CN119057538A - 一种换刀臂、换刀机构及其换刀方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及换刀机构结构技术领域，尤其涉及一种换刀臂、换刀机构及其换刀方法，包括：刀臂体；两个卡爪部分设置在刀臂体的两端，刀臂转轴设置在刀臂体的中轴线上；两个卡爪部分围绕刀臂体的转动轴线朝向同一转动方向弯折形成Z型结构，卡爪部分与刀臂体围成的半封闭空间用于容纳刀具刀头，而扣刀口内刀具的轴线垂直于刀臂转轴设置；卡爪部分与刀臂体面向刀具一侧所形成的夹角呈直角或钝角。将换刀臂设置成Z型结构，换刀臂能够在垂直和水平方向上有效利用空间，实现有限的空间内的高效操作，减少了换刀臂与机床其他部件的干涉，避免在换刀过程中可能发生的碰撞，通过调整卡爪部分与刀臂体的夹角，以适应不同直径的刀具。

Description

一种换刀臂、换刀机构及其换刀方法

技术领域

本发明涉及换刀机构结构技术领域，尤其涉及一种换刀臂、换刀机构及其换刀方法。

背景技术

换刀机构是数控加工中心的重要组成部分，主要作用是在加工过程中自动更换刀具，以满足不同加工工序的需求，而换刀臂在换刀机构中扮演着至关重要的角色，它负责在加工过程中将刀具从刀库中取出并准确地安装到主轴上，或者将主轴上的刀具卸下并放回刀库。

现有技术中，换刀臂两端对称设有两个刀爪，通过刀爪解锁、平移扣刀、刀爪锁紧和拔刀等一系列动作实现取刀操作，并在一侧的刀爪取刀完成后，换刀臂会通过刀臂转轴进行旋转，使原本处于取刀位置的主动刀爪移动到放刀位置（如刀库中的空位），从而进行另一侧刀爪内刀具的还刀操作。

然而由于换刀臂的两个刀爪为对称设置，且刀爪内抓取的刀具与刀臂转轴的轴线相互平行，在面对大尺寸刀具换刀时，需要更换臂长较长的换刀臂，这个过程可能导致生产中断，从而影响生产效率，并且较长的换刀臂在机床内部占用了较大的空间，增加了在换刀过程中与其他机床部件的碰撞的风险，同时限制了机床的空间布局灵活性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种换刀臂、换刀机构及其换刀方法，有效解决背景技术中的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种换刀臂，包括：

刀臂体；

两个卡爪部分，设置在所述刀臂体的两端，其包括刀夹、及转动设置在所述刀夹内部的两个刀爪；所述刀夹远离所述刀臂体的一端设有弧形卡槽，且两个所述刀爪的端部凸出于所述刀夹，其凸出部分的内弧槽与所述弧形卡槽形成扣刀口，用于容纳刀具刀柄；

刀臂转轴，设置在所述刀臂体的中轴线上，用于带动所述刀臂体旋转换刀；

锁刀驱动组件，包括设置在所述刀臂体内的锁刀轴、松刀板和弹性驱动件，所述弹性驱动件设置在所述锁刀轴远离所述卡爪部分的一端，实现对刀具的锁紧，所述松刀板与所述锁刀轴连接，以带动所述锁刀轴朝着远离所述卡爪部分的方向移动，实现对刀具的解锁；

其中，两个所述卡爪部分围绕所述刀臂体的转动轴线朝向同一转动方向弯折形成Z型结构，所述卡爪部分与所述刀臂体围成的半封闭空间用于容纳刀具刀头，而所述扣刀口内刀具的轴线垂直于所述刀臂转轴设置；

所述卡爪部分与所述刀臂体面向刀具一侧所形成的夹角呈直角或钝角。

进一步地，所述锁刀驱动组件还包括辅助支杆；所述辅助支杆设置在两个所述刀爪的相对面上，所述锁刀轴位于两个所述辅助支杆之间，且两个辅助支杆相对于所述锁刀轴的轴线对称设置；

