一种基于外转力矩电机的微型刀臂式刀库的制作方法

本发明涉及数控机床换刀设备技术领域，特别涉及一种用于数控机床自动换刀机构的刀库。

背景技术：

随着科技水平的发展，制造业对机床加工的精度的要求也越来越高，传统的机床加工设备早已无法胜任日益苛刻的工艺需求，因此诞生了数控机床这种自动化程度极高的机加工设备。数控机床集中应用了计算机技术、电子技术、自动控制技术、传感测量、机械制造等先进技术，是典型的机电一体化产品。它采用数控系统自动控制机床的切削、进给等动作，能够实现切削量的精准控制，同时能够大大提高生产效率。数控机床的刀具及自动换刀机构对加工时间有着重要的影响，刀库是自动换刀机构的主要部件，其容量、布局以及具体结构对数控机床的设计有很大影响。

刀库的功能是储存加工工序所需要的各种刀具，并按照指令将要用的刀具准确送到换刀位置，并接受从主轴送来的已用刀具。根据需求，刀库的类型有多种形式，例如盘式刀库、链式刀库和格子盒式刀库。随着数控系统的发展，目前大多数的数控系统都采用任意选刀的方式，比如刀套编码、刀具编码和记忆。

现有刀库传动部分包括电机和减速机，其定位方式通过光电式近接开关计数，依靠机械凹槽完成，其刀臂机构传动均为机械式凸轮箱结构，往往体积庞大，重量也比较重；在高速运动过程中容易增加负载惯量，降低机床的加速度。此外，计数光电开关非常容易损坏，而且定位精度差，导致换刀臂抓刀不准，刀库使用寿命较低；而且凸轮箱结构成本高昂，维护困难。由于机构负责重量较重，一般只能适用于中大型机床。

专利cn201621190605.2公开了一种数控机床换刀机构，包括换刀部件和转动驱动机构，换刀部件包括刀臂，转动驱动机构驱动刀臂旋转。转动驱动机构包括驱动电机和转轴，驱动电机驱动转轴转动，转动驱动机构上安装有回原点定位组件，回原点定位组件包括信号轮和近接开关，信号轮与转轴同轴固定，信号轮上具有缺口，近接开关为光电开关，光电开关包括发光器件和光电器件，发光器件和光电器件分别设置在信号轮的两侧；光电器件与驱动电机信号连接。当驱动电机带动信号轮旋转时，信号轮的缺口旋动到近接开关的光电器件所对应的位置，发光器件的光透过信号轮的缺口将光传递到光电器件，光电器件发出触发信号给驱动电机，驱动电机控制伺服停止，刀臂回原点状态。该专利的定位方式依然是通过近接开关计数，但是计数光电开关非常容易损坏，而且定位精度差，导致换刀臂抓刀不准，刀库使用寿命较低。

专利cn201320258553.8公开了一种改进型数控加工设备，包括进给装置和换刀装置，其进给装置包括主轴，主轴通过支架与机床本体连接；所述主轴连接有减速箱和伺服电机，减速箱和伺服电机设置于支架上部；所述换刀装置包括一个刀库，刀库为环形，刀库上设置有若干刀头搁置槽；所述刀库的外侧设置有送刀链条，送刀链条上设置有夹刀杆，夹刀杆的顶端设置有夹刀槽。该专利可以进行自动换刀操作，方便了同一工件加工中需要不同的刀具时，可以进行自动操作，降低了设备的人工操作，提高了工作效率，降低了误操作的可能性；但是该专利的传动部分依然由电机和减速机组成，体积大，且在高速运动过程中增加负载惯量，降低机床加速度。

技术实现要素：

为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种结构简单、小体积、低成本的基于外转力矩电机的微型刀臂式刀库。

本发明的另一目的在于提供一种基于外转力矩电机的微型刀臂式刀库，该刀库由于体积小重量轻，能够适用于雕刻机等小型数控机床，且该刀库能够提高刀库的集成度和定位精度，能显著提升刀库的使用寿命及提高可靠性。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

本发明提供一种基于外转力矩电机的微型刀臂式刀库，其特征在于，包括整体支架、固定安装在整体支架一侧的驱动单元、固定安装在驱动单元外侧圆周上的圆盘式刀盘、压刀组件和固定安装在整体支架另一侧的刀臂组件；所述圆盘式刀盘的底部下方设有换刀位，所述圆盘式刀盘的圆周上夹持有复数个安装有刀具的刀杯；所述刀臂组件的输出端固定安装有换刀臂，且所述换刀臂在所述刀臂组件的驱动下旋转来切换取刀和换刀；所述压刀组件安装在所述整体支架的底部，且位于所述换刀位的上方，并可下压所述刀杯；所述驱动单元驱动所述圆盘式刀盘使所述刀杯旋转定位后，受所述压刀组件下压至换刀位，再由所述换刀臂在换刀位处取出刀杯及刀杯中的刀具。

