加工中心用刀库交换装置

摘要

一种加工中心用刀库交换装置，包括驱动箱和油缸伸缩轴，所述油缸伸缩轴从驱动箱内向外延伸并进行伸缩操作，其自由端设有夹刀杆组件，从而通过液压油进行驱动，实现油缸伸缩轴乃至夹刀杆组件的向外伸出和缩回，所述驱动箱内设有驱动油缸伸缩轴进行转动的驱动组件，所述夹刀杆组件包含呈180度对称设计的第一夹刀杆和第二夹刀杆，该第一夹刀杆和第二夹刀杆均包含杆体、盖体和卡爪；由此，本发明结构紧凑，装卸便利，夹刀可靠，使用寿命长，刀库刚性好，承载力大。

权利要求

1.一种加工中心用刀库交换装置，包括驱动箱和油缸伸缩轴，所述油缸伸缩轴从驱动箱内向外延伸并进行伸缩操作，其自由端设有夹刀杆组件，从而通过液压油进行驱动，实现油缸伸缩轴乃至夹刀杆组件的向外伸出和缩回，其特征在于：所述驱动箱内设有驱动油缸伸缩轴进行转动的驱动组件，所述夹刀杆组件包含呈180度对称设计的第一夹刀杆和第二夹刀杆，该第一夹刀杆和第二夹刀杆均包含杆体、盖体和卡爪，所述杆体的前端一侧向前延伸出弯曲指状的夹爪，以向杆体的前端另一侧前方形成供刀具的杆部进出的开口，所述杆体的中部形成一个倒梯形的凹槽，所述盖体盖合于所述杆体上，所述盖体的中部形成一个倒梯形的凹槽，两个凹槽形成一个鱼肚状的容置空间，所述卡爪设置于杆体和盖体的前端之间且可在两者之间移动，所述卡爪的前端形成向所述开口伸缩以开闭所述开口的爪部，所述容置空间内设有驱动卡爪进行自动伸缩的驱动机构；

所述驱动机构为四连杆平衡机构，其包含设置于所述容置空间内的第一前连杆、第一后连杆、第二前连杆和第二后连杆，所述第一前连杆和第二前连杆的前端铰接于卡爪的后端，后端分别铰接于第一后连杆和第二后连杆的前端，所述第一后连杆和第二后连杆的后端铰接于所述容置空间的后端中部，所述第一后连杆和第二后连杆的前端铰接部之间设有驱动两个连杆铰接部向内缩入的弹性件；

所述油缸伸缩轴包含缸筒、缸底、缸盖和活塞组件，所述缸底和缸盖分别固定在缸筒的前后端，所述活塞组件包含从缸筒内伸出缸盖的活塞杆以及安装于缸筒内的活塞，所述活塞杆伸出缸盖后形成油缸伸缩轴的自由端；

还设有定位结构，所述定位结构包含设置于缸筒与缸底之间的具内孔的定位挡块，所述定位挡块包括固定板和与固定板一体结构的定位环，固定板卡紧在缸筒缸底内端面之间，固定板的外周与缸筒内壁密封配合，定位环的周向等距间隔设有多个径向锥孔，所述径向锥孔内活动保持有滚珠，所述活塞杆后端设有随活塞杆移动而进入定位挡块内孔的螺母，所述螺母的外缘上开设有与径向锥孔对应且可卡入滚珠的内凹槽，位于活塞的后端面设有可随活塞的移动而使滚珠卡入或脱离内凹槽的环状压块。

2.如权利要求1所述的加工中心用刀库交换装置，其特征在于：所述的活塞与环状压块之间设有推动环状压块向缸底方向移动的第二弹簧，活塞外周面与环状压块内壁之间设有使环状压块跟随活塞移动的轴用挡圈，在活塞杆上设有位于活塞前端面的挡板，挡板与活塞之间设有第一弹簧。

说明书

加工中心用刀库交换装置

技术领域

[0001] 本发明涉及机床刀库的技术领域，尤其涉及一种加工中心用刀库交换装置。

背景技术

[0002] 如今数控机床行业发展到现在，在主体结构和性能上已经日益成熟。主轴转速30000转以上的加工中心已经越来越多。刀库的发展也有了相对固定的模式，出现了适用不同需求的多种类型的刀库。而在刀臂式刀库、单盘式刀库、斗笠式刀库、链式刀库等多种刀库中，刀臂式刀库结构相对简单，价格低廉，非常适合刀库容量要求不是太大的小型加工中心适用。

