二驱动缸226驱动驱动第二安装板225与取刀套21向靠近刀柄4的一端滑动，让刀柄4的接头41伸入定位座217的容纳腔，且套设在缸体211外；继而停止向压力腔通入气压或液压，弹性复位件215将驱动所述活塞214向靠近所述缸盖216一侧移动，滚珠212与所述拉杆213外壁抵接，且滑入所述接头41的内滚珠槽411内，使滚珠孔内的滚珠212与内滚珠槽411的顶部斜面抵接，夹紧刀柄4；最后第一驱动缸221驱动取刀套21移动，使刀柄4冲破第一刀夹11或第二刀夹311的约束。

第一驱动缸221驱动抓取有刀柄4的取刀套21在备刀工位与取刀工位之间移动，使第一刀夹11或第二刀夹311夹持刀柄4，同时卸载位于所述第一刀夹11或第二刀夹311上的刀柄4，实现还刀与取刀。

本实施例的第一移载机构32包括基座321、滑座322、驱动电机323，齿条324和导轨325，所述齿条324与导轨325平行设置在所述滑座322上，所述换刀臂31与滑座322固定，所述基座321上设有与所述导轨325相适配的滑块，所述驱动电机323与基座321固定，其动力输出端设有与所述齿条324相适配的驱动齿。驱动电机323通过驱动齿驱动齿条324移动，使滑座322及其上的换刀臂31能够定向移动，实现换刀臂31的移载。

本实施例的第一刀夹驱动机构12与第二刀夹驱动机构312均为旋转驱动机构。

此外，本发明还公开了一种基于上述平置式刀库1快速换刀结构的换刀方法，包括以下步骤：

S1：第一刀夹驱动机构12将夹持有目标刀柄4的第一刀夹11移动至备刀工位；

第一移载机构32驱动换刀臂31移动至取刀等待工位，且第二刀夹驱动机构312驱动第二刀夹311旋转至正对取刀工位；

S2：第二移载机构22驱动取刀套21在备刀工位抓取第一刀夹11上的目标刀柄4，并移动至取刀工位，使第二刀夹311夹持目标刀柄4，取刀套21卸载第二刀夹311上的目标刀柄4；

S3：第一移载机构32驱动换刀臂31移动至换刀等待工位，且在主轴移动至换刀工位前，第二刀夹驱动机构312驱动空载的第二刀夹311旋转至正对换刀工位；

该步骤中，第二刀夹驱动机构312驱动空载的第二刀夹311旋转至正对换刀工位，可以在第一移载机构32驱动换刀臂31移动至换刀等待工位之前进行，也可以在换刀臂31移动至换刀等待工位过程中进行，还可以是换刀臂31移动至换刀等待工位之后进行，只要在主轴移动至换刀工位前完成即可。

S4：主轴移动至换刀工位，使空载的第二刀夹311夹持待还刀柄4，第二刀夹驱动机构312驱动夹持有目标刀柄4的第二刀夹311旋转至换刀工位，使主轴完成换刀；

S5：第一移载机构32驱动换刀臂31移动至取刀等待工位，且第二刀夹驱动机构312驱动第二刀夹311旋转至正对取刀工位；

该步骤中，第二刀夹驱动机构312驱动第二刀夹311旋转至正对取刀工位，可以在第一移载机构32驱动换刀臂31移动至取刀等待工位之前进行，也可以是在移动过程中进行，还可以在换刀臂31移动至取刀等待工位之后完成。

S6：第二移载机构22驱动取刀套21在取刀工位抓取第二刀夹311上的待还刀柄4，并移动至备刀工位，使第一刀夹11夹持待还刀柄4，取刀套21卸载第一刀夹11上的待还刀柄4。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种平置式刀库快速换刀结构，其特征在于，包括刀库、取刀机构和换刀机构，

所述刀库包括至少两个第一刀夹，以及用于驱动所述第一刀夹移动至备刀工位的第一刀夹驱动机构；

所述换刀机构包括换刀臂和第一移载机构，所述第一移载机构与换刀臂相连，用于驱动所述换刀臂在取刀等待工位与换刀等待工位之间往复移动，所述换刀臂包括至少两个第二刀夹，以及用于驱动所述第二刀夹旋转至正对取刀工位或换刀工位的第二刀夹驱动机构；

所述取刀机构包括取刀套和第二移载机构，所述第二移载机构与取刀套相连，用于驱动取刀套在备刀工位与取刀工位之间往复移动，使所述取刀套抓取或卸载位于所述第一刀夹、第二刀夹上的刀柄。

2.根据权利要求1所述的平置式刀库快速换刀结构，其特征在于，所述取刀套包括缸体、滚珠和拉杆，所述拉杆设于所述缸体内，且能够沿所述缸体的轴向滑动，所述缸体侧壁设有滚珠孔，所述拉杆设有与滚珠孔对应的外滚珠槽；