所述刀臂体内对应两个所述卡爪部分均设有用于安装所述锁刀轴的穿孔，并在所述穿孔的下方设有与所述穿孔连通的滑动槽，所述松刀板设置在所述滑动槽内，且所述松刀板伸入所述穿孔的一端与所述锁刀轴连接；

锁紧时，所述弹性驱动件驱动所述锁刀轴伸入两个所述刀爪之间，使两个所述辅助支杆朝着相互远离的方向动作，以使两个所述刀爪抓紧刀具；

解锁时，所述松刀板受外力作用，在所述滑动槽内朝着远离所述卡爪部分的方向移动，同步带动所述锁刀轴移动，对所述弹性驱动件压缩，以使两个所述刀爪松开刀具。

进一步地，两个所述辅助支杆的相对端面朝向所述锁刀轴的方向倾斜设置，且两个倾斜端面之间的间距朝向所述锁刀轴的方向逐渐扩大，形成供所述锁刀轴进入的渐变顶推孔。

进一步地，所述锁刀轴的端部至少设有一个锥面；

所述锁刀轴靠近所述刀夹的端部设有预锁紧轴段；且所述预锁紧轴段的锥度小于相邻所述锥面的锥度。

进一步地，在所述刀夹的两侧均设有与所述弧形卡槽连通的平面槽，且两个所述平面槽位于同一平面内，两个所述刀爪对称设置在所述刀夹内的两个所述平面槽内；

所述刀夹靠近所述弧形卡槽的两端部均设有铰接轴，所述刀爪位于内弧槽与所述辅助支杆之间的内侧平面与所述平面槽的槽底存在间隙，所述刀爪通过所述铰接轴转动设置在所述平面槽内；

其中，所述刀夹在靠近所述刀臂体的一端且对应两个所述刀爪的端部位置均设有限位销，所述刀爪靠近所述限位销一端的外侧拐角处设有台阶槽，所述限位销置于所述台阶槽内；

锁刀时，所述锁刀轴驱动两个所述辅助支杆朝着相互远离的方向移动，当两个所述刀爪对刀具进行夹紧时，所述限位销抵接在台阶槽的台阶面上。

进一步地，所述刀夹靠近所述刀臂转轴一侧边的端部沿所述扣刀口的开口方向延伸形成支撑部，所述支撑部低于所述刀爪的端部；

所述支撑部的内侧弧面与所述弧形卡槽的弧面为同圆心设置，且所述支撑部的端部至所述弧形卡槽底部的垂直距离H等于所述扣刀口所处圆弧的半径R。

进一步地，所述换刀臂还包括弹性锁刀组件，所述弹性锁刀组件设置在所述刀夹内部，且位于两个所述刀爪之间，用于对所述刀爪的中部位置进行支撑；

所述弹性锁刀组件包括对应两个所述刀爪设置的两个弹性柱塞、及设置在两个所述弹性柱塞之间的中间分界板；

其中，所述弹性柱塞包括外套筒、顶杆和弹簧，所述外套筒螺接在所述刀夹的内孔中，所述顶杆同轴设置在所述外套筒内，并在所述顶杆上设有环形台阶，所述弹簧套设在所述顶杆上，且位于所述环形台阶和所述中间分界板之间。

进一步地，所述中间分界板在面向两个所述顶杆的一面均设有压力感应片。

本发明还提供了一种换刀机构，包括：

本体；

及设置在所述本体上方的如上所述的换刀臂；

以及与所述刀臂转轴连接，用于驱动所述换刀臂进行旋转换刀的旋转驱动组件；

以及设置在所述本体下方，用于驱动所述本体移动以带动所述换刀臂进行拔刀的拔刀驱动组件；

以及设置在所述拔刀驱动组件下方的平移扣刀组件；

以及用于对所述松刀板施加外力的刀臂松刀块。

本发明还提供了一种如上所述的换刀机构的换刀方法，包括以下步骤：

启动平移扣刀组件，将换刀机构移动至刀库换刀位置；

启动拔刀驱动组件，使本体朝向刀具方向移动，同时刀臂松刀块对松刀板施加外力，松刀板带动锁刀轴移动，两个刀爪失去对刀具的锁紧力，触发松刀动作；

平移扣刀组件继续移动，完成对刀具内刀具的扣刀动作；

拔刀驱动组件反向移动，使本体朝着远离刀具方向先移动一段距离，松刀板释放外力，刀臂松刀块停止施加力，锁刀轴在弹性驱动件作用下推动刀爪合拢，刀爪的凸出部分插入新刀具的刀柄完成锁刀；

