專利名稱：高速加工中心自動換刀裝置的制作方法
高速加工中心自動換刀裝置技術領域
本發(fā)明屬于一種自動換刀裝置，應用于高速加工中心，實現(xiàn)加工中心主軸與刀具庫上的刀具相互交換，涉及自動換刀裝置和方法。
背景技術：
高速加工中心自動換刀裝置是高速加工中心的重要功能部件，其主要作用在于減少加工過程中的非切削時間和多次裝夾工件引起的誤差，以提高生產效率、降低生產成本， 進而提高機床乃至整個生產線的生產效率。目前主流的高速加工中心自動換刀裝置中，刀具換位是通過弧面分度凸輪為主體實現(xiàn)的，弧面分度凸輪是關鍵的組成零件。與國外成熟的技術相比，我國在弧面分度凸輪的研究上還存在一些關鍵技術問題需要解決，如優(yōu)良運動曲線選擇、機構運行的可靠性、換刀機構復合凸輪的設計、凸輪的精密加工等。另外，弧面分度凸輪加工困難，售價昂貴，后續(xù)的維護費用也不容忽視。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是提供一種主要改進刀具轉位機構的高速加工中心自動換刀裝置， 以替代弧面分度凸輪為主體的刀具換位機構，具有結構簡單、制造方便的特點。
本發(fā)明的技術方案高速加工中心自動換刀裝置，包括箱體、刀臂主軸、換刀臂，動力傳動機構、拔插刀機構、刀具換位機構、刀具鎖緊機構、傳動離合機構，刀臂主軸通過軸承支撐在箱體，刀臂主軸可軸向往復運動，換刀臂固定在刀臂主軸前端；所述動力傳動機構的結構主要由電動機、減速器、多個齒輪、復合凸輪組成，電動機與減速器連接，減速器通過多個齒輪把動力傳遞給復合凸輪，復合凸輪通過轉軸支撐在箱體上，復合凸輪的軸線與換刀臂的軸線垂直，復合凸輪上設有三條功能不同的輪廓曲線，分別控制拔插刀機構、刀具換位機構、刀具鎖緊機構；所述拔插刀機構的結構拔插刀擺桿的中部用銷軸固定在箱體上，拔插刀擺桿的一端通過撥叉與刀臂主軸聯(lián)接，拔插刀擺桿的另一端固定有軸承，復合凸輪與拔插刀擺桿的另一端通過軸承聯(lián)接，拔插刀擺桿的軸承在復合凸輪的溝槽內滾動；拔插刀機構的動力由復合凸輪提供，復合凸輪推動拔插刀擺桿擺動，拔插刀擺桿帶動刀臂主軸做軸向往復運動，實現(xiàn)拔刀或插刀；刀臂主軸的運動特性是由復合凸輪的輪廓曲線控制的；所述刀具鎖緊機構的結構主要由頂桿、搖桿、推桿、鎖刀頭、軸套組成，頂桿支撐在箱體上的導套內，頂桿的一端通過滾輪支撐在復合凸輪的外圓輪廓上，搖桿的中部通過支架鉸接在箱體外側壁上，頂桿的另一端與搖桿的一端鉸接；刀臂主軸是空心的，推桿在刀臂主軸內導向；換刀臂兩端是開口相反的卡爪，換刀臂內安裝有導向滑塊、彈簧、鎖緊滑塊，鎖刀頭設在刀臂主軸的前端，刀臂主軸的前端固定有導套，鎖刀頭在導套內導向，鎖刀頭的錐面與鎖緊滑塊相配合，推桿的前端通過螺釘與鎖刀頭固定連接；推桿的尾端從刀臂主軸內伸出，推桿的尾端套有復位彈簧，搖桿的另一端與推桿尾端相互作用；復合凸輪與滾輪接觸，滾輪安裝在頂桿的一端當復合凸輪推動頂桿運動時，頂桿推動搖桿擺動，使復位彈簧被壓縮，鎖刀頭遠離導向滑塊，解除對導向滑塊的擠壓，換刀臂手臂內的彈簧復位，解除對鎖緊滑塊的擠壓，刀具松開；當復合凸輪輪廓遠離頂桿時，解除對頂桿的擠壓，復位彈簧復位， 