换刀快捷的加工中心的制作方法

本发明涉及自动化机床，具体讲是具有刀库的机床换刀技术。

背景技术：

加工中心(computerizednumericalcontrolmachine)简称cnc，是由机械设备与数控系统组成的适用于加工工件的高效率自动化机床。加工中心备有刀库，具有自动换刀功能，是对工件一次装夹后进行多工序加工的数控机床。加工中心是高度机电一体化的产品，工件装夹后，数控系统能控制机床按不同工序自动选择、更换刀具、自动对刀、自动改变主轴转速、进给量等，可连续完成钻、镗、铣、铰、攻丝等多种工序，因而大大减少了工件装夹时间、测量和机床调整等辅助工序时间，对加工形状比较复杂，精度要求较高，品种更换频繁的零件具有良好的经济效果。

在带有刀库的自动换刀数控机床中，为实现刀具在主轴上的自动装卸，其主轴必须设计有刀具的自动夹紧机构。如自动换刀立式钻、铣、镗床主轴上设置刀具夹紧机构，刀夹以适当锥度的锥柄在主轴前端的锥孔中定位，并通过拧紧在锥柄尾部的拉钉拉紧在锥孔中。刀夹的夹口开合动作由与主轴同芯套接式相连的拉杆或拉管的位移来实现的，现有技术中，驱动刀夹的夹口开合动作的拉杆或拉管由弹簧、油或气缸及活塞、油或气路控制单元等部件构成的复杂结构，再结合相关位置布置的传感器采集位置信号一并综合处理、控制，驱动刀夹的夹口启闭的机构复杂，造价昂贵；再者，存布刀具的刀库自备一套传动机构连接在刀库支架上，主轴在实施切削动作时，刀库由传动机构移位至主轴及刀夹旁侧，需要换刀时刀库转位至刀夹对应的位置处，刀库通常为环形框架，弹性卡布置环形框架周边部位，环形框架的框面与主轴垂直，上述结构的刀库及刀库转位机构占据空间大、换刀时的转位区域大，不仅增大了设备体积，而且也使得设备大大增加，另外，上述结构必然导致换刀效率低下。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种换刀快捷的加工中心，旨在提高刀夹的开合动作响应的及时性和可靠性。

为实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：一种换刀快捷的加工中心，包括机架和机架上设置的主轴箱，主轴箱上连接有驱动主轴转动的主轴电机，主轴箱由拖动机构驱动沿机架上的导轨限定的方向移动，主轴自主轴箱中伸出的轴端设置有夹持刀具a的刀夹，其特征在于：主轴箱与机架之间设置有摆臂，摆臂下端有卡口与刀夹的启闭拉杆配合，摆臂上端与设置在机架上的夹刀仿形凸轮板抵靠配合，摆臂为折杆状且弯折处铰接在主轴箱上。

上述技术方案的技术效果主要体现在以下方面：刀库总成到达主轴实施换刀的位置处，摆臂做摆动动作驱使刀夹的启闭拉杆动作，刀夹实施开闭动作夹持刀具并脱离刀库或将刀具松脱开并安置于刀库上，刀夹的动作仅依赖摆臂与机架上的夹刀仿形凸轮板的配合即可实现，此单纯的机械结构不仅结构简单，而且响应快捷，动作可靠。

附图说明

图1、2、3、4是本发明的立体结构示意图，其中图2、3是拆卸了弹簧80，图4中拆卸了主轴箱20；

图5是拆卸了刀具总成后的侧视图；

图6是刀具总成的背面的立体结构示意图；

图7是仿形凸轮板50的立体结构；

图8是主轴上刀夹31的启闭机构的立体结构示意图；

图9是本发明中换刀位状态的立体结构示意图；

图10是图9的左视图。

具体实施方式

结合图1、2、3、4，换刀快捷的加工中心包括机架10和机架10上设置的主轴箱20，主轴箱20上连接有驱动主轴30转动的主轴电机21，主轴箱20由拖动机构驱动沿机架10上的导轨11限定的方向移动，主轴30自主轴箱20中伸出的轴端设置有夹持刀具a的刀夹31，主轴箱20与机架10之间设置有摆臂60，摆臂60下端有卡口63与刀夹31的启闭拉杆32配合，摆臂60的上端与设置在机架10上的夹刀仿形凸轮板70抵靠配合，摆臂60为折杆状且弯折处铰接在主轴箱20上。摆臂60绕铰接轴转动时，摆臂60随主轴箱20同步移动的同时其下端摆动，并驱动刀夹31的启闭拉杆32动作实施刀夹31的开合动作。

