一种换刀刀位检测机构以及直线驱动机构的制作方法

本申请是2019年7月18日提交的申请号为201921133887.6，名称为“具有刀位检测功能的换刀机械手、换刀机构及刀库”的实用新型专利申请的分案申请。

本实用新型涉及机床加工技术领域，尤其涉及一种换刀刀位检测机构以及直线驱动机构。

背景技术：

数控机床加工复杂工件时，可能需要多个刀具进行加工。为存储多个刀具，数控机床需要配备刀库。采用自动化换刀的刀库，则需要配备自动换刀机构。

目前市场上的换刀机构，其换刀机械手在长期作业后，会造成部件磨损以及刀爪的卡顿，容易出现刀具夹持不稳的现象。在现有的换刀机构技术中，缺乏有效的检测手段用以检测刀具是否夹持到位，在换刀旋转动作前，现有的换刀机构无法判断刀具是否被夹好，造成换刀旋转时刀具容易从刀爪中飞出，造成安全事故。

并且，目前的换刀机构一般通过弹性伸缩机构自动锁定刀具，刀臂在旋转自动夹持刀具的过程中，刀臂的刀爪会碰撞刀具，由于弹簧的设计，瞬间撞击力会比较大，同时，撞击力会通过刀具传递至加工主轴。这样，设备工作时，长期的换刀动作会对加工主轴造成反复撞击，可能会导致加工主轴偏移或撞坏加工主轴，影响加工主轴刀具的加工精度。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，本实用新型提供了一种换刀刀位检测机构以及直线驱动机构。

本实用新型为解决其问题所采用的技术方案是：

一种换刀刀位检测机构，包括：滑座，所述滑座上设置有非密封的检测腔室；与换刀机械手的刀爪相连接的连杆，所述连杆上设置有滑动配合于所述检测腔室内的滑块；检测气道，与所述检测腔室连通，所述刀爪带动所述连杆在所述滑座上滑动时，所述滑块封堵或松开所述检测气道。

本实用新型所提供的换刀刀位检测机构，通过在滑座上设置检测腔室，且检测气道与检测腔室连通，当刀爪带动连杆在滑座上滑动时，滑块封堵或松开检测气道，通过检测气道的气压情况以判断刀爪的位置，确定刀爪的工作状态，判断刀具是否被刀爪夹持住。

进一步地，所述检测机构还包括气压检测装置，所述气压检测装置用于检测所述检测气道的压力以判断刀具是否被所述刀爪夹持住。

由此，该气压检测装置可以安装在任意位置，只需与检测气道连通即可，通过气压检测装置检测判断检测气道的气压情况，从而确定刀爪的工作状态。

本实用新型还提供了一种直线驱动机构，包括缸体以及与所述缸体相对伸缩的缸杆，所述缸体上设置有所述检测机构，所述缸杆与所述连杆相连接，所述缸杆能够相对于所述缸体伸缩以驱动所述连杆滑动，从而带动所述滑块封堵或松开所述检测气道。

本实用新型所提供的直线驱动机构，将检测机构集成在缸体上，换刀时，缸杆驱动刀爪伸缩以抵接或远离刀具，并通过缸杆带动连杆在滑座上滑动，滑块封堵或松开检测气道，通过检测气道的气压情况以判断刀爪的位置，确定刀爪的工作状态，判断刀具是否被刀爪夹持住，避免换刀旋转时刀具从刀爪中飞出，保护设备，杜绝该类安全事故。

进一步地，所述缸体包括第一腔室以及第二腔室，所述第一腔室设置有出气孔以及用于驱动所述缸杆伸出复位的弹性件，所述第二腔室连通有用于进气以驱动所述缸杆缩回的驱动气道。

由此，通过驱动气道向第二腔室内进气以驱动缸杆缩回，能够主动地控制对刀具的夹持与释放，避免换刀过程中自动夹持刀具时撞击加工主轴上的刀具而碰撞损伤主轴。

进一步地，所述滑座位于所述第一腔室内，所述检测腔室与所述第一腔室连通。

由此，将检测机构中的滑座、连杆与直线驱动机构集成结合设置，简化该换刀机械手的整体结构，缩小其占用空间。

进一步地，所述缸杆一端设置有活塞头，所述活塞头滑动安装于所述缸体内以将所述缸体的内腔分隔为所述第一腔室以及第二腔室，所述第二腔室上封堵有端盖，所述缸杆另一端穿过所述端盖。

