专利名称：一种转塔型刀架的刀盘快换装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及数控车床的刀架装置，按国际专利分类表(IPC)划分属作业、运 输部，成型分部，机床，车削、镗削大类，车削小类，刀架，车床专用的部件和附件的技术领 域，具体涉及一种转塔型刀架的刀盘快换装置。
背景技术：
车床刀架通常有两种类型一种是四方型刀架，多配置于普通车床，采用手动换 刀；另一种是转塔型刀架，常配置于数控车床，实现机床的自动换刀。转塔型刀架一般由刀 盘、分度定位机构夹紧机构及刀夹等组成，目前数控车床采用的转塔型回转刀架主要有德 国的Sauter(肖特)、意大利的Baruffaldi (巴鲁法迪)和德国VDF公司以及中国大连机 床集团的螺旋式回转刀架等等。不管哪种转塔型刀架，为了满足换刀的需要，它都需要实 现升起、转位、定位、落下和夹紧固定等动作。转塔型刀架已成为数控车床设计中的重要功 能部件之一，作为独立而完整的系列化部件，由专业厂家生产和供应。其优点(1)刀架一 次装夹可安装多种形式的刀具，如内外圆车刀、螺纹刀、镗刀和割断刀等；(2)换刀准确，在 PLC (可编程逻辑控制器)及其软件配合下，可实现最短路线逻辑选刀；(3)结构简单，定位 夹紧可靠，强度高，能承受机床强力切削和连续长时间正常工作；(4)定位精度高，且有较 高的精度稳定性和保持性。不足的是在自动化程度高的生产线上针对复杂零件的加工，因 刀盘上一把刀具的损坏，会迫使机床停下来，然后重新装刀和对刀，这不仅浪费很多工作时 间，更重要的是影响生产线上其它工序的正常工作，从而造成自动化生产线的效率不能充 分发挥出来。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种转塔型刀架的刀盘快换装置，以解决自动化生 产线上复杂零件车削加工换刀时间长的问题，提高复杂零件的加工质量，充分发挥自动化 生产线的多工序并行性的优势。本实用新型的技术解决方案是该刀盘快换装置包括刀盘、短锥柄、刀架机座、主 轴、拉杆轴、弹簧套、弹簧、蜗杆、蜗轮、偏心凸轮和电机，短锥柄上设定位锥面、定位端面和 夹紧球面，在刀架机座的中心孔中安装中空的主轴，主轴端面的主轴孔内安装拉杆轴，拉杆 轴上套装弹簧套，弹簧套的右端勾头勾在主轴的主轴孔的槽中，由拉杆轴的外圆凸起防止 弹簧套脱离主轴，短锥柄经平键由短锥柄的定位锥面和定位端面双重定位固定在刀盘上， 拉杆轴的左端锥度撑开弹簧套的左端勾头，弹簧套的左端勾头涨紧短锥柄的夹紧球面拉住 短锥柄，转动端齿盘固定在主轴端面，固定端齿盘固定在刀架机座上，转动端齿盘与固定端 齿盘相互啮合，拉杆轴上套装弹簧，弹簧通过拉杆轴右端的螺母和锁紧螺母调节并锁紧，拉 杆轴依靠弹簧的作用保证刀盘始终紧靠主轴，在主轴外经挡块安装蜗轮套，蜗轮套上经轴 承安装相互配合的蜗轮和蜗杆，蜗杆经同步带轮和同步带联接电机，电机安装在刀架机座 上，轴承经钢珠安装在主轴上，在刀架机座上通过轴承安装凸轮轴，凸轮轴上的偏心凸轮配合拉杆轴的锁紧螺母，凸轮轴的末端上通过曲柄安装手柄。