专利名称：加工中心的自动换刀装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种加工中心的自动换刀装置，尤其涉及一种立式加工中心的自动换刀装置的改进。
目前立式加工中心的换刀方式，大体分为机械手换刀及无机械手直接换刀两大类。其原理是通过气缸或油缸来操纵机械手或驱动刀库升降、移动，以实现自动换刀。近年来，国内外厂家正逐渐使用凸轮式机械结构实现换刀动作，以提高其可靠性。国外的厂家如美国辛辛那提·米拉克龙公司就在该公司“马刀”系列立式加工中心上采用凸轮控制刀库摆动的方式实现换刀；国内如北京机电研究所也采用了类似结构。其缺点是除采用凸轮控制刀库或机械手来进行部分换刀动作外，还需采用液压或气压等外来动力以实现另一部分换刀的动作，所以会造成换刀过程的动作不协调，使刀具换刀的准确率下降，而不可靠，且采用气、液等辅助装置，使得机床的结构比较复杂，增加了机床的成本。
本实用新型的目的是提供一种换刀可靠，结构简单且成本低的一种加工中心的自动换刀装置。
本实用新型为达到上述的目的的技术方案是一种加工中心的自动换刀装置，由主轴定向机构、主轴松刀机构、刀库升降机构、刀库移动机构及刀库组成，与弹性夹头连接的杠杆铰连在主轴箱上，且与装连在立柱上的凸轮块工作时相接；安装立柱上的曲杆与刀库支架连接，且设置在与主轴箱装连的凸轮板上；与刀库相连的摆动臂装在刀库支架上，且设置在与立柱连接的凸轮板上。
本实用新型在采用上述技术方案后的优点是由于自动换刀装置中全部采用了凸轮杠杆机构，且分别装连在机床的立柱及主轴箱上，利用主轴箱的上下移动带动凸轮机构进行换刀，可保证各个换刀动作的协调，因此提高机床的换刀可靠性。再则机床的换刀装置取消了气压或液压等辅助装置，使换刀装置的结构更为简单，同时也减低了换刀装置的成本。
以下结合附图对本实用新型的实施例作进一步描述。
图1为本实用新型的加工中心的结构示意图。
图2为本实用新型自动换刀装置中的主轴定向、松刀机构的结构示意图。
图3为
图1的A-A剖视图。
图4为本实用新型自动换刀装置中的刀库升降、移动机构的结构示意图。
图5为本实用新型图4的俯视图。
图6为图5中A向示意图。
图7为图5中B向示意图。
如
图1所示的立式加工中心由床身(1)、立柱(2)、主轴箱(3)、工作台(4)及自动换刀装置构成，主轴箱(3)可相对于立柱(2)上下移动。自动换刀装置由主轴定向机构(6)、主轴松刀机构(5)、刀库升降机构(8)、刀库移动机构(7)及刀库(9)组成。铰连在主轴箱(3)上的杠杆(5-4)其一端与弹性夹头(5-12)连接，另一端与装连在立柱(2)上的凸轮块(5-2)工作时相接。装连在立柱(2)上的曲杆(8-6)，其一端装在刀库支架(8-4)上且与摆动臂(7-5)连接，另一端设置在与主轴箱(3)装连的的凸轮板(8-9)上。一端与刀库(9)相连的摆动臂(7-5)其另一端设置在与立柱(2)连接的凸轮板(7-4)上。这样利用机床主轴箱的运动，带动凸轮杠杆机构进行自动换刀，提高换刀可靠。
如图2、3所示的主轴松刀机构(5)，杠杆(5-4)铰连在支座(6-5)上，支架(6-5)装连在与主轴箱(3)的箱盖(6-4)上，杠杆(5-4)一端装有滚轮(5-3)且与立柱(2)及立柱支座(5-1)连接的凸轮块(5-2)相接，其另一端通过滚轮(5-5)装压在与顶杠(5-7)相连的压块(5-6)上，设置在主轴(5-8)内的双头螺栓(5-10)一端旋合在顶杠(5-7)上，其另一端旋合在连接拉钉(5-11)上，弹簧(5-9)套在双头螺栓(5-10)上，当杠杆(5-4)随主轴箱(3)及箱盖(6-4)上移时，凸轮块(5-2)压迫滚轮(5-3)带动杠杆(5-4)及滚轮(5-5)压下压块(5-6)，压块(5-6)下移，使顶杆(5-7)、双头螺栓(5-10)、连接拉钉(5-11)克服弹簧(5-9)的作用力下移，弹性夹头(5-12)松开刀具(5-13)。
