一种拉床的自动换刀装置的制作方法

本实用新型涉及拉床技术领域，尤其涉及一种拉床的自动换刀装置。

背景技术：

拉床是用拉刀作为刀具加工工件通孔、平面和成形表面的机床。拉削能获得较高的尺寸精度和较小的表面粗糙度，生产率高，适用于成批大量生产。为了确保拉削精度，拉刀使用一定时间后需要更换，或者针对不用规格的工件也需要进行更换拉刀，目前拉床一般无专用换刀装置，需要人工操作，由于拉床操作空间比较狭小，卸刀时经常受空间限制无法使力。这种方式操作复杂，换刀时间长，增加了操作人员的劳动强度并降低了生产效率。

例如，飞机的涡轮盘是航空发动机的重要零件，其与上面安装的涡轮叶片构成涡轮转子，是涡轮发动机将热能转化为机械能的做功部件。涡轮盘主要由盘体和分布在盘轮缘一周的多个枞树形榫槽组成，具体地参见图1及图2，图1示出的是拉削加工前的涡轮盘毛坯件的立体结构，图2示出的是是拉削加工后的涡轮盘成品件的立体结构，这种涡轮盘的榫槽就是由装配在拉床上的拉刀进行拉削形成的。

利用拉床在对涡轮盘进行拉削加工过程中，需要对涡轮盘榫槽进行粗拉削，半精拉削，精拉削等操作，每道拉削工序需要用到不同规格的刀具，因此需要更换拉刀进行加工。目前，换刀一般由工人完成，这对工人的安装精度和安装经验有较高要求，并且不可避免的会引入人为误差，工作效率较低，同时，人工换刀也不利生产线自动化连线。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能代替人工操作的，能进行高精度和高效率换刀的拉床的自动换刀装置。

本实用新型解决技术上述技术问题所采用的技术方案为：一种拉床的自动换刀装置，包括床身、及滑枕，该滑枕固定在所述床身的一侧，用于装配刀具组件；还包括刀架台，该刀架台靠近床身的另一侧，用于放置待更换的刀具组件；及桁架，该桁架设于所述刀架台上方，所述桁架上固定有至少一个用于抓取刀具组件的换刀机械手，该换刀机械手能够移动于所述刀架台与所述滑枕两者之间，并能够从刀架台上或滑枕上抓取刀具组件或者将刀具组件放置在刀架台上或滑枕上；及零点定位装置，所述刀具组件通过该零点定位装置装配到所述滑枕上；以及与所述换刀机械手、零点定位装置进行信号连通的控制系统，所述控制系统控制换刀机械手、零点定位装置按预设定程序动作。

作为优选，所述零点定位装置包括定位接头以及与定位接头相互配合的零点定位器，其中定位接头设于所述刀具组件上，所述零点定位器设于所述滑枕上。这种结构设置可以方便地通过定位接头与零点定位器的配合将所述刀具组件转配到滑枕上，零点定位器中具有锁定机构可以将所述定位接头锁紧，进而将所述刀具组件固定在所述滑枕上。

作为优选，所述刀具组件包括拉刀刀具以及固定该拉刀刀具的刀盒，所述刀盒能够贴合放置在所述滑枕上；所述定位接头具有多个，间隔设置在所述刀盒的底面上，相应的，所述零点定位器具有多个，间隔设置在所述滑枕与所述刀盒的底面贴合接触的固定面上。设置多个定位接头以及零点定位器可以使得刀具组件固定在滑枕上后，更加稳固，不会发生偏移；刀盒的底面与滑枕的固定面贴合接触的结构设置可以使得刀具组件固定在滑枕上后受力更加稳定，不容易发生晃动。

作为优选，所述拉床的自动换刀装置还包括靠近所述滑枕的拉削工作台，所述滑枕能水平滑动地设于所述床身的一侧，所述滑枕上用于固定所述刀盒的固定面水平朝向所述拉削工作台。这样的结构设置，可以使得固定在滑枕的拉刀更方便地对工件进行拉削。