拔刀驱动组件使本体再继续移动，将锁紧的刀具从刀库中拔出，完成拔刀动作；

平移扣刀组件再次启动，将装载新刀具的换刀机构移动至主轴换刀位置；

启动旋转驱动组件，使换刀臂绕刀臂转轴旋转实现主轴换刀。

本发明的有益效果为：本发明通过将换刀臂设置成独特的Z型结构，换刀臂能够在垂直和水平方向上有效利用空间，实现有限的空间内的高效操作，这种结构减少了换刀臂与机床其他部件的干涉，有助于避免在换刀过程中可能发生的碰撞，并且在面对高速旋转或移动时，Z型结构增强了换刀臂的稳定性，减少了由于振动引起的刀具意外掉落的风险，此外，通过调整卡爪部分与刀臂体的夹角，换刀臂能够适应不同直径的刀具，提高了换刀臂的实用性和灵活性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中换刀臂的俯视图；

图2为本发明实施例中换刀臂的轴测结构示意图；

图3为图1的A-A截面剖切视图；

图4为本发明实施例中卡爪部分的结构示意图；

图5为本发明实施例中换刀臂的第二种结构示意图；

图6为本发明实施例中换刀臂的第三种结构示意图；

图7为图3的B处局部放大图；

图8为本发明实施例中锁刀轴的结构示意图；

图9为本发明实施例中卡爪部分的结构分解示意图；

图10为本发明实施例中支撑部相对于卡爪的位置关系示意图；

图11为本发明实施例中弹性锁刀组件在刀夹内的安装示意图；

图12为本发明实施例中锁紧时两刀爪的位置示意图；

图13为本发明实施例中解锁时弹性锁刀组件与两个刀爪的位置示意图；

图14为本发明实施例中刀具进入扣刀口时两刀爪的位置示意图；

图15为本发明实施例中换刀机构的结构示意图。

附图标记：1、刀臂体；2、卡爪部分；21、刀夹；21a、弧形卡槽；21b、平面槽；21c、铰接轴；21d、限位销；21e、支撑部；22、刀爪；22a、内弧槽；22b、台阶槽；3、刀臂转轴；4、锁刀驱动组件；41、锁刀轴；41a、锥面；41b、预锁紧轴段；42、松刀板；43、弹性驱动件；44、辅助支杆；5、弹性锁刀组件；51、弹性柱塞；511、外套筒；512、顶杆；512a、抵接台阶；513、弹簧；52、压力感应板；521、应变片；10、旋转驱动组件；20、拔刀驱动组件；30、平移扣刀组件；40、刀臂松刀块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

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发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。在本发明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，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图6所示的换刀臂，包括刀臂体1、两个卡爪部分2、刀臂转轴3和锁刀驱动组件4；

两个卡爪部分2，设置在刀臂体1的两端，其包括刀夹21、及转动设置在刀夹21内部的两个刀爪22；刀夹21远离刀臂体1的一端设有弧形卡槽21a，且两个刀爪22的端部凸出于刀夹21，其凸出部分的内弧槽22a与弧形卡槽21a形成扣刀口，用于容纳刀具刀柄；

刀臂转轴3，设置在刀臂体1的中轴线上，用于带动刀臂体1旋转换刀；

锁刀驱动组件4，包括设置在刀臂体1内的锁刀轴41、松刀板42和弹性驱动件43，弹性驱动件43设置在锁刀轴41远离卡爪部分2的一端，实现对刀具的锁紧，松刀板42与锁刀轴41连接，以带动锁刀轴41朝着远离卡爪部分2的方向移动，实现对刀具的解锁；

