ATC自动换刀结构的制作方法

atc自动换刀结构
技术领域
1.本实用新型属于加工中心设备技术领域，具体涉及atc自动换刀结构。


背景技术：

2.自动换刀系统简称atc，是加工中心的重要部件，由它实现零件工序之间连续加工的换刀要求，即在每一工序完成后自动将下一工序所用的新刀具更换到主轴上，从而保证了加工中心工艺集中的特点，刀具的更换一般通过机械手、刀库及机床主轴的协调动作共同完成。传统的换刀机构换刀时，整个换刀过程较慢，故障率高，影响到实际的工作效率。如现有专利文献公开了一种用于高架龙门加工中心的换刀机构(公布号：cn108637764a)，其技术方案中记载了机械手从刀库中选出所需刀具后，将刀具抓取，再输送到主轴换刀位置处，接着机械手取下待换刀具，再更换上所需刀具，完成换刀后机械手再将替换后的刀具放回到刀库中，机械手需要分步完成待换刀具的取下和替换刀具的安装过程，整个换刀过程繁琐，换刀时间长。


技术实现要素：

3.本实用新型目的在于针对现有技术所存在的不足而提供atc自动换刀结构的技术方案，结构设计巧妙合理，实用性强，采用该换刀结构可以实现快速换刀功能，换刀机构同时扣住待换刀具和替换刀具，再配合动作实现待换刀具取下和替换刀具安装的同步进行，从而有效减少换刀时间，提高工作效率，且整体输出强度更好，使得整个换刀过程更加的稳定可靠，提高实际换刀操作安全性能。
4.为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：
5.atc自动换刀结构，包括壳体、驱动组件、联动组件和换刀臂组件，驱动组件与联动组件相连接，驱动组件通过联动组件实现换刀臂组件的动作，其特征在于：联动组件包括圆柱凸轮、平面凸轮、扇形齿轮、换刀齿轮和换刀定位臂，圆柱凸轮与平面凸轮通过主动轴共轴设置在壳体内，驱动组件驱动主动轴的转动，从而带动圆柱凸轮和平面凸轮的同步转动，扇形齿轮、换刀齿轮和换刀定位臂铰接设置在壳体内，平面凸轮带动扇形齿轮的上下拨动，平面凸轮与换刀定位臂联动配合实现换刀齿轮的间歇转动，换刀齿轮间隙转动从而可以满足整个换刀过程，当处于扣刀或复位动作，换刀齿轮限位固定而无法转动，当交换刀具时，换刀齿轮转动从而带动换刀臂转动360
°
，实现刀具的转动交换动作，换刀臂组件包括摆臂杆和换刀臂，换刀臂安装在摆臂杆的一端，摆臂杆与圆柱凸轮之间连接有主臂杆，摆臂杆横向滑动卡接在壳体上，圆柱凸轮通过主臂杆的联动带动摆臂杆的横向移动，摆臂杆横向移动实现换刀臂的伸缩动作，从而满足刀具的拔出和装刀过程，摆臂杆上设置有转动齿轮，当扇形齿轮与转动齿轮转动啮合配合时，摆臂杆转动达到扣刀或复位的作用；当换刀齿轮与转动齿轮转动啮合配合时，摆臂杆转动360
°
实现换刀动作。
6.进一步，平面凸轮上设置有第一滚针轴承，换刀齿轮的侧面设置有凸台，凸台上沿周向均匀设置有嵌位槽，换刀定位臂上设置有第二滚针轴承和第三滚针轴承，换刀定位臂
与壳体之间连接有弹簧，通过弹簧的拉力作用，使得第三滚针轴承可以顺利卡入到对应嵌位槽内，从而限制换刀齿轮的移动，第二滚针轴承滑动支撑在平面凸轮的凸轮轮廓面上，当平面凸轮转动时，平面凸轮带动第二滚针轴承上下拨动，实现换刀定位臂的上下拨动，从而带动第三滚针轴承的上下拨动；
7.当第三滚针轴承往下拨动后，在弹簧的拉力作用下，第三滚针轴承卡入到嵌位槽中，使得换刀齿轮被限位无法转动；
8.当第三滚针轴承往上拨动后，第三滚针轴承贴附着凸台的外圆弧面滚动，同时第一滚针轴承转动卡入到嵌位槽内，拨动换刀齿轮同步转动；
