一种基于数控机床的柔性加工生产线的制作方法

1.本发明涉及数控加工生产线技术领域，具体的说是一种基于数控机床的柔性加工生产线。


背景技术：

2.柔性生产线是把多台可以调整的机床联结起来，配以自动运送装置组成的生产线。它依靠计算机管理，并将多种生产模式结合，可以做到多品种、小批量工件的快速生产，从而能够减少生产成本做到物尽其用。同时随着数控机床技术的快速发展，其综合了机械、自动化、计算机、微电子等技术，解决了复杂、精密、小批量零件的加工问题，因而由一台或少量数控机床配合输送带等运送装置即可组成一柔性加工生产线。其中，中小型号的数控机床主要通过圆盘刀库存放加工用刀具，当进行某一项加工操作时，即可将刀库内的相应刀具旋转到相应位置并倒刀，再由换刀机械手将刀库内的刀具换装到加工用刀架上，从而方便使用不同刀具对工件进行加工。但目前的圆盘刀库为了方便倒刀换刀，一般只能在刀库的外圈安装一圈刀具，其限制了刀具的安装数量，而随着科学技术的发展，人类社会对产品的功能与质量的要求越来越高，产品更新换代的周期越来越短，产品的复杂程度也随之增高，相应的对柔性生产线的要求也会随之增高，加工产品所需的刀具也越来越多，当刀库存放的刀具种类不足以某个工件的加工时，则需要停机对刀库进行换刀，安装新的刀具，以满足加工需求。而刀库换刀时，不仅刀具的拆装过程较为繁琐，且在换刀后还需在机床的数控计算机内对刀具的位置、型号等进行调整输入，从而使得换刀过程费时费力，会大大降低机床及生产线的生产加工效率。


技术实现要素：

3.针对现有技术中的问题，本发明提供了一种基于数控机床的柔性加工生产线，解决了目前柔性加工生产线中数控机床的储刀量不足，会限制生产线的柔性加工性能以及降低生产加工效率的问题。
4.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种基于数控机床的柔性加工生产线，包括数控机床、输送带、刀库、倒刀机构和刀套伸缩机构；所述数控机床的工作台上安装有夹具和位于所述夹具上方的六轴机械臂，所述六轴机械臂的末端安装有用于夹装固定刀具的刀架，所述数控机床上端的一侧安装有用于存储放置刀具的刀库以及为所述刀库与所述刀架之间进行换刀的换刀机械手；所述输送带安装于所述数控机床的一侧用于输送工件；所述刀库包括外壳，所述外壳内安装有刀盘，所述刀盘表面的内圈设置有多个均匀分布的内安装孔，所述刀盘的外圈设置有多个均匀分布的外安装孔，且每个所述内安装孔和每个所述外安装孔内均安装有用于插装固定刀具的刀套；所述倒刀机构和所述刀套伸缩机构均安装于所述刀库内，所述倒刀机构用于在换刀时驱动相应的所述刀套及其内刀具向下旋转延伸到刀库的外部，以方便所述换刀机械手进行换刀；所述刀套伸缩机构用于在倒刀时对内外圈的刀套及刀具进行收缩或外移，从而使倒刀时内外圈的刀具不会相互干扰。
5.进一步的，所述外壳上通过电机座固定安装有电机，所述电机的一端延伸到所述外壳的内部并传动安装有一号锥齿轮，所述刀盘通过轴承可旋转活动安装于所述外壳内，且所述刀盘的内侧端固定安装有与所述一号锥齿轮啮合传动连接的锥齿圈，所述外壳下端的边沿处设置有倒刀口。
6.进一步的，所述刀套包括长刀套和短刀套，其中所述长刀套安装于所述内安装孔内，所述短刀套安装于所述外安装孔内，且相应的所述长刀套和所述短刀套之间的间距与所述长刀套和所述短刀套之间的长度差相同。
7.进一步的，所述倒刀机构包括固定座、固定柱、马达、一号丝杆和滑动座，所述滑动座设置有多个，且多个滑动座分别滑动安装于所述内安装孔和所述外安装孔内，且相应安装孔内的滑动座与刀套之间通过自动复位铰链活动连接；所述固定座设置于所述刀盘的内圈，并通过所述固定柱与所述外壳内壁固定连接，所述马达和所述一号丝杆均安装于所述固定座的表面，且所述马达与所述一号丝杆的一端传动连接，所述一号丝杆上螺纹安装有一号滑块，所述一号滑块上固定安装有向所述倒刀口一侧延伸的顶推杆，所述顶推杆的末端固定安装有抵块。