帶動鎖刀頭擠壓導向滑塊使其壓縮換刀臂手臂內的彈簧，推動鎖緊滑塊配合卡爪來鎖緊刀且.Z、 9其特征在于所述刀具換位機構的結構主要由換位擺桿、撥叉、傳動齒輪、齒條、滾動導軌副組成， 齒條由滾動導軌副支承在箱體內壁上，換位擺桿的中部鉸接在箱體上，換位擺桿的端通過撥叉與齒條聯(lián)接；傳動齒輪空套在刀臂主軸上，傳動齒輪與齒條嚙合；換位擺桿的另一端固定有軸承，復合凸輪與換位擺桿的另一端通過軸承聯(lián)接，換位擺桿的軸承在復合凸輪的溝槽內滾動；傳動齒輪又與傳動離合機構傳動聯(lián)接；復合凸輪推動換位擺桿擺動，換位擺桿帶動齒條往復運動，齒條驅動傳動齒輪旋轉，傳動齒輪通過傳動離合機構將動力傳遞給刀臂主軸，使刀臂主軸做正反向旋轉運動；刀臂主軸的運動特性是由復合凸輪的輪廓曲線控制的；所述傳動離合機構的結構一個軸套空套在刀臂主軸上，軸套的一側與刀具換位機構的傳動齒輪固定連接，刀具鎖緊機構的推桿的中部加工有T型槽，T型槽的底面與推桿的軸線成一定角度；T型銷安裝在T型槽內，并插入刀臂主軸定位孔中，軸套上設有與T型銷的軸頸相適應的軸向槽；當?shù)毒哝i緊機構的推桿往復運動時，T型槽推拉T型銷，使T型銷沿自身軸線上下運動，從而聯(lián)接或斷開與軸套的傳動，控制刀臂主軸的轉位。
工作過程電動機的動力驅動復合凸輪轉動，復合凸輪上的輪廓曲線分別控制拔插刀機構、刀具換位機構、刀具鎖緊機構，復合凸輪控制刀具換位機構，使換刀臂從換刀臂等待位置正向轉動一預定角度(一般是30°至90° )而到達抓刀位置，使換刀臂兩端上的卡爪抓取安裝在加工中心主軸上的舊刀具和刀具庫內的新刀具；刀具鎖緊機構鎖緊兩刀具后，拔插刀機構將刀具沿機床主軸軸向拔出離開抓刀位置一預定距離，刀具換位機構使換刀臂繼續(xù)正向旋轉180°，兩刀具位置相互交換；然后拔插刀機構再使換刀臂沿軸向返回到抓刀位置，以使換刀臂將新刀具插入機床主軸，同時舊刀具插入刀具庫內；接著刀具鎖緊機構松開刀具，刀具換位機構使換刀臂反向旋轉，使其返回到換刀臂等待位置；之后傳動離合機構切斷齒輪與刀臂主軸之間的動力傳遞，使齒條繼續(xù)運動返回到初始位置，與此同時齒輪空轉、刀臂主軸及換刀臂停止轉動。最后傳動離合機構復位，復合凸輪轉回到初始位置被鎖緊，換刀結束。
有益效果本發(fā)明改進了刀具轉位機構，通過傳動離合結構的配合，成功地解決了換刀臂正反轉轉動角度不相等、換刀臂必須被精確定位等難點，本發(fā)明換刀速度快、結構簡單、制造方便，完全可以代替弧面分度凸輪為主體的刀具換位機構。


圖1是本發(fā)明的主視圖； 圖2是圖1所示沿A-A剖視圖； 圖3是圖1所示沿B-B剖視圖；圖4是本發(fā)明的后視圖(去掉圖1中所示箱體27的后壁及滾動導軌副，同時省略了箱4體27外面的部分結構)；圖5是圖4所示沿D-D剖視圖(放大圖)； 圖6是圖1所示的E向視圖(放大圖)； 圖7是圖1所示的I處局部放大圖； 圖8是圖7所示的F-F剖視圖。
具體實施方式
如圖1所示的高速加工中心自動換刀裝置，包括箱體27、刀臂主軸13、換刀臂18， 動力傳動機構、拔插刀機構、刀具換位機構、刀具鎖緊機構、傳動離合機構，刀臂主軸13通過軸承支撐在箱體27上，刀臂主軸可軸向往復運動，換刀臂18固定在刀臂主軸13前端。
