伺服驅(qū)動電磁力鎖緊換刀機(jī)械裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了伺服驅(qū)動電磁力鎖緊換刀機(jī)械裝置。其技術(shù)方案為：包括伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)、回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)、減速器、傳動機(jī)構(gòu)、電磁力鎖緊機(jī)構(gòu)、箱體、換刀手臂軸、換刀手臂，傳動機(jī)構(gòu)設(shè)于箱體內(nèi)，電磁力鎖緊機(jī)構(gòu)安裝在換刀手臂上；（1）所述傳動機(jī)構(gòu)，包括滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)和齒輪傳動機(jī)構(gòu)；伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)、滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)驅(qū)動換刀手臂軸及換刀手臂做直線伸縮運(yùn)動；回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)、減速器、齒輪傳動機(jī)構(gòu)帶動換刀手臂軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；（2）所述電磁力鎖緊機(jī)構(gòu)的磁力線圈通電后，產(chǎn)生磁場吸引楔形銜鐵沿軸線運(yùn)動，楔形銜鐵推動小鋼球，進(jìn)而推動頂桿做伸出運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)刀具鎖緊。本發(fā)明換刀時間短，結(jié)構(gòu)簡單，工作過程中噪音小，操作簡單。
【專利說明】伺服驅(qū)動電磁力鎖緊換刀機(jī)械裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及高速加工中心換刀機(jī)械裝置，尤其是用伺服電機(jī)驅(qū)動換刀及利用電磁力鎖緊的換刀機(jī)械裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]高速加工中心是高速機(jī)床的典型產(chǎn)品，高速部件如電主軸、高速絲杠和直線電動機(jī)的發(fā)展應(yīng)用極大地提高了切削效率。為了配合機(jī)床的高效率，作為加工中心的重要部件之一的自動換刀裝置(ATC)的高速化也相應(yīng)成為高速加工中心的重要技術(shù)內(nèi)容。高速加工中心自動換刀裝置，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(chǎn)效率、降低生產(chǎn)成本，進(jìn)而提高機(jī)床乃至整個生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率。
[0003]目前主流的高速加工中心自動換刀裝置中，弧面分度凸輪是關(guān)鍵的組成零件。雖然凸輪機(jī)構(gòu)有良好的動態(tài)特性，通過凸輪聯(lián)動驅(qū)動的換刀機(jī)械手，可在高速條件下可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)，具有較短的刀對刀換刀時間，但凸輪機(jī)構(gòu)工作曲面復(fù)雜，設(shè)計和制造難度大，造價高，且長時間使用會出現(xiàn)磨損，影響換刀動作的可靠性；在換刀裝置鎖緊機(jī)構(gòu)方面，主要采用凸輪間歇推動頂桿對刀具進(jìn)行鎖緊，雖然運(yùn)動可靠，但鎖緊動力傳遞距離較長，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，刀對刀換刀時間短，可以精確控制換刀手臂做旋轉(zhuǎn)及伸縮運(yùn)動的伺服驅(qū)動電磁力鎖緊換刀機(jī)械裝置。
[0005]為此，本發(fā)明的技術(shù)方案如下:伺服驅(qū)動電磁力鎖緊換刀機(jī)械裝置，包括伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)、回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)、減速器、傳動機(jī)構(gòu)、電磁力鎖緊機(jī)構(gòu)、箱體、換刀手臂軸、換刀手臂，傳動機(jī)構(gòu)設(shè)于箱體內(nèi)，電磁力鎖緊機(jī)構(gòu)安裝在換刀手臂上；
其特征在于:
(I).所述傳動機(jī)構(gòu)，包括滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)和齒輪傳動機(jī)構(gòu)；