作为优选，所述换刀机械手包括连接臂、铰接在连接臂一端的用于夹紧刀具组件的夹紧部以及驱动所述夹紧部作角度转动的转动机构；所述转动机构驱动夹紧有刀具组件的夹紧部作角度转动后能够使得刀盒的底面与所述滑枕的固定面相一致。这样的结构设置，可以使得刀盒的底面与所述滑枕的固定面相一致，以便于刀盒的底面能够贴合所述滑枕的固定面，实现将刀具组件装配到所述滑枕上的目的。

作为优选，所述转动机构包括固定在连接臂上的驱动油缸以及由驱动油缸驱动下的能够往复伸缩的推杆，所述推杆的端部支撑连接所述夹紧部。这种转动机构结构简单，生产成本较低，当然，所述转动机构也可以采用气动驱动以及其他常规的动力方式或传动方式，以实现换刀机械手的夹紧部翻转。

作为优选，所述刀架台的台面上间隔设置有的多个定位槽口，所述刀具组件放置在所述定位槽口上。这样的机构设置，可以使得刀具组件固定放置在抬刀架上，避免发生移动或晃动，进而使得换刀机械手更加精确地抓取刀具组件。

作为优选，所述桁架包括两个相对平行设置的支撑架以及连接在两支撑架之间的桁架杆，每个支撑架上均具有水平设置的滑轨；所述桁架上设有第一驱动装置，所述第一驱动装置能够驱动所述桁架杆沿所述滑轨往复移动；所述换刀机械手固定设置在所述桁架杆上，所述桁架杆上具有第二驱动装置，所述第二驱动装置能够驱动换刀机械手相对所述桁架杆上下移动，以便抓取或者放置所述刀具组件。这种结构设置，方便地实现了换刀机械手在水平方向以及上下方向上的移动，并且移动过程稳定、迅速，便于换刀机械手对刀具组件的精确抓取或者放置。

作为优选，所述第一驱动装置以及第二驱动装置均与所述控制系统进行信号连通；所述控制系统能够控制换刀机械手、零点定位装置、第一驱动装置、第二驱动装置按预设定程序进行动作。控制系统能够控制各个装置按预设定程序进行动作，自动化程度高，实现了刀具拆卸、刀具装配的自动一体化，提高了工作效率，省去了人工操作。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：本实用新型提供的拉床的自动换刀装置具有与所述换刀机械手、零点定位装置进行信号连通的控制系统，该控制系统能够控制换刀机械手在刀架台与滑枕之间移动，并且在换刀机械手与设于滑枕上的零点定位装置的配合作用下，能够快速完成旧刀具组件的卸刀操作以及新刀具组件的装配操作，这种装置自动化程度高，安装精度高，操作方便、快捷，可以代替现有技术中人工换刀的操作，提高工作效率，降低生产成本。