其中，两个卡爪部分2围绕刀臂体1的转动轴线朝向同一转动方向弯折形成Z型结构，卡爪部分2与刀臂体1围成的半封闭空间用于容纳刀具刀头，而扣刀口内刀具的轴线垂直于刀臂转轴3设置；卡爪部分2与刀臂体1面向刀具一侧所形成的夹角呈直角或钝角。

本发明中两个卡爪部分2与刀臂体1形成Z型的换刀臂结构，而刀臂转轴3垂直于扣刀口内刀具的轴线设置，当两个卡爪部分2处于相互平行，且与刀臂体1形成的夹角为直角时，刀具的刀柄在被扣刀口锁紧后，其刀头部分与刀臂体1平行；而当两个卡爪部分2处于相互平行，且与刀臂体1形成的夹角为钝角时，其刀头部分与刀臂体1呈一定夹角设置，能够满足大直径刀具需求；而当两个卡爪部分2一端与刀臂体1的夹角呈直角，另一端与刀臂体1的夹角呈钝角时，在面对所需刀具刀头的直径较大的情况，可以灵活选择适合的卡爪部分2抓取大直径刀具，有效避免在取刀过程中大直径刀具与刀臂体1发生碰撞。本发明通过将换刀臂设置成独特的Z型结构，换刀臂能够在垂直和水平方向上有效利用空间，实现有限的空间内的高效操作，这种结构减少了换刀臂与机床其他部件的干涉，有助于避免在换刀过程中可能发生的碰撞，并且在面对高速旋转或移动时，Z型结构增强了换刀臂的稳定性，减少了由于振动引起的刀具意外掉落的风险，此外，通过调整卡爪部分2与刀臂体1的夹角，换刀臂能够适应不同直径的刀具，提高了换刀臂的实用性和灵活性。

本发明中锁刀驱动组件4还包括辅助支杆44；如图7所示，辅助支杆44设置在两个刀爪22的相对面上，锁刀轴41位于两个辅助支杆44之间，且两个辅助支杆44相对于锁刀轴41的轴线对称设置；可以确保在锁刀轴41驱动时，两个刀爪22能够以相同的转动角度同步移动，避免因转动不一致导致的刀具定位误差；此外刀臂体1内对应两个卡爪部分2均设有用于安装锁刀轴41的穿孔，并在穿孔的下方设有与穿孔连通的滑动槽，松刀板42设置在滑动槽内，且松刀板42伸入穿孔的一端与锁刀轴41连接；通过内部的穿孔和滑动槽的设计，将锁刀驱动组件4集成在刀臂体1内，节省空间，使得换刀臂更加紧凑，并且松刀板42同步带动锁刀轴41进行移动，以使锁刀轴41作用在两个刀爪22上，简化了锁刀和松刀的机械操作，减少了外部复杂机械结构的需求；

在取刀过程中，锁刀驱动组件4的具体动作过程为：锁紧时，弹性驱动件43驱动锁刀轴41伸入两个刀爪22之间，使两个辅助支杆44朝着相互远离的方向动作，以使两个刀爪22抓紧刀具；

解锁时，松刀板42受外力作用，在滑动槽内朝着远离卡爪部分2的方向移动，同步带动锁刀轴41移动，对弹性驱动件43压缩，以使两个刀爪22松开刀具。

作为上述实施例的优选，两个辅助支杆44的相对端面朝向锁刀轴41的方向倾斜设置，且两个倾斜面之间的间距朝向锁刀轴41的方向逐渐扩大，形成供锁刀轴41进入的渐变顶推孔。

