轮胎花纹自动加工系统及其换刀装置的制作方法

本实用新型涉及一种轮胎花纹自动加工系统，该轮胎花纹自动加工系统可用于新轮胎花纹的设计开发、旧轮胎翻新的多种应用场合。本实用新型进一步还涉及该轮胎花纹自动加工系统的换刀装置。

背景技术：

轮胎花纹对于发挥轮胎的牵引、制动、转弯、排水及噪音等性能起着重要的作用，其影响汽车运行时的噪声、平稳性等指标。随着对汽车舒适性要求的不断提高，对轮胎花纹的更新也越来越频繁，对新的花纹的开发需求日益增加。

此外，最近轮胎行业中还兴起了一种“轮胎时装化”的概念。在保证轮胎的运行性能的前提下，还要求提高轮胎花纹的美观度和时尚性。这对轮胎花纹的更新速度也提出了更高的要求。为了能够适应行业内对轮胎更新能力日益提高的要求，对轮胎生产厂家的轮胎花纹设计和生产能力也提出了更高的要求。

目前，轮胎花纹的设计开发流程主要如下：首先由设计人员设计出新的轮胎花纹样式；根据新设计出的花纹，对轮胎进行手工雕刻，生产出试验样品；对试验样品进行试验，收集相关的性能数据；在试验数据达到目标要求的情况下，按照设计花纹来制造模具；最后，将制造好的轮胎模具投入轮胎生产。

传统的轮胎花纹设计流程工序多、周期长，无法适应日益频繁的轮胎花纹更新需求。特别是其中的手工雕刻工序，这是造成轮胎花纹设计周期长的主要原因之一，而且，手工雕刻还容易产生尺寸误差，加工出的轮胎花纹的尺寸精度得不到有效控制，会对试验结果的有效性产生较大影响，甚至会产生错误的试验数据。因此，传统的轮胎花纹的设计速度受到很大的制约。

而且，在轮胎翻新中、尤其是在对巨型轮胎进行翻新时，目前通常的手段是由人工进行加工。同样地，人工加工的效率低、加工精度也无法得到保证。

因此，在轮胎生产领域中，需要一种能够提高轮胎花纹加工精度、缩短轮胎花纹设计周期等的轮胎花纹加工系统。

技术实现要素：

本实用新型是为解决以上所述现有技术所存在的问题而作出的。本实用新型的目的是提供一种轮胎花纹自动加工系统，该系统结构简单，能够以高精度加工轮胎花纹，并且进一步地，该系统可以缩短轮胎花纹的设计周期。

本实用新型的轮胎花纹自动加工系统中可设有一种换刀装置，包括：

主轴，该主轴用于保持刀具；

致动装置，该致动装置与主轴的至少一部分直接或间接地相连接，从而致动装置能够使主轴在第一状态和第二状态之间切换；

其中，在第一状态中，主轴夹紧刀具，在第二状态中，主轴松开刀具，从而允许将刀具安装到主轴上或从主轴上取下。

通过该换刀装置，可使本实用新型的轮胎花纹自动加工系统中只设置一个加工组件，从而简化系统的结构，同时又能确保对轮胎花纹的精确加工，进一步缩短轮胎花纹的设计周期。

在一种较佳的具体结构，主轴包括：主轴体和中心轴，其中，主轴体具有中心腔室，且具有第一斜面；中心轴则容纳在中心腔室中，刀具夹持在中心轴的一端上，且中心轴具有第二斜面；致动装置与中心轴直接或间接地连接，从而通过驱动中心轴在第一位置和第二位置之间运动，使主轴在第一状态和第二状态之间切换，在第一位置中，中心轴的一端缩回中心腔室中，且第一斜面与第二斜面相配合，在第二位置中，中心轴的至少一端伸出中心腔室之外，且第一斜面和第二斜面脱离接触。

换刀装置还可包括推板组件和推力组件。

其中，推板组件与中心轴的另一端相连，且致动装置连接在推板组件上。进一步地，推板组件包括第一推板和第二推板。致动装置连接在第一推板上；第二推板则连接在第一推板的内侧上，并与中心轴的另一端连接。

推力组件则将中心轴偏置在第一位置上；当致动装置动作时，致动装置在中心轴上施加朝向中心轴的一端的推力，克服推力组件的偏置作用而使中心轴从第一位置运动到第二位置，而当致动装置复位时，推力组件的偏置作用使中心轴回到第一位置。