[0003] 以往刀库的体积也变得更大，达不到高速机床刀库精简、小巧的要求，也使得安装难度大大增加。在数控机床长期高速工作下，刀套与刀盘之间的定位精度容易发生变化，换刀装置的钩爪部位容易发热变形，导致刀臂式刀库的整体精度下降，使零件产品的加工精度达不到要求，从而影响加工的质量与可靠性。

[0004] 为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种加工中心用刀库交换装置，以克服上述缺陷。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种加工中心用刀库交换装置，其结构紧凑，装卸便利，夹刀可靠，使用寿命长，刀库刚性好，承载力大。

[0006] 为解决上述问题，本发明公开了一种加工中心用刀库交换装置，包括驱动箱和油缸伸缩轴，所述油缸伸缩轴从驱动箱内向外延伸并进行伸缩操作，其自由端设有夹刀杆组件，从而通过液压油进行驱动，实现油缸伸缩轴乃至夹刀杆组件的向外伸出和缩回，其特征在于：

[0007] 所述驱动箱内设有驱动油缸伸缩轴进行转动的驱动组件，所述夹刀杆组件包含呈180度对称设计的第一夹刀杆和第二夹刀杆，该第一夹刀杆和第二夹刀杆均包含杆体、盖体和卡爪，所述杆体的前端一侧向前延伸出弯曲指状的夹爪，以向杆体的前端另一侧前方形成供刀具的杆部进出的开口，所述杆体的中部形成一个倒梯形的凹槽，所述盖体盖合于所述杆体上，所述盖体的中部形成一个倒梯形的凹槽，两个凹槽形成一个鱼肚状的容置空间，所述卡爪设置于杆体和盖体的前端之间且可在两者之间移动，所述卡爪的前端形成向所述开口伸缩以开闭所述开口的爪部，所述容置空间内设有驱动卡爪进行自动伸缩的驱动机构。

[0008] 其中：所述油缸伸缩轴包含缸筒、缸底、缸盖和活塞组件，所述缸底和缸盖分别固定在缸筒的前后端，所述活塞组件包含从缸筒内伸出缸盖的活塞杆以及安装于缸筒内的活塞，所述活塞杆伸出缸盖后形成油缸伸缩轴的自由端。

[0009] 其中：还设有定位结构，所述定位结构包含设置于缸筒与缸底之间的具内孔的定位挡块，所述定位挡块包括固定板和与固定板一体结构的定位环，定位环的周向等距间隔设有多个径向锥孔，所述径向锥孔内活动保持有滚珠，所述活塞杆后端设有随活塞杆移动而进入定位挡块内孔的螺母，所述螺母的外缘上开设有与径向锥孔对应且可卡入滚珠的内凹槽，位于活塞的后端面设有可随活塞的移动而使滚珠卡入或脱离内凹槽的环状压块。

[0010] 其中：所述的活塞与环状压块之间设有推动环状压块向缸底方向移动的第二弹簧，活塞外周面与环状压块内壁之间设有使环状压块跟随活塞移动的轴用挡圈，在活塞杆上设有位于活塞前端面的挡板，挡板与活塞之间设有第一弹簧。

[0011] 其中：所述驱动机构包含设置于所述容置空间内的第一前连杆、第一后连杆、第二前连杆和第二后连杆，所述第一前连杆和第二前连杆的前端铰接于卡爪的后端，后端分别铰接于第一后连杆和第二后连杆的前端，所述第一后连杆和第二后连杆的后端铰接于所述容置空间的后端中部，所述第一后连杆和第二后连杆的前端铰接部之间设有驱动两个连杆铰接部向内缩入的弹性件。

[0012] 通过上述结构可知，本发明的加工中心用刀库交换装置具有如下效果：

[0013] 1、传动装置构造简单，整体体积小巧，方便安装，提高加工的质量和可靠性，具有安全稳定性。

[0014] 2、通过连杆机构的配合运动，即实现了刀杆的快速进出和刀具的稳定定位，且传动更加精确，运行更加平稳。

[0015] 3、定位准确，避免误操作和外力破坏，可以承受较大外力的影响。

[0016] 本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

[0017] 图1显示了本发明的加工中心用刀库交换装置的的结构示意图。

[0018] 图2显示了本发明夹刀杆的结构示意图。

[0019] 图3显示了本发明夹刀杆的内部剖视图。

[0020] 图4显示了本发明油缸伸缩轴的结构示意图。

[0021] 附图标记：

[0022] 11、驱动箱；12、第一夹刀杆；13、第二夹刀杆；14、伺服电机；15、主动齿轮；16、第一被动齿轮；17、传动齿轮组件；18、油缸伸缩轴；19、杆体；20、盖体；21、夹爪；22、卡爪；23、第一前连杆；24、第一后连杆；25、第二前连杆；26、第二后连杆；27、弹性件；28、凸缘；29、缸筒；30、缸底；31、缸盖；32、活塞杆；33、进油,孔；34、泄油孔；35、螺母；36、定位挡块；37、挡板；
38、活塞；39、第一弹簧；40、环状压块；41、滚珠；42、第二弹簧；43、挡圈。