倾斜面的设计使得锁刀轴41进入时，两个倾斜面间距的扩大，可以增加对刀具的夹持力，确保刀具在加工过程中的稳定性，而渐进式锁紧减少了锁紧过程中的冲击和振动。

本发明优选实施例中，锁刀轴41的端部至少设有一个锥面41a。锥面41a作为一个导向面，帮助锁刀轴41在进入刀爪22时自动对准，并引导锁刀轴41平滑地进入，而当锁刀轴41的端部朝着远离刀夹21方向设置多个锥面41a时，多个锥面41a的锥度逐渐递增，以在锁刀轴41逐步进入时，两个刀爪22对刀具实现渐进式锁紧，减少了因锁紧力过大或不均匀导致的刀具损伤，如图8所示，在优选结构中，锁刀轴41靠近刀夹21的端部设有预锁紧轴段41b；且预锁紧轴段41b的锥度小于相邻锥面41a的锥度。

预锁紧轴段41b作为刀具预定位的引导部分，帮助刀具在进入锁紧状态前进行初步对准，使得从预锁紧轴段41b过渡到具有较大锥度的主锁紧区域时更为平稳，减少冲击，从而降低对刀具造成的损伤风险。

为了保证两个刀爪22在刀夹21内的夹紧可靠性，如图9所示，在刀夹21的两侧均设有与弧形卡槽21a连通的平面槽21b，且两个平面槽21b位于同一平面内，两个刀爪22对称设置在刀夹21内的两个平面槽21b内，刀夹21靠近弧形卡槽21a的两端部均设有铰接轴21c，刀爪22位于内弧槽22a与辅助支杆44之间的内侧平面与平面槽21b的槽底存在间隙，刀爪22通过铰接轴21c转动设置在平面槽21b内；

其中，刀夹21在靠近刀臂体1的一端且对应两个刀爪22的端部位置均设有限位销21d，刀爪22靠近限位销21d一端的外侧拐角处设有台阶槽22b，限位销21d置于台阶槽22b内；锁刀时，锁刀轴41驱动两个辅助支杆44朝着相互远离的方向移动，当两个刀爪22对刀具进行夹紧时，限位销21d抵接在台阶槽22b的台阶面上。通过限位销21d和台阶槽22b的设置，能够对扣刀口进行控制，以保证刀爪22对刀具的锁紧响应时间，从而提高了刀爪22锁刀时响应速度。

如图10所示，在本发明中刀夹21靠近刀臂转轴3一侧边的端部沿扣刀口的开口方向延伸形成支撑部21e，支撑部21e低于刀爪22的端部；支撑部21e的内侧弧面与弧形卡槽21a的弧面为同圆心设置，且支撑部21e的端部至弧形卡槽21a底部的垂直距离H等于扣刀口所处圆弧的半径R。

在刀具进入扣刀口过程中，两个刀爪22同步产生转动，以增大扣刀口的进入口宽度，随着刀具的逐步进入，刀具刀柄会与支撑部21e接触，此时位于支撑部21e的刀爪22停止转动，支撑部21e对刀柄底部进行成支撑，而相对侧的刀爪22为了适应刀柄的进入，会进一步产生转动，通过两个刀爪22对刀具进行夹紧，直至刀具刀柄与弧形卡槽21a的弧面完全接触，从而实现刀具顺利进入扣刀口内。

本发明中两个刀爪22利用凸出部分将刀具锁定在扣刀口内，当松刀板42带动锁刀轴41移动松刀时，两个刀爪22远离刀具的一端失去顶推力，刀具从扣刀口内出去之后，两个刀爪22将持续保持在张开状态，造成锁刀轴41对应的两个刀爪22之间的距离变小，在当需要再次取刀时，会导致锁刀轴41难以进入，影响换刀臂的换刀动作顺利进行，并且两个刀爪22较大的开合角也会增加锁刀响应时间，影响换刀效率，因此，为了保证换刀的可实施性，进一步提高换刀效率，优选地，如图11-14所示，换刀臂还包括弹性锁刀组件5，弹性锁刀组件5设置在刀夹21内部，且位于两个刀爪22之间，用于对刀爪22的中部位置进行支撑；使两个刀爪22保持在最佳的锁刀位置，对进入的刀具进行预先锁刀，具体地，弹性锁刀组件5包括对应两个刀爪22设置的两个弹性柱塞51、及设置在两个弹性柱塞51之间的中间分界板；两个弹性柱塞51位于同一轴线上，而中间分界板设置在两个弹性柱塞51中间，在安装过程中，中间分界板会从侧面插入刀夹21，而两个弹性柱塞51则沿轴线方向进行安装，而进一步地，弹性柱塞51包括外套筒511、顶杆512和弹簧513，外套筒511螺接在刀夹21的内孔中，顶杆512同轴设置在外套筒511内，并在顶杆512上设有环形台阶，弹簧513套设在顶杆512上，且位于环形台阶和中间分界板之间。弹簧513的一端抵接在中间分界板上，另一端则抵接在顶杆512的环形台阶，以使顶杆512在外套筒511内可沿轴向作伸缩运动。