8.进一步的，所述固定座的表面固定安装有位于所述顶推杆外侧的防护壳，所述防护壳的内侧面固定安装有与所述顶推杆滑动套接的限位滑套。
9.进一步的，所述刀套伸缩机构包括二号丝杆、双向传动单元、联动单元、二号锥齿轮、三号锥齿轮和转轴，所述二号丝杆活动安装于所述固定座的底面，所述二号丝杆上螺纹安装有二号滑块，所述二号滑块的底面通过连杆固定连接有延伸到所述刀盘内的凸块，所述滑动座的一侧设置有可与所述凸块限位卡接的凹槽；所述转轴活动安装于所述二号丝杆的一侧，所述二号锥齿轮和所述三号锥齿轮分别固定安装于所述一号丝杆和所述转轴上，且所述二号锥齿轮和所述三号锥齿轮之间啮合传动连接，所述转轴和所述二号丝杆之间通过所述双向传动单元传动连接；所述联动单元设置有多组，且多组所述联动单元分别传动安装于相应的所述内安装孔和所述外安装孔内的两个滑动座之间。
10.进一步的，所述双向传动单元包括一号齿轮、二号齿轮、花键轴、同步轮、三号齿轮、四号齿轮、五号齿轮、电动伸缩杆和连接套；所述一号齿轮和所述二号齿轮均固定安装于所述转轴上，所述花键轴固定安装于所述二号丝杆的一端，所述三号齿轮和所述四号齿轮均可旋转活动安装于所述花键轴上，所述一号齿轮与所述三号齿轮之间啮合传动连接，所述二号齿轮与所述四号齿轮之间通过所述五号齿轮啮合传动连接；所述同步轮通过花键槽滑动安装于花键轴上，且所述同步轮位于所述三号齿轮和所述四号齿轮之间，所述同步轮的两侧均设置有卡块，所述三号齿轮和所述四号齿轮的内侧面均设置有可与所述卡块卡接固定的卡槽；所述电动伸缩杆固定安装于所述固定座上，所述连接套可旋转活动套装于所述同步轮的表面，且所述电动伸缩杆的伸缩端与所述连接套的表面通过连杆固定连接。
11.进一步的，所述二号齿轮与所述四号齿轮的传动比小于所述一号齿轮与所述三号齿轮的传动比。
12.进一步的，所述联动单元包括两个传动轮、齿带以及两个齿条，两个所述传动轮水平活动安装于所述所述内安装孔和所述外安装孔之间，所述齿带传动安装于两个所述传动轮之间，两个所述齿条分别固定安装于所述内安装孔和所述外安装孔内的滑动座上，且两个所述齿条分别与所述齿带的两侧啮合传动连接。
13.进一步的，所述传动轮、所述齿带和所述齿条均设置于所述刀盘中的扁平槽内，所述扁平槽的两侧分别与所述内安装孔和所述外安装孔连通，且所述扁平槽的高度小于所述内安装孔和所述外安装孔的直径。
14.本发明的有益效果：
15.(1)本发明所述的一种基于数控机床的柔性加工生产线，在数控机床的刀库内设置有内外两圈刀套用于存放刀具，从而可将刀库内存储的刀具数量提高一倍左右，而当刀具的数量及种类增多时，可提高生产线的柔性加工性能，无需在生产不同零件前为刀库更换相应刀具(或减少刀具更换次数)，从而可提高生产线的生产加工效率。
16.(2)本发明所述的一种基于数控机床的柔性加工生产线，设置有倒刀机构和刀套伸缩机构，当换刀时，可通过倒刀机构将夹装有相应刀具的刀套抵接推倒，从而方便换刀机械手进行换刀，同时刀套伸缩机构驱动内外相邻的另一刀套和刀具进行收缩，从而使得倒刀时内外圈的刀具之间不会相互干扰，从而使倒刀换刀过程顺利进行。
附图说明
17.下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
18.图1为本发明的一种基于数控机床的柔性加工生产线的一种优选实施例的整体结构示意图；
19.图2为图1所示的刀库的正面结构示意图；
