换刀机械手、换刀机构、换刀机构组件及加工中心的制作方法

本实用新型涉及机床加工技术领域，尤其涉及一种换刀机械手以及具有该换刀机械手的换刀机构、换刀机构组件和加工中心。

背景技术：

数控机床是一种常用的零部件加工设备，常用于对零部件进行车、铣等。数控机床一般包括刀库和换刀机构。刀库用于定位、安装刀具，一个刀库可以容纳多个刀具，刀库容量大小直接关系到定位、安装其上的刀具数量。换刀机构用于将刀具在刀库与加工机头之间对换，通常换刀机构具有换刀机械手。

专利文献CN107695759A公开了一种移动式刀库，其中也公开了一种换刀机构。如图1至图2所示，换刀机构包括换刀臂23(换刀机械手)，换刀臂23包含旋转部231、延长部232、纳刀部233以及弹性固定结构234。其中，旋转部231设置有圆形通孔2311，延长部232设置有定位通孔2321，纳刀部233设置有容刀槽2331。

弹性固定结构234包含弹簧2342与伸缩块2341，伸缩块2341包含导向头，导向头上设置有第一导向面23411与第二导向面23412，第一导向面23411与第二导向面23412在延长部232沿厚度方向的投影上倾斜延伸。其中，纳刀部233用于容纳刀具，弹性固定结构234用于固定夹持刀具。

换刀时，刀具最先与所述第一导向面23411接触，随着刀臂的继续转动，刀具顺着第一导向面23411运动并压缩弹簧2342，刀具运动到纳刀部233内后，伸缩块2341在弹簧2342回弹力的作用下弹出，第二导向面23412与刀具接触以将刀具固定。

专利文献CN107283202A中公开了一种换刀机构，该换刀机构包括刀臂，刀臂的两端具有卡刀槽，刀臂还包括：容纳腔，容纳腔在卡刀槽的槽口处垂直于刀具的行进方向延伸；弹性件，弹性件容纳于容纳腔，弹性件的一端固定于容纳腔，另一端安装有凸块。

换刀时，刀具先与凸块接触，随着刀臂的继续转动，凸块受刀具挤压而退回，当刀具越过卡刀槽的槽口时，凸块能够在弹性件的作用下复位而自动锁定刀具。

对于上述的利用弹性伸缩机构自动锁定刀具的换刀机构，刀臂在旋转自动夹持刀具的过程中，刀臂的伸缩块(凸块)会碰撞刀具，由于弹簧(弹性件)的设计，瞬间撞击力会比较大，同时，撞击力会通过刀具传递至加工主轴。这样，设备工作时，长期的换刀动作会对加工主轴造成反复撞击，可能会导致加工主轴偏移或撞坏加工主轴，影响加工主轴刀具的加工精度。

技术实现要素：

基于现有技术中的上述缺陷，本实用新型的目的在于提供一种结构简单且不会碰撞损伤加工主轴的换刀机械手，以及具有该换刀机械手的换刀机构、换刀机构组件及加工中心。

为此，本实用新型提供如下技术方案。

本实用新型提供了一种换刀机械手，所述换刀机械手包括刀臂和气缸，所述刀臂包括容刀部，所述容刀部用于容纳定位刀具，

所述气缸包括缸体和缸杆，所述缸体固定安装于所述刀臂，所述缸杆能够相对于所述缸体伸缩以与所述容刀部配合而夹持或释放所述刀具，

当所述刀具位于所述容刀部中时，所述缸杆能够伸长而直接抵接所述刀具以夹紧刀具。

在至少一个实施方式中，所述缸体包括第一腔室和第二腔室，所述第一腔室设置有复位弹簧，所述第二腔室用于所述气缸的进气以使得所述缸杆缩回，所述复位弹簧用于在所述气缸断气时使得所述缸杆伸出复位。

在至少一个实施方式中，所述容刀部包括呈圆弧状的容刀槽，所述容刀槽的槽壁与所述刀具的外圆周面相匹配。

本实用新型还提供了一种换刀机构，其包括驱动机构、刀臂轴和上述任一实施方式的换刀机械手，

所述驱动机构与所述刀臂轴传动联接以驱动所述刀臂轴转动，

所述刀臂与所述刀臂轴固定连接，以使得所述驱动机构驱动所述刀臂轴转动时，所述刀臂与所述刀臂轴同步转动，

所述刀臂内设置有刀臂气道，所述刀臂气道与所述气缸的腔室连通，

所述刀臂轴内设置有刀臂轴气道，所述刀臂轴气道与所述刀臂气道连通。

在至少一个实施方式中，所述换刀机构还包括固定密封组件，所述固定密封组件套设于所述刀臂轴，且与所述刀臂轴之间形成密封空间，在所述刀臂轴的转动过程中，所述密封空间与所述刀臂轴气道始终保持连通，所述固定密封组件开设有与所述密封空间连通的进气口，所述固定密封组件不随所述刀臂轴转动。