进一步地，所述检测腔室的一端具有开口，该开口将所述检测腔室与所述第一腔室连通，所述检测腔室上还设有连通检测腔室与所述第一腔室1311的连接孔。

进一步地，所述弹性件为弹簧，该弹簧的一端抵接在所述活塞头上，另一端抵接在所述第一腔室的内壁上。

综上所述，本实用新型提供的换刀刀位检测机构以及具有该检测结构的直线驱动机构，具有如下技术效果：

整体结构简单、紧凑，占用空间小，应用至换刀机械手换刀时，缸杆驱动刀爪伸缩以抵接或远离刀具，并通过缸杆带动连杆在滑座上滑动，滑块封堵或松开检测气道，通过检测气道的气压情况以判断刀爪的位置，确定刀爪的工作状态，判断刀具是否被刀爪夹持住，避免换刀旋转时刀具从刀爪中飞出，保护设备，杜绝该类安全事故；将检测机构中的滑座、连杆与直线驱动机构集成结合设置，简化该换刀机械手的整体结构，缩小其占用空间；通过驱动气道向第二腔室内进气以驱动缸杆缩回，能够主动地控制对刀具的夹持与释放，避免换刀过程中自动夹持刀具时撞击加工主轴上的刀具而碰撞损伤主轴。

附图说明

图1为本实用新型实施例中换刀机构的结构示意图；

图2为本实用新型实施例中换刀机构的结构示意图；

图3为图2所示刀臂轴与固定密封组件以及刀臂相连接的结构示意图；

图4为本实用新型实施例中换刀机械手的结构示意图；

图5为图4所示刀爪与直线驱动机构以及检测机构相连接的结构示意图。

其中，附图标记含义如下：

1、换刀机械手；11、刀臂；111、容刀部；1111、容刀槽；12、刀爪；13、直线驱动机构；131、缸体；1311、第一腔室；1312、第二腔室；1313、出气孔；1314、弹性件；1315、驱动气道；1316、端盖；132、缸杆；133、活塞头；14、检测机构；141、滑座；1411、检测腔室；1412、连接孔；142、连杆；143、滑块；144、检测气道；145、气压检测装置；2、刀臂轴；21、第一气道；22、第二气道；3、旋转驱动机构；4、固定密封组件；41、第一气滑环；42、第二气滑环；43、固定环套；431、第一进气孔；432、第二进气孔；44、环形密封件；5、升降机构；51、直线导向元件；511、导轨；512、滑块；52、丝杠滑套结构；521、丝杠；522、滑套；53、驱动电机；54、底座；55、滑台；6、刀具。

具体实施方式

为了更好地理解和实施，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本实用新型。

本实用新型提及的“传动联接”包括直接连接，也包括通过传动机构(链传动机构、带传动机构及齿轮传动机构等)连接。

参阅图1至图3，本实用新型公开了一种换刀机构，该换刀机构包括旋转驱动机构3、刀臂轴2、换刀机械手1、固定密封组件4以及升降机构5。本实用新型还公开了一种具有所述换刀机构的刀库。

参阅图4和图5，在本实施例中，所述换刀机械手1包括刀臂11、刀爪12、直线驱动机构13以及检测机构14。具体的，所述刀臂11包括容刀部111，所述容刀部111用于容纳定位刀具6；所述刀爪12能够相对于所述刀臂11伸缩以与所述容刀部111配合而夹持或释放所述刀具6；当所述刀具6位于所述容刀部111中时，所述检测机构14能够检测判断刀具6是否被所述刀爪12夹持住。

在本实施例中，所述容刀部111有两个，分别位于刀臂11的两端。所述容刀部111包括呈圆弧状的容刀槽1111，所述容刀槽1111的槽壁与所述刀具6的外圆周面相匹配，以使得所述容刀槽1111可以更好的夹持刀具6，以使得刀具6不易脱落。

参阅图5，在本实施例中，所述直线驱动机构13与所述检测机构14集成结合设置，以简化该换刀机械手1的整体结构，缩小其占用空间。

具体的，所述检测机构14包括滑座141、连杆142、检测气道144以及气压检测装置145，所述直线驱动机构13为气缸，包括缸体131以及缸杆132。

所述缸体131大致呈矩形状且固定安装于所述刀臂11上；所述缸杆132一端设置有活塞头133，所述活塞头133滑动安装于所述缸体131内且将缸体131的内腔分隔为第一腔室1311以及第二腔室1312；所述第二腔室1312上封堵有端盖1316，所述缸杆132另一端穿过所述端盖1316并与所述刀爪12相固定连接。由此，所述缸杆132能够相对于所述缸体131伸缩以驱动所述刀爪12与容刀部111配合而夹持或释放所述刀具6。

