专利名称：一种能自动换刀的机床的制作方法
技术领域：
本实用新型属于机械技术领域，涉及一种机床，尤其涉及一种能自动换刀的机床。
背景技术：
数控机床是一种高柔性和高效率的机床，被广泛应用于各种产品的加工和生产中。其高柔性体现在数控机床对频繁变换加工对象的高度适应性，保证了数控机床具有较大的加工范围，而高效率则体现在变换加工对象时的快捷及工件在一次装夹下可完成多达数十个表面的加工。因用户对其加工范围和工作效率的要求而使得自动换刀成为越来越多数控机床所必需的重要组成部分。如中国专利公开了一种能自动换刀的带刀库的钻孔箱[其公告号为CN201073704Y ;其申请号为200720086264. 9]，该钻孔箱包括钻孔箱架、钻孔动力头、钻孔驱动装置、钻孔升降装置，其设有刀库，刀库通过连接板与滑块连接，滑块置于安装在钻孔箱架的支出端上的轨道上，轨道由支出端通过钻孔动力头下端，刀库中有刀盘。刀盘有在轨 道上滑行的驱动装置，刀盘带有自动转位换刀的旋转驱动装置。自动旋转的旋转驱动装置包括电机，减速箱，再经链轮、链条与刀盘的轴连接；刀盘上设有刀夹，刀夹等圆周角分布在刀盘上。该能自动换刀的带刀库的钻孔箱的换刀过程为由气缸推动整个刀库移动至主轴下方并由电机驱动刀盘转动至合适的刀具位置，主轴内的拉刀机构抓刀后再由气缸将刀库推回到起始位置。该能自动换刀的带刀库的钻孔箱虽能实现自动换刀，并满足不同孔径的加工需求，但其换刀的过程却需要刀库、气缸、电机、减速箱、链轮及链条等多个结构的配合，不但结构过于复杂，换刀操作较为繁琐，且其生产效率较低。此外，上述钻孔箱的换刀过程中，专用的刀库占有十分重要的位置，而刀库的价格却较贵，这样，使得该设备的生产成本较高，增加了企业的经济负担，影响了经济效益。
发明内容本实用新型的目的是针对现有技术存在的上述问题，提出了一种无需设置专用刀库、结构简单且生产成本较低的能自动换刀的机床。本实用新型的目的可通过下列技术方案来实现一种能自动换刀的机床，包括工作台和垂直固定于工作台上的立柱，在立柱上设有能沿Z轴方向上下滑动的Z轴滑板，其特征在于，所述的工作台上设有能沿X轴方向横向滑动的X轴滑台，在所述的X轴滑台上设有能沿Y轴方向纵向滑动的Y轴滑台，所述的Y轴滑台上设有工件固定架和刀具支架，所述的刀具支架上开有若干个用于放置刀具的刀具孔，所述的Z轴滑板上固定有用于夹紧刀具的装夹头，该装夹头可自动夹紧或松开刀具，上述的X轴滑台、Y轴滑台和Z轴滑板的滑动均由机床的控制电路控制伺服电机来实现驱动。本能自动换刀的机床在设置于工作台上的Y轴滑台上侧增设一简易的刀具支架，该刀具支架仅在上侧开有若干个用于放置刀具的刀具孔，每个刀具孔的位置确定为一单独的坐标，由机床的控制电路通过伺服电机控制Z轴滑板、X轴滑台以及Y轴滑台的移动，使上述的装夹头对准位置，以实现取刀、放刀和加工的过程。其具体操作过程如下将待加工工件固定于工件固定架上后，本机床开始工作，先确定加工所需的刀具及其相对应的坐标，再参照目前装夹头所在位置的X轴坐标以及Y轴坐标，由控制电路通过伺服电机分别控制X轴滑台和Y轴滑台作横向滑动和纵向滑动以将对应的刀具孔和刀具移动至装夹头的正下方。然后再根据装夹头所在的Z轴坐标，控制其向下运动至相应位置，由装夹头夹住工件再控制其重新上升。之后，根据待加工工件所处的位置再次移动X轴滑台和Y轴滑台至相应位置，由夹持于装夹头上的刀具对其进行加工。同样地，加工完成后，将装夹头上升，重复上述动作，将装夹头上的刀具放回之前的刀具孔，再根据需要可选取其他坐标的刀具进行加工，这样即可完成自动换刀的过程。