(1.0.滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)主要由滾珠絲杠、絲杠螺母、滑座和滾動直線導(dǎo)軌副組成，伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)通過花鍵與滾珠絲杠直接相連，滾珠絲杠和絲杠螺母嚙合連接，絲杠螺母安裝在滑座內(nèi)，滑座安裝在滾動直線導(dǎo)軌副上，滾動直線導(dǎo)軌副安裝在箱體底面；換刀手臂軸左端通過軸承與滑座相連，能在滑座內(nèi)轉(zhuǎn)動，不能沿軸向移動；換刀手臂軸右端與換刀手臂固定連接，并通過滑動軸承支撐在箱體上，能相對箱體軸向滑動；伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠上的絲杠螺母在滾動直線導(dǎo)軌副的導(dǎo)向下，帶動滑座直線往復(fù)運(yùn)動，從而帶動換刀手臂軸及換刀手臂做直線伸縮運(yùn)動；
(1.2).齒輪傳動機(jī)構(gòu)主要由齒輪軸、主動齒輪、被動齒輪組成，回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)通過減速器與齒輪軸相連，主動齒輪安裝在齒輪軸上，主動齒輪和齒輪軸固定連接，主動齒輪與換刀手臂軸上的被動齒輪嚙合，換刀手臂軸上的被動齒輪與換刀手臂軸花鍵連接，能在換刀手臂軸上作軸向滑動；回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)通過減速器帶動齒輪軸旋轉(zhuǎn)，換刀手臂軸上的被動齒輪在齒輪軸上的主動齒輪驅(qū)動下，帶動換刀手臂軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動； (2).電磁力鎖緊機(jī)構(gòu)主要由磁力線圈、楔形銜鐵、小鋼球、頂桿、彈簧組成；磁力線圈套在楔形銜鐵的小圓柱體上，楔形銜鐵的大圓柱體與磁力線圈之間裝有彈簧；楔形銜鐵的楔形面與小鋼球接觸，頂桿設(shè)置在換刀手臂內(nèi)，頂桿在彈簧的彈力作用下與小鋼球接觸；磁力線圈通電后，產(chǎn)生磁場吸引楔形銜鐵壓縮彈簧沿軸線運(yùn)動，楔形銜鐵推動小鋼球運(yùn)動，小鋼球推動頂桿做伸出運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)刀具鎖緊。
[0006]有益效果:本發(fā)明所述的伺服驅(qū)動電磁力鎖緊換刀機(jī)械裝置，用兩臺伺服電機(jī)驅(qū)動換刀裝置，通過數(shù)控實(shí)現(xiàn)兩軸聯(lián)動。其中一臺伺服電機(jī)通過齒輪傳動帶動換刀手臂做回轉(zhuǎn)運(yùn)動，另一臺伺服電機(jī)通過滾動絲桿傳動機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動變?yōu)橹本€運(yùn)動，帶動換刀手臂做伸縮運(yùn)動，兩種運(yùn)動的協(xié)調(diào)靠數(shù)控兩軸聯(lián)動實(shí)現(xiàn)。兩軸聯(lián)動伺服驅(qū)動電磁力鎖緊換刀機(jī)械裝置使用伺服驅(qū)動技術(shù)，避免了空間弧面分度凸輪設(shè)計和制造困難，造價昂貴，長時間使用出現(xiàn)磨損，影響換刀動作可靠性的弊端，提高了精度和生產(chǎn)效率；使用電磁力鎖緊技術(shù)，避免了鎖緊動力傳遞距離長和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的弊端，縮短了動力傳遞距離，提高了鎖緊效率。本發(fā)明的伺服驅(qū)動電磁力鎖緊換刀機(jī)械裝置換刀時間短，結(jié)構(gòu)簡單，安裝、維修方便，工作過程中噪音小，操作簡單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1是本發(fā)明的主剖視圖。
[0008]圖2是圖1所示沿A-A的剖視圖。
[0009]圖3是圖1所示B的局部放大圖。
[0010]圖中所示:1為伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)；2為箱體；3為滾珠絲杠；4為絲杠螺母；5為滑座；6為換刀手臂軸；7為被動齒輪；8為齒輪軸；9為鍵；10為主動齒輪；11為減速器；12為軸瓦；13為回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)；14為滾動直線導(dǎo)軌副；15為墊塊；16為換刀手臂；17為磁力線圈；18為第一彈簧，；19為楔形銜鐵；20為小鋼球；21為頂桿；22為第二彈簧；23為螺母堵頭。
【具體實(shí)施方式】
[0011]如圖1、2、3所示，進(jìn)一步描述伺服驅(qū)動電磁力鎖緊換刀機(jī)械裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)如下:
