一种换刀臂、换刀机构及其换刀方法与流程

本发明涉及换刀机构结构，尤其涉及一种换刀臂、换刀机构及其换刀方法。

背景技术：

1、换刀机构是数控加工中心的重要组成部分，主要作用是在加工过程中自动更换刀具，以满足不同加工工序的需求，而换刀臂在换刀机构中扮演着至关重要的角色，它负责在加工过程中将刀具从刀库中取出并准确地安装到主轴上，或者将主轴上的刀具卸下并放回刀库。

2、现有技术中，换刀臂两端对称设有两个刀爪，通过刀爪解锁、平移扣刀、刀爪锁紧和拔刀等一系列动作实现取刀操作，并在一侧的刀爪取刀完成后，换刀臂会通过刀臂转轴进行旋转，使原本处于取刀位置的主动刀爪移动到放刀位置（如刀库中的空位），从而进行另一侧刀爪内刀具的还刀操作。

3、然而由于换刀臂的两个刀爪为对称设置，且刀爪内抓取的刀具与刀臂转轴的轴线相互平行，在面对大尺寸刀具换刀时，需要更换臂长较长的换刀臂，这个过程可能导致生产中断，从而影响生产效率，并且较长的换刀臂在机床内部占用了较大的空间，增加了在换刀过程中与其他机床部件的碰撞的风险，同时限制了机床的空间布局灵活性。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是：提供一种换刀臂、换刀机构及其换刀方法，有效解决背景技术中的问题。

2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种换刀臂，包括：

3、刀臂体；

4、两个卡爪部分，设置在所述刀臂体的两端，其包括刀夹、及转动设置在所述刀夹内部的两个刀爪；所述刀夹远离所述刀臂体的一端设有弧形卡槽，且两个所述刀爪的端部凸出于所述刀夹，其凸出部分的内弧槽与所述弧形卡槽形成扣刀口，用于容纳刀具刀柄；

5、刀臂转轴，设置在所述刀臂体的中轴线上，用于带动所述刀臂体旋转换刀；

6、锁刀驱动组件，包括设置在所述刀臂体内的锁刀轴、松刀板和弹性驱动件，所述弹性驱动件设置在所述锁刀轴远离所述卡爪部分的一端，实现对刀具的锁紧，所述松刀板与所述锁刀轴连接，以带动所述锁刀轴朝着远离所述卡爪部分的方向移动，实现对刀具的解锁；

7、其中，两个所述卡爪部分围绕所述刀臂体的转动轴线朝向同一转动方向弯折形成z型结构，所述卡爪部分与所述刀臂体围成的半封闭空间用于容纳刀具刀头，而所述扣刀口内刀具的轴线垂直于所述刀臂转轴设置；

8、所述卡爪部分与所述刀臂体面向刀具一侧所形成的夹角呈直角或钝角。

9、进一步地，所述锁刀驱动组件还包括辅助支杆；所述辅助支杆设置在两个所述刀爪的相对面上，所述锁刀轴位于两个所述辅助支杆之间，且两个辅助支杆相对于所述锁刀轴的轴线对称设置；

10、所述刀臂体内对应两个所述卡爪部分均设有用于安装所述锁刀轴的穿孔，并在所述穿孔的下方设有与所述穿孔连通的滑动槽，所述松刀板设置在所述滑动槽内，且所述松刀板伸入所述穿孔的一端与所述锁刀轴连接；

11、锁紧时，所述弹性驱动件驱动所述锁刀轴伸入两个所述刀爪之间，使两个所述辅助支杆朝着相互远离的方向动作，以使两个所述刀爪抓紧刀具；

12、解锁时，所述松刀板受外力作用，在所述滑动槽内朝着远离所述卡爪部分的方向移动，同步带动所述锁刀轴移动，对所述弹性驱动件压缩，以使两个所述刀爪松开刀具。

13、进一步地，两个所述辅助支杆的相对端面朝向所述锁刀轴的方向倾斜设置，且两个倾斜端面之间的间距朝向所述锁刀轴的方向逐渐扩大，形成供所述锁刀轴进入的渐变顶推孔。

14、进一步地，所述锁刀轴的端部至少设有一个锥面；

15、所述锁刀轴靠近所述刀夹的端部设有预锁紧轴段；且所述预锁紧轴段的锥度小于相邻所述锥面的锥度。

16、进一步地，在所述刀夹的两侧均设有与所述弧形卡槽连通的平面槽，且两个所述平面槽位于同一平面内，两个所述刀爪对称设置在所述刀夹内的两个所述平面槽内；

17、所述刀夹靠近所述弧形卡槽的两端部均设有铰接轴，所述刀爪位于内弧槽与所述辅助支杆之间的内侧平面与所述平面槽的槽底存在间隙，所述刀爪通过所述铰接轴转动设置在所述平面槽内；