在上述的一种能自动换刀的机床中，所述的刀具支架上部为一个水平的台面，所述的台面与所述的Y轴滑台之间具有间距，所述的刀具孔开于所述的台面上。将刀具孔开设于与Y轴滑台之间具有间距的台面上，可使刀具插于刀具孔中且其下端穿出台面，方便各种不同规格的刀具存放。 在上述的一种能自动换刀的机床中，所述的若干个刀具孔呈直线排列于上述刀具支架上。直线排列的刀具孔方便确定坐标，可使取刀和放刀的操作更加便捷，当然，为增加刀具支架上可存放的刀具数量，也可将刀具孔的分布方式调整为非直线排列。在上述的一种能自动换刀的机床中，所述的工件固定架包括一固定座、压板和紧固件，所述的固定座与上述Y轴滑台固连，所述的压板用于压紧工件且其通过所述的紧固件固定住。将待加工工件放置于固定座上，再通过压板压住待加工工件即可。在实际使用时，当待加工工件固定住后，再确定工件上需要钻孔的位置坐标并输入机床的控制电路中。在上述的一种能自动换刀的机床中，所述的工作台上固定设有X轴导轨，所述的X轴滑台可沿着X轴导轨滑动，所述的X轴滑台上固定设有Y轴导轨，所述的Y轴滑台可沿着Y轴导轨滑动。这里，X轴滑轨和Y轴滑轨相互垂直设置，可由伺服电机驱动X轴滑台和Y轴滑台分别沿上述两个导轨运动，当然，也可根据需要适当的调整X轴滑轨和Y轴滑轨的方向，使两者交错设置却并不完全垂直，这样，同样可达到相应的效果。作为另一种情况，在上述的一种能自动换刀的机床中，所述的工作台上固定设有数个呈圆筒状的X轴滑块，所述的X轴滑台下部固定有两根圆柱形的X轴滑轨，所述的X轴滑轨分别穿过所述的X轴滑块，所述的X轴滑台上侧固定设有数个呈圆筒状的Y轴滑块，所述的Y轴滑台下部固定有两根圆柱形的Y轴滑轨，所述的Y轴滑轨穿过所述的Y轴滑块。将圆柱形的滑轨穿过圆筒状的滑块也是一种能导向的滑动方式，这里，为保证滑动的稳定性，可在一根滑轨上穿设多个圆筒状的滑块。在上述的一种能自动换刀的机床中，所述的X轴滑块与X轴滑轨之间以及Y轴滑块与Y轴滑轨之间均设置有滚动轴承。相对于滑台和滑轨之间的滑动摩擦，再两者之间设置滚动轴承可使滑动摩擦转为滚动摩擦，减少摩擦力以及相对运动时的磨损。在上述的一种能自动换刀的机床中，所述的装夹头包括与上述Z轴滑板相固连的壳体、竖直设置于该壳体内且与壳体轴向固定的主轴、弹簧夹头以及能驱动上述弹簧夹头上下移动的驱动机构，所述的弹簧夹头设置于上述主轴的下端。弹簧夹头受驱动机构控制向下运动且脱离主轴时，其内孔变大，此时可松开其所夹持的刀具且为夹持下一刀具作准备；弹簧夹头移动至下一刀具处时，驱动机构带动其向上运动，此时，主轴下端具有的导向锥面可向弹簧夹头的外侧面施加作用力，使弹簧夹头的内孔缩小，夹住刀具。此外，主轴还跟设于Z轴滑板或机床立柱内的伺服电机连接以驱动其绕自身轴线方向转动以带动弹簧夹头处的刀具进行转动。在上述的一种能自动换刀的机床中，所述的驱动机构包括竖直穿设于上述主轴内的拉杆、套设于拉杆上的弹簧、螺纹连接于拉杆上端的调节螺母以及设于拉杆上方的气缸，所述的拉杆下端与上述弹簧夹头固连，其上端与气缸的活塞杆外端相抵靠，所述的主轴内侧的下部具有一凸肩，所述的弹簧的下端与上端分别与该凸肩以及上述调节螺母相抵靠。当气缸的活塞杆向外推动时，拉杆上端受力向下运动，此时，套设于拉杆外侧的弹簧被压缩，弹簧夹头向下运动脱离主轴且内孔张开；当气缸的活塞杆收回时，拉杆上端的调节螺母受到弹簧作用力与拉杆重新向上运动，弹簧夹头受到主轴下端的导向锥面作用力而内孔收缩。作为另一种情况，在上述的一种能自动换刀的机床中，所述的驱动机构包括竖直穿设于上述主轴内的拉杆以及设于该拉杆上方的气缸，该拉杆的下端与上述弹簧夹头固连，其上端与上述气缸的活塞杆外端轴向固定。拉杆上端于气缸的活塞杆外端轴向固定可使其与弹簧夹头在活塞杆推出和收回时分别向下和向上运动。与现有技术相比，本能自动换刀的机床仅在Y轴滑台上侧增加了一简易的刀具支架，并结合机床的控制电路进行自动换刀和加工的过程，结构简单，且无需购置专用的刀库，大大降低了生产成本，而因刀具支架上可放置钻头、铣头等多种刀具，其适用范围较广。