20.图3为图2所示的刀库的剖视图；
21.图4为图3的a处放大结构示意图；
22.图5为图3的b处放大结构示意图；
23.图中：
24.1、数控机床；11、六轴机械臂；12、刀架；13、夹具；14、换刀机械手；
25.2、输送带；
26.3、刀库；31、外壳；32、刀盘；33、电机；34、刀套；341、长刀套；342、短刀套；35、一号锥齿轮；36、锥齿圈；37、内安装孔；38、外安装孔；39、倒刀口；
27.4、倒刀机构；41、防护壳；42、抵块；43、固定座；44、固定柱；45、马达；46、一号丝杆；47、一号滑块；48、顶推杆；49、限位滑套；410、滑动座；411、自动复位铰链；
28.5、刀套伸缩机构；51、二号丝杆；52、二号滑块；53、双向传动单元；531、一号齿轮；532、二号齿轮；533、花键轴；534、同步轮；535、三号齿轮；536、四号齿轮；537、五号齿轮；538、电动伸缩杆；539、连接套；54、联动单元；541、传动轮；542、齿带；543、齿条；55、二号锥齿轮；56、三号锥齿轮；57、转轴；58、凸块；59、凹槽。
具体实施方式
29.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
30.如图1、图2、图3所示，本发明所述的一种基于数控机床的柔性加工生产线，包括数控机床1、输送带2、刀库3、倒刀机构4和刀套伸缩机构5；所述数控机床1的工作台上安装有夹具13和位于所述夹具13上方的六轴机械臂11，所述六轴机械臂11的末端安装有用于夹装
固定刀具的刀架12，所述数控机床1上端的一侧安装有用于存储放置刀具的刀库3以及为所述刀库3与所述刀架12之间进行换刀的换刀机械手14；所述输送带2安装于所述数控机床1的一侧用于输送工件；所述刀库3包括外壳31，所述外壳31内安装有刀盘32，所述刀盘32表面的内圈设置有多个均匀分布的内安装孔37，所述刀盘32的外圈设置有多个均匀分布的外安装孔38，且每个所述内安装孔37和每个所述外安装孔38内均安装有用于插装固定刀具的刀套34；所述倒刀机构4和所述刀套伸缩机构5均安装于所述刀库3内，所述倒刀机构4用于在换刀时驱动相应的所述刀套34及其内刀具向下旋转延伸到刀库3的外部，以方便所述换刀机械手14进行换刀；所述刀套伸缩机构5用于在倒刀时对内外圈的刀套34及刀具进行收缩或外移，从而使倒刀时内外圈的刀具不会相互干扰；该生产线工作时，通过输送带2将待加工工件输送到数控机床1的一侧，之后可由人工或机械手将工件拿取夹装到夹具13内夹紧固定，最后由六轴机械臂11带动刀架12及其上的刀具移动旋转，从而通过刀具对工件进行加工；当需要为刀架12换刀时，可通过倒刀机构4将相应的刀套34及其内刀具推倒延伸到刀库3的外部，再通过换刀机械手14为刀架12和刀库3之间换刀，且刀套伸缩机构5对内外圈的刀套34及刀具进行收缩或外移，例如使用外圈刀具时，将外圈的刀套34及刀具向外移动，从而方便刀具倒刀换刀，同时将内圈的刀具向内收缩，使其不会干扰外圈刀具的倒刀换刀，反之，需要使用内圈刀具时，将内圈的刀套34及刀具向外移动，从而方便刀具倒刀换刀，同时将外圈的刀具向内收缩，使其不会干扰内圈刀具的倒刀换刀。
31.如图2、图3所示，本实施例中，所述外壳31上通过电机座固定安装有电机33，所述电机33的一端延伸到所述外壳31的内部并传动安装有一号锥齿轮35，所述刀盘32通过轴承可旋转活动安装于所述外壳31内，且所述刀盘32的内侧端固定安装有与所述一号锥齿轮35啮合传动连接的锥齿圈36，所述外壳31下端的边沿处设置有倒刀口39；换刀时，通过电机33驱动一号锥齿轮35旋转，一号锥齿轮35驱动锥齿圈36旋转，进而带动刀盘32及其上的刀具旋转，使得需要更换使用的刀具正对倒刀口39，之后即可通过倒刀机构4将刀具从倒刀口39内倒出，通过设置旋转驱动单元和倒刀口39，可在换刀时实现定点倒刀，且倒刀后刀具为垂直向下状态，从而方便后续换刀操作。
