基于电机驱动的超声波切割刀具自动更换装置及方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于电机驱动的超声波切割刀具自动更换装置及方法，装置部分包括可自动更换超声波声学系统的超声波切割主轴和超声波声学系统自动更换装置；所述的可自动更换超声波声学系统的超声波切割主轴包括内套筒、插销、插销盖、螺杆、压板、超声波声学系统、绝缘套、第一触点、第二触点。所述的超声波声学系统自动更换装置包括套筒扳手、第三电机、滑动架、定位弹簧、外齿轮、底座、阶梯轴、第二电机、刀库、花键轴、第一电机、环形支架、外壳、锥齿轮、中心齿轮。本发明结构简单，制造容易，生产成本低，维护方便；可以实现多种不同类型的超声波切割刀具的自动更换，方便快捷，安全可靠。
【专利说明】基于电机驱动的超声波切割刀具自动更换装置及方法
[0001]
【技术领域】
本发明涉及一种基于电机驱动的超声波切割刀具自动更换装置及方法，其属于自动装配领域。
【背景技术】
[0002]现今超声波切割加工在工业生产中的运用已经越来越普遍。超声波切割加工有着独有的优势，如加工精度高，很好的解决了传统切削加工的热变形和振动。
[0003]超声波切割加工系统由超声波发生器、换能器、变幅杆、刀具、工艺装置等组成。工具和变幅杆、换能器是固定匹配的。超声波切割加工过程中需要经常更换刀具，由于超声加工的特殊性，在更换刀具的过程中必须同时更换相匹配的换能器、变幅杆和刀具。目前，超声波切割加工过程中根据加工精度可将刀具分为尖形刀和圆盘刀两大类，其中尖形刀用于粗加工，更换频率大，尖形刀根据其刀具长度又可以细分长尖形刀、中型尖形刀和短尖形刀。圆盘刀主要用于精加工，根据加工要求也要经常需要更换。现有技术中，超声波切割刀具自动更换装置结构复杂，制造难度大，生产成本高，操作维护困难。
【发明内容】
[0004]本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于电机驱动的超声波切割刀具自动更换装置及方法。
[0005]本发明提出了基于电机驱动的超声波切割刀具自动更换装置，包括可自动更换超声波声学系统的超声波切割主轴和超声波声学系统自动更换装置；
所述的可自动更换超声波声学系统的超声波切割主轴包括内套筒、插销、插销盖、螺杆、压板、超声波声学系统、绝缘套、第一触点、第二触点。
[0006]所述的超声波声学系统自动更换装置包括、套筒扳手、第三电机、滑动架、定位弹簧、外齿轮、底座、阶梯轴、轴承、第二电机、刀库、花键轴、第一电机、环形支架、外壳、锥齿轮、中心齿轮。
[0007]可自动更换超声波声学系统的超声波切割主轴中绝缘套固定在超声波声学系统变幅杆的法兰盘上侧。所述的内套筒开口端为阶梯形，并在每个阶梯侧面上开三个呈120度夹角的圆形通孔，每个阶梯的下端面开三个呈120度夹角的沉孔，沉孔的中心线分别与圆形通孔的中心线共面。压板通过螺栓与法兰盘的下侧连接，压板侧面开有三个呈120度夹角的圆孔。压板的三个圆孔和内套筒的三个通孔分别通过三个插销连接，三个插销分别通过三个插销盖固定，三个插销盖通过螺栓分别固定在内套筒上。每个插销上开有螺纹孔，每个螺纹孔配合有一个螺杆，每个螺杆一端穿过对应的插销盖，另一端分别焊接一个三爪弹性卡头。绝缘套上端面中心开有通孔，第一触点固定在绝缘套通孔中，并用导线与声学系统中换能器的电极连接。第二触点固定在内套筒上，并通过导线与超声波发生器连接。第二触点与第一触点相接触。