在本发明中，该微型刀臂式刀库包括整体支架、驱动单元、圆盘式刀盘、压力组件和刀臂组件，结构简单，可以在制作工序上做简化，从而降低成本，且简单的结构可以组合形成小体积的设备，将其应用在数控机床中占用空间小；将本发明的微型刀臂式刀库应用于现有的数控机床时，在数控机床中的数控系统的指令下，驱动单元驱动刀杯选择需要换刀的位置，然后由压力组件下压刀杯，将刀杯压入换刀位，同时由刀臂组件驱动换刀臂旋转至换刀位取出刀杯刀具，刀臂组件再驱动换刀臂旋转完成刀具交换。

具体地，所述整体支架包括主体支架和刀臂组件安装支架，且二者固定连接；所述驱动单元、所述圆盘式刀盘和所述压刀组件均安装在所述主体支架上；所述刀臂组件固定安装在所述刀臂组件安装支架上。整体支架包括主体支架和刀臂组件安装支架，结构简单，整体支架可以保证该微型刀臂式刀库的结构稳定性。

具体地，所述压力组件包括刀杯导轨、刀杯压块和刀杯气缸；所述主体支架的底部开有缺口，且所述刀杯导轨固定在所述缺口的两侧；所述刀杯气缸固定在所述主体支架上并位于所述缺口处；所述刀杯气缸可伸缩并带动所述刀杯压块上下平移；所述刀杯压块安装在所述刀杯导轨上并在所述刀杯气缸的驱动下下压所述刀杯。在将刀杯压入换刀位过程中，刀杯气缸向下伸长，驱使刀杯压块在刀杯导轨上平移，从而下压刀杯。其中，刀杯导轨具有导向作用。

具体地，所述换刀位处设有稳定支撑所述刀杯的刀杯固定座，且所述刀杯固定座固定安装在所述刀杯导轨的末端；所述刀杯导轨下端还固定安装有设置在所述刀杯固定座上的限位块。刀杯固定座可以支撑刀杯，保证换刀过程进行的稳定性；限位块限制刀杯压块行进的路程，使刀杯压块恰好将刀杯压入刀杯固定座。

具体地，所述圆盘式刀盘的圆周上设有刀杯安装座，通过所述刀杯安装座将所述刀杯夹持在所述圆盘式刀盘上；所述刀杯安装座内设有横向贯穿所述刀杯安装座的转轴，且所述转轴上活动连接有转动柱；通过所述转动柱转动带动所述刀杯旋转90度向下；所述刀杯压块包括压紧部、滑动部和限位部，且三者一体成型连接；所述压紧部、滑动部和限位部围成容纳所述转动柱的容纳空间；所述滑动部受所述刀杯气缸驱动在所述刀杯导轨上平移；所述压紧部压紧在所述转动柱上方，并随所述滑动部向下平移带动所述刀杯下移；所述限位部贴在所述转动柱下方并随所述滑动部向下平移，且受所述限位块限位。刀杯压块和转动柱的配合，保证刀杯下压后能够顺畅的旋转90度向下，方便取刀。

具体地，所述刀臂组件包括刀臂气缸、刀臂摆臂电机和刀臂转轴；所述刀臂气缸和所述刀臂摆臂电机均固定安装在所述刀臂组件安装支架上，且二者并排放置；所述刀臂转轴的顶端与所述刀臂摆臂电机的输出端固定连接，末端与所述换刀臂固定连接；所述刀臂转轴位于所述换刀臂的中部；所述刀臂摆臂电机驱动所述刀臂转轴旋转带动所述换刀臂旋转切换取刀和换刀；所述刀臂气缸可上下伸缩操控所述换刀臂在旋转到换刀位时完成抓刀及取刀的上下动作。在本发明中，使用刀臂气缸和刀臂摆臂电机，替代传统的机械式凸轮箱结构，成本低廉且可靠性提高。其中，换刀臂为现有的换刀机械手，其左右各有一个刀爪，完成取刀和换刀的动作。在取刀过程中，刀臂气缸下压从刀杯固定座取出刀杯刀具，刀臂摆臂电机旋转使换刀臂完成刀具交换，之后刀臂摆臂电机旋转复位，刀臂气缸上升，完成整个换刀工作。