在至少一个实施方式中，所述固定密封组件包括固定环套和两个环形密封件，所述固定环套套设于所述刀臂轴，所述两个环形密封件设置于所述固定环套与所述刀臂轴之间，且沿着所述固定环套的轴向间隔开地分布，所述固定环套、所述两个环形密封件和所述刀臂轴构成所述密封空间。

在至少一个实施方式中，所述固定环套的内壁开设有沿着所述固定环套的轴向间隔分布的第一环槽和第二环槽，所述两个环形密封件分别安装于所述第一环槽和所述第二环槽，所述进气口开设于所述固定环套的位于所述第一环槽和所述第二环槽之间的壁部。

在至少一个实施方式中，所述刀臂轴的外周面开设有环形的进气槽，所述进气槽与所述刀臂轴气道和所述进气口分别连通。

本实用新型还提供了一种换刀机构组件，其包括上述任一实施方式的具有固定密封组件的换刀机构和用于安装所述换刀机构的安装架，所述固定密封组件固定安装于所述安装架。

本实用新型还提供了一种加工中心，该加工中心包括上述的换刀机构组件。

通过采用上述的技术方案，本实用新型提供了一种换刀机械手，通过使用气缸替代现有的弹性伸缩机构，能够主动地控制对刀具的夹持与释放，避免换刀过程中自动夹持刀具时撞击加工主轴上的刀具而碰撞损伤主轴。同时，通过令气缸的缸杆伸出后直接抵接刀具以夹紧刀具，无需设置多余的夹持构件，结构简单。

同样地，具有上述的换刀机械手的换刀机构、换刀机构组件及加工中心具备同样的有益效果。

附图说明

图1示出了一种现有技术中的换刀机械手的结构示意图。

图2示出了图1中的弹性固定结构的结构示意图。

图3示出了根据本实用新型的换刀机构组件的结构示意图。

图4示出了图3中的换刀机构的结构示意图。

图5示出了图4中的换刀机械手的剖视图。

图6示出了图4中的刀臂轴及固定环套的剖视图。

图7示出了图4中的固定环套的立体结构图。

图8示出了图4中的固定密封组件的剖视图。

图9示出了图8中的环形密封件的立体结构图。

附图标记说明

23换刀臂；231旋转部；2311圆形通孔；232延长部；2321定位通孔；233纳刀部；2331容纳槽；234弹性固定结构；2341伸缩块；23411第一导向面；23412第二导向面；2342弹簧；

1安装架；2驱动机构；

3刀臂轴；31第一安装部；311进气槽；312第二进气道；32第二安装部；321第二固定孔；33刀臂轴气道；

4固定密封组件；41固定环套；411固定部；4111第三固定孔；412筒状部；4121第一环槽；4122第二环槽；4123进气口；4124中间壁部；42环形密封件；

5刀臂；51容刀部；511容刀槽；52刀臂气道；53连通孔；54第一固定孔；

6气缸；61缸体；611第一腔室；612第二腔室；613第一进气道；62缸杆；621凸块；63复位弹簧。

具体实施方式

下面参照附图描述本实用新型的示例性实施方式。应当理解，这些具体的说明仅用于示教本领域技术人员如何实施本实用新型，而不用于穷举本实用新型的所有可行的方式，也不用于限制本实用新型的保护范围。