其中，推力组件包括弹性部件，该弹性部件将中心轴偏置在第一位置上。弹性部件的一种实现形式是压缩弹簧。

进一步地，推力组件还包括锁紧螺母，锁紧螺母固定连接在中心轴上；其中，弹性部件与锁紧螺母相接触，以在锁紧螺母上施加推力，偏置中心轴。

本实用新型的轮胎花纹自动加工系统包括：

轮胎支座，轮胎支座用于固定所要加工的轮胎；

加工组件，加工组件包括立柱和安装在立柱上的主轴加工单元，其中，主轴加工单元和轮胎支座能够沿至少一个方向彼此靠近或远离地相对运动，和/或主轴加工单元和所述轮胎支座上的所述轮胎能够沿着所述轮胎的周向彼此相对运动；以及

控制单元，控制单元控制轮胎支座和加工组件的动作；

其中，主轴加工单元包括如上所述的换刀装置。

进一步具体地来说，轮胎花纹自动加工系统可包括龙门结构，龙门结构包括横梁，而加工组件则包括滑枕，立柱安装在滑枕上，而滑枕安装在横梁上。由此，将加工组件支承在龙门结构上。

或者，立柱安装在轮胎花纹自动加工系统的底座上或安装在地面上。

此外，轮胎支座可以水平地支承轮胎，也可竖直地支承轮胎。

由于本实用新型的轮胎花纹自动加工系统的加工组件是可换刀具的，因此较佳地，该系统中还设置有用于存储各种刀具的刀库。

附图说明

在附图中：

图1是本实用新型的轮胎花纹自动加工系统的第一实施例的正视图。

图2是图1所示轮胎花纹自动加工系统的俯视图。

图3是图1所示轮胎花纹自动加工系统上的主轴加工单元的剖视图。

图4是图3所示主轴加工单元的立体图。

图5是图3和4所示主轴加工单元中的换刀装置的结构示意图，其中显示的是对刀具的夹持松开时的状态。

图6是图5所示的换刀装置的另一结构示意图，其中示出了夹紧刀具时的状态。

图7是本实用新型的轮胎花纹自动加工系统的第二实施例的正视图。

图8是图7所示轮胎花纹自动加工系统的侧视图。

图9是本实用新型的轮胎花纹自动加工系统的第三实施例的正视图。

图10是图9所示轮胎花纹自动加工系统的俯视图。

具体实施方式

以下将参照附图对本实用新型的较佳实施方式进行详细描述。应当了解，附图中所示的仅仅是本实用新型的较佳实施例，其并不构成对本实用新型的范围的限制。本领域的技术人员可以在附图所示的实施例的基础上对本实用新型进行各种显而易见的修改、变型、等效替换，并且在不相矛盾的前提下，在以下所描述的不同实施例中的技术特征可以任意组合，而这些都落在本实用新型的保护范围之内。

<第一实施例>

图1示出了本实用新型的第一实施例的轮胎花纹自动加工系统1。该轮胎花纹自动加工系统1包括加工组件10和轮胎支座30，加工组件10可沿至少一个方向运动地安装在龙门结构50上。轮胎花纹自动加工系统1还包括可通过有线或无线的方式对加工组件10和轮胎支座30的动作进行控制的控制单元40。

加工组件10包括滑枕11，该滑枕11安装在龙门结构50的横梁51上，并可沿水平方向X在横梁51上滑动，从而在水平方向上靠近或远离安装在轮胎支座30上的轮胎。在滑枕11上连接有可沿竖直方向Z运动的立柱12，从而立柱12可在竖直方向上靠近或远离轮胎。在立柱12的下端设置有主轴加工单元13，该主轴加工单元13较佳地可绕旋转轴线B旋转。

龙门结构50还包括至少两个固定立柱52，以支承横梁51。

在图1所示的结构中，轮胎支座30支承水平放置的轮胎。并且，该轮胎支座30可使轮胎绕旋转轴线C，如图2中的俯视图所示的。

主轴加工单元13中可设置有换刀装置，用于可替换地夹持刀具。总的来说，该换刀装置包括致动装置和主轴，致动装置的动作将使主轴在两种状态之间运动，其中一种状态是夹紧刀具的状态，另一种状态是松开对刀具的夹持，以允许对刀具进行替换。

具体地，图3以剖视图的形式示出了包括了换刀装置的主轴加工单元13的具体结构，图4则示出了该主轴加工单元13的立体图。如图3和4所示，主轴加工单元13的主轴体结构上依次相连地设有：电机131、减速器132和导电滑环133。进一步地，该主轴体结构上还设置有换刀装置20，用于夹持和松开刀具134。