所述刀柄设有与所述缸体连接的接头，所述接头套设在所述缸体外，且所述接头的内壁开设有内滚珠槽，所述内滚珠槽与所述接头端部设有预设距离，所述滚珠设于所述滚珠孔内，且当所述拉杆在缸体内轴向移动时，所述滚珠能够在内滚珠槽与外滚珠槽之间滑动。

3.根据权利要求2所述的平置式刀库快速换刀结构，其特征在于，所述拉杆的一端设有与所述缸体内壁滑动配合的活塞，所述拉杆外套设有弹性复位件，所述弹性复位件张抵于所述活塞与缸体之间，所述缸体在所述活塞远离所述弹性复位件的一侧设有缸盖，所述活塞、缸盖及缸体形成压力腔，所述缸盖上设有与所述压力腔连通的进气口或进液口。

4.根据权利要求3所述的平置式刀库快速换刀结构，其特征在于，当所述压力腔通入气压或液压，驱动所述活塞向背离所述缸盖一侧移动，所述滚珠滑入所述外滚珠槽内，所述滚珠与所述接头的内壁脱离；

当所述压力腔停止通入气压或液压，所述弹性复位件驱动所述活塞向靠近所述缸盖一侧移动，所述滚珠与所述拉杆外壁抵接，且滑入所述接头的内滚珠槽内。

5.根据权利要求2所述的平置式刀库快速换刀结构，其特征在于，所述缸体上设有定位座，所述定位座设有与所述接头相适配的容纳腔，所述定位座上设有弹性定位珠，当所述接头伸入所述容纳腔时，所述弹性定位珠与所述接头外壁抵接。

6.根据权利要求1所述的平置式刀库快速换刀结构，其特征在于，所述第二移载机构包括推刀机构，所述推刀机构包括第一驱动缸和安装板，所述安装板与所述取刀套相连，且与所述第一驱动缸的驱动端连接，所述第一驱动缸用于驱动所述取刀套在备刀工位与取刀工位之间往复移动，使所述第一刀夹或第二刀夹夹取所述取刀套上的刀柄。

7.根据权利要求6所述的平置式刀库快速换刀结构，其特征在于，所述安装板包括第一安装板和第二安装板，所述第一安装板与所述第一驱动缸的驱动端连接，所述第二安装板与所述取刀套的缸体固定，所述第一安装板与所述第二安装板滑动连接，所述第二安装板能够相对所述第一安装板沿所述取刀套的轴向滑动；

所述第二移载机构还包括轴向驱动机构，所述轴向驱动机构包括第二驱动缸，所述第二驱动缸与所述第一安装板固定，所述第一安装板上设有与之铰接的驱动臂，所述驱动臂的一端与所述第二驱动缸的驱动端连接，另一端与所述第二安装板相连，所述第二驱动缸的驱动端伸缩驱动所述第二安装板沿所述取刀套的轴向滑动。

8.根据权利要求7所述的平置式刀库快速换刀结构，其特征在于，所述第一驱动缸与基板固定，所述第一安装板与所述基板滑动连接，所述基板上设有限位块，当所述第一驱动缸驱动所述取刀套移动至备刀工位时，所述第一安装板与所述限位块抵接。

9.一种基于权利要求1至8任一项所述的平置式刀库快速换刀结构的换刀方法，其特征在于，包括

第一刀夹驱动机构将夹持有目标刀柄的第一刀夹移动至备刀工位，第一移载机构驱动换刀臂移动至取刀等待工位，且第二刀夹驱动机构驱动第二刀夹旋转至正对取刀工位；

第二移载机构驱动取刀套在备刀工位抓取第一刀夹上的目标刀柄，并移动至取刀工位，使第二刀夹夹持目标刀柄，取刀套卸载第二刀夹上的目标刀柄；

第一移载机构驱动换刀臂移动至换刀等待工位，第二刀夹驱动机构驱动空载的第二刀夹旋转至正对换刀工位；

主轴移动至换刀工位，使空载的第二刀夹夹持待还刀柄，第二刀夹驱动机构驱动夹持有目标刀柄的第二刀夹旋转至换刀工位，使主轴完成换刀。

10.根据权利要求9所述的换刀方法，其特征在于，还包括

第一移载机构驱动换刀臂移动至取刀等待工位，且第二刀夹驱动机构驱动第二刀夹旋转至正对取刀工位；

第二移载机构驱动取刀套在取刀工位抓取第二刀夹上的待还刀柄，并移动至备刀工位，使第一刀夹夹持待还刀柄，取刀套卸载第一刀夹上的待还刀柄。

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