图I是本能自动换刀的机床的结构示意图。图2是本能自动换刀的机床的另一视角的结构示意图。图3是本能自动换刀的机床中的装夹头的剖视结构示意图。图4是本能自动换刀的机床的弹簧夹头的剖视结构示意图。图5是本能自动换刀的机床的弹簧夹头另一视角的结构示意图。图中，I、工作台；2、立柱；3、Z轴滑板；4、X轴滑台；5、Y轴滑台；6、刀具支架；61、刀具孔；62、台面；7、刀具；8、装夹头；81、壳体；82、主轴；82a、导向锥面；82b、凸肩；83、弹簧夹头；84、拉杆；85、弹簧；86、调节螺母；87、气缸；87a、活塞杆；9、X轴滑块；10、X轴滑轨；11、Y轴滑块；12、Y轴滑轨。
具体实施方式
以下是本实用新型的具体实施例并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。如图I、图2所示,本能自动换刀的机床包括工作台I、垂直固定于工作台I上的立柱2、连接于立柱2 —侧的能沿Z轴方向上下滑动的Z轴滑板3以及固连于Z轴滑板3上的用于自动夹紧或松开刀具7的装夹头8，工作台I上侧设有能沿X轴方向滑动的X轴滑台4，X轴滑台4上侧设有能沿Y轴方向滑动的Y轴滑台5，Y轴滑台5上侧固连有工件固定架和开设有3 15个用于放置刀具7的刀具孔61的刀具支架6，上述装夹头8则设置于Y轴滑台5的上方。具体地说，刀具支架6固连于Y轴滑台5上侧的一侧，其包括一设于上部的水平台面62，该台面62与Y轴滑台5之间具有间距且上述若干个刀具孔61开设于该台面62上；工件固定架包括一固定座、压板和紧固件，其中，固定座与Y轴滑台5固连，压板一端用紧固件固定且其另一端用于压紧工件；X轴滑台4下部固连有两根圆柱状的X轴滑轨10，工作台I上侧固连有四个呈圆筒状的X轴滑块9，每根X轴滑轨10穿设于两个X轴滑块9内且其与X轴滑块9之间设有滚动轴承；同样地，Y轴滑台5下部固连有两根圆柱状的Y轴滑轨12，X轴滑台4上侧固连有四个呈圆筒状的Y轴滑块11，每根Y轴滑轨12穿设于两个Y轴滑块11内且其与Y轴滑块11之间设有滚动轴承；机床立柱2上沿竖直方向设有两条Z轴滑轨，Z轴滑板3能沿该Z轴滑轨上下运动。在本实施例中，开设于台面62上的刀具孔61共为14个，且呈两列直线均匀排列，当然，根据实际加工需求及加工环境的不同，可相应地增加或减少刀具孔61和刀具7的数量；紧固件为螺栓；而X轴滑台4、Y轴滑台5以及Z轴滑板3均由机床的控制电路通过伺服电机控制而进行滑动。如图3所示，装夹头8包括与Z轴滑板3固连的壳体81、轴向固定于壳体81内且 下端伸出壳体81的主轴82、竖直穿设于主轴82内的拉杆84、设于主轴82下端部的弹簧夹头83以及设于拉杆84上方的气缸87。其中，主轴82下端部具有一能与弹簧夹头83外侧面相配合的导向锥面82a，弹簧夹头83固连于拉杆84的下端，拉杆84的上端与气缸87的活塞杆87a外端相抵靠。主轴82内侧的下部还具有一凸肩82b，拉杆84的上端螺纹连接有一调节螺母86,拉杆84的外侧套设有一弹簧85,该弹簧85的下端与凸肩82b相抵靠,其上端与调节螺母86相抵靠。此外，主轴82还与设置于立柱2内的伺服电机相连接且能受其驱动而绕其自身轴线转动，主轴82和壳体81之间设有轴承，而拉杆84和弹簧夹头83与主轴82之间周向限位且能随主轴82 —起发生转动。