图5和6示出了换刀装置20的大体结构。其中，图5显示换刀装置20将刀具134(在图5中未示出)的刀柄松开，以允许替换刀具134的状态，而图6则示出了换刀装置20将刀具134夹紧时所呈现的状态。

如图5和6所示，在一种优选的结构中，换刀装置20的主轴包括主轴体21和中心轴22，该主轴体21具有中心腔室，用于容纳中心轴22，中心轴22的一端可与推板组件24相连，另一端用于夹持刀具134(如图3所示)。在换刀装置20中还设有推力组件23，该推力组件23朝着使中心轴22缩回主轴体21的中心腔室内的方向偏置中心轴22。例如，推力组件23可在推板系统24上施加推力，将推板组件24朝着图3中的电机131的方向推动，从而使连接在推板组件24上的中心轴22也朝着电机131的方向运动，从而缩回主轴体21的中心腔室内。进一步地，从图5和6中可见，在中心轴22夹持刀具134的端部处形成有斜面25，与此相对应地，在主轴体21上也形成有斜面26，斜面26的形状与斜面25的形状互补。

图3的所示的具体结构中显示出了推力组件23和推板组件24的一种组成方式。如图3所示，换刀装置20中包括锁紧螺母231和弹簧232(例如压缩弹簧)，锁紧螺母231固定在中心轴22上，并对弹簧232施压，使弹簧232处于压缩状态。在此状态下，弹簧232对锁紧螺母231施加向左(以图3中所示的方向为基准)的推力。由此，弹簧232通过锁紧螺母231将中心轴22向左偏置、即向着缩回主轴体21的中心腔室内的方向偏置。

还是如图3所示，推板组件24包括第一推板241和连接在锁紧螺母231内侧的第二推板242。第二推板242与中心轴22相连，并可带动中心轴22运动。第一推板241的外侧与致动装置27相连。该致动装置27例如是液压缸(油缸)等。致动装置27可对推板组件24、具体是第一推板241施加图3中向右的推力，即，将中心轴22朝向离开主轴体21的中心腔室的方向推。

较佳地，在中心轴22和刀具134之间还设置有电源插座135，该电源插座135将刀具134和另一侧的电机131、减速器132、导电滑环133等部件电连接。

当然，可以对图3所示的结构、特别是以上所公开的换刀装置的结构进行修改，省略或替换其中的一些部件，同样能够实现其换刀功能。例如，可以省去锁紧螺母231，而使弹簧232直接作用在推板组件24上，由于推板组件24与中心轴22相连接，因此该结构同样可基本满足偏置中心轴22的功能要求。再例如，推板组件24可包括一个呈整体的推板，而不是如图3中那样包括由两个推板组合起来的结构。

在以上所述的主轴结构中，包括主轴体21和套设在主轴体21中的中心轴22，并通过它们的斜面之间的接触来实现对刀具的夹紧和松开。主轴也可采取其它的结构，以实现对刀具的夹紧和松开。例如，中心轴22可以是具有弹性的，其在没有外力的作用下呈较大直径的状态，而当其收缩到主轴体21中时，由于受到主轴体21内壁的作用而直径缩小，从而实现对刀具的夹紧。或者，主轴形成为一体，且可在较大直径和较小直径的状态之间切换，例如通过致动装置的作用来实现状态切换。

对于推力组件，其同样可采取弹簧以外的其它形式。甚至，可以省略推力组件，而仅仅通过致动装置来将主轴保持在第一状态和第二状态下。

下面将以上述公开的换刀装置具体结构为例来介绍换刀操作的过程：

在不进行换刀操作时、例如在轮胎花纹自动加工系统1进行轮胎花纹加工时，推力组件23的弹簧232对推板组件24、进而对中心轴22施加偏置力，使中心轴22缩回到主轴体21的中心腔室中。此时，主轴体21的斜面26与中心轴22的斜面25相配合，由此对中心轴22的夹持刀具134的端部施加向心力。该向心力使中心轴22夹紧刀具134的刀柄。该状态如图6中清楚地示出的。

当进行完一道工序，需要替换刀具以进行下一道工序时，启动致动装置27，对推板组件24施加一个向右的推力，该推力克服弹簧232的向左的偏置力而将推板组件24连同中心轴22一起向左推动，从而使中心轴22部分地伸出主轴体21的中心腔室。此时，主轴体21的斜面26不再与中心轴22的斜面25相接触，从而使中心轴22的用来夹持刀具134的端部处于松弛状态。

