一种斗笠式双层刀库的制作方法

1.本发明涉及数控机床设备领域，特别涉及一种斗笠式双层刀库。


背景技术：

2.刀库是数控加工中心的重要功能部件,不但具有储存刀具的能力,还能将加工中心需要用到的刀具准确送到换刀位置,并通过自动换刀装置或刀库与主轴的配合动作来将后工序刀具与主轴上的前工序刀具进行对换。常见刀库类型包括圆盘式刀库、链条式刀库和斗笠式刀库。斗笠式刀库常用于中小型加工中心,其换刀动作由刀库动作和主轴动作配合完成。换刀时,主轴停转并携前工序刀具下降到规定高度,刀盘空刀爪前进抓刀,主轴提升以拔下前工序刀具,接着刀盘转动到后工序刀具,主轴下降装刀,此后刀盘回到原点,这样便完成一个换刀过程。
3.现有的斗笠式刀库所能装载的刀具数量少，如果要提高刀具数量，一般会扩大刀盘的直径，占用空间大，容易与其他部件发生干涉。或者在设有一个斗笠式刀库的基础上，再增设一个斗笠式刀库，虽然翻倍增加了数控加工中心的自动换刀刀具的数量，但是一方面会增加制造成本，另一方面也会占用较多的空间，需要解决两刀库的放置合理性问题。
4.可见，现有技术还有待改进和提高。