具体地，所述刀臂摆臂电机为伺服电机，伺服电机为现有的伺服电机，刀臂气缸为现有的气缸，这种选用伺服电机和气缸的组合，成本低廉，且重量轻。

具体地，所述整体支架还包括用于支撑刀臂转轴的支撑支架，所述支撑支架上固定安装有支撑轴承，通过所述支撑轴承连接所述刀臂转轴和所述支撑支架；所述支撑支架与所述主体支架固定连接，且二者围成容纳所述刀臂组件和所述刀臂组件安装支架的安装空间。支撑支架和支撑轴承的采用，令刀臂转轴可以稳定的传递刀臂摆臂电机的驱动力给换刀臂。

具体地，所述驱动单元包括驱动电机和绝对值编码器，且所述绝对值编码器设置在所述驱动电机上并对刀杯进行精准定位；所述圆盘式刀盘固定安装在所述驱动电机外侧圆周上。绝对值编码器，可实现高精度定位。

具体地，所述驱动电机为外转式扭矩电机。

本发明使用外转力矩电机替代传统的机械式减速机机构，用绝对值编码器替代光电计数开关，能够提高刀库的集成度和定位精度，能显著刀库的使用寿命及提高可靠性。

在本发明中，该微型刀臂式刀库可以设置一体式的保护外壳，可以提高防护等级。

本发明相比于现有技术，该微型刀臂式刀库包括整体支架、驱动单元、圆盘式刀盘、压力组件和刀臂组件，结构简单，可以在制作工序上做简化，从而降低成本，且简单的结构可以组合形成小体积的设备，将其应用在数控机床中占用空间小。

该微型刀臂式刀库由于体积小重量轻，能够适用于雕刻机等小型数控机床；且该刀库使用外转力矩电机替代传统的机械式减速机机构，用绝对值编码器替代光电计数开关，换刀臂结构使用气缸和摆臂电机替代机械式凸轮箱结构，能够提高刀库的集成度和定位精度，能显著提升刀库的使用寿命及提高可靠性。

附图说明

图1是本发明所实施的基于外转力矩电机的微型刀臂式刀库的安装有保护外壳的结构示意图。

图2是本发明所实施的基于外转力矩电机的微型刀臂式刀库的一视角的结构示意图。

图3是本发明所实施的基于外转力矩电机的微型刀臂式刀库的另一视角的结构示意图。

图4是本发明所实施的基于外转力矩电机的微型刀臂式刀库的主视图。

图5是本发明所实施的基于外转力矩电机的微型刀臂式刀库的右视图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下。

参见图1-5，本发明提供一种基于外转力矩电机的微型刀臂式刀库，包括整体支架1、固定安装在整体支架1一侧的驱动单元2、固定安装在驱动单元2外侧圆周上的圆盘式刀盘3、压刀组件4和固定安装在整体支架1另一侧的刀臂组件5；圆盘式刀盘3的底部下方设有换刀位6，圆盘式刀盘3的圆周上夹持有复数个安装有刀具(图未示)的刀杯31；刀臂组件5的输出端固定安装有换刀臂7，且换刀臂7在刀臂组件5的驱动下旋转来切换取刀和换刀；压刀组件4安装在整体支架的1底部，且位于换刀位6的上方，并可下压刀杯31；驱动单元2驱动圆盘式刀盘3使刀杯31旋转定位后，受压刀组件4下压至换刀位6，再由换刀臂7在换刀位6处取出刀杯31及刀杯31中的刀具。

在本发明中，该微型刀臂式刀库包括整体支架1、驱动单元2、圆盘式刀盘3、压力组件4和刀臂组件5，结构简单，可以在制作工序上做简化，从而降低成本，且简单的结构可以组合形成小体积的设备，将其应用在数控机床中占用空间小；将本发明的微型刀臂式刀库应用于现有的数控机床时，在数控机床中的数控系统的指令下，驱动单元2驱动刀杯31选择需要换刀的位置，然后由压力组件4下压刀杯31，将刀杯31压入换刀位6，同时由刀臂组件5驱动换刀臂7旋转至换刀位6取出刀杯31刀具，刀臂组件5再驱动换刀臂7旋转完成刀具交换。

在本实施例中，整体支架1包括主体支架11和刀臂组件安装支架12，且二者固定连接；驱动单元2、圆盘式刀盘3和压刀组件4均安装在主体支架11上；刀臂组件5固定安装在刀臂组件安装支架12上。整体支架1包括主体支架11和刀臂组件安装支架12，结构简单，整体支架1可以保证该微型刀臂式刀库的结构稳定性。

在本实施例中，压力组件4包括刀杯导轨41、刀杯压块42和刀杯气缸43；主体支架11的底部开有缺口111，且刀杯导轨41固定在缺口111的两侧；刀杯气缸43固定在主体支架11上并位于缺口111处；刀杯气缸43可伸缩并带动刀杯压块42上下平移；刀杯压块42安装在刀杯导轨41上并在刀杯气缸43的驱动下下压刀杯31。在将刀杯31压入换刀位6过程中，刀杯气缸43向下伸长，驱使刀杯压块42在刀杯导轨41上平移，从而下压刀杯31。其中，刀杯导轨41具有导向作用。