[0008]超声波声学系统自动更换装置中第一电机通过螺栓固定在一个环形支架上，第一电机输出轴通过紧定螺钉和花键轴连接，花键轴与刀库中心孔配合固定，刀库上有六个换刀位。每个换刀位上安装有一个换刀机构，换刀机构的底座与外壳通过螺栓连接，底座上开有中心孔和一个圆孔，圆孔与轴承外圈固定连接。第二电机通过螺栓固定在底座上，第二电机输出轴穿过中心孔通过螺钉与中心齿轮连接。中心齿轮与外齿轮配合，外齿轮通过键与阶梯轴连接，阶梯轴一端与轴承内圈配合，轴承通过轴承盖固定。轴承盖通过螺栓固定在底座上。锥齿轮与外齿轮配合，锥齿轮背面有平面螺纹结构，三个滑动架分别于三个第三电机连接，三个滑动架等分安装在平面螺纹上。第三电机输出轴通过紧定螺钉与一套筒扳手连接。外壳上端面开有三个限位槽及筑有一个带中心通孔的凸台，三个槽使滑动架能在外壳上作直线运动，在三个槽靠近中心孔位置固定三个与沉孔配合的定位弹簧。
[0009]本发明一种基于电机驱动的超声波切割刀具自动更换方法，该方法具体包括以下步骤:
步骤一:数控系统将超声波切割主轴回归到刀库的换刀位上，并且降低主轴的旋转速度；
步骤二:主轴低速旋转，当内套筒下端的沉孔与定位弹簧相配合时，停止主轴转动，此时第二电机转动带动中心齿轮转动，从而带动外齿轮和锥齿轮转动，锥齿轮背面的平面螺纹结构带动滑动架使第三电机向主轴中心靠拢，当套筒扳手内壁上端面与螺杆一端的弹性卡头接触，第二电机停止转动。三个第三电机开始转动当弹性卡头上的触头与套筒扳手内壁的凹槽相配合继续转动。此时带动螺杆转动进而使插销向外移动至插销与插销盖端面接触，第三电机停止转动。主轴向上移动，声学系统脱下，收刀结束。
[0010]步骤三:第一电机使刀库转动60度，主轴向下移动到换刀位上，主轴低速旋转，当内套筒下端的沉孔与定位弹簧相配合时，停止主轴转动，第三电机开始反转带动螺杆转动进而使插销向内移动至插销与压板内端面接触，第三电机停止转动。此时第二电机反转带动中心齿轮转动，从而带动外齿轮和锥齿轮转动，锥齿轮背面的平面螺纹结构带动滑动架使第三电机向外移动，当套筒扳手与螺杆一端的弹性卡头分离，第二电机停止转动。主轴向上移动，换刀结束。
[0011]本发明与现有技术相比具有的有益效果:超声波切割刀具自动更换装置结构简单，制造容易，生产成本低，维护方便；可以实现多种不同类型的超声波切割刀具的更换，方便快捷，安全可靠。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是超声波切割刀具自动更换装置俯视图；
图2 (a)是超声波切割刀具自动更换装置的主视图；
图2 (b)是自动更换超声波声学系统的超声波切割主轴局部放大视图1 ;
图2 (C)是超声波切割刀具自动更换装置局部放大视图1I。
[0013]图2 (a)中内套筒1、插销2、套筒扳手3、插销盖4、第三电机5、滑动架6、螺杆
7、定位弹簧8、外齿轮9、底座10、阶梯轴11、轴承12、第二电机13、刀库14、花键轴15、第一电机16、环形支架17、外壳18、锥齿轮19、中心齿轮20、压板21、超声波声学系统22、绝缘套23、第一触点24、第二触点25。
【具体实施方式】
[0014]如图1，图2 (a)，图2 (b)，图2 (C)所示，本发明提出了一种基于电机驱动的超声波切割刀具自动更换装置，包括可自动更换超声波声学系统的超声波切割主轴和超声波声学系统自动更换装置；
所述的可自动更换超声波声学系统的超声波切割主轴包括内套筒1、插销2、插销盖
4、螺杆7、压板20、超声波声学系统21、绝缘套22、第一触点23、第二触点24。
[0015]所述的超声波声学系统自动更换装置包括套筒扳手3、第三电机5、滑动架6、定位弹簧8、外齿轮9、底座10、阶梯轴11、轴承12、第二电机13、刀库14、花键轴15、第一电机16、环形支架17、外壳18、锥齿轮19、中心齿轮20。