上述方案中，主轴箱20由丝杆螺母滑块构成的拖动机构驱动，螺母滑块与主轴箱20相连，滑块同时与导轨11配合。

为了保证刀夹31的启闭，通过设置凸轮机构来保证摆臂60的动作时机，夹刀仿形凸轮板70为立式布置的条板状且板面与主轴30共面，仿形凸轮板70上临近主轴30板边为仿形凸轮边71，仿形凸轮边71的上段为与主轴30平行的直边、下段为斜边，斜边段的上端与主轴30间距近、下端与主轴30间距远，直边的下端与斜边的上端顺延衔接。

更为优选的方案是，所述的仿形凸轮边71与摆臂60上端的滚轮61构成滚动配合，摆臂60由铰接轴62铰接在主轴箱20上，摆臂60下端的卡口63为u形，卡口63的叉口围置在主轴30上套设的套管64上且由销轴65铰接，所述的滚轮61、铰接轴62及销轴65的轴芯相互平行且位于水平面内。

上述方案中，摆臂60随主轴箱20移动且滚轮61与仿形凸轮边71的上段的直边接触时，摆臂60绕铰接轴62转动，此时摆臂60卡口63处于下位状态，刀夹31处于打开状态，此时可以完成卸刀、夹刀的准备状态；刀具a处于刀夹31的夹口处时，摆臂60随主轴箱20下移且滚轮61与仿形凸轮边71下段的斜边接触时，摆臂60绕铰接轴62转动，此时摆臂60卡口63处于上位状态，刀夹31处于夹合状态夹紧刀具a，主轴箱20继续下移时即可完成切削进给了。

由于主轴箱20的上下位移行程的要求，同时由于夹刀仿形凸轮板70所处的位置要求其处在机架10上的通道处，该通道供与主轴箱20连接的滑块22上下位移之用，滑块22上有螺母与丝杆12构成的丝杆螺母机构来拖动主轴箱20上下移动，所以这就要求夹刀仿形凸轮板70的上下方向的尺寸不宜过大即夹刀仿形凸轮板70的下端不宜太低，否则刀仿形凸轮板70与滑块22会发生干涉现象。为了避免上述干涉现象的出现，夹刀仿形凸轮板70的下端位置相对较高，当主轴箱20下移到特定位置处时滚轮61与仿形凸轮边71的下段下端彼此分离，这种情况一旦出现，摆臂60将绕铰接轴62转动至滚轮61向远离主轴30的方向偏移，当主轴箱20向上移动时，滚轮61将无法抵达与仿形凸轮边71下段的下端结合的滚动配合状态，即滚轮61将与仿形凸轮边71处在相互干涉的位置状态，为确保主轴30随主轴箱20下移时的进刀行程，同时保证主轴30随主轴箱20上移时滚轮61与仿形凸轮边71还能恢复到滚动配合状态，本发明提供了滚轮61与仿形凸轮边71脱离后仍能保持摆臂60姿态的解决方案，即摆臂60的背面有限位挡杆23，限位挡杆23设置在主轴箱20上，限位挡杆23中部连接有微调螺栓231，微调螺栓231的头部有挡块232与摆臂60的背面抵靠配合，摆臂60与主轴箱20之间设有限位弹簧，限位弹簧在图中未示出，限位弹簧提供弹力驱使摆臂60向挡块232和仿形凸轮边71的所在侧转动，所述的摆臂60上端的滚轮61与仿形凸轮边71的下端结合时摆臂60的背面与挡块232抵靠配合。

上述方案解决了滚轮61与仿形凸轮边71的下端脱离后，滚轮61的位移路径为铅垂向的直线，当滚轮61上升到仿形凸轮边71的下端时滚轮61与仿形凸轮边71将毫无偏差重新恢复到滚动配合状态。