動力傳動機構如圖1、2所示，電動機5與減速器3連接，減速器通過齒輪4、2、對傳遞給復合凸輪1，復合凸輪通過轉軸支撐在箱體上，復合凸輪的軸線與換刀臂的軸線垂直， 復合凸輪上設有三條功能不同的輪廓曲線組成，分別控制拔插刀機構、刀具換位機構、刀具鎖緊機構。
拔插刀機構如圖1、3所示，主要由拔插刀擺桿9、撥叉15、刀臂主軸13等組成，拔插刀擺桿9的中部用銷軸6鉸接在箱體27上，拔插刀擺，9的一端通過撥叉與刀臂主軸13 聯(lián)接，拔插刀擺桿的另一端固定有軸承觀，復合凸輪1與拔插刀擺桿9的上端通過軸承觀聯(lián)接，軸承觀在復合凸輪1的溝槽內滾動；拔插刀機構的動力由復合凸輪1提供，復合凸輪 1推動拔插刀擺桿9擺動，拔插刀擺桿9帶動刀臂主軸13做軸向往復運動；刀臂主軸13的運動特性是由復合凸輪1的輪廓曲線Ia控制的，使安裝在刀臂主軸13端部的換刀臂18伸出或縮回，實現(xiàn)拔刀或插刀。
刀具換位機構如圖4、5所示，主要由換位擺桿31、撥叉30、傳動齒輪17、齒條22、 滾動導軌副(由導軌33、兩個滑塊34組成)組成，齒條22由滾動導軌副支承在箱體27內壁上，換位擺桿31的中部鉸接在箱體27上，換位擺桿31的一端通過撥叉與齒條22聯(lián)接 ’傳動齒輪17空套在刀臂主軸上，傳動齒輪17與齒條22嚙合；換位擺桿31的另一端固定有軸承四，復合凸輪1與換位擺桿31的另一端通過軸承四聯(lián)接，換位擺桿的軸承四在復合凸輪1的溝槽內滾動；傳動齒輪31又與傳動離合機構傳動聯(lián)接；復合凸輪1推動換位擺桿31 擺動，換位擺桿31帶動齒條22往復運動，齒條22驅動傳動齒輪17旋轉，傳動齒輪17通過傳動離合機構將動力傳遞給刀臂主軸13，使刀臂主軸13做正反向旋轉運動；刀臂主軸13 的運動特性是由復合凸輪1的輪廓曲線控制的。
刀具鎖緊機構如圖1、6所示，主要由頂桿7、搖桿10、彈簧11和36、推桿14、鎖刀頭19、軸套21、換刀臂18、兩個鎖緊滑塊35、兩個導向滑塊37組成，頂桿7支撐在箱體上的導套內，頂桿7的一端通過滾輪支撐在復合凸輪1的外圓輪廓上，搖桿10的中部通過支架鉸接在箱體27外側壁上，頂桿7的另一端與搖桿10的一端鉸接；刀臂主軸13是空心的，推桿14在刀臂主軸13內導向；換刀臂18兩端是開口相反的卡爪，換刀臂內安裝有導向滑塊 37、彈簧36、鎖緊滑塊35，鎖刀頭19設在刀臂主軸的前端，刀臂主軸的前端固定有導套21， 鎖刀頭19在導套21內導向，鎖刀頭19的錐面與導向滑塊37相配合，推桿14的前端通過螺釘與鎖刀頭19固定連接；推桿14的尾端從刀臂主軸13內伸出，推桿的尾端套有復位彈簧 11，搖桿10的另一端與推桿14尾端相互作用。當復合凸輪1的輪廓Ic處于升程階段時，推動頂桿7向左運動，頂桿7推動搖桿10擺動，使推桿14運動，其運動特性是由復合凸輪1 的輪廓曲線Ic控制的，鎖刀頭19遠離導向滑塊37，解除對導向滑塊37的擠壓，換刀臂18 手臂內的彈簧36復位，解除對鎖緊滑塊35的擠壓，刀具松開；當復合凸輪1的輪廓Ic處于回程階段時，解除對頂桿7的擠壓，復位彈簧復位，帶動鎖刀頭19擠壓導向滑塊37使其壓縮換刀臂18手臂內的彈簧36，推動鎖緊滑塊35配合卡爪來鎖緊刀具。
