一种多主轴刀库换刀机床的制作方法

1.本实用新型涉及数控机床设备领域，特别是涉及一种多主轴刀库换刀机床。


背景技术：

2.数字控制机床(numerical control machine tools)简称数控机床，是一种将数字计算技术应用于机床的控制技术。它把机械加工过程中的各种控制信息用代码化的数字表示，通过信息载体输入数控装置。经运算处理由数控装置发出各种控制信号，控制机床的动作，按图纸要求的形状和尺寸，自动地将零件加工出来。数控加工中心是从数控机床发展而来的，与数控铣床的最大区别在于加工中心具有自动交换加工刀具的能力，通过在刀库上安装不同用途的刀具，可在一次装夹中通过自动换刀装置改变主轴上的加工刀具，实现多种加工功能。
3.数控机床换刀主要分为三种方式，分别是回转刀架换刀、更换主轴头换刀、带刀库自动换刀。带刀库自动换刀方式由刀库，选刀系统，刀具交换机构等部分构成，结构较复杂。该方法虽然有着换刀过程动作多，设计制造复杂等缺点，但由于其自动化程度高，因此龙门加工中心等数控机床在加工工序比较多的复杂零件时，广泛采用这种换刀方式。同时，在数控机床领域中，普通的单主轴数控机床在工作中仅支持一把刀具同时工作，不支持两把及以上刀具同时工作，为摆脱单一的加工模式和继续提高加工效率，多主轴数控机床的应用日益广泛。于是，如何实现刀具妥善保存，高效、稳定地更换多主轴上的刀具，成为了设计多主轴刀库换刀机床要考虑的重要问题。
4.目前，传统的自动换刀机床或已公开的自动换刀方法都存在缺陷，例如刀库系统设于加工区域上方，刀库系统容易受切削液和切削屑污染；或是采用横置的刀库，使用者不方便随时查看刀具情况，对刀具作出调整。