当锁刀轴41对两个刀爪22进行锁紧时，此时刀夹21处于水平状态，而两个弹性柱塞51的弹簧513均处于压缩状态；而当锁刀轴41对两个刀夹21进行解锁时，弹性柱塞51对两个刀爪22进行支撑，使两个刀爪22保持在水平状态；弹性柱塞51使刀爪22处于浮动状态，当刀具从扣刀口取出过程中，两个刀爪22分别对同侧的顶杆512施加下压力，以使顶杆512向下移动，随着刀具从两个刀爪22的扣刀口中取出，两个刀爪22在弹性柱塞51的反向力作用下，恢复至锁刀时的水平状态；而当需要再次进行取刀时，刀爪22在浮动的弹性柱塞51作用下，刀具顺利进入，与此同时锁刀轴41直接对两个刀爪22进行锁紧，缩短了刀爪22的锁刀响应时间，提高了换刀效率。

在上述实施例基础上，为了保证刀具进入扣刀口时两个刀爪22的初始锁紧力相同，中间分界板在面向两个顶杆512的一面均设有压力感应片。在对弹性柱塞51安装过程中，通过压力感应片的数值，控制外套筒511安装深度，进一步通过顶杆512来控制刀爪22的转动角度，有效保证弹性柱塞51在刀夹21内安装位置的准确性。

本发明还提供了一种换刀机构，如图15所示，换刀机构包括：本体、及设置在本体上方的换刀臂；

以及与刀臂转轴3连接，用于驱动换刀臂进行旋转换刀的旋转驱动组件10；

以及设置在本体下方，用于驱动本体移动以带动换刀臂进行拔刀的拔刀驱动组件20；

以及设置在拔刀驱动组件20下方的平移扣刀组件30；

以及用于对松刀板42施加外力的刀臂松刀块40。

该换刀机构利用Z型换刀臂机构，在面对高速旋转或移动时，增强了换刀臂的稳定性，减少了由于振动引起的刀具意外掉落的风险。

本发明还提供了一种换刀机构的换刀方法，包括以下步骤：

启动平移扣刀组件30，将换刀机构移动至刀库换刀位置；

启动拔刀驱动组件20，使本体朝向刀具方向移动，同时刀臂松刀块40对松刀板42施加外力，松刀板42带动锁刀轴41移动，两个刀爪22失去对刀具的锁紧力，触发松刀动作；

平移扣刀组件30继续移动，完成对刀具内刀具的扣刀动作；

拔刀驱动组件20反向移动，使本体朝着远离刀具方向先移动一段距离，松刀板42释放外力，刀臂松刀块40停止施加力，锁刀轴41在弹性驱动件43作用下推动刀爪22合拢，刀爪22的凸出部分插入新刀具的刀柄完成锁刀；

