自动换刀装置、数控机床和换刀方法与流程

1.本发明涉及机械加工设备领域，具体涉及一种自动换刀装置、数控机床和换刀方法。


背景技术：

2.随着机床数控技术的发展，越来越多的数控机床配备自动换刀装置。使用自动换刀装置能够在同一台设备上对同一个产品进行车、铣、钻、磨等工艺，极大提高加工效率。
3.刀库是数控机床中重要的功能部件之一，刀库用于承载装夹加工时所需要的刀具，方便机床在加工产品时进行换刀操作。但是，数控机床在对工件进行加工时产生的切削液、灰尘、切屑等污染物容易飞溅到刀库上，使得储存在刀库中刀具的安装角度可能会改变，使得换刀动作难以完成，进而影响加工效率。


技术实现要素：

4.基于上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于，提供一种自动换刀装置、数控机床，以稳定刀具的安装角度。
5.本发明实施例提供了一种自动换刀装置，用于数控机床，该数控机床包括立柱及可活动设置于所述立柱的加工主轴，包括：支架，安装于所述立柱；刀库，所述刀库包括：刀盘，可转动设置于所述支架，且所述刀盘的周缘设置有多个用于储放刀具的刀爪；刀盘驱动件，安装所述支架，用于驱动所述刀盘转动；换刀机构，所述换刀机构包括：换刀臂，可转动设置于所述支架，且所述换刀臂的两端均设置有用于取放刀具的夹持件；刀臂驱动件，安装于所述支架，用于驱动所述换刀臂转动；防护罩，连接于所述支架，罩覆所述支架的至少一部分、所述刀库和所述刀臂驱动件，且设有换刀口；其中，所述自动换刀装置在换刀状态下，在所述换刀口处一个所述夹持件与所述刀爪对应，另一个所述夹持件与所述加工主轴对应。
6.进一步的，该自动换刀装置还包括支撑件，所述防护罩通过所述支撑件连接于所述支架。
7.进一步的，所述防护罩包括：安装部；罩体，通过所述安装部与所述支撑件连接，所述罩体的内部为用于容置所述支架的一部分、所述刀库和所述刀臂驱动件的容置空腔，其中，所述换刀口设置于所述罩体。
8.进一步的，所述支撑件位于所述罩体的内部，所述安装部设置于所述罩体的内壁。
9.进一步的，所述换刀口和所述安装部呈相对布置。
10.进一步的，所述支撑件呈环状，位于所述刀盘和所述支架之间。
11.进一步的，所述罩体包括：第一半罩；第二半罩，所述第二半罩和所述第一半罩相对应地分别安装于所述支撑件的相对两面；其中，所述第一半罩上设有用于供所述刀臂驱动件的输出端穿过的豁口，所述第二半罩上设置所述换刀口。
12.进一步的，第一主板，相互平行的第一面板和第二面板，且分别连接于所述第一主
板的相对两侧；相互平行的第三面板和第四面板，且均与所述第二面板和所述第一主板连接，所述第三面板还与所述第一面板连接，所述第四面板上设有所述豁口；其中，所述第一面板、所述第二面板和所述第三面板均与所述支撑件的一侧面连接；所述第一主板、所述第一面板和所述第四面板围合相接处形成一用于供所述支架穿过的穿口；所述第一面板和所述第一主板呈第一角度设置，所述第一面板和所述第三面板呈第二角度设置；所述第三面板和所述第一主板呈第三角度设置。
13.进一步的，所述第一角度、第二角度和第三角度均为直角。
14.进一步的，第二半罩包括：第二主板，设置有用于穿设所述支架的穿口，且与所述第一主板相互平行设置；相互平行的第一侧板和第二侧板，分别连接于所述第二主板的相对两侧；相互平行的第三侧板和第四侧板，均与所述第一侧板、所述第二侧板和所述第二主板连接；所述第四面板上设有所述换刀口；其中，所述第一侧板、所述第二侧板和所述第三侧板与所述支撑件的另一侧面连接，且所述第一侧板与所述第一面板的平面延伸方向相同，所述第二侧板与所述第二面板的平面延伸方向相同，所述第三侧板与所述第三面板的平面延伸方向相同，第四侧板与所述第四面板的平面延伸方向相同。
15.进一步的，所述罩体的内壁向所述罩体的中心位置延伸形成所述安装部。
16.进一步的，所述刀爪与所述刀盘为可活动连接；所述刀库还包括刀爪驱动件，安装于所述支架，用于在所述刀爪移动至所述换刀口处时，驱动所述刀爪转动及沿所述刀盘的径向移动；所述自动换刀装置在正常状态下，所述刀爪与所述刀盘大致垂直，靠近所述刀盘的转动中心，远离所述换刀口；在所述换刀状态下，所述刀爪与所述刀盘大致平行，远离所述刀盘的转动中心，靠近所述换刀口。