32.如图3所示，本实施例中，所述刀套34包括长刀套341和短刀套342，其中所述长刀套341安装于所述内安装孔37内，所述短刀套342安装于所述外安装孔38内，且相应的所述长刀套341和所述短刀套342之间的间距与所述长刀套341和所述短刀套342之间的长度差相同；可使换刀过程中内圈的长刀套341和外圈的短刀套342在倒刀后其刀套端口位于同一位置，即倒刀后长短刀套内的刀具均位于同一位置，从而方便换刀机械手14为内外圈的刀具进行换刀。
33.如图2、图3、图4、图5所示，本实施例中，所述倒刀机构4包括固定座43、固定柱44、马达45、一号丝杆46和滑动座410，所述滑动座410设置有多个，且多个滑动座410分别滑动安装于所述内安装孔37和所述外安装孔38内，且相应安装孔内的滑动座410与刀套34之间通过自动复位铰链411活动连接；所述固定座43设置于所述刀盘32的内圈，并通过所述固定柱44与所述外壳31内壁固定连接，所述马达45和所述一号丝杆46均安装于所述固定座43的表面，且所述马达45与所述一号丝杆46的一端传动连接，所述一号丝杆46上螺纹安装有一号滑块47，所述一号滑块47上固定安装有向所述倒刀口39一侧延伸的顶推杆48，所述顶推杆48的末端固定安装有抵块42；倒刀时，通过马达45驱动一号丝杆46旋转，从而通过螺纹传
动驱动一号滑块47向下移动，并在移动过程中通过顶推杆48带动抵块42向下移动，直至抵块42将相应的刀套34及其内的刀具抵接旋转90
°
，使得刀具从倒刀口39内倒出，之后即可通过换刀机械手14进行换刀，而换刀完成后，可通过马达45驱动一号丝杆46反向旋转，进而驱动抵块42向上移动复位，不再对刀套34进行抵接，此时，刀套34在自动复位铰链411的作用下旋转复位。
34.如图2、图3、图4所示，本实施例中，所述固定座43的表面固定安装有位于所述顶推杆48外侧的防护壳41，所述防护壳41的内侧面固定安装有与所述顶推杆48滑动套接的限位滑套49，限位滑套49可对顶推杆48进行限位，使其移动运行更加稳定，进而使抵块42移动运行过程更加平稳。
35.如图3、图4、图5所示，本实施例中，所述刀套伸缩机构5包括二号丝杆51、双向传动单元53、联动单元54、二号锥齿轮55、三号锥齿轮56和转轴57，所述二号丝杆51活动安装于所述固定座43的底面，所述二号丝杆51上螺纹安装有二号滑块52，所述二号滑块52的底面通过连杆固定连接有延伸到所述刀盘32内的凸块58，所述滑动座410的一侧设置有可与所述凸块58限位卡接的凹槽59；所述转轴57活动安装于所述二号丝杆51的一侧，所述二号锥齿轮55和所述三号锥齿轮56分别固定安装于所述一号丝杆46和所述转轴57上，且所述二号锥齿轮55和所述三号锥齿轮56之间啮合传动连接，所述转轴57和所述二号丝杆51之间通过所述双向传动单元53传动连接；所述联动单元54设置有多组，且多组所述联动单元54分别传动安装于相应的所述内安装孔37和所述外安装孔38内的两个滑动座410之间；其中，刀盘32的内圈设置有可供凸块58旋转移动的圆形滑槽，且凹槽59正对圆形滑槽，当待倒刀的刀套34被旋转移动到倒刀口39的上方时，凸块58与相应的凹槽59刚好卡接连接，之后当马达45驱动一号丝杆46旋转进行倒刀时，一号丝杆46带动二号锥齿轮55同步旋转，二号锥齿轮55驱动三号锥齿轮56和