技术实现要素：

5.鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种斗笠式双层刀库，旨在提高刀库的可存刀量。
6.为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
7.一种斗笠式双层刀库，包括刀盘、刀盘驱动机构和刀盘转动检测机构，所述刀盘上设有两层互为上下对称的刀具定位组件，每层刀具定位组件包括多个设置在刀盘周壁上且以圆周阵列方式排布的夹爪，每个夹爪适配一个刀具的安装和固定。
8.作为上述技术方案的进一步改进，在水平面上的投影下，所述刀盘为正多边形结构；刀盘的每个侧端面上设有两个对称设置的夹爪，其中一个夹爪的夹口朝上设置，另一个夹爪的夹口朝下设置。
9.作为上述技术方案的进一步改进，所述刀具包括刀柄和安装在刀柄上的刀头，所述夹爪用于对刀柄进行夹持，使刀柄水平放置，刀柄的主轴装夹端相比刀具安装端远离刀盘的中部。
10.作为上述技术方案的进一步改进，所述夹爪包括座体和一副设置在座体上的弹性夹紧部，两个弹性夹紧部和座体围成一个对刀柄进行固定的弧形夹持口。
11.作为上述技术方案的进一步改进，所述夹爪包括两个夹臂，夹臂的前部为夹件部，两个所述夹臂的中部通过同一固定销轴连接，两个所述夹臂的尾部通过弹性结构连接，刀盘上设有用于限制夹爪的尾部张开角度的限位块。
12.作为上述技术方案的进一步改进，两个所述夹件部的内壁上设有定位凸起。
13.作为上述技术方案的进一步改进，所述座体上设有至少两个固定孔，每个夹爪通过固定孔和螺钉的配合固定在刀盘上。
14.作为上述技术方案的进一步改进，所述刀柄的侧壁上设置有一个安装平面，该安装平面上开设有螺纹孔。
15.作为上述技术方案的进一步改进，所述刀盘驱动机构包括机架、设置在机架上的电机支座、安装在电机支座上的驱动电机，所述刀盘的中心贯穿设置有一根与电机支座转动连接的转轴，所述驱动电机的主轴与刀盘驱动连接。
16.作为上述技术方案的进一步改进，刀盘转动检测机构为圆光栅角位移编码器，所述圆光栅角位移编码器包括套在转轴上的金属码盘和固定在电机支座上的检测探头。
17.有益效果：
18.与现有技术相比，本发明提供的斗笠式双层刀库在保持现有刀盘直径的情况下，只需适当增厚刀盘的厚度，就能使刀盘能够满足上下两层刀具定位组件的安装，两层刀具定位组件相互对称且排布紧凑，不会对车铣复合机床的其他机构造成干涉，可存储的刀具数量翻倍，即最多可存有32～40把刀具，刀具数量大，很好地满足车铣复合机床的加工需要，解决了人工换刀的问题。
附图说明
19.图1为本发明提供的斗笠式双层刀库应用在车铣复合机床上的立体图。
20.图2为图1中l1区域的局部放大图。
21.图3为斗笠式双层刀库的结构示意图。
22.图4为另一种实施例中，夹爪和刀盘的装配图。
23.图5为另一种实施例中，夹臂的结构示意图。
24.图6为刀具上的限位键阻止机床主轴转动的立体图。
25.图7为图6中l2区域的局部放大图。
26.图8为刀具的立体图。
27.图9为限位键的立体图。
28.主要元件符号说明：1-刀盘、2-刀具定位组件、21-夹爪、211-弹性夹紧部、212-座体、2121-固定孔、213-弧形夹持口、214-夹臂、2141-夹件部、2142-定位凸起、215-固定销轴、216-限位块、217-弹簧、3-刀具、31-刀柄、32-刀头、311-安装平面、312-螺纹孔、4-机床主轴、41-限位槽、42-限位键、43-沉头孔、5-刀盘驱动机构、50-机架、51-电机支座、52-驱动电机、53-转轴、6-刀盘转动检测机构、61-金属码盘、62-检测探头。
具体实施方式
29.本发明提供一种斗笠式双层刀库，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
30.请参阅图1-图3，本发明提供一种斗笠式双层刀库，包括刀盘1、刀盘驱动机构和刀盘转动检测机构，所述刀盘1上设有两层互为上下对称的刀具定位组件2，每层刀具定位组件2包括多个设置在刀盘1周壁上且以圆周阵列方式排布的夹爪21，每个夹爪21适配一个刀
具3的安装和固定。
31.在实际应用中，本发明提供的斗笠式双层刀库应用在车铣复合机床上，车铣复合机床是以车为主，铣、镗、钻和攻丝等为辅的五轴联动机床，加工多样性高，需要刀库中储存大量的刀具3并且通过自动换刀满足自动化加工，但是由于刀盘1直径的限制，一般现有的斗笠式刀库只能存有16～20把常用刀具3，刀具3数量少，远远不能满足车铣复合机床的加工需要，常常需要人工手动换刀，费时费力，而且机床处于待机状态并非完全断电，当机床突发故障时，存在人员受伤的风险，安全性低。与现有技术相比，本发明提供的斗笠式双层刀库在保持现有刀盘1直径的情况下，只需适当增厚刀盘1的厚度，就能使刀盘1能够满足上下两层刀具定位组件2的安装，两层刀具定位组件2相互对称且排布紧凑，不会对车铣复合机床的其他机构造成干涉，可存储的刀具3数量翻倍，即最多可存有32～40把刀具3，刀具3数量大，很好地满足车铣复合机床的加工需要，解决了人工换刀的问题。
32.每个夹爪21已预先赋予一个特定的编号，每个夹爪21代表一个刀具3安装工位，每个刀具3与一夹爪21的编号相匹配，并且进行记录。当机床主轴4要卸下的刀具为上层刀具时，刀盘驱动机构将机床主轴4上的刀具3所对应的夹爪21转动至设定的上下料工位8，此时机床主轴4将刀具3水平放置并且将刀具3移动至上下料工位8的正上方，刀具3与夹爪21相互垂直，然后机床主轴4下移，使刀具3卡入夹爪21的夹口中，机床主轴4断开与刀库的连接并且朝远离刀库的方向水平移动实现卸刀。同理，当机床主轴4要卸下的刀具为下层刀具时，刀盘驱动机构将机床主轴4上的刀具3所对应的夹爪21转动至设定的上下料工位，此时机床主轴4将刀具3水平放置并且将刀具3移动至上下料工位8的正下方，刀具3与夹爪21相互垂直，然后机床主轴4上移，使刀具3卡入夹爪21的夹口中，机床主轴4断开与刀库的连接并且朝远离刀库的方向水平移动实现卸刀。