傳動離合機構如圖1、7、8所示，一個軸套16空套在刀臂主軸13上，軸套16的一側與刀具換位機構的傳動齒輪17固定連接，刀具鎖緊機構的推桿14的中部加工有T型槽， T型槽的底面與推桿14的軸線成一定角度；T型銷38安裝在T型槽內，并插入刀臂主軸13 定位孔中，軸套16上設有與T型銷的軸頸相適應的軸向槽；當?shù)毒哝i緊機構的推桿往復運動時，T型槽推拉T型銷38，使T型銷38沿自身軸線上下運動，從而聯(lián)接或斷開與軸套16 的傳動，控制刀臂主軸的轉位。
如圖1所示，在復合凸輪1位于初始位置時，設有桿23、螺釘25及彈性柱銷沈組成的定位機構。
詳細描述工作過程為電動機5驅動復合凸輪1轉動，復合凸輪1上有三種輪廓曲線la、lb、lc、它們分別控制拔插刀機構、刀具換位機構、刀具鎖緊機構；復合凸輪1通過刀具換位機構使換刀臂18從換刀臂等待位置正向轉動一預定角度(一般是30°至90° )而到達抓刀位置，使換刀臂18兩端上的卡爪抓取安裝在機床主軸上的舊刀具和刀具庫內的新刀具；刀具鎖緊機構鎖緊兩刀具后，拔插刀機構將刀具沿主軸軸向拔出離開抓刀位置一預定距離，刀具換位機構使換刀臂18繼續(xù)正向旋轉180°，兩刀具位置相互交換；然后拔插刀機構再使換刀臂18沿軸向返回到抓刀位置，以使換刀臂18將新刀具插入機床主軸，同時舊刀具插入刀具庫內；接著刀具鎖緊機構松開刀具，刀具換位機構使換刀臂18反向旋轉，使其返回到換刀臂等待位置； 之后傳動離合機構切斷齒輪17與刀臂主軸13之間的動力傳遞，使齒條22繼續(xù)運動返回到初始位置，同時齒輪17空轉、刀臂主軸13及換刀臂18停止轉動。最后傳動離合機構復位， 復合凸輪1轉回到初始位置，被桿23、螺釘25及彈性柱銷沈配合鎖緊，換刀結束。
權利要求
1.高速加工中心自動換刀裝置，包括箱體、刀臂主軸、換刀臂，動力傳動機構、拔插刀機構、刀具換位機構、刀具鎖緊機構、傳動離合機構，刀臂主軸通過軸承支撐在箱體，刀臂主軸可軸向往復運動，換刀臂固定在刀臂主軸前端；所述動力傳動機構的結構主要由電動機、減速器、多個齒輪、復合凸輪組成，電動機與減速器連接，減速器通過多個齒輪把動力傳遞給復合凸輪，復合凸輪通過轉軸支撐在組成， 分別控制拔插刀機構、刀具換位機構、刀具鎖緊機構；所述拔插刀機構的結構拔插刀擺桿的中部用銷軸固定在箱體上，拔插刀擺桿的一端通過撥叉與刀臂主軸聯(lián)接，拔插刀擺桿的另一端固定有軸承，復合凸輪與拔插刀擺桿的另一端通過軸承聯(lián)接，拔插刀擺桿的軸承在復合凸輪的溝槽內滾動；拔插刀機構的動力由復合凸輪提供，復合凸輪推動拔插刀擺桿擺動，拔插刀擺桿帶動刀臂主軸做軸向往復運動，實現(xiàn)拔刀或插刀；刀臂主軸的運動特性是由復合凸輪的輪廓曲線控制的；所述刀具鎖緊機構的結構主要由頂桿、搖桿、推桿、鎖刀頭、軸套組成，頂桿支撐在箱體上的導套內，頂桿的一端通過滾輪支撐在復合凸輪的外圓輪廓上，搖桿的中部通過支架鉸接在箱體外側壁上，頂桿的另一端與搖桿的一端鉸接；刀臂主軸是空心的，推桿在刀臂主軸內導向；換刀臂兩端是開口相反的卡爪，換刀臂內安裝有導向滑塊、彈簧、鎖緊滑塊，鎖刀頭設在刀臂主軸的前端，刀臂主軸的前端固定有導套，鎖刀頭在導套內導向，鎖刀頭的錐面與鎖緊滑塊相配合，推桿的前端通過螺釘與鎖刀頭固定連接；推桿的尾端從刀臂主軸內伸出，推桿的尾端套有復位彈簧，搖桿的另一端與推桿尾端相互作用；復合凸輪與滾輪接觸， 