本实用新型提及的“左”、“右”、“上”、“下”均是基于图3的视角而言的。

本实用新型提及的“传动联接”包括直接连接，也包括通过传动机构(链传动机构、带传动机构及齿轮传动机构等)连接。

下面结合图3至图9来说明本实用新型的换刀机构组件的具体实施方式。

如图3所示，本实用新型的换刀机构组件包括换刀机构和安装架1。

在本实施方式中，换刀机构有两个，分别固定安装于安装架1的左右两端。

在本实施方式中，如图3和图4所示，换刀机构包括驱动机构2、刀臂轴3、固定密封组件4和换刀机械手。其中，换刀机械手包括刀臂5和气缸6。

在本实施方式中，如图5所示，刀臂5包括容刀部51、刀臂气道52、连通孔53和第一固定孔54。其中，容刀部51用于容纳定位刀具。

在本实施方式中，容刀部51有两个，分别位于刀臂5的两端。具体地，容刀部51包括呈圆弧状的容刀槽511，容刀槽511的圆弧状内壁与刀具的外圆周面相匹配。

在本实施方式中，气缸6包括缸体61、缸杆62和复位弹簧63。其中，缸体61与刀臂5固定连接，缸杆62能够相对于缸体61伸缩以夹持或释放刀具。

在本实施方式中，气缸6有两个，与容刀部51相对应设置。

在本实施方式中，缸体61包括第一腔室611和第二腔室612。其中，复位弹簧63设置于第一腔室611中，缸杆62部分地设置于第二腔室612中。

在本实施方式中，第二腔室612用于进气，且当第二腔室612中进气时，缸杆62缩回；当气缸6断气时，缸杆62在复位弹簧63的弹性力作用下复位伸出。

在本实施方式中，缸杆62的位于缸体61外的一端具有凸块621，凸块621用于抵接刀具以夹紧刀具。

在本实施方式中，当使用本实用新型的换刀机械手更换加工主轴上的刀具时，先给第二腔室612输气，使得缸杆62缩回，然后旋转刀臂5使得容刀部51容纳加工主轴上的刀具及刀库中待使用的刀具；接着，使得气缸6断气，缸杆62在复位弹簧63的弹性力作用下伸出，缸杆62的凸块621将抵接上述的刀具以与容刀部51配合夹紧上述的刀具；再接着，使得上述的刀具分别脱离加工主轴和刀库，刀臂5旋转交换上述两个刀具的位置，再使得上述两个刀具分别装入加工主轴和刀库；最后，再给第二腔室612输气，使得缸杆62缩回以释放上述的刀具，然后刀臂5旋转复位，气缸6断气，缸杆62在复位弹簧63的弹性力作用下复位。

在上述的更换刀具的过程中，刀具直接定位容纳于容刀部51中，不会与缸杆62发生明显碰撞，进而也就不会传递撞击力至加工主轴而使得加工主轴偏移或损坏。

在本实施方式中，缸杆62伸出时，其凸块621直接抵接于刀具以夹紧刀具，缸杆62与刀具之间无需设置额外的夹持构件，这样，使得刀具的夹持机构的结构简单。

在本实施方式中，如图5所示，刀臂气道52开设于刀臂5内，刀臂气道52的一端封闭，另一端与第二腔室612通过第一进气道613连通。其中，第一进气道613开设于缸体61的壁部。

在本实施方式中，驱动机构2与刀臂轴3传动联接以能够驱动刀臂轴3转动，刀臂轴3与刀臂5固定连接。驱动机构2驱动刀臂轴3转动时，刀臂5能够与刀臂轴3同步转动。

在本实施方式中，如图6所示，刀臂轴3包括位于上部的第一安装部31、位于下部的第二安装部32和刀臂轴气道33。其中，第一安装部31的外周套设有固定密封组件4，第二安装部32与刀臂5固定连接，刀臂轴气道33与刀臂气道52通过连通孔53连通。

在本实施方式中，连通孔53的下端封闭，上端与刀臂轴气道33连通，侧面与刀臂气道52连通。

在本实施方式中，第二安装部32大致呈圆柱状，其下端面沿刀臂轴3的轴向开设有第二固定孔321，第二固定孔321与刀臂5的第一固定孔54在上下方向上相对应，刀臂5与刀臂轴3之间通过穿过第一固定孔54和第二固定孔321的紧固件固定连接。

在本实施方式中，第二固定孔321有四个，沿着第二安装部32的周向均匀设置，相应地，第一固定孔54也有四个。

在本实施方式中，刀臂轴气道33开设于刀臂轴3内部，且沿着刀臂轴3的轴向延伸，刀臂轴气道33的上端封闭，刀臂轴气道33的下端贯穿第二安装部32以与连通孔53连通。

在本实施方式中，第一安装部31呈圆柱状，其外周面开设有环形的进气槽311，进气槽311与刀臂轴气道33之间通过第二进气道312连通。其中，第二进气道312的数量为一个。

在本实施方式中，第一安装部31的外周面套设有固定密封组件4，固定密封组件4与第一安装部31之间形成密封空间。其中，刀臂轴3转动时，固定密封组件4不随刀臂轴3转动，该密封空间与刀臂轴气道33始终保持连通。

在本实施方式中，如图7至图9所示，固定密封组件4包括固定环套41和两个环形密封件42。其中，固定环套41包括固定部411和筒状部412。

在本实施方式中，固定部411位于筒状部412的上端，且从筒状部412的外圆周面垂直于筒状部412的轴向凸起设置。其中，固定部411的外周呈长方形。

在本实施方式中，固定部411固定于安装架1，以使得刀臂轴3转动时，固定密封组件4不随刀臂轴3转动。具体地，固定部411的四角处分别设置有第三固定孔4111，固定部411通过穿过第三固定孔4111的紧固件固定安装于安装架1左右两端的下表面。

在本实施方式中，筒状部412包括第一环槽4121、第二环槽4122、进气口4123和中间壁部4124。

在本实施方式中，第一环槽4121和第二环槽4122沿着筒状部412的轴向间隔开地平行分布，进气口4123开设于筒状部412的位于第一环槽4121和第二环槽4122之间的中间壁部4124中。其中，进气口4123贯穿中间壁部4124。

