专利名称：数控多位自动换刀钻床的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种机械加工行业的机床，尤其是能实现自动快速转换刀具，精度高的数控多位自动换刀钻床。
背景技术：
在以往日常机械加工工作中，因工件多，并在加工时需频繁停机调换刀具，或者采用多台普通钻床排列作业，或者需要不断地进行工件地装夹，这样浪费了不少人力，财力，物力及工作时间，并且生产效率较低，生产质量达不到要求。
有人为了改进而作了研究并申请了专利，专利号为03231642.9，名称为双头多轴钻铣攻磨多用机床。该主轴箱内装有具有并排两根工作主轴的传动系统，其中一根是钻铣主轴，另一根是攻丝主轴，对应于I花键轴和钻铣主轴分别设有左、右变速系统；对应于钻铣主轴和攻丝主轴分别设有左右进给系统，无需更换刀具即可进行攻丝，且可同时钻或攻多个孔。但是这种结构只有装好地两个工序，要完成多个工序时还需要更换刀具，而且这种双驱动的结构比较复杂。
为了满足多工位的要求，有人做了改进并申请了专利，专利号为200320110497.X，名称为数控钻削中心快速换刀装置，该专利包括盘式刀库、刀库转动机构、装在主轴座上的松刀机构，刀库垂直安装在工作台上方，刀库周边分布有与之弹簧铰接的夹臂，夹臂的夹口与主轴位置相对应，松刀机构为一杠杆机构，由杠杆、支销、楔形驱动板、复位弹簧组成，刀库不会影响主轴和刀具的正常工作。这种采用竖直刀库布置的结构，转换较慢，而且尺寸较大，安全系数不高。
发明内容
本发明解决了现有技术中需要频繁停机调换刀具或者移动工件的缺点，提供一种能实现多工位不用移动工件只装夹一次的数控多位自动换刀钻床。
本发明还解决了现有技术中虽有多工位刀具但是转换不便的缺点，提供一种能快速自动实现不同刀具之间转换的数控多位自动换刀钻床。
本发明的另一目的是提供一种备用刀具远离操作人员，操作安全的数控多位自动换刀钻床。
本发明的再一目的是提供一种操作升降系统省力的数控多位自动换刀钻床。
本发明解决其技术问题所采用地技术方案是一种数控多位自动换刀钻床，包括机座，机座上带升降系统、工作平台、与升降系统相连的刀具换位系统及控制显示系统，其中，所述的刀具换位系统由换刀电机、与换刀电机相连的蜗杆、与蜗杆相啮合的蜗轮及与蜗轮相啮合的换刀机头组成；换刀机头上配置若干刀夹头，刀夹头与主轴通过联轴器相连，换刀机头上固定有活动端面齿轮，机座上固定有与活动端面齿轮相配合的固定端面齿轮。换刀电机带动蜗杆旋转，蜗杆带动与之啮合的蜗轮旋转，开始因为固定端面齿轮与活动端面齿轮相轮齿相啮合，与蜗轮相啮合的换刀机头沿着换刀机头的轴线往下运动，这时联轴器脱开，固定端面齿轮与活动端面齿轮脱开，主动联轴器于从动联轴器脱开，于是换刀机头和蜗轮一起在蜗杆的带动下旋转，换刀电机逆向旋转，带动换刀机头旋转实现换刀的目的，到位后，固定端面齿轮与活动端面齿轮啮合，接着换刀机头和蜗轮沿着换刀轴线上行，直到固定端面齿轮和活动端面齿轮啮合，完成换刀。
所述的联轴器包括主动联轴器和从动联轴器，主动联轴器与主轴端的花键套接并固定，主动联轴器外壳与主轴端上的轴承垫之间设有弹簧，从动联轴器与换刀机头上的刀夹头安装部相连并固定。主动联轴器套接在主轴的花键并固定，方便主轴传递动力，固定后防止主动联轴器下滑使主轴与主动联轴器脱开；弹簧的一端压住主轴上的轴承垫，另一端套在主动联轴器的外壳上，而且主动联轴器可在主轴的端部沿花键方向移动，由于换刀机头呈倾斜角度，所以沿着换刀机头轴线运动时是与主轴的轴线倾斜的，给主动联轴器和从动联轴器脱开与咬合提供缓冲，外壳上的弹簧保证主动联轴器与从动联轴器相自动啮合，传递动力。