圖1是本發(fā)明伺服驅(qū)動電磁力鎖緊換刀機(jī)械裝置的主剖視圖，它展示了伺服驅(qū)動電磁力鎖緊換刀機(jī)械裝置的傳動機(jī)構(gòu)、電磁力鎖緊機(jī)構(gòu)和零件之間的安裝關(guān)系。
[0012]圖2是圖1所示沿A-A的剖視圖，它展示了滾動直線導(dǎo)軌副與箱體的安裝關(guān)系。
[0013]圖3是圖1所示B處的局部放大圖，它清楚地展示了電磁力鎖緊機(jī)構(gòu)。
[0014]伺服驅(qū)動電磁力鎖緊換刀機(jī)械裝置，包括伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)1、回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)13、減速機(jī)11、傳動機(jī)構(gòu)、電磁力鎖緊機(jī)構(gòu)、箱體2、換到手臂軸6及換刀手臂16，傳動機(jī)構(gòu)設(shè)于箱體內(nèi)，電磁力鎖緊機(jī)構(gòu)安裝在換到手臂16上。
[0015]傳動機(jī)構(gòu)如圖1和圖2所示，包括滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)和齒輪傳動機(jī)構(gòu)；滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)主要由滾珠絲杠3、絲杠螺母4、滑座5和滾動直線導(dǎo)軌副14組成，伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)I的輸出軸為花鍵軸，滾珠絲杠3 —端內(nèi)部加工有內(nèi)花鍵，與伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)I花鍵軸直接相連，滾珠絲杠3和絲杠螺母4嚙合連接，絲杠螺母4安裝在滑座5內(nèi)，滑座5安裝在滾動直線導(dǎo)軌副14上，滾動直線導(dǎo)軌副14通過內(nèi)六角圓柱頭螺釘安裝在墊塊15上，墊塊15通過內(nèi)六角圓柱頭螺釘安裝在箱體2的底面上；換刀手臂16左端通過軸承與滑座5相連，能在滑座5內(nèi)轉(zhuǎn)動，不能沿軸向移動；右端與換刀手臂16固定連接，并通過滑動軸承支撐在箱體2上，可以相對箱體2軸向滑動；因此，伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)I帶動滾珠絲杠3旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠3上的絲杠螺母4在滾動直線導(dǎo)軌副14的導(dǎo)向下，帶動滑座5直線往復(fù)運(yùn)動，從而帶動換刀手臂軸6及換刀手臂16做直線伸縮運(yùn)動；齒輪傳動機(jī)構(gòu)主要由齒輪軸8、鍵9、主動齒輪(人字齒輪)10、被動齒輪(人字齒輪)7組成，回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)13通過減速器12與齒輪軸8相連，主動齒輪(人字齒輪)10安裝在齒輪軸8上，主動齒輪(人字齒輪)10和齒輪軸8之間通過鍵9連接，被動齒輪(人字齒輪)7內(nèi)孔加工有內(nèi)花鍵槽，與換刀手臂軸6上的外花鍵相配，能在換刀手臂軸6上軸向滑動，并與主動齒輪(人字齒輪)10哨合；由于一對哨合的人字齒輪可以承受一定的軸向力，所以當(dāng)換刀手臂6做直線伸縮運(yùn)動時，被動齒輪(人字齒輪)7在換刀手臂軸6上軸向滑動，換刀手臂軸6上的外花鍵長度是根據(jù)換刀手臂16的直線伸縮距離確定的；回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)13通過減速機(jī)12帶動齒輪軸8旋轉(zhuǎn)，齒輪軸8帶動主動齒輪(人字齒輪)10、被動齒輪(人字齒輪)7，帶動換刀手臂軸6做回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)運(yùn)動。
[0016]電磁力鎖緊機(jī)構(gòu)如圖3所示，其安裝在換刀手臂16上，主要由磁力線圈17、第一彈簧18、楔形銜鐵19、小鋼球20、頂桿21、第二彈簧22組成，磁力線圈17套在楔形銜鐵19的小圓柱體上，楔形銜鐵19的大圓柱體與磁力線圈17之間裝有第一彈簧18，楔形銜鐵19內(nèi)孔與換刀手臂軸6間隙配合，楔形銜鐵19的楔形面與小鋼球20接觸，頂桿21設(shè)置在換刀手臂16內(nèi)，頂桿21在第二彈簧22 (第二彈簧22的外端通過螺母堵頭23限位，第二彈簧22的內(nèi)端通過頂桿21上的臺階限位，)的彈力作用下與小鋼球20接觸；磁力線圈17通電，產(chǎn)生磁場吸引楔形銜鐵19壓縮彈簧18沿軸線運(yùn)動，楔形銜鐵19推動小鋼球20運(yùn)動，小鋼球20推動頂桿21做伸出運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)刀具鎖緊。