17.进一步的，所述刀爪驱动件为气缸。
18.进一步的，所述刀盘驱动件和所诉刀臂驱动件均为电机；所述刀盘驱动件通过刀盘传动件与所述刀盘连接；所述刀臂驱动件通过刀臂驱动件与所述换刀臂连接。
19.本发明实施例还提供了一种数控机床，包括：床身；立柱，安装于所述床身；工作台，可沿x轴方向和/或y轴方向移动地安装于所述床身；加工主轴，可沿z轴方向移动地安装于所述立柱；上述的自动换刀装置，安装于所述立柱。
20.本发明实施例还提供了一种换刀方法，包括：第一，驱动刀爪移动至换刀口处；第二，驱动换刀臂转动，使其一个夹持件在所述换刀口处与所述刀爪对应，另一个夹持件与加工主轴对应。
21.第三，驱动所述刀爪向所述换刀口移动，以将从所述加工主轴上取下的刀具置于所述刀爪中或将所述刀爪中的刀具置于所述一个夹持件中；驱动所述加工主轴向下所述另一个夹持件移动，以将从所诉刀爪中取下的刀具置于所述加工主轴中或将所述加工主轴中的刀具置于所述另一个夹持件中。
22.与现有技术相比，本发明实施例的有益效果在于，通过一设有换刀口的防护罩将刀库和换刀机构罩覆，使得刀库和换刀机构能够免于被切削液、灰尘、切屑等污染物侵染，从而稳定刀库中的刀具的安装角度，不会改变，保证换刀动作的顺利完成，提高了加工效率。
附图说明
23.图1为自动换刀装置实施例的立体结构示意图；图2为图1在a向视角下立体示意图；图3为图1的仰视图；图4为自动换刀装置实施例的背向视角立体结构图；图5为自动换刀装置实施例的正向视角立体结构示意图；图6为防护罩的分解示意图；图7为第一半罩的分解示意图；图8为第二半罩的分解示意图。
24.图中包括：刀库1刀盘11刀爪111刀盘驱动件12盘式固定件13换刀机构2换刀臂21刀臂驱动件22刀臂传动件23防护罩3换刀口31安装部32罩体33第一半罩331第一主板3310第一面板3311第二面板3312第三面板3313第四面板3314第二半罩332第二主板3320第一侧板3321第二侧板3322第三侧板3323第四侧板3324支架4支撑件5 。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下座类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
26.需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接设置在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者也可以存在居中元件。当元件被称为“安装于”另一个元件，它可以直接安装在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。
27.此外，还需要理解的是，实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、中间
……
）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应的随之改变；“第一”、“第二”等术语，是为了区分不同的结构部件。这些术语仅为了便于描述本发明和简化描述，不能理解为对本发明的限制。
28.请参阅图1至图8，数控机床可以是立式加工中心或者卧式加工中心，在本实施例中的数控机床是一种立式加工中心，更具体而言是一种定柱式加工中心，其包括主要起承载作用的床身、固定在床身上表面后侧的立柱、能够在x轴方向（横向）和/或y轴方向（纵向）移动地设置在床身上表面前侧的工作台、能够在y轴方向（竖向）移动地设置在立柱上部前侧的加工主轴及固定在立柱上部左侧或右侧的自动换刀装置。
29.自动换刀装置包括支架4、刀库1、换刀机构2和防护罩3。支架4安装于立柱上，具体的，可以使支架4一端通过如螺钉等紧固件安装在立柱上部的左侧面或右侧面，具体安装在左侧面还是右侧面根据数控机床各组件的空间布置进行合理选择。