为了既能传递动力，又能脱开，所述的联轴器是通过主动联轴器与从动联轴器之间相互配合的卡齿啮合，所述的固定端面齿轮与活动端面齿轮是通过轮齿相配合，两者的配合尺寸大于主、从动联轴器的配合尺寸，活动端面齿轮与固定端面齿轮相互配合的轮齿呈互补结构，轮齿一边为直边，一边为斜边。活动端面齿轮与固定端面齿轮之间的配合尺寸大于主动联轴器与从动联轴器之间的配合尺寸，这种配合的偏差保证换刀机头在换刀电机的驱动下，主动联轴器与从动联轴器先脱开，固定端面齿轮与活动端面齿轮后脱开，两者不会产生干涉或者阻碍；所述的互补即活动端面齿轮上轮齿的直边与固定端面齿轮上的直边相配合，活动端面齿轮的轮齿的斜边固定端面齿轮的斜边相配合；直边是在活动端面齿轮脱开固定端面时起到导向的作用，使从动联轴器能顺利脱开主动联轴器。
为保证活动端面齿轮逆转时能准确找到位置，很好的配合，所述的固定端面齿轮上固定有活动单向限位销，活动端面齿轮与固定端面齿轮相配合时，活动单向限位销的直边抵住活动端面齿轮并固定活动端面齿轮。活动单向限位销的作用是保证活动端面齿轮与固定端面齿轮配合时的精度，使从动联轴器能顺利与主动联轴器接合。
作为优选，所述的活动单向限位销一端为楔形，楔面正对换刀机头的松开方向，活动单向限位销的另一端固定有压簧。楔形可以让活动端面齿轮只能实现正向旋转，逆向旋转收到活动单向限位销的限制；压簧始终使活动单向限位销与活动端面齿轮相接触并有一定的压力。
作为优选，所述的蜗轮螺距的方向与换刀机头脱开机座的方向平行，蜗轮与换刀机头采用方形齿啮合。方形齿的工作面为两个侧面，保证蜗轮与换刀机头的传递精度，使换刀更加精确。
由于在逆向旋转时有可能出现活动端面齿轮不转动的情况，作为优选，所述的蜗轮内部部通过弹簧固定有台阶活动销，蜗轮端部固定有同步器，换刀机头上相应部位设有摩擦片，换刀机头逆转时同步器与摩擦片是接触的。
由于升降系统的重量较大，如果单单靠人力驱动进刀齿轮需要比较大的力量，而且也不方便，使操作工人容易疲劳，作为优选，所述的机座上靠近升降系统处设有平衡块，升降系统与平衡块之间设有带操作手柄的进刀齿轮，一侧与升降系统啮合，另一侧与平衡快啮合。靠平衡块的重量来抵消一部分升降系统的重量，使进刀更加省力。
所述的机座上设有定位传感器，定位传感器与换刀电机相连，并与显示控制系统相连。定位传感器传递实时的刀具转换过程，可以从显示控制系统观察到，并得到调整或者修正。
所述的主轴通过轴承安装在升降系统内，主轴的一端为花键，另一端上面连有皮带轮，通过皮带与机座另一侧的电机相连。主轴的旋转速度可以通过电机来控制，可以根据需要来进行调节。
本发明的有益效果是实现自动换刀，迅速快捷，多工位操作可以减少工件的移动装夹，提高作业效率，能提高工件加工的精度，减小误差；一次装夹完成，通过刀具的转换，实现刀具在同一条轴线上，使加工更加精确，不用多次找正；一次装夹完成多道工序，加快了加工速度，提高了效率；换刀机头上的刀夹头往机座方向倾斜，缩小了刀具的安装空间，也使刀具远离操作人员，保证操作工人在转换刀具与安装工件时的安全。
图1是本发明的一种结构示意图；图2是本发明的一种刀具换位系统的结构示意图；图3是本发明的一种固定端面齿轮的立体图；图4是本发明图3所述的固定端面齿轮主视图；图5是本发明的一种活动端面齿轮的主视图；图6是本发明图5所述的活动端面齿轮的齿的剖视图；图7是本发明的一种主动联轴器的主视图；图8是本发明图6所述的主动联轴器的左视图；图9是本发明的一种活动单向限位销的示意图；图10是本发明图9所述的活动单向限位销的俯视图。