18、其中，所述刀夹在靠近所述刀臂体的一端且对应两个所述刀爪的端部位置均设有限位销，所述刀爪靠近所述限位销一端的外侧拐角处设有台阶槽，所述限位销置于所述台阶槽内；

19、锁刀时，所述锁刀轴驱动两个所述辅助支杆朝着相互远离的方向移动，当两个所述刀爪对刀具进行夹紧时，所述限位销抵接在台阶槽的台阶面上。

20、进一步地，所述刀夹靠近所述刀臂转轴一侧边的端部沿所述扣刀口的开口方向延伸形成支撑部，所述支撑部低于所述刀爪的端部；

21、所述支撑部的内侧弧面与所述弧形卡槽的弧面为同圆心设置，且所述支撑部的端部至所述弧形卡槽底部的垂直距离h等于所述扣刀口所处圆弧的半径r。

22、进一步地，所述换刀臂还包括弹性锁刀组件，所述弹性锁刀组件设置在所述刀夹内部，且位于两个所述刀爪之间，用于对所述刀爪的中部位置进行支撑；

23、所述弹性锁刀组件包括对应两个所述刀爪设置的两个弹性柱塞、及设置在两个所述弹性柱塞之间的中间分界板；

24、其中，所述弹性柱塞包括外套筒、顶杆和弹簧，所述外套筒螺接在所述刀夹的内孔中，所述顶杆同轴设置在所述外套筒内，并在所述顶杆上设有环形台阶，所述弹簧套设在所述顶杆上，且位于所述环形台阶和所述中间分界板之间。

25、进一步地，所述中间分界板在面向两个所述顶杆的一面均设有压力感应片。

26、本发明还提供了一种换刀机构，包括：

27、本体；

28、及设置在所述本体上方的如上所述的换刀臂；

29、以及与所述刀臂转轴连接，用于驱动所述换刀臂进行旋转换刀的旋转驱动组件；

30、以及设置在所述本体下方，用于驱动所述本体移动以带动所述换刀臂进行拔刀的拔刀驱动组件；

31、以及设置在所述拔刀驱动组件下方的平移扣刀组件；

32、以及用于对所述松刀板施加外力的刀臂松刀块。

33、本发明还提供了一种如上所述的换刀机构的换刀方法，包括以下步骤：

34、启动平移扣刀组件，将换刀机构移动至刀库换刀位置；

35、启动拔刀驱动组件，使本体朝向刀具方向移动，同时刀臂松刀块对松刀板施加外力，松刀板带动锁刀轴移动，两个刀爪失去对刀具的锁紧力，触发松刀动作；

36、平移扣刀组件继续移动，完成对刀具内刀具的扣刀动作；

37、拔刀驱动组件反向移动，使本体朝着远离刀具方向先移动一段距离，松刀板释放外力，刀臂松刀块停止施加力，锁刀轴在弹性驱动件作用下推动刀爪合拢，刀爪的凸出部分插入新刀具的刀柄完成锁刀；

38、拔刀驱动组件使本体再继续移动，将锁紧的刀具从刀库中拔出，完成拔刀动作；

39、平移扣刀组件再次启动，将装载新刀具的换刀机构移动至主轴换刀位置；

40、启动旋转驱动组件，使换刀臂绕刀臂转轴旋转实现主轴换刀。

41、本发明的有益效果为：本发明通过将换刀臂设置成独特的z型结构，换刀臂能够在垂直和水平方向上有效利用空间，实现有限的空间内的高效操作，这种结构减少了换刀臂与机床其他部件的干涉，有助于避免在换刀过程中可能发生的碰撞，并且在面对高速旋转或移动时，z型结构增强了换刀臂的稳定性，减少了由于振动引起的刀具意外掉落的风险，此外，通过调整卡爪部分与刀臂体的夹角，换刀臂能够适应不同直径的刀具，提高了换刀臂的实用性和灵活性。