[0017]伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)I及回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)13是常規(guī)的伺服電機(jī)，只不過為了區(qū)分，從功能上進(jìn)行了分別限定。
[0018]在換刀手臂軸6直線伸縮運(yùn)動過程中，為了保證被動齒輪7與主動齒輪10的相對位置不變化，可以在箱體內(nèi)設(shè)有主動齒輪10的軸向限位裝置(圖1中沒有表達(dá)出來)。此時，被動齒輪7及主動齒輪10不局限于人字齒輪，可以是直齒輪或斜齒輪。
[0019]本發(fā)明的工作過程:
①換刀過程第一步:換刀手臂16旋轉(zhuǎn)90°(取刀)
伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)I停止工作，磁力線圈17斷電，回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)13啟動，通過齒輪傳動機(jī)構(gòu)，帶動換刀手臂軸6旋轉(zhuǎn)，數(shù)控程序控制回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)13轉(zhuǎn)動一定角度，來實(shí)現(xiàn)換刀手臂16旋轉(zhuǎn)90°，從而實(shí)現(xiàn)取刀；
②換刀過程第二步:電磁力鎖緊機(jī)構(gòu)對刀具進(jìn)行鎖緊(鎖緊)
伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)1、回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)13都停止工作，電磁力鎖緊機(jī)構(gòu)中的磁力線圈17通電，產(chǎn)生磁場，吸引楔形銜鐵19做軸向運(yùn)動，楔形銜鐵19推動小鋼球20運(yùn)動，小鋼球20推動頂桿21做伸出運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)刀具鎖緊；
③換刀過程第三步:換刀手臂16伸出(拔刀)
回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)13停止工作，磁力線圈17繼續(xù)通電，伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)I啟動，通過滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)，帶動換刀手臂軸6做直線伸出運(yùn)動，數(shù)控程序控制伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)I轉(zhuǎn)過一定角度，帶動換刀手臂16伸出一定的距離，實(shí)現(xiàn)拔刀；
④換刀過程第四步:換刀手臂16伸出到位后，旋轉(zhuǎn)180°(換刀)
伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)I停止工作，磁力線圈17繼續(xù)通電，回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)13啟動，通過齒輪傳動機(jī)構(gòu)，帶動換刀手臂軸6旋轉(zhuǎn)，數(shù)控程序控制回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)13轉(zhuǎn)動一定角度，實(shí)現(xiàn)換刀手臂16旋轉(zhuǎn)180°換刀；
⑤換刀過程第五步:換刀手臂16收縮(插刀)
回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)13停止工作，磁力線圈17繼續(xù)通電，伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)I反向啟動，通過滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)，帶動換刀手臂軸6做直線收縮運(yùn)動，數(shù)控程序控制伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)I反向轉(zhuǎn)過一定角度，帶動換刀手臂16收縮一定的距離，實(shí)現(xiàn)插刀；
⑥換刀過程第六步:電磁力鎖緊機(jī)構(gòu)對刀進(jìn)行解鎖(解鎖)
伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)1、回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)13都停止工作，磁力線圈17斷電，產(chǎn)生的磁場消失，楔形銜鐵19在彈簧18的彈力作用下反向運(yùn)動，小鋼球20復(fù)位，頂桿21在彈簧22的彈力作用下復(fù)位，實(shí)現(xiàn)解鎖；
⑦換刀過程第七步:換刀手臂16復(fù)位
伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)I停止工作，磁力線圈17斷電，回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)13啟動，通過齒輪傳動機(jī)構(gòu)，帶動換刀手臂軸6旋轉(zhuǎn)，數(shù)控程序控制回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)13轉(zhuǎn)動一定角度，來實(shí)現(xiàn)換刀手臂16旋轉(zhuǎn)90°，從而實(shí)現(xiàn)換刀手臂16復(fù)位，為下一次換刀做好準(zhǔn)備。
【權(quán)利要求】
1.伺服驅(qū)動電磁力鎖緊換刀機(jī)械裝置，包括伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)、回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)、減速器、傳動機(jī)構(gòu)、電磁力鎖緊機(jī)構(gòu)、箱體、換刀手臂軸、換刀手臂，傳動機(jī)構(gòu)設(shè)于箱體內(nèi)，電磁力鎖緊機(jī)構(gòu)安裝在換刀手臂上； 其特征在于: (1).所述傳動機(jī)構(gòu)，包括滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)和齒輪傳動機(jī)構(gòu)； (1.0.滾珠絲杠傳動機(jī)構(gòu)主要由滾珠絲杠、絲杠螺母、滑座和滾動直線導(dǎo)軌副組成，伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)通過花鍵與滾珠絲杠直接相連，滾珠絲杠和絲杠螺母嚙合連接，絲杠螺母安裝在滑座內(nèi)，滑座安裝在滾動直線導(dǎo)軌副上，滾動直線導(dǎo)軌副安裝在箱體底面；換刀手臂軸左端通過軸承與滑座相連，能在滑座內(nèi)轉(zhuǎn)動，不能沿軸向移動；換刀手臂軸右端與換刀手臂固定連接，并通過滑動軸承支撐在箱體上，能相對箱體軸向滑動；伸縮驅(qū)動伺服電機(jī)帶動滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，滾珠絲杠上的絲杠螺母在滾動直線導(dǎo)軌副的導(dǎo)向下，帶動滑座直線往復(fù)運(yùn)動，從而帶動換刀手臂軸及換刀手臂做直線伸縮運(yùn)動； (1.2).齒輪傳動機(jī)構(gòu)主要由齒輪軸、主動齒輪、被動齒輪組成，回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)通過減速器與齒輪軸相連，主動齒輪安裝在齒輪軸上，主動齒輪和齒輪軸固定連接，主動齒輪與換刀手臂軸上的被動齒輪嚙合，換刀手臂軸上的被動齒輪與換刀手臂軸花鍵連接，能在換刀手臂軸上作軸向滑動；回轉(zhuǎn)驅(qū)動伺服電機(jī)通過減速器帶動齒輪軸旋轉(zhuǎn)，換刀手臂軸上的被動齒輪在齒輪軸上的主動齒輪驅(qū)動下，帶動換刀手臂軸做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動； (2).電磁力鎖緊機(jī)構(gòu)主要由磁力線圈、楔形銜鐵、小鋼球、頂桿、彈簧組成；磁力線圈套在楔形銜鐵的小圓柱體上，楔形銜鐵的大圓柱體與磁力線圈之間裝有彈簧；楔形銜鐵的楔形面與小鋼球接觸，頂桿設(shè)置在換刀手臂內(nèi)，頂桿在彈簧的彈力作用下與小鋼球接觸；磁力線圈通電后，產(chǎn)生磁場吸引楔形銜鐵壓縮彈簧沿軸線運(yùn)動，楔形銜鐵推動小鋼球運(yùn)動，小鋼球推動頂桿做伸出運(yùn)動，實(shí)現(xiàn)刀具鎖緊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的伺服驅(qū)動電磁力鎖緊換刀機(jī)械裝置，其特征在于:所述主動齒輪及被動齒輪是人字齒輪。
【文檔編號】B23Q3/155GK104002173SQ201410207904
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年5月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月18日
【發(fā)明者】邱新橋, 唐進(jìn) 申請人:湖北汽車工業(yè)學(xué)院