图中1、基座，2、升降系统，3、刀具换位系统，4、工作平台，5、皮带轮，6、进刀齿轮，7、操作手柄，8、平衡块，9、电机，10、蜗杆，11、换刀电机，12、定位传感器，13、刀夹头，14、蜗轮，15、台阶活动销，16、同步器，17、摩擦片，18、轴承垫，19、弹簧，20、主轴，21、主动联轴器，22、从动联轴器，23、固定端面齿轮，24、活动端面齿轮，25、缺口，26、轮齿，27，换刀机头，28、卡齿，29、活动单向限位销，30、楔面，31、直边，32、压簧，33、花键，34、活动单向限位销座，35、螺栓安装孔具体实施方式
下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例一种数控多位自动换刀钻床，包括机座1，机座上带升降系统2，升降系统由带操作手柄7的进刀齿轮6驱动，机座上还带有平衡块8，进刀齿轮一侧与升降系统相啮合，另一侧与平衡块相啮合，机座上升降系统的下边设有工作平台4，工作平台可以在机座上升降，升降系统端部设有刀具换位系统3(参见附图2)，尾部设有皮带轮5，机座上与升降系统相对的一侧设有电机9(参见附图1)，通过皮带将皮带轮和电机相连，刀具换位系统由换刀电机11驱动蜗杆10，蜗杆与蜗轮14相啮合，蜗轮带动换刀机头27，蜗轮与换刀机头之间采用方形齿啮合，换刀机头偏离升降系统上的主轴20的轴线30°，换刀电机固定在机座上，换刀机头可以在蜗轮的驱动下沿着本身的轴线移动并旋转，换刀机头上设有四个倾斜布置的刀夹头13，其中只有一个刀夹头与主轴在同一条轴线，刀夹头与主轴通过可分离的联轴器相连，主轴的端部为花键33，花键上套有主动联轴器21(参见附图7附图8)，与刀夹头相连的为从动联轴器22，主动联轴器与从动联轴器通过卡齿28相连，主动联轴器的外壳上套有弹簧19，主动联轴器可以沿着主轴上的花键移动，弹簧的一端固定在主轴的轴承垫18上，另一端固定在主动联轴器上，在蜗轮内部设有带弹簧的台阶活动销15，台阶活动销的端部设有同步器16，在换刀机头上的相应位置处设有摩擦片17，机座上固定有固定端面齿轮23(参见附图3附图4)，固定端面齿轮上设有活动单向限位销座34和螺栓安装孔35，在换刀机头上固定有与固定端面齿轮相配合的活动端面齿轮24(参见附图5)，活动端面齿轮的外缘上布有4个缺口25，机座上带有定位传感器，一端与刀具换位系统相连，一端与显示控制系统相连，缺口用来输送传感器信息，固定端面齿轮与活动端面齿轮通过轮齿26相啮合，轮齿的高度大于主动联轴器与从动联轴器配合的卡齿的高度，固定端面齿轮与活动端面齿轮上的轮齿为相互配合的形状，一边为直边，一边为斜边(参见附图6)，固定端面齿轮的活动单向限位销座34内设有活动单向限位销29(参见附图9附图10)，内部设有压簧32，活动单向限位销的端面为楔形，楔面30朝向活动端面齿轮的正向转动，在活动端面齿轮逆转时，活动单向限位销的直边31抵住活动端面齿轮的轮齿的直边，定住活动端面齿轮。
换刀电机11驱动蜗杆10，蜗杆带动蜗轮14，蜗轮带动与之相连的换刀机头27，一开始由于固定端面齿轮的轮齿与活动端面齿轮的轮齿相配合，换刀机头只能沿着本身的轴线移动，在活动端面齿轮脱开固定端面齿轮后，活动单向限位销被活动端面齿轮压下，活动端面转动到合适刀具位置时传感器发出信号，此时换刀电机逆转，在蜗杆的驱动下，摩擦片与同步器相接触，蜗轮与换刀机头绕着本身的轴线旋转，由定位传感器传递信息到显示控制系统，可以观察到换刀的情况，刀具到位后，活动单向限位销的直边抵住活动端面齿轮的轮齿的直边并定住活动端面齿轮，活动端面齿轮与固定端面齿轮相配合，于是蜗轮带动换刀机头沿着本身轴线移动，慢慢从动联轴器与主动联轴器相配合，直到活动端面齿轮与主动端面齿轮相配合精密为止，如果主动联轴器与从动联轴器的卡齿没有配合好，转动主轴时，在弹簧19的作用下，上下卡齿接触，完成换刀。