在本实施方式中，筒状部412的内壁面与第一安装部31的外周面匹配接触，中间壁部4124覆盖进气槽311，两个环形密封件42分别设置于第一环槽4121和第二环槽4122中。这样，固定环套41、两个环形密封件42和第一安装部31将进气槽311密封以形成密封空间。其中，进气口4123与进气槽311连通。

在本实施方式中，进气口4123的数量为例如一个，进气口4123用于连接快换接头，快换接头则用于连接气管。这样，供气设备(例如空压机)提供的气体可以通过气管、进气口4123、进气槽311、第二进气道312、刀臂轴气道33、连通孔53、刀臂气道52、第一进气道613进入第二腔室612中，驱动缸杆62缩回。

在本实施方式中，刀臂气道52、刀臂轴气道33、进气口4123、第一进气道613和第二进气道312的横截面均为圆形。

在本实施方式中，形成有刀臂气道52的刀臂5、形成有刀臂轴气道33的刀臂轴3的结构均为金属结构。这样，与现有技术中橡胶或复合材料制成的气管相比，刀臂气道52和刀臂轴气道33的可靠性高，不会产生老化漏气的问题。

可以理解，本实用新型中的各个气道的具体尺寸是根据气缸参数而定的，以满足气缸供气为准。

通过采用上述技术方案，根据本实用新型的换刀机构组件具有以下优点中：

(1)在本实用新型的换刀机构组件中，通过使用气缸替代现有的弹性伸缩机构，能够主动地控制对刀具的夹持与释放，避免换刀过程中自动夹持刀具时撞击加工主轴上的刀具而使加工主轴偏移或损坏，保证了加工主轴上的刀具的加工精度。

(2)在本实用新型的换刀机构组件中，通过令气缸的缸杆直接抵接刀具以夹紧刀具，无需设置多余的夹持构件，使得换刀机械手的结构简单。

(3)在本实用新型的换刀机构组件中，通过使用固设于刀臂和刀臂轴内部的气道替代气管给气缸供气，设置不随刀臂轴转动的固定密封组件向气道通气，有效避免了现有技术中气缸旋转工作时导致的气管缠绕现象，提高了气缸的工作可靠性和稳定性。

(4)在本实用新型的换刀机构组件中，刀臂和刀臂轴均为金属结构，刀臂气道和刀臂轴气道的可靠性高，避免了现有技术中的气管的老化问题，提高了气缸的工作可靠性和稳定性。

(5)在本实用新型的换刀机构组件中，使用固设于刀臂和刀臂轴内部的气道替代气管给气缸供气，避免设置额外的固定装置，使得换刀机构的结构简化，结构更加紧凑。

以上的具体实施方式对本实用新型的技术方案进行了详细阐述，但是还需要补充说明的是：

(1)虽然在上述实施方式中说明了换刀机构组件中设置有两个换刀机构，但是本实用新型不限于此，换刀机构的数量可以根据实际情况的需要而定，可以为一个、三个、四个或更多个。

(2)虽然在上述实施方式中说明了气缸中第二腔室用于输气以控制缸杆缩回，但是本实用新型不限于此，气缸可以构造为：向气缸输气时，缸杆伸出，气缸断气时，缸杆收回；此外，气缸也可以构造为：两个腔室均可以进气以控制缸杆伸缩。

(3)虽然在上述实施方式中说明了密封空间为进气槽所占的空间，但是本实用新型不限于此，固定环套的中间壁部与第一安装部的外圆周面之间可以存在空间间隙，以构成密封空间的一部分；此外，当固定环套的中间壁部与第一安装部的外圆周面之间存在空间间隙时，第一安装部的外圆周面既可以开设进气槽，也可以不开设进气槽。

(4)虽然在上述实施方式中说明了刀臂气道、刀臂轴气道、进气口、第一进气道和第二进气道的横截面均为圆形，但是本实用新型不限于此，刀臂气道、刀臂轴气道、进气口、第一进气道和第二进气道的横截面也可以为多边形或其它不规则形状。

(5)虽然在上述实施方式中说明了第二进气通道的数量为一个，但是本实用新型不限于此，第二进气通道的数量也可以为两个、三个、四个或更多个。

(6)虽然在上述实施方式中说明了固定密封组件固定安装于用于安装换刀机构的安装架，但是本实用新型不限于此，固定密封组件也可以固定安装于不随刀臂轴转动的加工中心的其它结构上。

此外，本实用新型还提供了一种加工中心，该加工中心包括上述的换刀机构组件。

可以理解，包括上述的换刀机构组件的加工中心具备同样的优点。