转轴57旋转，转轴57通过双向传动单元53驱动二号丝杆51旋转，进而通过螺纹传动驱动二号滑块52向左移动，并通过凸块58带动向左移动内安装孔37内的滑动座410以及长刀套341向左移动，使得长刀套341及其内的刀具向内安装孔37外部移动，方便后续倒刀，同时通过联动单元54驱动外安装孔38内的短刀套及其内的刀具向外安装孔38内部移动，使得外侧刀具收缩到外安装孔38内，不会对内侧刀具倒刀形成阻碍，当倒刀换刀完成，马达45驱动一号丝杆46反向旋转使抵块42上行复位时，会带动二号丝杆51同步反向旋转，进而带动长刀套341向右移动复位，同时短刀套342向左移动复位；当需要对外圈的刀具倒刀换刀时，可通过双向传动单元53调节改变转轴57与二号丝杆51之间的传动方向，此时，当马达45驱动一号丝杆46旋转进行倒刀时，一号丝杆46通过双向传动单元53驱动二号丝杆51反向旋转，进而驱动内侧的长刀套341及其上刀具向右移动收缩，同时外侧的短刀套342及其上刀具向左移动外审，从而方便对外侧刀具进行倒刀换刀。
36.如图4所示，本实施例中，所述双向传动单元53包括一号齿轮531、二号齿轮532、花键轴533、同步轮534、三号齿轮535、四号齿轮536、五号齿轮537、电动伸缩杆538和连接套539；所述一号齿轮531和所述二号齿轮532均固定安装于所述转轴57上，所述花键轴533固定安装于所述二号丝杆51的一端，所述三号齿轮535和所述四号齿轮536均可旋转活动安装于所述花键轴533上，所述一号齿轮531与所述三号齿轮535之间啮合传动连接，所述二号齿轮532与所述四号齿轮536之间通过所述五号齿轮537啮合传动连接；所述同步轮534通过花键槽滑动安装于花键轴533上，且所述同步轮534位于所述三号齿轮535和所述四号齿轮536
之间，所述同步轮534的两侧均设置有卡块，所述三号齿轮535和所述四号齿轮536的内侧面均设置有可与所述卡块卡接固定的卡槽；所述电动伸缩杆538固定安装于所述固定座43上，所述连接套539可旋转活动套装于所述同步轮534的表面，且所述电动伸缩杆538的伸缩端与所述连接套539的表面通过连杆固定连接；当同步轮534通过卡块、卡槽与三号齿轮535卡接固定时，转轴57与二号丝杆51之间通过一号齿轮531与三号齿轮535传动连接，转轴57与二号丝杆51旋转方向相反，而当同步轮534通过卡块、卡槽与四号齿轮536卡接固定时，转轴57与二号丝杆51之间通过二号齿轮532、五号齿轮537以及四号齿轮536传动连接，转轴57与二号丝杆51旋转方向相同，因而通过电动伸缩杆538调节同步轮534的位置，即可调节二号丝杆51的旋转方向，从而实现为内外圈的刀具进行倒刀换刀。
37.如图4所示，本实施例中，所述二号齿轮532与所述四号齿轮536的传动比小于所述一号齿轮531与所述三号齿轮535的传动比；其中，可将同步轮534与三号齿轮535卡接固定时设置为为内圈的刀具进行倒刀换刀，将同步轮534与四号齿轮536卡接固定时设置为为外圈的刀具进行倒刀换刀，当为外圈刀具倒刀时，由于抵块42需要向下移动更多行程，因而一号丝杆46需要旋转更多圈数，进而增加转轴57的旋转圈数，而内外刀具倒刀时需要向外移动的距离大致相同，因而将二号齿轮532与四号齿轮536的传动比设置为小于一号齿轮531与三号齿轮535的传动比，可在抵块42移动不同行程的情况下，使得内外刀具向外移动距离大致相同，从而方便刀具倒刀。