技术实现要素：

5.基于此，本实用新型的目的在于，提供一种多主轴刀库换刀机床，其具有刀库容量大，换刀效率高和方便对刀库上的刀具进行检查和调整的优点。
6.本实用新型提供一种多主轴刀库换刀机床，包括：底座；龙门架，设置于所述底座上，其横梁的一侧上设有与所述横梁平行的x向导轨；刀库，设置于所述底座上，并位于所述横梁的另一侧，所述刀库上设置有取刀部件；加工机构，用于加工工件，滑动设置于所述x向导轨上；y向导轨，在所述横梁的下方穿过，并延伸至所述刀库的旁侧；加工工作台，用于放置工件，所述加工工作台滑动设置于所述y向导轨道上，并可移动至所述加工机构的下方；刀具夹持部，滑动设于所述y向导轨上，所述刀具夹持部可移动至所述加工机构的下方或所述刀库的旁侧。
7.进一步地，所述加工机构包括多个，所述刀具夹持部也包括对应的多个，多个所述刀具夹持部设置于一换刀工作台上，并通过所述换刀工作台滑动设置于所述y向导轨上。
8.进一步地，所述刀具夹持部上设置有两个刀具夹持位。
9.进一步地，所述刀具夹持部包括固定件和转动件，所述固定件固定于所述换刀工作台上，所述转动件的一端可水平转动地与所述固定件连接，所述刀具夹持位设置于所述转动件的另一端。
10.进一步地，所述加工机构包括四个，所述刀具夹持部也包括对应的四个，四个所述刀具夹持部设置于所述换刀工作台上。
11.进一步地，所述加工机构包括与所述x向导轨滑动连接的滑动板和设置在所述滑动板上的加工组件；所述滑动板背向所述x向导轨的侧面上设有与所述x向导轨垂直的z向导轨，所述加工组件包括与所述z向导轨滑动连接的主轴夹头，与所述主轴夹头固定连接的旋转主轴，以及用以驱动所述旋转主轴绕其纵轴旋转的旋转电机。
12.进一步地，所述x向导轨和y向导轨均包含两根单轨。
13.进一步地，所述刀库还包括刀库支架和两个固定于所述刀库支架上，并与所述x向导轨平行的横向置刀架；其中一个所述横向置刀架的高度高于所述刀具夹持部，另一个所述横向置刀架的高度低于所述刀具夹持部。
14.进一步地，所述刀库上还设置有第二x向导轨和第二z向导轨，所述第二z向导轨滑动设置于所述第二x向导轨上，所述取刀部件滑动设置于所述z向导轨上。
15.在本实用新型实施例中，通过将加工机构设置于龙门架横梁的一侧，将刀库设置于龙门架远离加工机构的一侧的底座上，并通过设置连通刀库与加工机构下方的y向导轨，在y向导轨上设置将刀具从刀库运送至加工机构下方的刀具夹持部，增加了刀库容量，同时也方便操作者在工件加工的全过程中随时查看刀库中刀具的情况，并可以对刀具进行更换和调整，机械手和机械臂也远离了加工区域，不受切削液的污染，降低刀库出故障的概率，同时，还通过在y轴上设置加工工作台，使得换刀和加工可以快速切换；在优选地实施例中，通过设置多组机械手和机械臂，能同时进行多个刀具的备刀和还刀，进一步提高了换刀效率；设置通过可旋转的取刀臂移动刀具，缩短了换刀工作台需要移动的距离，y向导轨方向上的底座长度得以缩短，减小机床的占用空间，方便机床摆放和布局，同时也提高了更换刀具的效率；通过设置共轨的换刀工作台和加工工作台，可减少机床设计的复杂程度，降低机床制造成本。
16.为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。
附图说明
17.图1为本实用新型一个实施例中的多主轴刀库换刀机床的结构示意图；
18.图2为本实用新型实施例中的龙门架和加工机构的结构示意图；
19.图3为本实用新型实施例中的移刀组件的结构示意图；
20.图4为本实用新型实施例中的刀库的结构示意图。
21.附图标注说明：1、底座；2、龙门架；21、横梁；22、立柱；23、x向导轨；3、加工机构；31、安装板；32、z向导轨；33、主轴夹头；34、旋转主轴；4、y向导轨；5、加工工作台；6、刀具夹持部；61、换刀工作台；62、取刀臂；621、刀具夹持位；63、固定轴；7、刀库；71、刀库支架；711、第二x向导轨；72、第二z向导轨；73、机械手；74、横向置刀架；75、刀具传递窗口
具体实施方式
22.以下是本实用新型的具体实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。
23.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。
24.如图1所示，在本实施例中，定义旋转主轴在龙门上横向移动的方向为x轴方向，定义工作台在y向导轨上的移动方向为y轴方向，定义旋转主轴在工作中竖直升降的方向为z轴方向。
25.需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以是直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
26.如图1所示，本实用新型实施例中的多主轴刀库换刀机床包括底座1，底座1上设置有龙门架2、y向导轨4和刀库7，龙门架2的横梁21的一侧上设有与横梁21长度方向平行的x向导轨23，刀库7则安装于底座1背离横梁21设有x向导轨23的一侧方向，并与龙门架2具有一定的距离，x向导轨23上滑动设置有用于加工工件的加工机构3。y向导轨4从龙门架2的下方穿过，并延伸至刀库7的旁侧，y向导轨4上滑动设置有用于放置工件的加工工作台5和用于夹持刀具的刀具夹持部6。