具体实施方式

[0023] 参见图1至图4，显示了本发明的加工中心用刀库交换装置，其能应用于立式或卧式加工中心中。

[0024] 其中，参见图1，本发明的加工中心用刀库交换装置包括驱动箱11和油缸伸缩轴18，所述油缸伸缩轴18从驱动箱11内向外延伸并可进行伸缩操作，其自由端设有夹刀杆组件，从而通过液压油进行驱动，实现油缸伸缩轴18乃至夹刀杆组件的向外伸出和缩回。

[0025] 所述驱动箱11内设有驱动油缸伸缩轴18进行转动的驱动组件，其中，所述夹刀杆组件包含呈180度对称设计的第一夹刀杆12和第二夹刀杆13，所述驱动组件包含伺服电机14、主动齿轮15、第一被动齿轮16和传动齿轮组件17，为提高空间利用率，所述伺服电机14平行设置于油缸伸缩轴18的一侧，主动齿轮15连接于伺服电机14的输出轴，所述第一被动齿轮16设置于一中间轴并啮合于主动齿轮15，所述传动齿轮组件17包含分别设于中间轴和油缸伸缩轴18上的齿轮对，从而利用伺服电机14将动力传递给油缸伸缩轴18，进而实现第一夹刀杆12和第二夹刀杆13的相对转动，通过相对设置的第一夹刀杆12和第二夹刀杆13，实现刀库和主轴台上刀具的替换。

[0026] 参见图2和图3，显示了本发明中第一夹刀杆12和第二夹刀杆13的一个优选实施例，该第一夹刀杆12和第二夹刀杆13的结构相同，均包含杆体19、盖体20和卡爪22，所述杆体19的前端一侧向前延伸出弯曲指状的夹爪21，以向杆体19的前端另一侧前方形成供刀具的杆部进出的开口，所述杆体19的中部形成一个倒梯形的凹槽，所述盖体20盖合于所述杆体19上，两者之间可通过螺栓等紧箍件进行固定，所述盖体20的中部形成一个倒梯形的凹槽，两个凹槽形成一个鱼肚状的容置空间，所述卡爪22设置于杆体19和盖体20的前端之间且可在两者之间移动，所述卡爪22的前端形成可向所述开口伸缩以开闭所述开口的爪部，由此，通过卡爪22的伸缩运动，实现第一夹刀杆12和第二夹刀杆13对刀具的卡紧和松开操作，所述容置空间内设有驱动卡爪22进行自动伸缩的驱动机构，为避免卡爪22从杆体19和盖体20的前端脱出，所述盖体20的前端设有向下延伸的凸缘28，所述卡爪22设有对应的台阶部，从而对卡爪22的位置进行限位。

[0027] 其中，所述驱动机构可利用图中所示的四连杆平衡机构实现，所述四连杆平衡机构包含设置于所述容置空间内的第一前连杆23、第一后连杆24、第二前连杆25和第二后连杆26，所述第一前连杆23和第二前连杆25的前端铰接于卡爪22的后端，后端分别铰接于第一后连杆24和第二后连杆26的前端(后可将两两连杆之间的铰接部称为连杆铰接部)，所述第一后连杆24和第二后连杆26的后端铰接于所述容置空间的后端中部，所述第一后连杆24和第二后连杆26的前端铰接部之间设有驱动两个连杆铰接部向内缩入的弹性件27，所述弹性件27优选为拉力螺旋弹簧，以提供在两连杆铰接部之间的弹性回复力，由此，所述弹性件27的常态下将第一后连杆24和第二后连杆26的前端向内拉紧，从而通过两连杆铰接部的靠近，驱动卡爪22向前移动，以对夹爪21的开口进行封闭，而在主轴带动夹刀杆组件中的其中一个夹刀杆靠近待更换刀具的刀杆时，刀杆接触卡爪，依靠旋转力，刀杆将卡爪向后驱动以使刀具进入夹爪21内，然后卡爪伸出，从而将刀具定位于夹爪21内。