38.如图5所示，本实施例中，所述联动单元54包括两个传动轮541、齿带542以及两个齿条543，两个所述传动轮541水平活动安装于所述所述内安装孔37和所述外安装孔38之间，所述齿带542传动安装于两个所述传动轮541之间，两个所述齿条543分别固定安装于所述内安装孔37和所述外安装孔38内的滑动座410上，且两个所述齿条543分别与所述齿带542的两侧啮合传动连接；当内圈的滑动座410向左移动带动刀具外移倒刀时，其同步带动内侧的齿条543向外移动，进而驱动齿带542旋转，并通过齿带542驱动外圈的齿条543反向向右移动，进而带动外圈刀具向右移动收缩，相应的，当内圈的齿条543向右移动时，可通过齿带542驱动外圈的齿条543反向向左移动，从而通过该联动单元54可实现相应内外圈刀具的反向联动控制，从而方便刀具倒刀。
39.如图3、图5所示，本实施例中，所述传动轮541、所述齿带542和所述齿条543均设置于所述刀盘32中的扁平槽内，所述扁平槽的两侧分别与所述内安装孔37和所述外安装孔38连通，且所述扁平槽的高度小于所述内安装孔37和所述外安装孔38的直径，通过该扁平槽方便对联动单元54进行安装限位，同时扁平槽高度小于安装孔直径，不会影响安装孔内滑动座410安装的稳定性，从而使刀具移动运行平稳。
40.本发明的工作原理：
41.生产线工作时：通过输送带2将待加工工件输送到数控机床1的一侧，之后可由人工或机械手将工件拿取夹装到夹具13内夹紧固定，最后由六轴机械臂11带动刀架12及其上的刀具移动旋转，从而通过刀具对工件进行加工；
42.内圈刀具换刀时：通过电机33驱动一号锥齿轮35旋转，一号锥齿轮35驱动锥齿圈36旋转，进而带动刀盘32及其上的刀具旋转，使得需要更换使用的刀具正对倒刀口39，且此时凸块58与相应的凹槽59刚好卡接连接；之后通过马达45驱动一号丝杆46旋转，从而通过螺纹传动驱动一号滑块47向下移动，并在移动过程中通过顶推杆48带动抵块42向下移动；
一号丝杆46带动二号锥齿轮55同步旋转，二号锥齿轮55驱动三号锥齿轮56和转轴57旋转，转轴57通过双向传动单元53驱动二号丝杆51旋转，进而通过螺纹传动驱动二号滑块52向左移动，并通过凸块58带动向左移动内安装孔37内的滑动座410以及长刀套341向左移动，使得长刀套341及其内的刀具向内安装孔37外部移动，方便后续倒刀，同时通过联动单元54驱动外安装孔38内的短刀套及其内的刀具向外安装孔38内部移动，使得外侧刀具收缩到外安装孔38内，不会对内侧刀具倒刀形成阻碍，直至长刀套341完全移动到内安装孔37的外部，且此时抵块42将长刀套341向下抵接旋转90
°
，使得长刀套341与刀具从倒刀口39内垂直向下倒出，之后即可通过换刀机械手14为刀架12和长刀套341之间进行换刀；当换刀完成后，通过马达45驱动一号丝杆46反向旋转，进而驱动抵块42向上移动复位，同时驱动二号丝杆51反向旋转，带动内外圈的长短刀套分别移动复位，完成本次换刀过程；
43.外圈刀具换刀时：其换刀过程与内圈刀具换刀过程大致相同，不同之处在于，换刀时，将同步轮534与三号齿轮535卡接固定调节为与四号齿轮536卡接固定，从而调节改变二号丝杆51的旋转方向，当一号丝杆46正常旋转驱动抵块42下行时，二号丝杆51反向旋转，驱动外圈刀具向左移动外移进行倒刀换刀，而当一号丝杆46反向旋转驱动抵块42上行复位时，二号丝杆51正向旋转，驱动外圈刀具右移复位，完成外圈刀具换刀。
44.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施方式和说明书中的描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入本发明要求保护的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。