快速换刀的方法与流程

本发明属于机械加工领域，涉及一种换刀方法，特别是涉及一种快速换刀的方法。

背景技术：

如图1和图2所示，所述换刀流程为：(一)在加工主轴带动刀具加工完成后，加工主轴带动已使用的刀具1回到原点a停止；在确定加工主轴停止后，换刀臂2再由待机位置2a旋转至主轴位置2b，而换刀臂2的一端扣住已使用的刀具1，换刀臂2的另一端安装有待使用的刀具3；当确认换刀臂2扣住已使用的刀具1后，加工主轴的夹持端再将已使用的刀具1进行松刀动作b，其中，所述流程在图1中用(一)表示；(二)换刀臂2将已使用的刀具1拉离加工主轴，接着，换刀臂2旋转将待使用的刀具3对应于加工主轴的夹持端；由换刀臂2将待使用的刀具3插入加工主轴的夹持端，其中，所述流程在图1中用(二)表示；(三)加工主轴在确认待使用的刀具3已插入夹持端后，再将待使用的刀具3进行夹刀动作c，其中，所述流程在图1中用(三)表示；(四)在确认待使用的刀具3被夹紧后，换刀臂2再由主轴位置2b旋转回待机位置2a，以完成一次换刀作动流程，其中，此流程在图1中用(四)表示。

进一步，在图2中，加工主轴位置时序图4(用箭头4表示)，换刀臂旋转时序图5(用箭头5表示)，换刀臂移动时序图6(用箭头6表示)。习知控制换刀臂2的动力源为凸轮及马达，由马达驱动凸轮，由凸轮带动换刀臂运动。当加工主轴在加工完成回到原点a停止后，控制换刀臂2由待机位置2a旋转至主轴位置2b；接者，马达需在凸轮转动20度的停滞角内剎停，并等待动力源完成加工主轴的松刀动作b，换刀臂2再将已使用的刀具1拉离；而当换刀臂2经过旋转移动，而待使用的刀具3插入加工主轴后，马达需剎车使凸轮停止在另一个20度的停滞角内，等待夹刀动作c完成；接着，马达需再次驱动换刀臂旋转，使换刀臂回到待机位置2a，并使凸轮剎车停在原点a的20度停滞角内，再进行后续流程。其中，在图2中，加工主轴位置时序图4受控制换刀臂动力源的凸轮影响。

然而，以凸轮转动360度为完成一次换刀流程而言，凸轮需消耗在松刀动作b及夹刀动作c各20度无效的停滞区，因而延长换刀动作的时间，而且为配合松刀动作b与夹刀动作，凸轮的工作曲线设计则会受到限制，而导致噪音及磨损增加，缩短使用寿命。另外，马达为控制凸轮带动换刀臂2，需配合原点a停止、松刀动作b及夹刀动作c，马达需要分三段控制，导致马达在一次换刀流程中，需要启动与停止三次，如此一来，除了会延长换刀动作的时间外，也会造成马达负担，缩减马达的使用寿命。

技术实现要素：

基于此，有必要针对上述问题，提供一种快速换刀的方法，通过在加工完成后换刀作业前，先控制主轴的夹持端在预松位置夹持刀具，再由松刀缸顶推刀具，使刀具脱离主轴的锥度，而换刀臂便能够一次性进行换刀作业的旋转及移动，减少等待松刀动作与夹刀动作的时间，从而提升换刀流程时间，达到快速换刀的效果。

一种快速换刀的方法，其中，由第一动力源带动主轴的夹持端在夹紧位置夹持刀具，所述第一动力源控制主轴带动刀具进行加工；由第二动力源控制松刀缸运动；由第三动力源控制换刀臂更换刀具，所述方法包括以下步骤：

预松步骤：在加工完成后到所述第三动力源控制换刀臂更换刀具前，所述第一动力源控制主轴的夹持端由所述夹紧位置移动至预松位置夹持已使用的刀具；由所述第二动力源控制松刀缸运动，使松刀缸顶推已使用的刀具，令已使用的刀具主轴解除锥度自着，再由所述第二动力源带动松刀缸回退一个退刀距离，使已使用的刀具重新与所述夹持端接触；

换刀步骤：所述第三动力源控制换刀臂旋转且扣住已使用的刀具，并将已使用的刀具拔离主轴的所述夹持端，再由所述第三动力源控制换刀臂旋转，将待使用的刀具对应主轴的夹持端；