附图说明

图1为涡轮盘的加工前的立体结构示意图；

图2为涡轮盘的加工后的立体结构示意图，其中涡轮盘具有榫槽；

图3为本实用新型实施例中拉床的自动换刀装置的立体结构示意图，其中防护罩处于闭合状态；

图4为本实用新型实施例中拉床的自动换刀装置的立体结构示意图，其中防护罩处于打开状态；

图5为本实用新型实施例中拉床的自动换刀装置的刀架台的立体结构示意图，其中刀架台的台面上放置有刀具组件；

图6为图5中A处的放大示意图；

图7为本实用新型实施例中拉床的自动换刀装置中刀具组件转配到滑枕上的立体结构示意图；

图8为图7中A处的放大示意图；

图9为本实用新型实施例中拉床的自动换刀装置的刀具组件的背面方向立体结构示意图；

图10为图9中A处的放大示意图；

图11为本实用新型实施例中拉床的自动换刀装置的滑枕的立体结构示意图；

图12为图11中A处的放大示意图；

图13为本实用新型实施例中拉床的自动换刀装置的刀具组件的立体结构示意图；

图14为图13中A处的放大示意图；

图15为本实用新型实施例中拉床的自动换刀装置的换刀机械手夹紧刀具组件的立体结构示意图；

图16为图15中A处的放大示意图；

图17为本实用新型实施例中拉床的自动换刀装置的换刀机械手夹紧刀具组件转动一定角度后的立体结构示意图；

图18为图17中A处的放大示意图；

图19为本实用新型实施例中拉床的自动换刀装置的换刀机械手的立体结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图3～图4所示，拉床的自动换刀装置，包括床身10、滑枕20、刀架台40、桁架50、换刀机械手60，其中，滑枕20固定在床身10的一侧，用于装配刀具组件30，刀架台40靠近床身10的另一侧，用于放置待更换的刀具组件30，桁架50设于刀架台40上方，桁架50上固定有至少一个用于抓取刀具组件30的换刀机械手60，在本实施例中，换刀机械手60为四个，该换刀机械手60能够移动于刀架台40与滑枕20两者之间，并能够从刀架台40上或滑枕20上抓取刀具组件30或者将刀具组件30放置在刀架台40上或滑枕20上。为了将刀具组件30精确地装配到滑枕20上，在本实施例中，刀具组件30与滑枕20之间具有零点定位装置，其中，参见图9～图12，零点定位装置包括定位接头71以及与定位接头71相互配合的零点定位器72，其中定位接头71设于刀具组件30上，零点定位器72设于滑枕20上。这种结构设置可以方便地通过定位接头71与零点定位器72的配合将刀具组件30转配到滑枕20上，零点定位器72中具有锁定机构可以将定位接头71锁紧，进而将刀具组件30固定在滑枕20上。拉床的自动换刀装置还包括与换刀机械手60、零点定位装置进行信号连通的控制系统，该控制系统能够控制换刀机械手60、零点定位装置按预设定程序动作。

本实用新型的自动换刀装置能够通过控制系统控制换刀机械手60在刀架台40与滑枕20之间移动，并且在换刀机械手60与设于滑枕20上的零点定位装置的配合作用下，能够快速完成旧刀具组件30的卸刀操作以及新刀具组件30的装配操作，这种装置自动化程度高，安装精度高，操作方便、快捷，可以代替现有技术中人工换刀的操作，提高工作效率，降低生产成本。

一并参见图7～图8，刀具组件30包括拉刀刀具31以及固定该拉刀刀具31的刀盒32，具体地，刀盒32具有长条形的固定槽321，拉刀刀具31嵌设在该固定槽321中，在本实施例中，刀具组件30还包括卡设在固定槽321内的压块33，该压块33能够抵触在拉刀刀具31的侧壁与刀盒32固定槽321的内壁之间，使得拉刀刀具31能够紧固在刀盒32上。在本实施例中，刀盒32能够贴合放置在滑枕20上，具体地，零点定位装置的定位接头71具有多个，间隔设置在刀盒32的底面上，相应的，零点定位器72具有多个，间隔设置在滑枕20与刀盒32的底面贴合接触的固定面21上，具体地，滑枕20的固定面21上具有容置刀盒32的限位槽211，零点定位器72设于该限位槽211内。设置多个定位接头71以及零点定位器72可以使得刀具组件30固定在滑枕20上后，更加稳固，不会发生偏移，此外，刀盒32的底面与滑枕20的固定面21贴合接触的结构设置可以使得刀具组件30固定在滑枕20上后受力更加稳定，不容易发生晃动。