本实用新型的详细工作过程如下(1)刀盘装卸安装刀盘时，将短锥柄经平键固定到刀盘上，利用短锥柄的定位锥面和定位端面 双重定位，借助平键提高刀盘刚性并找正刀盘位置，依靠拉杆轴的左端锥度撑开弹簧套的 左端勾头，弹簧套的左端勾头涨紧短锥柄的夹紧球面拉住短锥柄，主轴转速愈高刀盘被夹 持愈紧；(2)更换刀盘更换刀盘时，转动手柄，使得偏心凸轮转动，偏心凸轮使得拉杆轴克服弹簧的作用 轴向向前移动，弹簧套的后端收缩，短锥柄连同刀盘被松开，刀盘与主轴分离，在更换刀盘 过程中，利用偏心凸轮的死点实现自锁；(3)刀盘伸起换刀指令通过数控系统的PLC控制电机正转，从而使蜗轮套正转，主轴向前移动， 使得固定在主轴端面的转动端齿盘与固定在刀架机座上的固定端齿盘脱开，实现刀盘伸 起；(4)刀盘转位固定在主轴端面的转动端齿盘与固定在刀架机座上的固定端齿盘脱开后，电机继 续正转，当固定在蜗轮套上的两个挡块转动到主轴的凸起部分时，使得主轴和蜗轮套一起 转动，从而带动刀盘完成转位分度运动；当刀盘转到给定的刀位时，该刀位的霍尔开关发信 号，使得电机正转停止，实现刀盘的转位；(5)刀盘初定位为了防止主轴转动的惯性带来转动位置的误差，运用主轴右端的弹簧、钢珠实现 初定位；(6)刀盘落下与锁紧刀盘初定位后，数控系统的PLC控制电机反转，从而使蜗轮套也反转，主轴向后移 动，使得固定在主轴端面的转动端齿盘与固定在刀架机座上的固定端齿盘啮合，从而锁紧 刀盘完成换刀动作，电机反转停止由PLC通过时间设定来控制。本实用新型具有以下优点(1)实现破损刀具的快速、准确更换，提高加工效率； (2)充分发挥自动化生产线的多任务并行性的优势；(3)借助短锥柄的定位锥面和定位端 面的双重定位以及夹紧球面、弹簧套与拉杆轴间的有效夹紧，在确保刀盘快换的同时，也 保证了刀具工作时刀盘的轴向精度和整体刚度及其装夹时的安全性和可靠性；(4)刀盘装 夹方便，工作自锁性好；(5)不仅可应用于生产线上的立式车床和卧式车床，也可应用于单 一的立式车床或卧式车床，有很大的经济价值；(6)电机带传动机构实现源动力的传递； (7)蜗轮蜗杆实现减速；(8)蜗轮套的螺纹传动实现刀架的伸缩和旋转；(9)弹簧、钢珠以 及端面齿盘啮合，实现转塔刀架换刀的初定位和精定位；(10)主轴和刀盘分体，通过短锥 柄实现刀盘的快换；(11)运用短锥柄的锥面和端面进行双重定位，并借助平键找正，大大 提高刀盘的定位精度；(12)短锥柄内表面的球形面与弹簧套和拉杆轴紧密接触，实现有效 夹紧，其夹紧力随着主轴转速的提高逐渐增大，夹紧可靠，提高刀盘刚度；(13)偏心凸轮自 琐，当偏心凸轮达到最低升程时拉杆轴凭借其上右端弹簧的弹力迅速撑开弹簧套从而使短锥柄被牢牢固定在主轴上，当偏心凸轮达到最高升程时在偏心凸轮的推力下，拉杆轴克服 了其上右端弹簧的拉力前伸，从而使弹簧套自然松开实现刀盘与主轴快速分离；(14)为防 止刀具在工作过程中，刀盘发生转动误操作，在手柄停止状态下设计了插销防止自锁误操 作，确保了刀具在刀盘上安全地正常工作。