[0016]可自动更换超声波声学系统的超声波切割主轴中绝缘套固定在超声波声学系统22变幅杆的法兰盘上。将现有内套筒I下端做成阶梯型，并在大端侧面上开三个呈120度夹角的圆形通孔，内套筒I下端面开三个呈120度夹角的沉孔，其中心线分别与圆形通孔的中心线共面。压板21通过螺栓与法兰盘连接，压板21侧面开有三个呈120度夹角的圆孔。压板21和内套筒I通过插销2连接，插销2通过插销盖4固定，插销盖4通过螺栓固定在内套筒I上。插销2上开有螺纹孔，螺杆7穿过插销盖4与插销2上螺纹孔配合，螺杆2 —端焊接一个三爪弹性卡头。绝缘套23上端面中心开有通孔，第一触点24固定在绝缘套通孔中，并用导线与声学系统中换能器的电极连接。第二触点25固定在内套筒上，并通过导线与超声波发生器连接。第二触点25与第一触点24相接触。
[0017]超声波声学系统自动更换装置中第一电机16通过螺栓固定在一个环形支架17上，第一电机16输出轴通过紧定螺钉和花键轴15连接，花键轴15与刀库14中心孔配合固定，刀库14上有六个换刀位。每个换刀位上安装有一个换刀机构，换刀机构的底座10与外壳17通过螺栓连接，底座10上开有中心孔和一个圆孔，圆孔与轴承12外圈配合。第二电机13通过螺栓固定在底座10上，第二电机13输出轴通过螺钉与中心齿轮20连接。中心齿轮20与外齿轮9配合，外齿轮9通过键与阶梯轴11连接，阶梯轴11 一端与轴承12内圈配合，轴承通过轴承盖固定。轴承盖通过螺栓固定在底座上。锥齿轮19与外齿轮9配合,锥齿轮19背面有平面螺纹结构，三个滑动架6分别与三个第三电机5连接，三个滑动架6等分安装在平面螺纹上。第三电机5输出轴通过紧定螺钉与一套筒扳手3连接。外壳18上端面开有三个槽及筑有一个带中心通孔的凸台，三个槽使滑动架6能在外壳18上滑动，在三个槽靠近中心孔位置固定三个定位弹簧8。
[0018]一种基于电机驱动的超声波切割刀具自动更换方法，该方法具体包括以下步骤: 步骤一:数控系统将超声波切割主轴回归到刀库的换刀位上，并且降低主轴的旋转速度；
步骤二:主轴低速旋转，当内套筒I下端的沉孔与定位弹簧8相配合时，停止主轴转动，此时第二电机13转动带动中心齿轮20转动，从而带动外齿轮9和锥齿轮19转动，锥齿轮19背面的平面螺纹结构带动滑动架6使第三电机5向主轴中心靠拢，当套筒扳手3内壁上端面与螺杆7 —端的弹性卡头接触，第二电机13停止转动。第三电机5开始转动当弹性卡头上的触头与套筒扳手内壁的凹槽相配合继续转动。此时带动螺杆7转动进而使插销2向外移动至插销2与插销盖4端面接触，第三电机5停止转动。主轴向上移动，声学系统脱下，收刀结束。
[0019]步骤三:第一电机16使刀库转动60度，主轴向下移动到换刀位上，主轴低速旋转，当内套筒I下端的沉孔与定位弹簧8相配合时，停止主轴转动，第三电机5开始反转带动螺杆转动进而使插销2向内移动至插销2与压板20内端面接触，第三电机5停止转动。此时第二电机13反转带动中心齿轮20转动，从而带动外齿轮9和锥齿轮19转动，锥齿轮19背面的平面螺纹结构带动滑动架6使第三电机5向外移动，当套筒扳手3与螺杆7 —端的弹性卡头分离，第二电机13停止转动。主轴向上移动，换刀结束。
【权利要求】