滾輪安裝在頂桿的一端當復合凸輪推動頂桿運動時，頂桿推動搖桿擺動，使復位彈簧被壓縮，鎖刀頭遠離導向滑塊，解除對導向滑塊的擠壓，換刀臂手臂內的彈簧復位，解除對鎖緊滑塊的擠壓，刀具松開；當復合凸輪輪廓遠離頂桿時，解除對頂桿的擠壓，復位彈簧復位， 帶動鎖刀頭擠壓導向滑塊使其壓縮換刀臂手臂內的彈簧，推動鎖緊滑塊配合卡爪來鎖緊刀且.Z、 9其特征在于所述刀具換位機構的結構主要由換位擺桿、撥叉、傳動齒輪、齒條、滾動導軌副組成， 齒條由滾動導軌副支承在箱體內壁上，換位擺桿的中部鉸接在箱體上，換位擺桿的一端通過撥叉與齒條聯(lián)接；傳動齒輪空套在刀臂主軸上，傳動齒輪與齒條嚙合；換位擺桿的另一端固定有軸承，復合凸輪與換位擺桿的另一端通過軸承聯(lián)接，換位擺桿的軸承在復合凸輪的溝槽內滾動；傳動齒輪又與傳動離合機構傳動聯(lián)接；復合凸輪推動換位擺桿擺動，換位擺桿帶動齒條往復運動，齒條驅動傳動齒輪旋轉，傳動齒輪通過傳動離合機構將動力傳遞給刀臂主軸，使刀臂主軸做正反向旋轉運動；刀臂主軸的運動特性是由復合凸輪的輪廓曲線控制的；所述傳動離合機構的結構一個軸套空套在刀臂主軸上，軸套的一側與刀具換位機構的傳動齒輪固定連接，刀具鎖緊機構的推桿的中部加工有T型槽，T型槽的底面與推桿的軸線成一定角度；T型銷安裝在T型槽內，并插入刀臂主軸定位孔中，軸套上設有與T型銷的軸頸相適應的軸向槽；當?shù)毒哝i緊機構的推桿往復運動時，T型槽推拉T型銷，使T型銷沿自身軸線上下運動，從而聯(lián)接或斷開與軸套的傳動，控制刀臂主軸的轉位。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高速加工中心自動換刀裝置，以替代弧面分度凸輪為主體的刀具換位機構，具有結構簡單、制造方便的特點。本發(fā)明，包括箱體、刀臂主軸、換刀臂，動力傳動機構、拔插刀機構、刀具換位機構、刀具鎖緊機構、傳動離合機構，具體改進點由刀具換位機構和傳動離合機構兩部分組成，刀具換位機構采用齒條機構與空套在刀臂主軸上的傳動齒輪嚙合，齒條機構通過一個換位擺桿與復合凸輪的運動關聯(lián)；傳動離合機構的結構空套在刀臂主軸上的軸套的一側與傳動齒輪固定連接，刀具鎖緊機構的推桿的中部加工有底面與推桿的軸線呈一定角度的T型槽，T型銷安裝在T型槽內，并插入刀臂主軸定位孔中，軸套上設有與T型銷的軸頸相適應的軸向槽。
文檔編號B23Q3/155GK102528508SQ20121000666
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月11日 優(yōu)先權日2012年1月11日
發(fā)明者楊威, 邱新橋 申請人:湖北汽車工業(yè)學院