所述滑座141固定安装于所述第一腔室1311内，所述滑座141上设置有非密封的检测腔室1411，具体的，所述检测腔室1411朝向所述刀爪12的一端具有开口，该开口将所述检测腔室1411与所述第一腔室1311连通，所述检测腔室1411上还设有连通检测腔室1411与所述第一腔室1311的连接孔1412。

所述连杆142与所述缸杆132固定连接，所述连杆142上设置有滑动配合于所述检测腔室1411内的滑块143；所述检测气道144与所述检测腔室1411连通，所述刀爪12带动所述连杆142在所述滑座141上滑动时，所述滑块143封堵或松开所述检测气道144。

在本实施例中，所述第一腔室1311内设置有出气孔1313以及用于驱动所述缸杆132伸出复位的弹性件1314，所述第二腔室1312连通有用于进气以驱动所述缸杆132缩回的驱动气道1315。由此，能够主动地控制缸杆132的收缩以对刀具6夹持与释放，避免换刀过程中自动夹持刀具6时撞击加工主轴上的刀具6而碰撞损伤其主轴。

其中，所述弹性件1314为弹簧，该弹簧的一端抵接在活塞头133上，另一端抵接在第一腔室1311的内壁上。诚然，所述弹性件1314还可为弹片、弹性垫等等可以实现弹力复位的结构，本实用新型不对此做具体限定。

当然，在其他实施例中，所述直线驱动机构13与所述检测机构14还可分别独立设置，即所述滑座141固定安装于所述刀臂11上或者固定安装于所述缸体131的外侧壁上，所述检测腔室1411的开口以及连接孔1412均连通外部大气，所述连杆142与所述刀爪12相连接，所述连杆142上设置有滑动配合于所述检测腔室1411内的滑块143；所述刀爪12带动所述连杆142在所述滑座141上滑动时，所述滑块143封堵或松开所述检测气道144。

所述气压检测装置145可以安装在任意位置，只需与检测气道144连通即可，通过气压检测装置145检测判断检测气道144的气压情况，从而确定刀爪12的工作状态。

参阅图4，在本实施例中，所述驱动气道1315以及检测气道144均开设于刀臂11内。

参阅图3，所述旋转驱动机构3与所述刀臂轴2传动联接以驱动所述刀臂轴2转动，所述刀臂11与所述刀臂轴2固定连接，所述旋转驱动机构3驱动所述刀臂轴2转动时，所述刀臂11与所述刀臂轴2同步转动。

在本实施例中，所述刀臂轴2内设置有相互独立的第一气道21以及第二气道22，所述第一气道21与所述检测气道144连通，所述第二气道22与所述驱动气道1315连通。通过在刀臂轴2内设置第一气道21与第二气道22以替代气管供气，有效避免了现有技术中气缸旋转工作时导致的气管缠绕现象以及气管的老化问题，提高直线驱动机构13与检测机构14的可靠性和稳定性。

在本实施例中，所述固定密封组件4套设于所述刀臂轴2的上部，所述固定密封组件4与所述刀臂轴2之间形成第一气滑环41以及第二气滑环42，在所述刀臂轴2的转动过程中，所述第一气滑环41和第二气滑环42分别与所述第一气道21和第二气道22始终保持连通。

其中，所述第一气滑环41和第二气滑环42可由固定密封组件4上开设的内环形凹槽构成，或者由刀臂轴2上开设的外环形凹槽构成，又或者由固定密封组件4上开设的内环形凹槽构成以及刀臂轴2上开设的外环形凹槽共同构成。

在本实施例中，所述固定密封组件4包括固定环套43以及若干环形密封件44。其中，所述固定环套43套设于所述刀臂轴2的上端且用于固定安装至滑台55上，所述固定环套43上设置有分别连通所述第一气滑环41和第二气滑环42的第一进气孔431和第二进气孔432，该第一进气孔431和第二进气孔432用于接通外部气源以为所述驱动气道1315和检测气道144供气。