拔刀驱动组件20使本体再继续移动，将锁紧的刀具从刀库中拔出，完成拔刀动作；

平移扣刀组件30再次启动，将装载新刀具的换刀机构移动至主轴换刀位置；

启动旋转驱动组件10，使换刀臂绕刀臂转轴3旋转实现主轴换刀。

本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种换刀臂，其特征在于，包括：

刀臂体(1)；

两个卡爪部分(2)，设置在所述刀臂体(1)的两端，其包括刀夹(21)、及转动设置在所述刀夹(21)内部的两个刀爪(22)；所述刀夹(21)远离所述刀臂体(1)的一端设有弧形卡槽(21a)，且两个所述刀爪(22)的端部凸出于所述刀夹(21)，其凸出部分的内弧槽(22a)与所述弧形卡槽(21a)形成扣刀口，用于容纳刀具刀柄；

刀臂转轴(3)，设置在所述刀臂体(1)的中轴线上，用于带动所述刀臂体(1)旋转换刀；

锁刀驱动组件(4)，包括设置在所述刀臂体(1)内的锁刀轴(41)、松刀板(42)和弹性驱动件(43)，所述弹性驱动件(43)设置在所述锁刀轴(41)远离所述卡爪部分(2)的一端，实现对刀具的锁紧，所述松刀板(42)与所述锁刀轴(41)连接，以带动所述锁刀轴(41)朝着远离所述卡爪部分(2)的方向移动，实现对刀具的解锁；

其中，两个所述卡爪部分(2)围绕所述刀臂体(1)的转动轴线朝向同一转动方向弯折形成Z型结构，所述卡爪部分(2)与所述刀臂体(1)围成的半封闭空间用于容纳刀具刀头，而所述扣刀口内刀具的轴线垂直于所述刀臂转轴(3)设置；

所述卡爪部分(2)与所述刀臂体(1)面向刀具一侧所形成的夹角呈直角或钝角。

2.根据权利要求1所述的换刀臂，其特征在于，所述锁刀驱动组件(4)还包括辅助支杆(44)；

所述辅助支杆(44)设置在两个所述刀爪(22)的相对面上，所述锁刀轴(41)位于两个所述辅助支杆(44)之间，且两个辅助支杆(44)相对于所述锁刀轴(41)的轴线对称设置；

所述刀臂体(1)内对应两个所述卡爪部分(2)均设有用于安装所述锁刀轴(41)的穿孔，并在所述穿孔的下方设有与所述穿孔连通的滑动槽，所述松刀板(42)设置在所述滑动槽内，且所述松刀板(42)伸入所述穿孔的一端与所述锁刀轴(41)连接；

锁紧时，所述弹性驱动件(43)驱动所述锁刀轴(41)伸入两个所述刀爪(22)之间，使两个所述辅助支杆(44)朝着相互远离的方向动作，以使两个所述刀爪(22)抓紧刀具；

解锁时，所述松刀板(42)受外力作用，在所述滑动槽内朝着远离所述卡爪部分(2)的方向移动，同步带动所述锁刀轴(41)移动，对所述弹性驱动件(43)压缩，以使两个所述刀爪(22)松开刀具。

3.根据权利要求2所述的换刀臂，其特征在于，两个所述辅助支杆(44)的相对端面朝向所述锁刀轴(41)的方向倾斜设置，且两个倾斜端面之间的间距朝向所述锁刀轴(41)的方向逐渐扩大，形成供所述锁刀轴(41)进入的渐变顶推孔。

4.根据权利要求1所述的换刀臂，其特征在于，所述锁刀轴(41)的端部至少设有一个锥面(41a)；

所述锁刀轴(41)靠近所述刀夹(21)的端部设有预锁紧轴段(41b)；且所述预锁紧轴段(41b)的锥度小于相邻所述锥面(41a)的锥度。

5.根据权利要求2所述的换刀臂，其特征在于，在所述刀夹(21)的两侧均设有与所述弧形卡槽(21a)连通的平面槽(21b)，且两个所述平面槽(21b)位于同一平面内，两个所述刀爪(22)对称设置在所述刀夹(21)内的两个所述平面槽(21b)内；

所述刀夹(21)靠近所述弧形卡槽(21a)的两端部均设有铰接轴(21c)，所述刀爪(22)位于内弧槽(22a)与所述辅助支杆(44)之间的内侧平面与所述平面槽(21b)的槽底存在间隙，所述刀爪(22)通过所述铰接轴(21c)转动设置在所述平面槽(21b)内；