在本实施例中，换刀位6处设有稳定支撑刀杯31的刀杯固定座61，且刀杯固定座61固定安装在刀杯导轨41的末端；刀杯导轨41下端还固定安装有设置在刀杯固定座61上的限位块8。刀杯固定座61可以支撑刀杯31，保证换刀过程进行的稳定性；限位块8限制刀杯压块42行进的路程，使刀杯压块42恰好将刀杯31压入刀杯固定座61。

在本实施例中，圆盘式刀盘3的圆周上设有刀杯安装座32，通过刀杯安装座32将刀杯31夹持在圆盘式刀盘3上；刀杯安装座32内设有横向贯穿刀杯安装座32的转轴(图未示)，且转轴上活动连接有转动柱321；通过转动柱321转动带动刀杯31旋转90度向下；刀杯压块32包括压紧部(图未示)、滑动部(图未示)和限位部421，且三者一体成型连接；压紧部、滑动部和限位部421围成容纳转动柱321的容纳空间(图未示)；滑动部受刀杯气缸43驱动在刀杯导轨41上平移；压紧部压紧在转动柱321上方，并随滑动部向下平移带动刀杯31下移；限位部421贴在转动柱321下方并随滑动部向下平移，且受限位块8限位。刀杯压块32和转动柱321的配合，保证刀杯31下压后能够顺畅的旋转90度向下，方便取刀。

在本实施例中，刀臂组件5包括刀臂气缸51、刀臂摆臂电机52和刀臂转轴53；刀臂气缸51和刀臂摆臂电机52均固定安装在刀臂组件安装支架12上，且二者并排放置；刀臂转轴53的顶端与刀臂摆臂电机52的输出端固定连接，末端与换刀臂7固定连接；刀臂转轴53位于换刀臂7的中部；刀臂摆臂电机52驱动刀臂转轴53旋转带动换刀臂7旋转切换取刀和换刀；刀臂气缸51可上下伸缩操控换刀臂7在旋转到换刀位时完成抓刀及取刀的上下动作。在本发明中，使用刀臂气缸51和刀臂摆臂电机52，替代传统的机械式凸轮箱结构，成本低廉且可靠性提高。其中，换刀臂7为现有的换刀机械手，其左右各有一个刀爪，完成取刀和换刀的动作。在取刀过程中，刀臂气缸51下压从刀杯固定座61取出刀杯31刀具，刀臂摆臂电机52旋转使换刀臂7完成刀具交换，之后刀臂摆臂电机52旋转复位，刀臂气缸51上升，完成整个换刀工作。

在本实施例中，刀臂摆臂电机52为伺服电机，伺服电机为现有的伺服电机，刀臂气缸51为现有的气缸，这种选用伺服电机和气缸的组合，成本低廉，且重量轻。

在本实施例中，整体支架1还包括用于支撑刀臂转轴53的支撑支架13，支撑支架13上固定安装有支撑轴承9，通过支撑轴9承连接刀臂转轴53和支撑支架13；支撑支架13与主体支架11固定连接，且二者围成容纳刀臂组件5和刀臂组件安装支架12的安装空间。支撑支架13和支撑轴承8的采用，令刀臂转轴53可以稳定的传递刀臂摆臂电机52的驱动力给换刀臂7。

在本实施例中，驱动单元2包括驱动电机21和绝对值编码器(图未示)，且绝对值编码器设置在驱动电机21上并对刀杯31进行精准定位；圆盘式刀盘3固定安装在驱动电机21外侧圆周上。绝对值编码器，可实现高精度定位。

在本实施例中，驱动电机21为外转式扭矩电机。

本发明使用外转力矩电机替代传统的机械式减速机机构，用绝对值编码器替代光电计数开关，能够提高刀库的集成度和定位精度，能显著刀库的使用寿命及提高可靠性。

在本发明中，该微型刀臂式刀库可以设置一体式的保护外壳0，可以提高防护等级。

本发明相比于现有技术，结构简单，可以在制作工序上做简化，从而降低成本，且简单的结构可以组合形成小体积的设备，将其应用在数控机床中占用空间小。

该微型刀臂式刀库由于体积小重量轻，能够适用于雕刻机等小型数控机床；且该刀库使用外转力矩电机替代传统的机械式减速机机构，用绝对值编码器替代光电计数开关，换刀臂结构使用气缸和摆臂电机替代机械式凸轮箱结构，能够提高刀库的集成度和定位精度，能显著提升刀库的使用寿命及提高可靠性。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。