如图4、5所示的刀库升降机构(8)，曲杆(8-6)可由两个曲杆(8-6A)(8-6B)构成，曲杆(8-6A)(8-6B)刚性连接在轴(8-7)上，且与支座(8-8)转动装连，支座(8-8)通过立柱支架(7-1)装连在与立柱(2)上，曲杆(8-6A)的端部装有滚轮(8-1)，可在凸轮板(8-9)的凸轮槽内移动，凸轮槽可如图6所示由斜线段与直线段组成，其斜线的角度及行程可根据需要设计。曲杆(8-6B)的端部装有滚轮(8-5)且与带导向轴(8-2)的刀库支架(8-4)相连，刀库支架(8-4)与立柱支架(7-1)之间装有升降导轨副(8-10)，导向轴(8-2)的上部套在与立柱支架(7-1)装连的导向支座(8-3)上，凸轮板(8-9)随着主轴箱(3)升降，带动曲柄(8-6A)(8-6B)，使与刀库支架(8-4)相连的刀库(9)沿升降导轨副(8-10)升降。
如图4、5所示的刀库移动机构(7)，摆动臂(7-5)套装在刀库支架(8-4)的导向轴(8-2)上，摆动臂(7-5)的一端装有滚轮(7-2)，且可在与立柱(2)固连的支架(7-3)的凸轮板(7-4)的凸轮槽内移动，凸轮槽可如图7所示由斜线段与直线段组成，其斜线的角度及行程可根据需要设计。摆动臂(7-5)的另一端装有滚轮(7-6)与拨杆(7-7)相连。拨杆(7-7)穿过刀库支架(8-4)上的槽口与垫块(7-9)相连，垫块(7-9)固连在刀库(9)上，刀库支架(8-4)与垫块(7-9)之间装有移动导轨副(7-8)。当摆动臂(7-5)的一端在凸轮板(7-4)的凸轮槽内移动时，摆动臂(7-5)的另一端带动拨杆(7-7)使整个刀库(9)沿如图5所示的X-X方向在刀库支架(8-4)的槽口内在移动导轨(7-8)上移动。
如图2、3所示的主轴定向机构(6)，由凸轮块(6-1)、杠杆(6-6)，定位块(6-8)及套筒(6-3)组成，杠杆(6-6)与杠杆(5-4)同轴铰连在支座(6-5)上，杠杆(6-6)、(5-4)可绕其公共轴线转动，杠杆(6-6)的一端装有滚轮(6-7)且与装连在支架(5-1)上的凸轮块(6-1)工作时相接，其另一端为拨叉且通过滚轮(6-2)与定位块(6-8)装连，定位块(6-8)与装连在主轴箱盖(6-4)上的套筒(6-3)及顶杆(5-7)滑动连接，且可与主轴(5-8)上部的定位槽结合，定位块(6-8)的定位面可如图3所示的V型，还可以采用其它进行定位。当主轴箱(3)上移动时，凸轮块(6-1)压迫杠杆(6-6)上的滚轮(6-7)，通过杠杆(6-6)另一端的滚轮(6-2)带动定位块(6-8)下移，与主轴(5-8)端面的定位槽结合，而使主轴(5-8)定位。
如
图1～7所示的加工中心的自动换刀装置，主电机采用变频电机，则换刀过程为，当上道工序加工完毕需要换刀时，主轴箱(3)上升，主轴(5-8)上已用过的刀具(5-13)随之上升。当主轴箱(3)上升进入换刀区域时，开始以下顺序换刀动作①液轮(8-1)进入图6所示的凸轮板(8-9)凸轮槽上端。凸轮块(6-1)压迫滚轮(6-7)、杠杆(6-6)并通过滚轮(6-2)使V型定位块(6-8)下移，与主轴(5-8)端面的V型槽结合，使主轴(5-8)定向。②在主轴定向动作开始时，滚轮(8-1)已进入凸轮板(8-9)的凸轮槽的斜线段。曲柄(8-6A)(见图4)逆时针方向旋转，曲柄(8-6B)通过滚轮(8-5)将刀库支架(8-4)抬起。刀库支架(8-4)沿升降导轨副(8-10)上升，带动导向轴(8-2)、滚轮(7-2)、摆动臂(7-5)和刀库(9)一起上升，其上升速度与主轴箱(3)同步。③在主轴定向过程未结束时，随着刀库(9)上升，滚轮(7-2)进入如图7所示凸轮板(7-4)的凸轮槽的下方，在凸轮槽的斜线段，摆动臂(7-5)通过滚轮(7-6)拨杆(7-7)，使整个刀库(9)沿移动导轨副(7-8)如图5所示X-X方向前移，向主轴中心线靠拢，并将刀库上的空刀位刀夹插入主轴上的刀柄。④刀库空刀位刀夹插入刀柄时，凸轮块(5-2)压迫滚轮(5-3)，通过杠杆(5-4)、滚轮(5-5)、压块(5-6)使顶杆(5-7)及双头螺栓(5-10)克服弹簧(5-9)作用力下移，弹性夹头(5-2)松开刀具(5-13)，⑤刀库(9)停止上升，主轴箱(3)继续上升，主轴拔刀。⑥当刀具完全离开主轴锥孔后，图4中电机(9-1)起动，通过马氏分度机构(9-2)的拨叉，带动分度盘(9-4)旋转(有关马氏分度机构的原理，这里不再叙述)。