此时，可通过外置的机械手或者由操作人员手动地将刀具134取下，再将新的刀具134安装到中心轴22上。

接着，致动装置27复位，撤去由致动装置27施加在推板组件24上的推力。这样，在弹簧232的作用下，中心轴22返回到主轴体21的中心腔室内，使主轴体21的斜面26与中心轴22的斜面25配合，对刀具134的刀柄产生夹紧力。

可见，本实用新型的轮胎花纹自动加工系统1的加工组件10上的主轴加工单元13是可替换的，因此只需设置一个加工组件10即可，在每一道工序完成之后，替换加工组件10上的主轴加工单元13，然后再进行下一道工序。这样，该轮胎花纹自动加工系统1能够以简单的结构来实现所需的加工目的。

进一步地，在轮胎花纹自动加工系统1中还选择性地设置有刀库60，可以手动地或通过机械手自动地从刀库60中选取所需要的刀具来安装到加工组件10的主轴加工单元13上。

此外，主轴加工单元13还可包括箱体136，其将导电滑环133、换刀装置20等部件容纳在内。在箱体136和换刀装置20之间还可设置轴承137，以允许换刀装置20带动刀具134转动。例如，可在箱体136和主轴之间设置轴承137。

<第二实施例>

图7和8示出了本实用新型的第二实施例的轮胎花纹自动加工系统100。以下将主要描述第二实施例与第一实施例之间不同的特征，除此之外，关于第一实施例所描述的内容同样适用于第二实施例，在此不再作详细说明。

与第一实施例相同，该轮胎花纹自动加工系统100也包括加工组件110、轮胎支座130和控制单元140。加工组件110支承在龙门结构150上。加工组件110的主轴加工单元113也是可以替换刀具的结构。且该轮胎花纹自动加工系统100可选地包括刀库160。

与第一实施例不同的是，轮胎支座130被设置成将轮胎竖直地支承。轮胎被支承成可绕旋转轴线C旋转，如图8的侧视图中所示的。

<第三实施例>

图9和10示出了本实用新型的第三实施例的轮胎花纹自动加工系统200。以下将主要描述第三实施例与第一实施例之间不同的特征，除此之外，关于第一和第二实施例所描述的内容同样适用于第三实施例，在此不再作详细说明。

该轮胎花纹自动加工系统200具有加工组件210、轮胎支座230、控制单元240和可选的刀库260。

与第一和第二实施例不同的是，第三实施例的轮胎花纹自动加工系统200中的加工组件210不是由龙门结构支承，而是安装在该轮胎花纹自动加工系统200的底座上或安装在地面上。加工组件210具有安装在底座或地面上的立柱214。该立柱214与轮胎支座230之间可相对地沿水平方向X 运动。例如，立柱214可沿水平方向X朝向或远离轮胎支座230地运动，或者轮胎支座230可沿水平方向X朝向或远离立柱214地运动。

横梁212经由滑枕211联接于立柱214上，在横梁212的远端安装有主轴加工单元213。与第一和第二实施例相同，主轴加工单元213上的刀具也是可替换的。

可选地，横梁212可通过滑枕211沿着竖直方向Z在立柱214上滑动。进一步可选的，主轴加工单元213可绕旋转轴线B旋转。由此，为加工组件210提供附加的运动自由度。

被支承在轮胎支座230上的轮胎可绕旋转轴线C旋转，如图10中所示的那样。

<轮胎花纹加工方法>

下面将以第一实施例的轮胎花纹自动加工系统1为例来描述本实用新型的加工轮胎花纹的方法。

首先，将轮胎支承在轮胎支座30上，并固定轮胎。接着，由控制单元40控制和协调加工组件10的运动和轮胎支座30的转动，对轮胎进行第一道加工工序，该第一道加工工序例如为铣削加工。在第一道加工工序完成之后，启动主轴加工单元13上的致动装置27，从而松开对刀具134的夹紧。然后，通过机械手自动地或由操作人员手动地取下刀具(例如铣削工具)，换上新的刀具(例如热切工具)。使致动装置27复位，从而夹紧新替换的刀具。对轮胎进行第二道加工工序，例如进行热切加工。

若后续还有其它需要进行的加工工序，则重复上述换刀操作，以进行后续的加工工序。