插刀步骤：所述第三动力源控制换刀臂将待使用的刀具插入主轴的夹持端，由主轴的夹持端在插入同时夹持住待使用的刀具。

在其中一个实施例中，所述夹紧位置的夹持紧度大于所述预松位置的夹持紧度。

在其中一个实施例，在进行所述预松步骤时，用于安装刀具的刀库已完成准备动作。

在其中一个实施例，在进行所述换刀步骤时，所述换刀臂的一端夹持待使用的刀具。

在其中一个实施例，在进行所述插刀步骤，由所述第一动力源控制主轴的夹持端夹持住待使用的刀具。

在其中一个实施例，由所述换刀步骤切换至所述插刀步骤时，所述第三动力源控制换刀臂运动过程为连续不间断。

在其中一个实施例，在进行所述预松步骤时，所述第一动力源控制主轴由加工位置移动至换刀位置的过程中，所述第一动力源同时控制主轴的夹持端由所述夹紧位置移动至所述预松位置夹持已使用的刀具。

在其中一个实施例，所述退刀距离为相对沿主轴的轴向距离。

本发明通过在加工完成后换刀作业前，先由预松位置夹持已使用的刀具，以预先略为松开且保持已使用的刀具不直接松脱的方式夹持，当换刀臂运动后，便能够直接在扣住已使用的刀具后将已使用的刀具拔离，减少传统的等待松刀动作的时间；而且当待使用的刀具被插入松刀缸时，松刀缸便会直接将待使用的刀具夹住，无须再额外等待传统的夹刀动作的时间，从而提升换刀流程时间，达到快速换刀的效果。

进一步，本发明的第三动力源能够一次性流畅的控制换刀臂运动，改善传统的须配合等待的停顿与时间消耗，进而提高换刀动作的稳定性，提升第三动力源的使用寿命。

附图说明

图1为传统的换刀运动流程示意图；

图2为传统的换刀运动时序示意图；

图3为本发明流程示意图；

图4为本发明换刀运动时序示意图；

图5为本发明与传统的时序对比示意图。

具体实施方式

如图3至图5所示，本发明提供一种快速换刀的方法，用于主轴、松刀缸及换刀臂的运动流程；由第一动力源控制主轴的夹持端在夹紧位置夹持刀具，其中，主轴的夹持端内缘具有锥度，在夹紧位置时，刀具与主轴的夹持端锥度紧配合，通过锥度的自着力，使刀具被夹紧，且由第一动力源控制主轴带动刀具对工件进行加工，在加工完成后，由第二动力源顶推刀具，使刀具脱离主轴的锥度；接着，能够由第三动力源控制换刀臂更换刀具；其中，第一动力源为马达，第二动力源为气压或油压，第三动力源为马达驱动凸轮，在本发明实施例中，第二动力源为气压；在图3至图5中，松刀缸位置时序图10(用箭头10表示)，换刀臂旋转时序图20(用箭头20表示)，换刀臂移动时序图30(用箭头30表示)。

本发明快速换刀的方法包括以下步骤：

预松步骤s1：在加工完成后到第三动力源控制换刀臂更换刀具前，第一动力源控制主轴由加工位置移动至换刀位置的过程中，主轴的夹持端由夹紧位置移动至预松位置40夹持已使用的刀具；接着，第二动力源控制松刀缸的打刀轴顶推已使用的刀具，使已使用的刀具脱离主轴的锥度，以解除锥度自着力；接着，第二动力源控制松刀缸回退一个退刀距离50，使已使用的刀具重新与主轴的夹持端接触松刀缸已使用的刀具，其中，退刀距离50为相对沿主轴的轴向距离。

在图3至图5中，预松位置40在松刀缸时序图上的位置用箭头40表示，退刀距离50在松刀缸时序图上的位置用箭头50表示；在本发明实施例中，加工位置为主轴带动刀具对工件加工的位置；换刀位置为主轴带动刀具回到原点等待换刀臂进行换刀的位置。

再者，夹紧位置的夹持紧度大于预松位置的夹持紧度，进一步说明，夹紧位置为主轴的夹持端已完全紧固的方式夹紧刀具；预松位置为用预先略为松开且保持刀具不会直接松脱的方式夹持；也就是说，主轴的夹持端具有锥度，在夹紧位置时，通过主轴夹持端的锥度增加刀具的夹持力；在预松位置时，通过松刀缸顶推刀具，而刀具不会直接松脱而是使刀具脱离主轴夹持端的锥度，以解除锥度自着；而松刀缸退回至退刀距离50，主轴夹持端使已使用的刀具重新与主轴的夹持端接触，保持已加工刀具能稳固的结合在主轴的夹持端，以承受取刀瞬间所产生的冲击。