33.继而,当机床主轴4要安装上层的新刀具3时，刀盘驱动机构将刀盘1上的新刀具3转动至设定的上下料工位8，此时机床主轴4与刀具3保持同轴，机床主轴4朝靠近刀库的方向移动，机床主轴4与刀具3实现连接，然后机床主轴4上移，使刀具3脱离夹爪21。同理，当机床主轴4要安装下层的新刀具3时，刀盘驱动机构将刀盘1上的刀具3转动至设定的上下料工位，此时机床主轴4与刀具3保持同轴，机床主轴4朝靠近刀库的方向移动，机床主轴4与刀具3实现连接，然后机床主轴4下移，使刀具3脱离夹爪21。
34.进一步的，在水平面上的投影下，所述刀盘1为正多边形结构，刀盘1的每个侧端面为一个供夹爪21安装的基准平面；刀盘1的每个侧端面上设有两个对称设置的夹爪21，其中一个夹爪21的夹口朝上设置，另一个夹爪21的夹口朝下设置。通过这样设置，上层的所有刀具3位于在刀盘1上边缘的上方，并且刀具3的刀头32朝向刀盘1的中部，充分利用刀盘1上方的空间对刀具3进行收纳存储。而下层的所有刀具3位于刀盘1下边缘的下方，并且刀具3的刀头32朝向刀盘1的中部，充分利用刀盘1下方的空间对刀具3进行收纳存储，最大程度地利用了刀盘1的上方和下方的空间，不会对刀盘1的外围零部件进行干涉。
35.优选的，请参阅图2，所述刀具3包括刀柄31和安装在刀柄31上的刀头32，所述夹爪21用于对刀柄31进行夹持，刀具安装到位后，刀柄31水平放置，刀柄31的主轴装夹端相比刀具安装端远离刀盘1的中部。
36.在本实施例中，见图1-3所示，所述夹爪21包括座体212和一副设置在座体212上的弹性夹紧部211，座体212和弹性夹紧部211通过注塑方式一体成型，两个弹性夹紧部211和
座体212围成一个对刀柄31进行固定的弧形夹持口213。所述座体212上设有至少两个固定孔2121，每个夹爪21通过固定孔2121和螺钉的配合固定在刀盘1上。
37.在另一种实施方式中，请参阅图4和图5，所述夹爪21包括两个夹臂214，夹臂214的前部为夹件部2141，两个所述夹臂214的中部通过同一固定销轴215连接，两个所述夹臂214的尾部通过弹性结构连接，刀盘1上设有用于限制夹爪21的尾部张开角度的限位块216。为了便于制造，所述限位块216包括固定面板、两个设置在固定面板底面的限位脚，两个夹臂214的尾部设置在两个限位脚之间，所述限位脚通过螺钉固定设置在刀盘1的侧壁上。
38.此处，所述弹性结构包括弹簧217和分别开设在两个夹臂214尾部的安装孔，弹簧的两端对应设置在安装孔内。弹簧217对夹爪21的尾部施加弹力，使得夹爪21的前部相对夹紧。通过这样设置，夹爪能够快速安装和卸下刀具3；卸刀时，机床主轴4对准夹爪21的夹口就能放入刀具3，无需借助其他工具；装刀后，机床主轴4将刀具3移出夹爪21的夹口，夹爪21的尾部压缩弹簧，弹簧发生弹性形变，并不会对刀具造成刚性损坏。
39.进一步的，两个所述夹件部2141的内壁上设有定位凸起2142。该定位凸起2142优选为周向设置的圆弧凸起，刀柄31上设置有与该圆弧凸起相适配的定位槽；圆弧凸起卡入定位槽中就可以实现刀具3定位，一方面机床主轴4装夹刀具3时，圆弧凸起为刀柄31提供轴向的夹紧阻力，保证刀具3在装夹过程中位置的准确性。
40.优选的，请参阅图6-图9，所述刀柄31的侧壁上设置有一个安装平面311。当刀柄31装夹的是车刀时，将一个限位键42安装在安装平面311上，安装平面311形成安装基准，保证限位键42与刀柄31结合紧密且牢固，该安装平面311可在刀柄31上通过铣削方式加工而成，该安装平面311上开设有螺纹孔312。所述主轴4外壳的下端面上开设有限位槽41，当刀柄31与主轴4完成连接后，限位键42的顶部先嵌入限位槽41中，然后所述限位键42通过内六角螺钉与所述螺纹孔312连接；刀柄31巧妙地借助限位键42与主轴4外壳的下端面固接，利用主轴4外壳的结构阻止刀柄31发生转动，确保刀具3在车削加工时不会发生自运动，从而确保加工效果。
41.具体的，所述限位键42为一个t型键，t型键的底面与所述安装平面311相结合，t型键的中部设有一个贯通的沉头孔43，该沉头孔43的沉头部位于t型键的顶部，内六角螺钉穿过该沉头孔43后拧入刀柄31的螺纹孔312中，内六角螺钉的头部藏在沉头孔43的沉头部中，使得整体结构更加紧凑。工作人员采用六角扳手即可拧动内六角螺钉，从而完成t型键的安装与拆除。
42.所述刀盘驱动机构包括安装在车铣复合机床上的机架50、设置在机架50上的电机支座51、安装在电机支座51上的驱动电机52，所述刀盘1的中心贯穿设置有一根与电机支座51转动连接的转轴53，所述驱动电机52的主轴4与刀盘1驱动连接，具体可在驱动电机52的主轴4上套有一个第一齿轮，在转轴53上套有一个第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮啮合传动。
43.优选的，刀盘转动检测机构为圆光栅角位移编码器，所述圆光栅角位移编码器包括套在转轴53上的金属码盘61和固定在电机支座51上的检测探头62。金属码盘61对转轴53的转动而发生转动，检测探头62读取金属码盘61的刻码，从而转化为信号给控制系统，控制系统在经过转换就能获取刀盘1相对零位的角位移量。刀盘转动检测机构能够精准地检测夹爪21是否准确转动至上下料工位上，确保装刀时，刀具3的刀柄31与机床主轴4保持同轴，
成功连接。
44.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明的保护范围。