其中，所述刀夹(21)在靠近所述刀臂体(1)的一端且对应两个所述刀爪(22)的端部位置均设有限位销(21d)，所述刀爪(22)靠近所述限位销(21d)一端的外侧拐角处设有台阶槽(22b)，所述限位销(21d)置于所述台阶槽(22b)内；

锁刀时，所述锁刀轴(41)驱动两个所述辅助支杆(44)朝着相互远离的方向移动，当两个所述刀爪(22)对刀具进行夹紧时，所述限位销(21d)抵接在台阶槽(22b)的台阶面上。

6.根据权利要求1所述的换刀臂，其特征在于，所述刀夹(21)靠近所述刀臂转轴一侧边的端部沿所述扣刀口的开口方向延伸形成支撑部(21e)，所述支撑部(21e)低于所述刀爪(22)的端部；

所述支撑部(21e)的内侧弧面与所述弧形卡槽(21a)的弧面为同圆心设置，且所述支撑部(21e)的端部至所述弧形卡槽(21a)底部的垂直距离H等于所述扣刀口所处圆弧的半径R。

7.根据权利要求1所述的换刀臂，其特征在于，所述换刀臂还包括弹性锁刀组件(5)，所述弹性锁刀组件(5)设置在所述刀夹(21)内部，且位于两个所述刀爪(22)之间，用于对所述刀爪(22)的中部位置进行支撑；

所述弹性锁刀组件(5)包括对应两个所述刀爪(22)设置的两个弹性柱塞(51)、及设置在两个所述弹性柱塞(51)之间的中间分界板；

其中，所述弹性柱塞(51)包括外套筒(511)、顶杆(512)和弹簧(513)，所述外套筒(511)螺接在所述刀夹(21)的内孔中，所述顶杆(512)同轴设置在所述外套筒(511)内，并在所述顶杆(512)上设有环形台阶，所述弹簧(513)套设在所述顶杆(512)上，且位于所述环形台阶和所述中间分界板之间。

8.根据权利要求7所述的换刀臂，其特征在于，所述中间分界板在面向两个所述顶杆(512)的一面均设有压力感应片。

9.一种换刀机构，其特征在于，包括：

本体；

及设置在所述本体上方的如权利要求1-8任一项所述的换刀臂；

以及与所述刀臂转轴(3)连接，用于驱动所述换刀臂进行旋转换刀的旋转驱动组件(10)；

以及设置在所述本体下方，用于驱动所述本体移动以带动所述换刀臂进行拔刀的拔刀驱动组件(20)；

以及设置在所述拔刀驱动组件(20)下方的平移扣刀组件(30)；

以及用于对所述松刀板(42)施加外力的刀臂松刀块(40)。

10.一种如权利要求9所述的换刀机构的换刀方法，其特征在于，包括以下步骤：

启动平移扣刀组件(30)，将换刀机构移动至刀库换刀位置；

启动拔刀驱动组件(20)，使本体朝向刀具方向移动，同时刀臂松刀块(40)对松刀板(42)施加外力，松刀板(42)带动锁刀轴(41)移动，两个刀爪(22)失去对刀具的锁紧力，触发松刀动作；

平移扣刀组件(30)继续移动，完成对刀具内刀具的扣刀动作；

拔刀驱动组件(20)反向移动，使本体朝着远离刀具方向先移动一段距离，松刀板(42)释放外力，刀臂松刀块(40)停止施加力，锁刀轴(41)在弹性驱动件(43)作用下推动刀爪(22)合拢，刀爪(22)的凸出部分插入新刀具的刀柄完成锁刀；

拔刀驱动组件(20)使本体再继续移动，将锁紧的刀具从刀库中拔出，完成拔刀动作；

平移扣刀组件(30)再次启动，将装载新刀具的换刀机构移动至主轴换刀位置；

启动旋转驱动组件(10)，使换刀臂绕刀臂转轴(3)旋转实现主轴换刀。