图1为本实用新型的结构示意图图2为本实用新型的局部剖示图图中1.平键，2.拉杆轴，3.短锥柄，4.刀盘，5.平键，6.可转端齿盘，7.固定端 齿盘，8.弹簧套，9.轴承，10.蜗杆，11.蜗轮，12.平键，13.蜗轮套，14.挡块，15.弹簧， 16.钢珠，17.刀架机座，18.主轴，19.螺母，20.锁紧螺母，21.偏心凸轮，22.挡块，23.手 柄，24.电机，25.同步带，26.同步带轮，27.凸轮轴。
具体实施方式
如图1、2所示，该刀盘快换装置包括刀盘4、短锥柄3、刀架机座17、主轴18、拉杆 轴2、弹簧套8、弹簧15、蜗杆10、蜗轮11、偏心凸轮21和电机24，短锥柄3上设定位锥面、 定位端面和夹紧球面，在刀架机座17的中心孔中安装中空的主轴18，主轴18端面的主轴 孔内安装拉杆轴2，拉杆轴2上套装弹簧套8，弹簧套8的右端勾头勾在主轴18的主轴孔的 槽中，由拉杆轴2的外圆凸起防止弹簧套8脱离主轴18，短锥柄3经平键1、5由短锥柄的 定位锥面和定位端面双重定位固定在刀盘4上，拉杆轴2的左端锥度撑开弹簧套8的左端 勾头，弹簧套8的左端勾头涨紧短锥柄3的夹紧球面拉住短锥柄，转动端齿盘6固定在主轴 18端面，固定端齿盘7固定在刀架机座17上，转动端齿盘6与固定端齿盘7相互啮合，拉 杆轴2上套装弹簧15，弹簧15通过拉杆轴2右端的螺母19和锁紧螺母20调节并锁紧，拉 杆轴2依靠弹簧15的作用保证刀盘4始终紧靠主轴18，在主轴18外经挡块14、22安装蜗 轮套13，蜗轮套13上经轴承9安装相互配合的蜗轮11和蜗杆10，蜗杆10经同步带轮26 和同步带25联接电机24，电机24安装在刀架机座17上，轴承9经钢珠16安装在主轴18 上，在刀架机座17上通过轴承安装凸轮轴27，凸轮轴27上的偏心凸轮21配合拉杆轴2的 锁紧螺母20，凸轮轴27的末端上通过曲柄安装手柄23。本实用新型的详细工作过程如下(1)刀盘装卸安装刀盘时，将短锥柄3经平键1、5固定到刀盘4上，利用短锥柄3的定位锥面和 定位端面双重定位，借助平键1、5提高刀盘刚性并找正刀盘位置，依靠拉杆轴2的左端锥度 撑开弹簧套8的左端勾头，弹簧套8的左端勾头涨紧短锥柄3的夹紧球面拉住短锥柄，主轴 18转速愈高刀盘4被夹持愈紧；(2)更换刀盘更换刀盘4时，转动手柄23，使得偏心凸轮21转动，偏心凸轮21使得拉杆轴2克 服弹簧15的作用轴向向前移动，弹簧套8的后端收缩，短锥柄3连同刀盘4被松开，刀盘4 与主轴18分离，在更换刀盘过程中，利用偏心凸轮的死点实现自锁；(3)刀盘伸起
5[0029]换刀指令通过数控系统的PLC控制电机24正转，从而使蜗轮套13正转，主轴18 向前移动，使得固定在主轴18端面的转动端齿盘6与固定在刀架机座17上的固定端齿盘 7脱开，实现刀盘4伸起；(4)刀盘转位固定在主轴18端面的转动端齿盘6与固定在刀架机座17上的固定端齿盘7脱开 后，电机24继续正转，当固定在蜗轮套13上的两个挡块14、22转动到主轴18的凸起部分 时，使得主轴18和蜗轮套13 —起转动，从而带动刀盘4完成转位分度运动；当刀盘4转到 给定的刀位时，该刀位的霍尔开关发信号，使得电机24正转停止，实现刀盘4的转位；(5)刀盘初定位为了防止主轴18转动的惯性带来转动位置的误差，运用主轴18右端的弹簧15、钢 珠16实现初定位；(6)刀盘落下与锁紧刀盘4初定位后，数控系统的PLC控制电机24反转，从而使蜗轮套13也反转，主 轴18向后移动，使得固定在主轴18端面的转动端齿盘6与固定在刀架机座17上的固定端 齿盘7啮合，从而锁紧刀盘4完成换刀动作，电机24反转停止由PLC通过时间设定来控制。