30.刀库1设置在支架4上，该刀库1包括刀盘11、刀盘驱动件12，刀盘11可转动设置于支架4上，且该刀盘11的周缘设置有多个用于储放刀具的刀爪111。具体的，刀盘11呈圆盘状，通过一盘式固定件13安装在支架4的正面，其中刀盘11与盘式固定件13同心设置，且刀盘11能相对于盘式固定件13转动；刀盘驱动件12为一驱动电机，安装在支架4的上侧，其输出端通过一刀盘传动件与刀盘11连接，从而驱动刀盘11能够绕其圆心转动，使得刀爪111随着刀盘11的转动而做圆周运动，其中，该刀盘传动件为涡轮蜗杆结构，涡轮零件固定在刀盘驱动件12的输出端，随之一起转动，蜗杆闯过盘式固定件13后与刀盘11背面中心连接，从而在伺服电机旋转时能够带动刀盘11转动。
31.进一步，多个刀爪111呈周向均匀分布在刀盘11的正面。每一个刀爪111与刀盘11均为可活动连接，并通过一安装于支架4上的刀爪驱动件112进行移动，当准备换刀的刀爪111移动至与换刀口31处对应的位置时，驱动刀爪111由相对于刀盘11正面的垂直状转动至相对于刀盘11正面的平行状及沿刀盘11的径向移动。其中，在未进行换刀动作的正常状态下，刀爪111的轴线与刀盘11正面大致垂直，且靠近刀盘11的转动中心，远离换刀口31；在进行换到动作的换刀状态下，刀爪111的轴线与刀盘11的正面大致平行，且靠近换刀口31，远离刀盘11的转动中心。示例性的，该刀爪驱动件112可以是气缸，也可以电动或者其他形式的缸体或推动式元件，通过一固定板安装于支架4的上侧面。
32.换刀机构2设置在支架4上，该换刀机构2包括换刀臂21和刀臂驱动件22。换刀臂21
可转动地设置在支架4上，刀臂驱动件22安装在支架4上，用于驱动换刀臂21转动。具体的，刀臂驱动件22为一伺服电机，通过一刀臂传动件23安装在支架4的前侧，该刀臂转动件可以是二级或者二级以上的齿轮轴减速器，安装在支架4的反面，刀臂驱动件22竖直状地安装在该齿轮轴减速器的上侧，输出端与齿轮轴减速器的高速轴连接，以提供动力。换刀臂21呈一长块状，其中心位置与齿轮轴减速器的低速轴连接，两端位置均设有用于取放刀具的夹持件。
33.防护罩3，与支架4连接，罩覆支架4的至少一部分、刀库1和刀臂驱动件22，并设有用于供刀具在刀爪111和夹持件之间转移的换刀口31。自动换刀装置还有一支撑件5，防护罩3通过该支撑件5与支架4连接。
34.防护罩3包括：安装部32和罩体33，其中，该罩体33通过该安装部32与支撑件5连接，其内部为用于容置支架4的一部分、刀库1和刀臂驱动件22的容置空腔，其中，罩体33上设置上述换刀口31。
35.进一步，支撑件5位于罩体33的内部安装部32设置于罩体33的内壁，换刀口31和安装部32呈相对布置。更进一步，位于在刀盘11和支架4的正面之间。示例性的，该支撑件5呈环状，通过螺钉等紧固件安装在刀盘11固定件靠近刀盘11的一面。该支撑件5优选为方环，其至少有两个侧沿与罩体33的内壁连接，换刀口31设于罩体33上不与支撑件5相连接的任一面的底部，罩体33的上侧内壁向下延伸形成该安装部32。当然，在其他实施例中，安装部32也可以是分体式，例如通过螺钉等紧固件与罩体33连接。支撑件5和安装部32也可以均设置于罩体33外，例如，支撑件5直接安装在支架4上，安装部32的两部分分别与支撑件5和罩体33连接。
36.示例性的，罩体33包括：第一半罩331和第二半罩332；第一半罩331和第二半罩332相对应地分别安装于支撑件5的相对两面，其中，第一半罩331上设有用于刀臂驱动件22的输出端穿过的豁口。第二半罩332上设置换刀口31。