9.当第三滚针轴承卡入到对应的嵌位槽中时，由于第三滚针轴承的限制使得换刀齿轮固定无法转动，该状态下整个换刀结构只能够完成扣刀或复位的动作，且将换刀齿轮限位固定也可以便于后续第一滚针轴承顺利卡入到对应嵌位槽中，而当第三滚针轴承沿着凸台的外圆弧面滚动时，第一滚针轴承卡入到对应嵌位槽中，平面凸轮转动且通过第一滚针轴承的联动拨动换刀齿轮转动，换刀齿轮转动的同时，摆臂杆也正好伸出使得转动齿轮与换刀齿轮啮合接触，从而通过换刀齿轮带动换刀臂转动360
°
，完成交换刀具的动作。
10.进一步，扇形齿轮上设置有第四滚针轴承，平面凸轮上设置有第一曲线槽，第四滚针轴承滑动卡接在第一曲线槽内，当平面凸轮转动时，平面凸轮通过第一曲线槽带动第四滚针轴承上下拨动，从而实现扇形齿轮的上下拨动，扇形齿轮上下拨动中会推动与之啮合的转动齿轮的转动，进而实现摆臂杆的转动，达到扣刀或复位的作用，第四滚针轴承滑动限位在第一曲线槽内，使得扇形齿轮会随着平面凸轮的转动上下拨动，而扇形齿轮上下拨动中会带动与之啮合的转动齿轮转动，从而实现扣刀或复位动作。
11.进一步，驱动组件包括电动机、电机齿轮和减速齿轮，电机齿轮安装设置在电动机的电机轴上，减速齿轮共轴设置在主动轴上，减速齿轮与电机齿轮相啮合，电动机通过电机轴带动电机齿轮的转动，电机齿轮再带动与之啮合的减速齿轮转动，减速齿轮带动主动轴转动，从而带动圆柱凸轮和平面凸轮的同步转动，且通过电机齿轮与减速齿轮的配合使得主动轴达到设定的输出转速，从而控制换刀速度，使得整个换刀过程更加的平稳且高效。
12.进一步，主臂杆铰接设置在壳体上，主臂杆上设置有第五滚针轴承，圆柱凸轮上设置有第二曲线槽，第五滚针轴承滑动卡接在第二曲线槽内，当圆柱凸轮转动时，圆柱凸轮通过第二曲线槽带动第五滚针轴承左右摆动，实现主臂杆的左右摆动，从而带动摆臂杆的横向移动，第五滚针轴承滑动限制在第二曲线槽内，使得主臂杆会随着圆柱凸轮的转动左右摆动，从而实现摆臂杆的横向移动，实现摆臂杆的伸缩运动，摆臂杆伸出后，换刀臂将刀具拔出，且转动齿轮与换刀齿轮接触啮合，方便360
°
的换刀动作，摆臂杆缩回后，交换后的刀具装回到设备上，而转动齿轮与扇形齿轮接触啮合，方便扣刀或复位动作。
13.进一步，摆臂杆上远离换刀臂的端部套设有套环，主臂杆的一端与套环铰接，设计合理，拆装方便，通过套环的设计可以便于主臂杆与摆臂杆之间的活动连接。
14.进一步，换刀臂上设置有限位环和限位端套，套环限位在限位环与限位端套之间，结构设计合理，限位环和限位端套正好将套环限位在两者之间，套环两端受到限位环、限位端套的限制，使得主臂杆的左右摆动中，通过套环的联动可以实现摆臂杆的横向移动，实现拔刀或装刀过程。
15.进一步，套环与限位端套之间设置有缓冲压簧，缓冲压簧套设在换刀臂的外侧，缓
冲压簧可以起到一定的缓冲作用，减少拔刀或装刀过程的冲击作用，提高整个换刀过程的平稳可靠性，确保操作安全性。
16.本实用新型由于采用了上述技术方案，具有以下有益效果：
17.本实用新型结构设计巧妙合理，实用性强，采用该换刀结构可以实现快速换刀功能，扣刀过程可以同时扣住设备主轴上的刀具和刀库中所需更换的刀具，再将两个刀具一同拔出，接着换刀臂转动360
°
完成两把刀具的交换，再装刀使得所需的刀具被安装到主轴上，而更换下的刀具则又被放回到刀库中，有效减少换刀时间，提高工作效率，且整体输出强度更好，使得整个换刀过程更加的稳定可靠，提高实际换刀操作安全性能。