继续参见图3～图4，拉床的自动换刀装置还包括靠近滑枕20的拉削工作台100，滑枕20能水平滑动地设于床身10的一侧，为了使得固定在滑枕20的拉刀更方便地对工件进行拉削，滑枕20上用于固定刀盒32的固定面21水平朝向拉削工作台100，可以理解为，这种结构设置的滑枕20上朝向拉削工作台的固定面21与刀架台40的台面并不一致，两个平面存在有一定的角度，具体地，在本实施例中，滑枕20上朝向拉削工作台的固定面21与刀架台40的台面相互垂直，所以这就需要换刀机械手60抓取刀具组件30后翻转一定角度后，才能将其装配到滑枕20的固定面21上。为了解决这一技术问题，在本实施例中，参见图15～图16，换刀机械手60包括连接臂61、铰接在连接臂61一端的用于夹紧刀具组件30的夹紧部62以及驱动夹紧部62作角度转动的转动机构63，具体地，连接臂61的一端固定在桁架50上，另一端通过转动销轴65以及转动机构63连接夹紧部62，转动机构63驱动夹紧有刀具组件30的夹紧部62作角度转动后能够使得刀盒32的底面与滑枕20的固定面21相一致。如图15～图16示出的是换刀机械手60抓取拉刀组件30后未发生转动的状态，如图17～图18示出的是换刀机械手60抓取拉刀组件30后转动90°后的状态。这样的结构设置，可以使得刀盒32的底面与滑枕20的固定面21相一致，以便于刀盒32的底面能够贴合滑枕20的固定面21，实现将刀具组件30装配到滑枕20上的目的。

继续参见图15～图16，转动机构63包括固定在连接臂61上的驱动油缸631以及由驱动油缸631驱动的能够往复伸缩的推杆632，推杆632的顶端支撑连接夹紧部62，具体地，连接臂61的端部上靠近夹紧部62的位置设有一基部64，驱动油缸631的底部铰接固定在该基部64上，再具体地，换刀机械手60的夹紧部62具有固定端621和自由端622，固定端621用于与连接臂61的端部铰接固定，自由端622与推杆632的顶端铰接固定，其中，推杆632能够通过驱动该自由端622相对于固定端621发生角度转动，转动角度为0～90°更具体地，换刀机械手60的转动机构63，在进行装配刀具组件30时，可以使得夹紧有刀具组件30的夹紧部62转动90°以便安装到滑枕20上，在进行拆卸刀具组件30时，可使得夹紧有刀具组件30的夹紧部62转回至0°的初始位置，方便将刀具组件30放置于刀架台40的台面上。为了增加换刀机械手60的夹紧件62在转动过程中的稳定性以及使得夹紧件62在转动后能够准确地定位在初始状态位置或者转动90°后的位置，转动机构63还包括支撑部633，该支撑部633的一端铰接在夹紧件62的自由端622上，另一端滑动连接在连接臂61的端部，该连接臂61的端部位置设有供支撑部633滑动的限位槽孔66，其中，限位槽孔66的长度大小以及布置方向与驱动油缸631的伸缩行程相适配，以使得换刀机械手60的夹紧件62在转动后能够准确地定位在0°或者90°的位置。这种转动机构63结构简单，生产成本较低，当然，转动机构63也可以采用气动驱动或其他常规的驱动方式，以实现换刀机械手60的夹紧部62翻转。此外，为了更加稳定地实现换刀机械手60对刀具组件30的抓取，刀具组件30的刀盒32上具有装卸孔322，相应地，参加图19，换刀机械手60的夹紧部62上具有嵌入该装卸孔322的夹爪623，其中，夹爪623与刀盒32之间可以通过设置零点定位装置将换刀机械手60的夹爪623精确地嵌入刀盒32的装卸孔322中，比如，可以在夹爪623位置设置定位销，在刀盒32的装卸孔322位置设有与定位销相适配的零点定位器，定位销与零点定位器可以实现定位及锁定操作，当然也可以采用其他常规的锁紧装置来实现抓取操作。

参见图5～图6，为了使刀具组件30能够固定放置在刀架台40上，避免发生移动或晃动，进而使得换刀机械手60更加精确地抓取刀具组件30，刀架台40的台面上间隔设置有的多个定位槽口41，刀具组件30放置在定位槽口41上。