1.基于电机驱动的超声波切割刀具自动更换装置，包括可自动更换超声波声学系统的超声波切割主轴和超声波声学系统自动更换装置； 其特征在于:所述的可自动更换超声波声学系统的超声波切割主轴包括内套筒、插销、插销盖、螺杆、压板、超声波声学系统、绝缘套、第一触点、第二触点； 所述的超声波声学系统自动更换装置包括、套筒扳手、第三电机、滑动架、定位弹簧、夕卜齿轮、底座、阶梯轴、轴承、第二电机、刀库、花键轴、第一电机、环形支架、外壳、锥齿轮、中心齿轮； 可自动更换超声波声学系统的超声波切割主轴中绝缘套固定在超声波声学系统变幅杆的法兰盘上侧；所述的内套筒开口端为阶梯形，并在每个阶梯侧面上开三个呈120度夹角的圆形通孔，每个阶梯的下端面开三个呈120度夹角的沉孔，沉孔的中心线分别与圆形通孔的中心线共面；压板通过螺栓与法兰盘的下侧连接，压板侧面开有三个呈120度夹角的圆孔；压板的三个圆孔和内套筒的三个通孔分别通过三个插销连接，三个插销分别通过三个插销盖固定，三个插销盖通过螺栓分别固定在内套筒上；每个插销上开有螺纹孔，每个螺纹孔配合有一个螺杆，每个螺杆一端穿过对应的插销盖，另一端分别焊接一个三爪弹性卡头；绝缘套上端面中心开有通孔，第一触点固定在绝缘套通孔中，并用导线与声学系统中换能器的电极连接；第二触点固定在内套筒上，并通过导线与超声波发生器连接；第二触点与第一触点相接触； 超声波声学系统自动更换装置中第一电机通过螺栓固定在一个环形支架上，第一电机输出轴通过紧定螺钉和花键轴连接，花键轴与刀库中心孔配合固定，刀库上有六个换刀位；每个换刀位上安装有一个换刀机构，换刀机构的底座与外壳通过螺栓连接，底座上开有中心孔和一个圆孔，圆孔与轴承外圈固定连接；第二电机通过螺栓固定在底座上，第二电机输出轴穿过中心孔通过螺钉与中心齿轮连接；中心齿轮与外齿轮配合，外齿轮通过键与阶梯轴连接，阶梯轴一端与轴承内圈配合，轴承通过轴承盖固定；轴承盖通过螺栓固定在底座上；锥齿轮与外齿轮配合，锥齿轮背面有平面螺纹结构，三个滑动架分别于三个第三电机连接，三个滑动架等分安装在平面螺纹上；第三电机输出轴通过紧定螺钉与一套筒扳手连接；外壳上端面开有三个限位槽及筑有一个带中心通孔的凸台，三个槽使滑动架能在外壳上作直线运动，在三个槽靠近中心孔位置固定三个与沉孔配合的定位弹簧。
2.一种应用于权利要求1所述的一种超声波切割加工切割刀自动更换装置的更换方法，其特征在于:该方法具体包括以下步骤: 步骤一:数控系统将超声波切割主轴回归到刀库的换刀位上，并且降低主轴的旋转速度； 步骤二:主轴低速旋转，当内套筒下端的沉孔与定位弹簧相配合时，停止主轴转动，此时第二电机转动带动中心齿轮转动，从而带动外齿轮和锥齿轮转动，锥齿轮背面的平面螺纹结构带动滑动架使第三电机向主轴中心靠拢，当套筒扳手内壁上端面与螺杆一端的弹性卡头接触，第二电机停止转动；三个第三电机开始转动当弹性卡头上的触头与套筒扳手内壁的凹槽相配合继续转动；此时带动螺杆转动进而使插销向外移动至插销与插销盖端面接触，第三电机停止转动；主轴向上移动，声学系统脱下，收刀结束； 步骤三:第一电机使刀库转动60度，主轴向下移动到换刀位上，主轴低速旋转，当内套筒下端的沉孔与定位弹簧相配合时，停止主轴转动，第三电机开始反转带动螺杆转动进而使插销向内移动至插销与压板内端面接触，第三电机停止转动；此时第二电机反转带动中心齿轮转动，从而带动外齿轮和锥齿轮转动，锥齿轮背面的平面螺纹结构带动滑动架使第三电机向外移动，当套筒扳手与螺杆一端的弹性卡头分离，第二电机停止转动；主轴向上移动，换刀结束。
【文档编号】B23Q3/00GK104128625SQ201410287146
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月24日 优先权日:2014年6月24日
【发明者】张云电, 马中秋, 王鹏 申请人:杭州电子科技大学