18.本实用新型整个换刀过程为扣刀-拔刀-换刀-装刀-复位，换刀结构工作时，电动机提供动力源，并通过电机齿轮与减速齿轮的配合使得主动轴达到设定的输出转速，从而控制换刀速度，使得整个换刀过程更加的平稳且高效，主动轴转动带动设置在其上的圆柱凸轮和平面凸轮的同步转动；当圆主凸轮转动时，圆柱凸轮通过第二曲线槽带动第五滚针轴承左右摆动，实现主臂杆的左右摆动，从而带动摆臂杆的横向移动，摆臂杆伸出时为拔刀过程，摆臂杆缩回时为装刀过程；当平面凸轮转动时，平面凸轮通过第一曲线槽带动第四滚针轴承上下拨动，再配合扇形齿轮的联动实现转动齿轮的转动，达到扣刀或复位作用；当平面凸轮转动时，平面凸轮带动贴附着其凸轮轮廓面的第二滚针轴承上下拨动，从而实现换刀定位臂的上下拨动，当换刀定位臂拨动中其上的第三滚针轴承卡入到换刀齿轮的嵌位槽中时，换刀齿轮被限位无法转动，同时摆臂杆也处于缩回状态使得扇形齿轮与换刀齿轮接触啮合，使得该状态下换刀结构只能够完成扣刀或复位动作；当换刀定位臂拨动中其上的第三滚针轴承从嵌位槽内移出贴附着凸台外圆弧形滚动时，平面凸轮上的第一滚针轴承正好转动卡入到对应嵌位槽内，从而拨动换刀齿轮转动，换刀齿轮转动的同时，摆臂杆也伸出到位使得转动齿轮与换刀齿轮接触啮合，从而通过换刀齿轮的转动带动换刀臂转动360
°
，完成交换刀具的动作。
附图说明
19.下面结合附图对本实用新型作进一步说明：
20.图1为本实用新型atc自动换刀结构初始或复位后的状态结构示意图；
21.图2为本实用新型atc自动换刀结构扣刀或装刀时的状态结构示意图；
22.图3为本实用新型atc自动换刀结构刀具拔出时的状态结构示意图；
23.图4为本实用新型atc自动换刀结构换刀过程中的状态结构示意图；
24.图5为本实用新型中驱动组件在壳体上的安装结构示意图；
25.图6为本实用新型中扇形齿轮与转动齿轮啮合时的状态结构示意图；
26.图7为本实用新型中平面凸轮通过第一滚针轴承带动换刀齿轮转动时的状态结构示意图；
27.图8为本实用新型中扇形齿轮的结构示意图；
28.图9为本实用新型中主臂杆的结构示意图；
29.图10为本实用新型中第一曲线槽在平面凸轮上的位置分布结构示意图；
30.图11为本实用新型中平面凸轮的平面结构示意图；
31.图12为本实用新型中第一滚针轴承在平面凸轮上的位置分布结构示意图；
32.图13为本实用新型中换刀定位臂的结构示意图；
33.图14为图13的侧面结构示意图；
34.图15为本实用新型中第二滚针轴承、第三滚针轴承在换刀定位臂上的位置分布结构示意图；
35.图16为本实用新型中换刀定位臂的立体结构示意图；
36.图17为本实用新型中换刀齿轮的结构示意图；
37.图18为图17的侧面结构示意图；
38.图19为本实用新型中换刀齿轮的立体结构示意图。
39.图中：1-壳体；2-驱动组件；3-圆柱凸轮；4-平面凸轮；5-扇形齿轮；6-换刀齿轮；7-换刀定位臂；8-摆臂杆；9-换刀臂；10-主动轴；11-主臂杆；12-第一滚针轴承；13-凸台；14-嵌位槽；15-第二滚针轴承；16-第三滚针轴承；17-弹簧；18-第四滚针轴承；19-第一曲线槽；20-电动机；21-电机齿轮；22-减速齿轮；23-第五滚针轴承；24-第二曲线槽；25-套环；26-限位环；27-限位端套；28-缓冲压簧；29-转动齿轮。
具体实施方式
40.如图1至图19所示，为本实用新型atc自动换刀结构，包括壳体1、驱动组件2、联动组件和换刀臂组件，驱动组件2与联动组件相连接，驱动组件2通过联动组件实现换刀臂组件的动作，联动组件包括圆柱凸轮3、平面凸轮4、扇形齿轮5、换刀齿轮6和换刀定位臂7，圆柱凸轮3与平面凸轮4通过主动轴10共轴设置在壳体1内，驱动组件2驱动主动轴10的转动，从而带动圆柱凸轮3和平面凸轮4的同步转动，扇形齿轮5、换刀齿轮6和换刀定位臂7铰接设置在壳体1内，扇形齿轮5与换刀齿轮6铰接设置在一根轴上，再将该轴与壳体1之间连接，安装拆卸方便且合理，平面凸轮4与换刀定位臂7联动配合实现换刀齿轮6的间歇转动，换刀齿轮6间隙转动从而可以满足整个换刀过程，当处于扣刀或复位动作，换刀齿轮6限位固定而无法转动，当交换刀具时，换刀齿轮6转动从而带动换刀臂9转动360