本发明不仅提供了刀夹31的启闭拉杆32的驱动机构，还提供了刀库40的快捷转位方案，以下具体说明。

刀库总成40整体呈锥盘状，刀库总成40包括盆状刀架41，盆状刀架41的盆边缘处布设有弹性开口状的刀具卡口411，结合图6，图6中所示的最低位的刀具卡口411处卡置有刀具a，刀具a的钉头a朝上，该状态为刚接受刀具或备就刀具等待主轴30的刀夹31夹持以便换刀，盆状刀架41的盆口处布置有刀库支架42且两者构成绕第一回转轴芯423转动的配合连接，第一回转轴芯423垂直于盆状刀架41的盆底且位于盆底中心，刀库支架42上连接的电机与盆状刀架41上的转轴相连，该转轴的轴芯即构成第一回转轴芯423，图6中转轴未示出，只是示出了安装转轴的轴孔44，第一回转轴芯423与轴孔44是重合的，刀库支架42与机架10由第二铰接轴421铰接，第二铰接轴421分别与主轴30轴芯、第一回转轴芯间距布置，第二铰接轴421与主轴30轴芯、第一回转轴芯所共面垂直，刀库支架42与主轴箱20之间设置有凸轮机构配合，凸轮机构驱动刀库总成40绕第二铰接轴421摆动，刀库总成40摆动时刀库总成40上的刀具a处与主轴30上的刀夹31正对或偏离位置处。即本发明中，刀库总成40与机架10的上端铰接连接，刀库总成40呈垂吊式姿态紧邻主轴箱20和主轴30布置，刀库总成40在换刀位和换刀等待位之间转位路径小，实际上刀库总成40在换刀位和换刀等待位之间转位角度只有30～40°，响应十分快捷、可靠，转位时利用重力、弹力和纯机械的凸轮机构便可实现，无需电力拖动机构驱动，节能效果显著。

优选方案是，所述的机架10和其上的导轨11沿上下方向立式布置，机架10顶端设置悬置支架13，悬置支架13的悬置端设置铰接孔133，刀库支架42上有轴支座422，第二铰接轴421设置在轴支座422上并与铰接孔133构成铰接转动配合，轴支座422靠近刀库总成40上部边沿设置、刀库总成40下部边沿呈自由垂摆状态，机架10与刀库支架42之间连接有弹簧80，弹簧80提供弹力驱使刀库总成40绕第二铰接轴421向主轴30一侧转动。弹簧80的设置就是让刀库总成40下部边沿的自由垂摆受到约束，确保凸轮机构处在配合状态，从而保证刀库总成40处在适当位置。

为了保证刀库总成40的布置位置适当且可靠连接，如图2、5所示，优选方案是悬置支架13包括两悬置杆131，两悬置杆131的一端固定在架10顶部，两悬置杆131的悬置端连接有横杆132，横杆132上布设铰接孔133，悬置支架13围成的上下畅通区域构成主轴箱20及主轴电机21移动通路。这样保证了刀库总成40的垂吊状态下避免相关支架部件干涉主轴箱20及主轴电机21移动的正常进行。

结合图7、9，主轴箱20与刀库总成40之间的凸轮机构包括设置在主轴箱20上的仿形凸轮板50，仿形凸轮板50面向刀库总成40的板边为凸轮仿形边51，刀库总成40的刀库支架42上设置滚轮43与凸轮仿形边51构成滚动配合，滚轮43的回转轴芯与主轴30轴芯、第一回转轴芯所共面垂直。

具体优选方案是，仿形凸轮板50的凸轮仿形边51包括下段的直边511和上段的曲线边512，直边511的上端和曲线边512的下端顺延衔接，直边511与第二铰接轴421之间的距离小于曲线边512与第二铰接轴421之间的距离，仿形凸轮板50上移到高位时第二铰接轴421处在曲线边512的中下段位置。所述的曲线边512从与直边511衔接处自下而上为曲率半径由小变大，曲线边512的中上段基本保持平直状。

同时结合图1，弹簧80为拉簧，其一端连接在滚轮43临近处、另一端连接在机架10顶端，弹簧80位于主轴箱20外部旁侧的位置处。图中所示的结构是弹簧80的上端连接在两悬置杆131中部设置的支座132，如此布置的弹簧80提供的弹力方向有利于驱动刀库总成40转动，又可以减少其长度。

结合图9，上述方案中，弹簧80提供弹力保证刀库支架42上设置的滚轮43与凸轮仿形边51始终接触，主轴箱20上下移动时，两者构成滚动配合，滚轮43与直边511接触时为换刀工作位，当主轴箱20自上而下移动时，滚轮43与曲线边512接触且自曲线边512下端向上滚动，此为刀库总成40向远离主轴30的方向偏转避让，所述的曲线边512从与直边11衔接处自下而上为曲率半径由小变大且，曲线边512的中上段基本保持平直状形状可以保证刀库总成40先是快速远离主轴30，然后保证滚轮43与曲线边512的中上段接触时，主轴30进刀切削。在主轴30正常进刀切削过程中，刀库40上的电机驱动盆状刀架41转动至无刀具a的刀具卡口411处于最低位以便下一个接刀、换刀工序，图中未示出电机及构成第一回转轴芯423的转轴。