权利要求
1.一种数控多位自动换刀钻床，包括机座，机座上带升降系统、工作平台、与升降系统相连的刀具换位系统及控制显示系统，其特征是所述的刀具换位系统(3)由换刀电机(11)、与换刀电机相连的蜗杆(10)、与蜗杆相啮合的蜗轮(14)及与蜗轮相啮合的换刀机头(27)组成；换刀机头上配置若干刀夹头(13)，刀夹头与主轴(20)通过连轴器相连，换刀机头上固定有活动端面齿轮(24)，机座上固定有与活动端面齿轮相配合的固定端面齿轮(23)。
2.根据权利要求1所述的数控多位自动换刀钻床，其特征是所述的联轴器包括主动联轴器(21)和从动联轴器(22)，主动联轴器与主轴端的花键套接并固定，主动联轴器外壳与主轴端上的轴承垫之间设有弹簧(19)，从动联轴器与换刀机头上的刀夹头安装部相连并固定。
3.根据权利要求1或2所述的数控多位自动换刀钻床，其特征是所述的联轴器是通过主动联轴器与从动联轴器之间相互配合的卡齿(28)啮合，所述的固定端面齿轮与活动端面齿轮是通过轮齿(26)相配合，两者的配合尺寸大于主、从动联轴器的配合尺寸，活动端面齿轮与固定端面齿轮相互配合的轮齿呈互补结构，轮齿一边为直边，一边为斜边。
4.根据权利要求1或2所述的数控多位自动换刀钻床，其特征是所述的固定端面齿轮上固定有活动单向限位销(29)，活动端面齿轮与固定端面齿轮相配合时，活动单向限位销的直边(31)抵住活动端面齿轮并固定活动端面齿轮。
5.根据权利要求4所述的数控多位自动换刀钻床，其特征是所述的活动单向限位销一端为楔形，楔面(30)正对换刀机头的松开方向，活动单向限位销的另一端固定有压簧(32)。
6.根据权利要求1所述的数控多位自动换刀钻床，其特征是所述的蜗轮螺距的方向与换刀机头脱开机座的方向平行，蜗轮与换刀机头采用方形齿啮合。
7.根据权利要求1或6所述的数控多位自动换刀钻床，其特征是所述的蜗轮内部部通过弹簧固定有台阶活动销(15)，蜗轮端部固定有同步器(16)，换刀机头上相应部位设有摩擦片(17)，换刀机头逆转时同步器与摩擦片是接触的。
8.根据权利要求1所述的数控多位自动换刀钻床，其特征是所述的机座上靠近升降系统(2)处设有平衡块(8)，升降系统与平衡块之间设有带操作手柄(7)的进刀齿轮(6)，一侧与升降系统啮合，另一侧与平衡快啮合。
9.根据权利要求1所述的数控多位自动换刀钻床，其特征是所述的机座上设有定位传感器(12)，定位传感器与换刀电机(11)相连，并与显示控制系统相连。
10.根据权利要求1所述的数控多位自动换刀钻床，其特征是所述的主轴通过轴承安装在升降系统内，主轴的一端为花键，另一端上面连有皮带轮(6)，通过皮带与机座另一侧的电机(9)相连。
全文摘要
本发明涉及一种机械加工行业的机床，尤其是能实现自动快速转换刀具，精度高的数控多位自动换刀钻床，包括机座，机座上带升降系统、工作平台、与升降系统相连的刀具换位系统及控制显示系统，刀具换位系统由换刀电机、与换刀电机相连的蜗杆、与蜗杆相啮合的蜗轮及与蜗轮相啮合的换刀机头组成，换刀机头上配置若干刀夹头，刀夹头与主轴通过联轴器相连，换刀机头上固定有活动端面齿轮，机座上固定有与活动端面齿轮相配合的固定端面齿轮。减少工件的移动装夹，提高作业效率，能提高工件加工的精度，减小误差，缩小了刀具的安装空间，保证操作工人在转换刀具与安装工件时的安全，实现刀具在同一条轴线上，使加工更加精确。
文档编号B23B39/00GK101041226SQ20071006761
公开日2007年9月26日 申请日期2007年3月19日 优先权日2007年3月19日
发明者朱国尚 申请人:朱国尚