37.第一半罩331包括第一主板3310、第一面板3311、第二面板3312、第三面板3313和第四面板3314。第一面板3311和第二面板3312相互平行，且分别连接于第一主板3310的相对两侧。第三面板3313和第四面板3314相互平行。第三面板3313与第一主板3310、第一面板3311、第二面板3312连接。第四面板3314与第一主板3310、第二面板3312连接。第一主板3310、第一面板3311和第四面板3314围合形成一供支架4穿过的穿口。第四面板3314上设有用于所述刀臂驱动件22的输出端穿过的豁口。第一面板3311、第二面板3312、第三面板3313和第四面板3314均与支撑件5的一侧面连接。第一面板3311和第一主板3310呈第一角度设置，第一面板3311和第三面板3313呈第二角度设置；第三面板3313和第一主板3310呈第三角度设置。
38.如图7所示，第一主板3310分为主体以及其一侧与该主体呈一钝角连接的侧围板，第一面板3311与该侧围板连接，并与该主体垂直角度设置。第三面板3313与第一主板3310呈垂直角度设置，第三面板3313与第一面板3311呈垂直角度设置。第三面板3313分为水平部和垂直部，该垂直部与第一主体3310相接合，该水平部分别两半，以螺钉等紧固件连接。
39.第二半罩332包括：第二主板3320、第一侧板3321、第二侧板3322、第三侧板3323和第四侧板3324，该第二主板3320上开设有用于穿设支架4的穿口，且与第一主板3310相互平行设置。第一侧板3321和第二侧板3322相互平行，且分别连接于第二主板3320的相对两侧；
第三侧板3323和第四侧板3324相互平行，且均与第一侧板3321、第二侧板3322和第二主板3320连接，第三侧板3323与第三面板3313平行。第四侧板3324设置该换刀口31。
40.其中，如图8所示，第一侧板3321、第二侧板3322和第三侧板3323均与支撑件5的另一侧面连接，且第一侧板3321与第一面板3311的平面延伸方向相同，第二侧板3322与第二面板3312的平面延伸方向相同，第三侧板3323与第三面板3313的平面延伸方向相同，第四侧板3324与第四面板3314的平面延伸方向相同。
41.请参阅图6至图8，第一面板3311和第一侧板3321沿竖直面方向分别连接在支撑件5前部的左右两侧。第二面板3312和第二侧板3322沿竖直面方向分别连接在支撑件5后部的左右两侧。第三面板3313和第三侧板3323沿水平面方向分别连接在支撑件5顶部的左右两侧。第四面板3314沿水平面方向，其一侧边连接在第一主板3310的底部，第四侧板3324沿水平面方向，其一侧边连接在第二主板3320的底部，第四面板3314的另一侧边和第四侧板3324的另一侧边连接，其中，第四侧板3324的中部开设该换刀口31，该换刀口31呈一长方形，其长度延伸方向垂直于第二主板3320。
42.通过以上的自动换刀装置，能够在数控机床加工时使得刀库1、换刀机构2能够免于污染物的侵染，保证刀具在刀库1上的安装角度，稳定各部件的精度和延长各部件的使用寿命，使得换刀动作正常进行，从而保证加工的正常进行，提高了加工效率。
43.以下简单说明加工主轴的换刀动作过程：当需要更换刀具时，第一，使加工主轴停止，刀盘驱动件12驱动刀盘11转动，使刀爪111移动至与换刀口31相对应的位置，刀爪驱动件112驱动刀爪111转动，使得刀爪111的轴线与刀盘11的前侧面大致平行（即由刀盘11的转动中心指向换刀口31方向）。
44.第二，刀臂驱动件22驱动换刀臂21转动，使得一个夹持件在换刀口31处与刀爪111对应，另一个夹持件与加工主轴对应。
45.第三，刀爪驱动件112驱动刀爪111沿刀盘11转动中心指向换刀口31的径向方向（图示的竖直向下方向）移动，以将从加工主轴上取下的刀具置于刀爪111中或将刀爪111中的刀具置于该夹持件中。
46.加工主轴竖直向下运动，以将从刀爪111中取下的刀具置于加工主轴中或将加工主轴中的刀具置于另一个夹持件中。
47.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
48.以上所述的仅为本发明优选的实施方式，主要讲述了本发明的基本原理和优点，本发明不受上述实施例的限制。所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明要求的保护范围之内。