°
，实现刀具的转动交换动作，平面凸轮4带动扇形齿轮5的上下拨动，换刀臂组件包括摆臂杆8和换刀臂9，换刀臂9安装在摆臂杆8的一端，摆臂杆8与圆柱凸轮3之间连接有主臂杆11，摆臂杆8横向滑动卡接在壳体1上，圆柱凸轮3通过主臂杆11的联动带动摆臂杆8的横向移动，摆臂杆8横向移动实现换刀臂9的伸缩动作，从而满足刀具的拔出和装刀过程，摆臂杆8上设置有转动齿轮29，当扇形齿轮5与转动齿轮29转动啮合配合时，摆臂杆8转动达到扣刀或复位的作用；当换刀齿轮6与转动齿轮29转动啮合配合时，摆臂杆8转动360
°
实现换刀动作。
41.平面凸轮4上设置有第一滚针轴承12，换刀齿轮6的侧面设置有凸台13，凸台13上沿周向均匀设置有嵌位槽14，嵌位槽14设置有六组，六组嵌位槽14呈六等分设置在凸台13上，换刀定位臂7上设置有第二滚针轴承15和第三滚针轴承16，换刀定位臂7与壳体1之间连接有弹簧17，通过弹簧17的回弹拉力作用，使得第三滚针轴承16可以顺利卡入到对应嵌位槽14内，从而限制换刀齿轮6的移动，第二滚针轴承15滑动支撑在平面凸轮4的凸轮轮廓面上，当平面凸轮4转动时，平面凸轮4带动第二滚针轴承15上下拨动，实现换刀定位臂7的上下拨动，从而带动第三滚针轴承16的上下拨动；
42.当第三滚针轴承16往下拨动后，在弹簧17的拉力作用下，第三滚针轴承16卡入到嵌位槽14中，使得换刀齿轮6被限位无法转动；
43.当第三滚针轴承16往上拨动后，弹簧17被拉伸，第三滚针轴承16贴附着凸台13的外圆弧面滚动，同时第一滚针轴承12转动卡入到嵌位槽14内，拨动换刀齿轮6同步转动；
44.当第三滚针轴承16卡入到对应的嵌位槽14中时，由于第三滚针轴承16的限制使得换刀齿轮6固定无法转动，该状态下整个换刀结构只能够完成扣刀或复位的动作，且将换刀齿轮6限位固定也可以便于后续第一滚针轴承12顺利卡入到对应嵌位槽14中，而当第三滚针轴承16沿着凸台13的外圆弧面滚动时，第一滚针轴承12卡入到对应嵌位槽14中，平面凸轮4转动且通过第一滚针轴承12的联动拨动换刀齿轮6转动，换刀齿轮6转动的同时，摆臂杆8也正好伸出使得转动齿轮29与换刀齿轮6啮合接触，从而通过换刀齿轮6带动换刀臂9转动360
°
，完成交换刀具的动作。
45.扇形齿轮5上设置有第四滚针轴承18，平面凸轮4上设置有第一曲线槽19，第四滚针轴承18滑动卡接在第一曲线槽19内，当平面凸轮4转动时，平面凸轮4通过第一曲线槽19带动第四滚针轴承18上下拨动，从而实现扇形齿轮5的上下拨动，扇形齿轮5上下拨动中会推动与之啮合的转动齿轮29的转动，进而实现摆臂杆8的转动，达到扣刀或复位的作用，扣刀或复位动作时，摆臂杆8无需转动360
°
，只需要特定的角度转动到扣刀或复位位置处，第四滚针轴承18滑动限位在第一曲线槽19内，使得扇形齿轮5会随着平面凸轮4的转动上下拨动，而扇形齿轮5上下拨动中会带动与之啮合的转动齿轮29转动，从而实现扣刀或复位动作。
46.驱动组件2包括电动机20、电机齿轮21和减速齿轮22，电机齿轮21安装设置在电动机20的电机轴上，减速齿轮22共轴设置在主动轴10上，减速齿轮22与电机齿轮21相啮合，电动机20通过电机轴带动电机齿轮21的转动，电机齿轮21再带动与之啮合的减速齿轮22转动，减速齿轮22带动主动轴10转动，从而带动圆柱凸轮3和平面凸轮4的同步转动，且通过电机齿轮21与减速齿轮22的配合使得主动轴10达到设定的输出转速，从而控制换刀速度，使得整个换刀过程更加的平稳且高效。