如图4、图5所示，弹簧夹头83包括一内部具有圆柱状内孔的本体，该本体的上部呈圆柱状，下部呈圆台状且该圆台状的本体侧部沿锥面开设有三条开口，该三条开口沿周向均匀分布。本能自动换刀的机床未工作时，装夹头8中气缸87的活塞杆87a回收入气缸87，弹簧夹头83收缩于主轴82下端的导向锥面82a内，此时，弹簧夹头83因外侧面受到作用力而收缩，其内孔缩小。本能自动换刀的机床工作时，先将待加工工件固定于固定座和压板之间，确定工件上需要钻孔的位置坐标并输入机床的控制电路中，然后进行取刀，其取刀过程如下由机床的控制电路确定弹簧夹头83所处的坐标、加工所需的刀具7以及该刀具7的坐标，根据两个坐标之间的差距，控制伺服电机驱动X轴滑台4的横向滑动和Y轴滑台5的纵向滑动，将刀具支架6上对应的刀具孔61和刀具7移动至弹簧夹头83的正下方。此时，机床的控制电路控制装夹头8的气缸87工作，将其活塞杆87a推出，则拉杆84外侧套设的弹簧85被压缩，拉杆84与固连于拉杆84下端的弹簧夹头83 —起向下运动，弹簧夹头83离开主轴82下端而使其外侧部受到的作用力消失，弹簧夹头83的侧壁弹出，内孔增大。再由控制电路控制Z轴滑板3下降，使弹簧夹头83移动至刀具7处，此时，气缸87的活塞杆87a收回，拉杆84和弹簧夹头83受到弹簧85作用力重新向上运动，弹簧夹头83受到导向锥面82a的作用力而使内孔收缩，夹紧刀具7。[0034]之后，控制Z轴滑板3上升，再移动X轴滑台4和Y轴滑台5使工件移动至刀具7下方，即可进行工件加工。工件加工完成后即可进行放刀，根据之前取刀时的刀具孔61的坐标再次移动X轴滑台4和Y轴滑台5，将刀具支架6上的刀具孔61移动至弹簧夹头83的正下方，控制Z轴滑板3下降，气缸87的活塞杆87a推出，刀具7即从增大的弹簧夹头83的内孔脱离，落入到刀具孔61中。之后，如需继续使用其他刀具7，可重复上述取刀和放刀的过程即可实现根据需要自动换刀。除上述技术方案以外，上述工作台I、X轴滑台4和Y轴滑台5之间的结构以及装夹头8内气缸87与弹簧夹头83之间的连接结构也可通过其他的结构实现。如可在工作台I上固定设有X轴导轨，X轴滑台4可沿着X轴导轨滑动，而X轴滑台4上固定设有Y轴导轨，Y轴滑台5可沿着Y轴导轨滑动。其中，X轴滑轨10和Y轴滑轨12相互垂直设置，可由伺服电机通过丝杆驱动X轴滑台4和Y轴滑台5分别沿上述两个导轨运动。而气缸87与 弹簧夹头83之间的连接可直接将拉杆84的上端与气缸87的活塞杆87a轴向固定，这样，弹簧夹头83即可随气缸87的活塞杆87a —起上下运动。本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
权利要求1.一种能自动换刀的机床，包括工作台(I)和垂直固定于工作台(I)上的立柱(2)，在立柱(2)上设有能沿Z轴方向上下滑动的Z轴滑板(3)，其特征在于，所述的工作台(I)上设有能沿X轴方向横向滑动的X轴滑台(4)，在所述的X轴滑台(4)上设有能沿Y轴方向纵向滑动的Y轴滑台(5)，所述的Y轴滑台(5)上设有工件固定架和刀具支架￠)，所述的刀具支架(6)上开有若干个用于放置刀具(7)的刀具孔(61)，所述的Z轴滑板(3)上固定有用于夹紧刀具(7)的装夹头(8)，该装夹头(8)可自动夹紧或松开刀具(7)，上述的X轴滑台(4)、Y轴滑台(5)和Z轴滑板(3)的滑动均由机床的控制电路控制伺服电机来实现驱动。