权利要求一种转塔型刀架的刀盘快换装置，其特征在于该刀盘快换装置包括刀盘(4)、短锥柄(3)、刀架机座(17)、主轴(18)、拉杆轴(2)、弹簧套(8)、弹簧(15)、蜗杆(10)、蜗轮(11)、偏心凸轮(21)和电机(24)，短锥柄(3)上设定位锥面、定位端面和夹紧球面，在刀架机座(17)的中心孔中安装中空的主轴(18)，主轴(18)端面的主轴孔内安装拉杆轴(2)，拉杆轴(2)上套装弹簧套(8)，弹簧套(8)的右端勾头勾在主轴(18)的主轴孔的槽中，由拉杆轴(2)的外圆凸起防止弹簧套(8)脱离主轴(18)，短锥柄(3)经平键(1、5)由短锥柄的定位锥面和定位端面双重定位固定在刀盘(4)上，拉杆轴(2)的左端锥度撑开弹簧套(8)的左端勾头，弹簧套(8)的左端勾头涨紧短锥柄(3)的夹紧球面拉住短锥柄，转动端齿盘(6)固定在主轴(18)端面，固定端齿盘(7)固定在刀架机座(17)上，转动端齿盘(6)与固定端齿盘(7)相互啮合，拉杆轴(2)上套装弹簧(15)，弹簧(15)通过拉杆轴(2)右端的螺母(19)和锁紧螺母(20)调节并锁紧，拉杆轴(2)依靠弹簧(15)的作用保证刀盘(4)始终紧靠主轴(18)，在主轴(18)外经挡块(14、22)安装蜗轮套(13)，蜗轮套(13)上经轴承(9)安装相互配合的蜗轮(11)和蜗杆(10)，蜗杆(10)经同步带轮(26)和同步带(25)联接电机(24)，电机(24)安装在刀架机座(17)上，轴承(9)经钢珠(16)安装在主轴(18)上，在刀架机座(17)上通过轴承安装凸轮轴(27)，凸轮轴(27)上的偏心凸轮(21)配合拉杆轴(2)的锁紧螺母(20)，凸轮轴(27)的末端上通过曲柄安装手柄(23)。
专利摘要本实用新型公开一种转塔型刀架的刀盘快换装置，刀架机座(17)的中心孔安装主轴(18)，主轴的孔内安装拉杆轴(2)，拉杆轴(2)上套装弹簧套(8)，弹簧套(8)右端勾在主轴(18)槽中，短锥柄(3)固定在刀盘(4)上，拉杆轴(2)的左端锥度撑开弹簧套(8)左端勾头拉住短锥柄(3)，主轴(18)上的转动端齿盘(6)与刀架机座(17)上的固定端齿盘(7)啮合，主轴(18)上通过蜗轮套(13)安装蜗轮(11)和蜗杆(10)，蜗杆(10)联接电机(24)，刀架机座(17)上凸轮轴(27)的偏心凸轮(21)配合锁紧螺母(20)。本实用新型解决零件车削加工换刀时间长的问题，充分发挥自动化生产线的多工序并行性的优势。
文档编号B23B29/24GK201677048SQ20102020149
公开日2010年12月22日 申请日期2010年5月21日 优先权日2010年5月21日
发明者孙全平, 陈前亮 申请人:淮阴工学院