47.主臂杆11铰接设置在壳体1上，主臂杆11上设置有第五滚针轴承23，圆柱凸轮3上设置有第二曲线槽24，第五滚针轴承23滑动卡接在第二曲线槽24内，当圆柱凸轮3转动时，圆柱凸轮3通过第二曲线槽24带动第五滚针轴承23左右摆动，实现主臂杆11的左右摆动，从而带动摆臂杆8的横向移动，第五滚针轴承23滑动限制在第二曲线槽24内，使得主臂杆11会随着圆柱凸轮3的转动左右摆动，从而实现摆臂杆8的横向移动，实现摆臂杆8的伸缩运动，摆臂杆8伸出后，换刀臂9将刀具拔出，且转动齿轮29与换刀齿轮6接触啮合，方便360
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的换刀动作，摆臂杆8缩回后，交换后的刀具装回到设备上，而转动齿轮29与扇形齿轮5接触啮合，方便扣刀或复位动作。
48.摆臂杆8上远离换刀臂9的端部套设有套环25，主臂杆11的一端与套环25铰接，设计合理，拆装方便，通过套环25的设计可以便于主臂杆11与摆臂杆8之间的活动连接。
49.换刀臂9上设置有限位环26和限位端套27，套环25限位在限位环26与限位端套27之间，结构设计合理，限位环26和限位端套27正好将套环25限位在两者之间，套环25两端受到限位环26、限位端套27的限制，使得主臂杆11的左右摆动中，通过套环25的联动可以实现摆臂杆8的横向移动，实现拔刀或装刀过程。
50.套环25与限位端套27之间设置有缓冲压簧28，缓冲压簧28套设在换刀臂9的外侧，缓冲压簧28可以起到一定的缓冲作用，减少拔刀或装刀过程的冲击作用，提高整个换刀过
程的平稳可靠性，确保操作安全性。
51.本实用新型整个换刀过程为扣刀-拔刀-换刀-装刀-复位，换刀结构工作时，电动机20提供动力源，并通过电机齿轮21与减速齿轮22的配合使得主动轴10达到设定的输出转速，从而控制换刀速度，使得整个换刀过程更加的平稳且高效，主动轴10转动带动设置在其上的圆柱凸轮3和平面凸轮4的同步转动；当圆主凸轮转动时，圆柱凸轮3通过第二曲线槽24带动第五滚针轴承23左右摆动，实现主臂杆11的左右摆动，从而带动摆臂杆8的横向移动，摆臂杆8伸出时为拔刀过程，摆臂杆8缩回时为装刀过程；当平面凸轮4转动时，平面凸轮4通过第一曲线槽19带动第四滚针轴承18上下拨动，再配合扇形齿轮5的联动实现转动齿轮29的转动，达到扣刀或复位作用；当平面凸轮4转动时，平面凸轮4带动贴附着其凸轮轮廓面的第二滚针轴承15上下拨动，从而实现换刀定位臂7的上下拨动，当换刀定位臂7拨动中其上的第三滚针轴承16卡入到换刀齿轮6的嵌位槽14中时，换刀齿轮6被限位无法转动，同时摆臂杆8也处于缩回状态使得扇形齿轮5与换刀齿轮6接触啮合，使得该状态下换刀结构只能够完成扣刀或复位动作；当换刀定位臂7拨动中其上的第三滚针轴承16从嵌位槽14内移出贴附着凸台13外圆弧形滚动时，平面凸轮4上的第一滚针轴承12正好转动卡入到对应嵌位槽14内，从而拨动换刀齿轮6转动，换刀齿轮6转动的同时，摆臂杆8也伸出到位使得转动齿轮29与换刀齿轮6接触啮合，从而通过换刀齿轮6的转动带动换刀臂9转动360
°
，完成交换刀具的动作。
52.以上仅为本实用新型的具体实施例，但本实用新型的技术特征并不局限于此。任何以本实用新型为基础，为实现基本相同的技术效果，所作出地简单变化、等同替换或者修饰等，皆涵盖于本实用新型的保护范围之中。