[0028] 如上所述，将刀具从夹爪21内取出的状态与之相反且类似。

[0029] 由此，所述四连杆平衡机构能实现从卡爪22后端两侧的平衡驱动和移动，其动作更为协调，使用寿命更长。

[0030] 其中，所述盖体20和杆体19内倒梯形的凹槽底部设有弹性耐磨层，以在连杆铰接部向外张开时提供弹性耐磨支撑。

[0031] 为实现第一夹刀杆12和第二夹刀杆13的准确定位，本发明还可包含定位测量组件，所述定位测量组件包含设置于驱动箱11底部的红外检测器和第一夹刀杆12和第二夹刀杆13上表面的红外发射器，由此，当第一夹刀杆12和第二夹刀杆13位于准确位置时，红外检测器能检测到红外发射器的信号并发送定位信号，所述定位测量组件包含第一夹刀杆12和第二夹刀杆13内凸缘28内侧的碰撞检测器，该碰撞检测器能检测到卡爪22的接触信号，从而准确判断卡爪22是否完成对刀杆的包围夹紧。

[0032] 参见图4，本发明的油缸伸缩轴18包含缸筒29、缸底30、缸盖31和活塞组件，所述缸底30和缸盖31分别固定在缸筒29的前后端，所述活塞组件包含从缸筒29内伸出缸盖31的活塞杆32以及安装于缸筒29内的活塞38，所述活塞38与缸筒29内壁之间实现液密封，所述缸筒29的前后端分别设有进油孔33和泄油孔34，由此，所述活塞杆32伸出缸盖31后形成油缸伸缩轴18的自由端，并通过液压油驱动活塞并带动活塞杆进行伸缩运动。

[0033] 其中，为实现活塞杆的定位，还设有定位结构，所述定位结构包含设置于缸筒29与缸底30之间的具内孔的定位挡块36，所述定位挡块36包括固定板和与固定板一体结构的定位环，其中固定板卡紧在缸筒29缸底30内端面之间，固定板的外周与缸筒29内壁密封配合，在定位环的周向，等距间隔设有多个径向锥孔，所述径向锥孔内活动保持有滚珠41，所述活塞杆32后端设有随活塞杆32移动而进入定位挡块36内孔的螺母35，所述螺母35的外缘上开设有与径向锥孔对应且可卡入滚珠41的内凹槽，位于活塞38的后端面设有可随活塞38的移动而使滚珠41卡入或脱离内凹槽的环状压块40。

[0034] 为实现环状压块40随活塞38的移动，所述的活塞38与环状压块40之间设有推动环状压块向缸底方向移动的第二弹簧42，活塞38外周面与环状压块40内壁之间设有可使环状压块40跟随活塞向缸盖31方向移动的轴用挡圈43，同时，在活塞杆32上设有位于活塞38前端面的挡板37，挡板37与活塞38之间设有第一弹簧39。

[0035] 由此，定位结构的工作过程简述如下：当有杆腔进油时，活塞杆缩回，带动螺母进入定位挡块的内孔，螺母推动设在径向锥孔内的滚珠向上运动，当活塞杆运动至滚珠卡住环状压块后，环状压块停止移动，活塞杆带动螺母压缩第二弹簧和第一弹簧继续向左运动，当第一弹簧力大于第二弹簧力时，滚珠落入螺母外壁的内凹槽内，而环状压块也在第二弹簧的作用下向缸底移动，当滚珠完全掉入内凹槽内，活塞碰到缸底，活塞杆停止运动，环状压块也随即将滚珠上部封死，滚珠卡在螺母外壁的内凹槽内，活塞杆被稳固的定位，避免外力操作；当无杆腔进油达到第一弹簧设定的启动压力时，活塞压缩第一弹簧向缸盖方向运动，活塞向缸盖方向运动的同时由于轴用挡圈的限位作用，带动环状压块压缩第二弹簧同步向缸盖方向运动，当运动一定的距离时，滚珠失去环状压块的压制而脱离螺母外壁的内凹槽，向径向锥孔的外侧方向移动，实现活塞杆的继续运动。

[0036] 由此，本发明的油缸伸缩轴18定位准确，避免误操作和外力破坏，可以承受较大外力的影响。

[0037] 综上，本发明具有如下优点：

[0038] 1、传动装置构造简单，整体体积小巧，方便安装，提高加工的质量和可靠性，具有安全稳定性。

[0039] 2、通过连杆机构的配合运动，即实现了刀杆的快速进出和刀具的稳定定位，且传动更加精确，运行更加平稳。

[0040] 3、定位准确，避免误操作和外力破坏，可以承受较大外力的影响。

[0041] 显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。