由此，通过不随刀臂轴2转动的固定密封组件4向气道通气，确保连接至第一气滑环41以及第二气滑环42的外部气管不出现缠绕现象

所述环形密封件44有三个，所述环形密封件44设置于所述第一气滑环41以及第二气滑环42的两侧，即所述第一气滑环41以及第二气滑环42分别位于两所述环形密封件44之间，以将所述第一气滑环41以及第二气滑环42分别隔离密封，确保第一气滑环41与第二气滑环42的气密性，避免漏气造成气压损失。

参阅图1和图2，所述升降机构5包括直线导向元件51、丝杠滑套结构52、驱动电机53以及底座54，所述旋转驱动机构3通过所述直线导向元件51滑动安装于所述底座54上，所述驱动电机53固定安装于所述底座54且通过所述丝杠滑套结构52驱动所述旋转驱动机构3上下滑动。

具体的，所述直线导向元件51具有两个，包括导轨511以及滑动连接于所述导轨511的滑块512，其中，所述导轨511固定安装在底座54上，两所述滑块512之间固定连接有一滑台55，所述滑台55用于安装所述旋转驱动机构3；所述丝杠滑套结构52包括丝杠521以及滑套522，所述滑套522转动连接在所述滑台55上，所述驱动电机53固定安装于所述底座54上并与所述丝杠521相联接。由此，驱动电机53带动丝杠521转动以驱动滑套522上下移动，从而带动所述旋转驱动机构3上下滑动，以完成换刀动作。

驱动电机53与丝杠滑套结构52的传动配合具有反应快、控制精准便捷的特点，确保在取、装不同标准的刀具6时提供最佳的伸缩行程，有利于缩短换刀时间。

采用所述换刀机构进行换刀，其具体动作过程如下：

过程一：换刀机械手1释放刀具6、回原位。整个换刀机构完成将上一刀具6装入机床主轴和刀套后,外接气源给直线驱动机构13供气；气依次由固定密封组件4上的第二进气孔432、第二气滑环42、第二气道22、驱动气道1315进入第二腔室1312中，作用于活塞头133。活塞头133受气压力驱动，克服弹性件1314的阻力往里运动；带动缸杆132和刀爪12收回，同时缸体131中第一腔室1311的气通过出气孔1313排到大气中，刀具6脱离容刀部111被释放。旋转驱动机构3带动换刀机械手1旋转90度，换刀机械手1复位。

过程二：换刀机械手1夹取刀具6、向下搬运。旋转驱动机构3带动换刀机械手1反向回转90度，到达取刀位置；此时，容刀部111的中心和主轴、刀套同轴。第二腔室1312内的气体沿过程1相反方向，释放到大气中。活塞头133在弹性件1314的弹力作用下，向外运动，缸杆132伸出带动刀爪12将刀具6顶在容刀部111上，扣住刀具6。换刀机械手1夹取刀具6后，升降机构5驱动换刀机械手1向下运动。

如果在上述夹取刀具6的过程中，刀爪12没有弹出到位并没有夹好刀具6，那么滑块143就不能堵住检测气道144。检测气道144通过检测腔室1411、第二腔室1312，最后通过出气孔1313释放到大气中，检测气道144的气压力降低。而检测气道144依次通过第一气道21、第一气滑环41、第一进气孔431与检测气路相通，该气路上连接有气压检测装置145。气压检测装置145可以检测到检测气道144的压力变化，从而输出报警信号。

过程三：向上搬运、装刀。升降机构5驱动换刀机械手1向上运动；与此同时，旋转驱动机构3驱动换刀机械手1反转180度，换刀机械手1上的两刀具6完成交换后，装到主轴或刀套上。以此完成一次换刀过程。

综上所述，本实用新型所提供的换刀机械手1，整体结构简单、紧凑，占用空间小，能够在换刀过程中判断确定刀爪12的工作状态以确保刀具6被夹持住，避免换刀旋转时刀具6从刀爪中飞出；能够主动地控制对刀具6的夹持与释放，避免换刀过程中自动夹持刀具6时撞击加工主轴上的刀具6而碰撞损伤主轴。

本实用新型所提供的具有所述换刀机械手1的换刀机构，其整体结构紧凑、简洁，可靠性和稳定性高；避免了气管缠绕现象和气管老化问题，便于清洁和维护；气密性好，避免漏气造成气压损失；升降机构5反应快，控制精准便捷，确保在取、装不同标准的刀具6时提供最佳的伸缩行程，有利于缩短换刀时间。

本实用新型方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本实用新型的保护范围。