此外，在预松步骤时，用于安装有加工用的多个刀具的刀库已完成准备动作，而换刀臂具有第一端及第二端，其中，换刀臂的第一端用于夹持刀库中的待使用的刀具，换刀臂的第二端用于夹持已使用的刀具。进一步说明，第一动力源控制主轴由加工位置移动至换刀位置的过程中，第一动力源会同时控制主轴的夹持端由夹紧位置移动至预松位置夹持已使用的刀具，而且在第一动力源运动的过程中，刀库也同时开启完成准备动作。

换刀步骤s2：经过预松步骤s1后，第三动力源控制换刀臂由原始位置进行旋转，由换刀臂的第二端扣住已使用的刀具，换刀臂的第一端扣住待使用的刀具；当换刀臂的第二端将已使用的刀具拔离主轴的夹持端，同时换刀臂的第一端将待使用的刀具拔离刀库；接着，再由第三动力源控制换刀臂旋转，令换刀臂的第一端将待使用的刀具对应主轴的夹持端。

在图3至图5中，换刀臂旋转并扣住已使用的刀具，在换刀臂旋转时序图20及换刀臂移动时序图30上用第一时间t1表示；将已使用的刀具拔离主轴的夹持端，在换刀臂旋转时序图20及换刀臂移动时序图30上用第二时间t2表示；换刀臂旋转令待使用的刀具对应主轴的夹持端，在换刀臂旋转时序图20及换刀臂移动时序图30上用第三时间t3表示。

在本发明实施例中，换刀臂具有旋转轴，第三动力源则以旋转轴为转动中心，控制换刀臂旋转；而且第三动力源能够控制换刀臂沿旋转轴的轴向往复运动，因此，当换刀臂需将已使用的刀具拔离主轴的夹持端时，则第三动力源控制换刀臂沿旋转轴的轴向朝远离夹持端的方向移动，便能够将已使用的刀具拔离夹持端。

插刀步骤s3：第三动力源控制换刀臂沿旋转轴的轴向朝向夹持端的方向，将待使用的刀具插入主轴的夹持端，由主轴的夹持端在插入同时夹持住待使用的刀具；接着，第三动力源控制换刀臂旋转回到原始位置；其中，待加工刀具插入主轴的夹持端时，能够是通过夹持端的结构自动将待使用的刀具夹持，或是由第一动力源控制主轴的夹持端夹住待使用的刀具。在图3至图5中，换刀臂将待使用的刀具插入夹持端，在换刀臂旋转时序图20及换刀臂移动时序图30上用第四时间t4表示；换刀臂旋转回到原始位置，在换刀臂旋转时序图20及换刀臂移动时序图30上用第五时间t5表示。

再者，如图3至图5所示，由换刀步骤s2至插刀步骤s3间，第三动力源控制换刀臂运动的过程为连续不间断。进一步说明，经过预松步骤s1将已使用的刀具预先略为松夹，而第三动力源在换刀步骤s2开始，便能够无须等待，连贯性进行将已使用的刀具拔离夹持端，并且将待使用的刀具插入夹持端的动作。

因此，本发明在加工完成后换刀作业前，先由预松位置夹持已使用的刀具，用预先略为松开且保持已使用的刀具不直接松脱的方式夹持，当换刀臂运动后，便能够直接在扣住已使用的刀具后将已使用的刀具拔离，而且当待使用的刀具被插入松刀缸时，松刀缸便会直接将待使用的刀具夹住，通过所述方法，缩短松刀及夹刀的流程，提升换刀流程时间，达到快速换刀的效果。

再者，本发明的第三动力源能够一次性流畅的控制换刀臂运动，提升换刀过程的稳定，进而增加第三动力源的使用寿命。

另外，由图5可以清楚看出，本发明松刀缸位置时序图10、换刀臂旋转时序图20及换刀臂移动时序图30的曲线斜率，相较于熟知的加工主轴位置时序图4、换刀臂旋转时序图5及换刀臂移动时序图6的曲线斜率小，因此，在换刀流程中，更为稳定且速度较快，也能够有效降低换刀流程中，噪音与损耗问题，进而提升换刀效率。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。