参见图3～图4，为了方便地实现了换刀机械手60在水平方向以及上下方向上的迅速平稳的移动，以便于换刀机械手60对刀具组件30的精确抓取或者放置。桁架50包括两个相对平行设置的支撑架51以及连接在两支撑架51之间的桁架杆52，每个支撑架51上均具有水平设置的滑轨511；桁架50上设有第一驱动装置(图中未示出)，第一驱动装置能够驱动桁架杆52沿滑轨511往复移动，其中第一驱动装置可以采用电动驱动、液压驱动或者气动驱动等常规的驱动方式；换刀机械手60固定设置在桁架杆52上，桁架杆52上具有第二驱动装置(图中未示出)，第二驱动装置能够驱动换刀机械手60相对桁架杆52上下移动，以便抓取或者放置刀具组件30，其中第二驱动装置可以采用电动驱动、液压驱动或者气动驱动等常规的驱动方式。第一驱动装置以及第二驱动装置均与控制系统进行信号连通，控制系统能够控制换刀机械手60、零点定位装置、第一驱动装置、第二驱动装置按预设定程序进行动作。这种换刀装置的自动化程度高，实现了刀具拆卸、刀具装配的自动一体化，提高了工作效率，省去了人工操作。

继续参见图3～图4，为了防止工件在拉削过程中产生的金属屑飞溅，滑枕20还设有围设在滑枕20周侧并沿滑枕20的长度方向延伸的防护罩80，防护罩80的下侧可轴向转动地连接到床身10上，其中，防护罩80在转动过程中具有在上方露出滑枕20的打开状态和盖住滑枕20的闭合状态，在本实施例中，防护罩80为两个，分别覆盖床身10在滑枕20的移动方向上的两端。具体地，在本实施例中，还包括驱动防护罩80转动的驱动机构(图中未示出)以及与该驱动机构进行信号连通的接近开关(图中未示出)及控制器(图中未示出)，其中，驱动机构可以采用现有技术中的电动驱动、液压驱动或者气动驱动等常规的驱动方式，只要能够驱动防护罩41进行转动即可。再具体地，接近开关能够识别换刀机械手60靠近滑枕20的动作状态，并通过控制器控制驱动机构打开防护罩80；接近开关能够识别换刀机械手60远离滑枕20的动作状态，并通过控制器控制驱动机构闭合防护罩80。

拉床的自动换刀装置的控制方法，包括卸刀步骤、装刀步骤，具体如下：

卸刀步骤：在控制系统的控制下，第一驱动装置驱动固定有换刀机械手60的桁架杆52在支撑架51的滑轨511上水平移动，当移动至滑枕20的上方时，在第二驱动装置作用下，换刀机械手60下移靠近滑枕20，并抓取固定在滑枕20上的待卸下的刀具组件30，此时，设于滑枕20上的零点定位器72解除锁定，换刀机械手60能够抓取刀具组件30脱离滑枕后向上移动复位，同时，控制系统控制换刀机械手60的夹紧部62发生翻转，使得刀具组件30的刀盒32的底面与刀架台40的台面一致，然后在第一驱动装置的作用下移动到刀架台40的上方，然后再向下移动将刀具组件30放置在刀架台40上，完成卸刀步骤。

装刀步骤：卸刀步骤完成后，在控制系统的控制下，第一驱动装置驱动固定有换刀机械手60的桁架杆52在支撑架51的滑轨511上水平移动，当移动至刀架台40上方时，在第二驱动装置作用下，换刀机械手60下移从刀架台40抓取待装配的刀具组件30，然后向上移动复位，并在第一驱动装置的作用下移动到滑枕20的上方，同时，控制系统控制换刀机械手60的夹紧部62发生翻转，使得刀具组件30的刀盒32的底面与滑枕20的固定面21相一致，然后再向下移动靠近滑枕20，然后在零点定位装置的作用下，刀具组件30刀盒32底部的定位接头71能够被定位并锁定到滑枕20上的零点定位器72上，完成装刀步骤。

本实用新型的拉床的自动换刀装置的及控制方法可以方便地应用于涡轮盘的榫槽拉削的拉床装置中，本技术领域人员可以想到的是，这种装置及其控制方法也可以方便地用于其他工件的拉削的拉床中。

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则的内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。