分度圆盘(9-4)与编码器(9-5)通过齿轮相连(图中未表示)。当所需刀具到达指定位置后，编码器(9-5)发信号，电机(9-1)停止工作。⑦主轴箱(3)向下运动，主轴插刀。⑧由于主轴箱(3)下移，凸轮块(5-2)对杠杆(5-4)卸荷。在弹簧(5-9)作用下，拉钉(5-11)再次将刀具拉紧。此时滚轮(8-1)到达图6中凸轮块(8-9)的凸轮槽的斜线段，在曲柄(8-6A)、(8-6B)的作用下，刀库(9)与主轴箱(3)同步下降。⑨滚轮(7-2)进入图7所示凸轮板(7-4)的凸轮槽的上方。在凸轮槽的斜线段，摆动臂(7-5)使刀库(9)沿X-X方向后撒。刀库退回原位。⑩在刀库(9)原位过程中，凸轮块(6-1)对杠杆(6-6)卸荷，使定位块(6-8)从主轴端面定位槽退出，主轴定向解除。此时，主轴箱(3)进入加工区，主电机起动，准备下道工序加工。
本实用新型的加工中心的自动换刀装置采用主轴电机时，主轴定位可由电气实现，故上述工作时的主轴定向由计算机控制主轴电机实现，其余全部相同。
权利要求1.一种加工中心的自动换刀装置，由主轴定向机构(6)、主轴松刀机构(5)、刀库升降机构(8)、刀库移动机构(7)及刀库(9)组成，其特征在于与弹性夹头(5-12)连接的杠杆(5-4)铰连在主轴箱(3)上，且与装连在立柱(2)上的凸轮块(5-2)工作时相接；安装在立柱(2)上的曲杆(8-6)与刀库支架(8-4)连接，且设置在与主轴箱(3)装连的凸轮板(8-9)上；与刀库(9)相连的摆动臂(7-5)装在刀库支架(8-4)上，且设置在与立柱(2)连接的凸轮板(7-4)上。
2.根据权利要求1所述的加工中心的自动换刀装置，其特征在于杠杆(5-4)铰连在与主轴箱(3)装连的支座(6-5)上，杠杆(5-4)的一端装有滚轮(5-3)可与凸轮块(5-2)相接，另一端通过滚轮(5-5)装压在与顶杆(5-7)相连的压块(5-6)上，顶杆(5-7)分别通过主轴(5-8)内的套有弹簧(5-9)的双头螺栓(5-10)、连接拉钉(5-11)与弹性夹头(5-12)相连。
3.根据权利要求1所述的加工中心的自动换刀装置，其特征在于曲杆(8-6)可由曲杆(8-6A)及曲杆(8-6B)构成，曲杆(8-6A)、(8-6B)刚性连接在轴(8-7)上，且与支座(8-8)转动连接，支座(8-8)通过立柱支架(7-1)装连在立柱(2)上，曲杆(8-6A)的端部装有滚轮(8-1)，且可在凸轮板(8-9)的凸轮槽内移动，端部装有滚轮(8-5)的曲杆(8-6B)与带导向轴(8-2)的刀库支架(8-4)装连，刀库支架(8-4)与立柱支架(7-1)之间装连有升降导轨副(8-10)。
4.根据权利要求1所述的加工中心的自动换刀装置，其特征在于套装在导向轴(8-2)上的摆动臂(7-5)一端装有滚轮(7-2)且可在凸轮板(7-4)的凸轮槽内移动，另一端通过滚轮(7-6)装连在与刀库(9)固连的垫块(7-9)的拨杆(7-7)上，刀库支架(8-4)与垫块(7-9)之间装连有移动导轨副(7-8)。
5.根据权利要求1或2或3或4所述的自动换刀装置，其特征在于主轴定位机构(6)由凸轮块(6-1)、杠杆(6-6)、定位块(6-8)及筒套(6-3)组成，铰连在支座(6-5)上的杠杆(6-6)一端装有滚轮(6-7)且与装连在立柱(2)上的凸轮块(6-1)工作时相接，其另一端通过滚轮(6-2)与定位块(6-8)装连，定位块(6-8)与装连在主轴箱(3)上的套筒(6-3)及顶杆(5-7)滑动连接，且与主轴(5-8)的定位槽相啮合。
专利摘要一种加工中心的自动换刀装置,由主轴定向、松刀机构,刀库移动、升降机构及刀库组成,与弹性夹头连接的杠杆铰连在主轴箱上,且与装连在立柱上的凸轮块工作时相接;安装在立柱上的曲杆与刀库支架连接,且设置在与主轴箱装连的凸轮板上,与刀库相连的摆动臂装连在刀库支架上,且设置在与立柱相连的凸轮板上,利用主轴箱上下移动,分别使各凸轮杠杆机构实现自动换刀动作,具有换刀可靠、结构简单、生产成本低的特点。
文档编号B23Q3/155GK2339348SQ9822672
公开日1999年9月22日 申请日期1998年5月7日 优先权日1998年5月7日
发明者彭文, 刘伯军 申请人:常州机床总厂