2.根据权利要求I所述的能自动换刀的机床，其特征在于，所述的刀具支架(6)上部为一个水平的台面(62)，所述的台面(62)与所述的Y轴滑台(5)之间具有间距，所述的刀具孔(61)开于所述的台面(62)上。
3.根据权利要求2所述的能自动换刀的机床，其特征在于，所述的若干个刀具孔(61)呈直线排列于上述刀具支架(6)上。
4.根据权利要求I或2或3所述的能自动换刀的机床，其特征在于，所述的工件固定架包括一固定座、压板和紧固件，所述的固定座与上述Y轴滑台(5)固连，所述的压板用于压紧工件且其通过所述的紧固件固定住。
5.根据权利要求I或2或3所述的能自动换刀的机床，其特征在于，所述的工作台(I)上固定设有X轴导轨，所述的X轴滑台(4)可沿着X轴导轨滑动，所述的X轴滑台(4)上固定设有Y轴导轨，所述的Y轴滑台(5)可沿着Y轴导轨滑动。
6.根据权利要求I或2或3所述的能自动换刀的机床，其特征在于，所述的工作台(I)上固定设有数个呈圆筒状的X轴滑块(9)，所述的X轴滑台(4)下部固定有两根圆柱形的X轴滑轨(10)，所述的X轴滑轨(10)分别穿过所述的X轴滑块(9)，所述的X轴滑台(4)上侧固定设有数个呈圆筒状的Y轴滑块(11)，所述的Y轴滑台(5)下部固定有两根圆柱形的Y轴滑轨(12)，所述的Y轴滑轨(12)穿过所述的Y轴滑块(11)。
7.根据权利要求6所述的能自动换刀的机床，其特征在于，所述的X轴滑块(9)与X轴滑轨(10)之间以及Y轴滑块(11)与Y轴滑轨(12)之间均设置有滚动轴承。
8.根据权利要求I所述的能自动换刀的机床，其特征在于，所述的装夹头(8)包括与上述Z轴滑板(3)相固连的壳体(81)、竖直设置于该壳体(81)内且与壳体(81)轴向固定的主轴(82)、弹簧夹头(83)以及能驱动上述弹簧夹头(83)上下移动的驱动机构，所述的弹簧夹头(83)设置于上述主轴(82)的下端。
9.根据权利要求8所述的能自动换刀的机床，其特征在于，所述的驱动机构包括竖直穿设于上述主轴(82)内的拉杆(84)、套设于拉杆(84)上的弹簧(85)、螺纹连接于拉杆(84)上端的调节螺母(86)以及设于拉杆(84)上方的气缸(87)，所述的拉杆(84)下端与上述弹簧夹头(83)固连，其上端与气缸(87)的活塞杆(87a)外端相抵靠，所述的主轴(82)内侧的下部具有一凸肩(82b)，所述的弹簧(85)的下端与上端分别与该凸肩(82b)以及上述调节螺母(86)相抵靠。
10.根据权利要求8所述的能自动换刀的机床，其特征在于，所述的驱动机构包括竖直穿设于上述主轴(82)内的拉杆(84)以及设于该拉杆(84)上方的气缸(87)，该拉杆(84)的下端与上述弹簧夹头(83)固连，其上端与上述气缸(87)的活塞杆(87a)外端轴向固定。
专利摘要本实用新型提供了一种能自动换刀的机床，属于机械技术领域。它解决了现有的能自动换刀的机床换刀结构复杂、生产成本高的问题。它包括工作台和垂直固定于工作台上的立柱，在立柱上设有能沿Z轴方向上下滑动的Z轴滑板，工作台上设有能沿X轴方向横向滑动的X轴滑台，在X轴滑台上设有能沿Y轴方向纵向滑动的Y轴滑台，Y轴滑台上设有工件固定架和刀具支架，刀具支架上开有若干个用于放置刀具的刀具孔，Z轴滑板上固定有用于夹紧刀具的装夹头，该装夹头可自动夹紧或松开刀具，X轴滑台、Y轴滑台和Z轴滑板的滑动均由机床的控制电路控制伺服电机来实现驱动。它具有换刀结构简单、生产成本低、适用性广等优点。
文档编号B23Q3/155GK202592084SQ20122016580
公开日2012年12月12日 申请日期2012年4月18日 优先权日2012年4月18日
发明者林冰清 申请人:林冰清