27.其中，刀库7上设置有取刀部件，取刀部件用于将刀库7中的刀具取出，并放置于位于刀库7旁侧的刀具夹持部6上，刀具夹持部6用于夹持刀具从刀库7旁侧移动至加工机构3下方，使得加工机构3可以安装其夹持的刀具，刀具夹持部6还用于从刀具夹持部6获取换下的刀具，并从加工机构3下方移动至刀库7旁侧，使得取刀部件从刀具夹持部6取下刀具，放回刀库7。加工工作台5则用于将待加工的工件运送至加工机构3下方，使得加工机构3可以加工该工件。
28.在本实用新型实施例中，加工机构可以包括一个或多个，刀具夹持部也可以包括对应的一个或多个。
29.如图2所示，可选地，龙门架2的两根立柱22分设在底座1两侧，横梁21跨设于两根立柱22上，其一侧面设有x向导轨23，加工机构3滑动安装在x向导轨23上。
30.如图2所示，可选地，加工机构3包括并排设置的4个。每个加工机构3包括安装板31、z向导轨32、主轴夹头33、旋转主轴34和旋转电机(未图示)，安装板31滑动设置于x向导轨上，安装板上设有与x向导轨垂直的z向导轨32，主轴夹头33夹持着旋转主轴34，滑动设置在z向导轨32上，旋转主轴34的下端用于夹持刀具。
31.如图1和图3所示，可选地，刀具夹持部6也包括对应的4个，且4个刀具夹持部6并排固定设置于一换刀工作台61上，进而通过换刀工作台滑动设置于y向导轨4上。为便于换装刀具，可选地，刀具夹持部6可转动的设置于换刀工作台61上。刀具夹持部6包括固定件和转动件，优选地，固定件为固定轴63，转动件为取刀臂62。固定轴63固定于换刀工作台61上，取刀臂62的一端可水平转动地与固定轴63连接。取刀臂62的另一端设置有用于夹持刀具的刀
具夹持位621，优选地，取刀臂62上设有两个刀具夹持位621。
32.如图1和图4所示，可选地，刀库7固定于底座1的侧面。优选地，刀库7为矩阵式刀库，其包括刀库支架71和2个平行的用于放置刀具的横向置刀架74，其中一个横向置刀架74的安装高度位于刀具夹持部6的上方，另一个横向置刀架74的安装高度则位于刀具夹持部的下方，在两个横向置刀架74之间，则形成一刀具传递窗口75。
33.如图4所示，为便于取刀部件灵活地拾取刀具，刀库支架71上还设置有第二z向导轨72和两个平行的第二x向导轨711，第二z向导轨72的上下两端分别滑动设置于两个第二x向导轨711上，且取刀部件滑动设置于第二z向导轨72上。优选地，取刀部件为机械手73。
34.本实用新型实施例的工作过程为：
35.第一工序开始，旋转主轴34开始加工工件。
36.进行送刀动作：在刀库7上，机械手73沿第二x向导轨711和第二z向导轨72移动至横向置刀架74上预设好的目标刀具附近，取下该把目标刀具。然后机械手73移动至刀具传递窗口75，其向前伸出，将其夹持的目标刀具放置到对应的1个取刀臂62的1个刀具夹持位621处，该刀具夹持位621夹持住该把目标刀具。至此，1次送刀动作结束。
37.随后，机械手73从刀具传递窗口75缩回并移动至所需更换的下一目标刀具附近，重复进行4次上述的送刀动作，令4个取刀臂62的各1个刀具夹持位621的均夹持着目标刀具后，机械手73返回初始位置，送刀动作完成。
38.送刀动作完成时，刀具夹持位621的开口朝向刀库7，加工工作台5位于旋转主轴34正下方。待第一工序完成，需要用目标刀具替换旋转主轴34上的旧刀具时，加工工作台5从沿y向导轨4移动至远离刀库7的一端，令旋转主轴34的下方留出空位。接着取刀臂62以固定轴63为圆心水平旋转一定角度。
39.旋转后，刀具夹持位621的开口均朝向旋转主轴34的下方，4个旋转主轴34分别在x向导轨23上移动调整其位置后，旋转主轴34竖直下降至指定高度，接着换刀工作台61沿y向导轨4向旋转主轴34移动，使刀具夹持位621卡持住旋转主轴34上的旧刀具。随后，为避免发生碰撞，旋转主轴34上升一端安全距离，并准备获取目标刀具。根据刀具夹持位621不同的设置情况，有两种取刀方式。方式一：旋转主轴34在x向导轨23上移动，调整其位置并对准下方的目标刀具后，旋转主轴34再次竖直下降至指定高度，控制旋转主轴34内部卡紧并获取4把目标刀具。方式二：取刀臂62旋转一定角度，使目标刀具置于旋转主轴34的正下方后，旋转主轴34再次竖直下降至指定高度，控制旋转主轴34内部卡紧并获取4把目标刀具。最后，换刀工作台61向刀库7方向移动，刀具更换完成。
40.至此，加工工作台5返回加工机构3的正下方，旋转主轴34开始进行第二工序的加工。
41.换刀工作台61移动至y向导轨4靠近刀库7的一端后，还刀动作开始：取刀臂62以固定轴63为圆心旋转一定角度，使刀具夹持位621开口均朝向刀库7，然后机械手73移动至刀具传递窗口75并向前伸出，夹持住1把旧刀具后缩回，再移动至横向置刀架74对应位置，将放回该把旧刀具，此时1个还刀动作结束。重复进行4次上述的还刀动作，将4个刀具夹持位621上的旧刀具都放回矩阵式刀库。
42.至此，一个完整的换刀工作过程完成。重复进行以上步骤，可依次完成下一加工工序的换刀工作。
43.在本实用新型实施例中，通过使用外设的矩阵刀库，增加了刀库容量，同时也方便操作者在工件加工的全过程中随时查看刀库中刀具的情况，并可以对刀具进行更换和调整，机械手和机械臂也远离了加工区域，不受切削液的污染，降低换刀系统出故障的概率；在优选地实施例中，通过设置多组机械手和第二z向导轨，能同时进行多个刀具的备刀和还刀，进一步提高了换刀效率；设置通过可旋转的取刀臂来移动刀具，缩短了换刀工作台需要移动的距离，y向导轨方向上的底座长度得以缩短，减小机床的占用空间，方便机床摆放和布局，同时也提高了更换刀具的效率；通过设置共轨的换刀工作台和加工工作台，可减少机床设计的复杂程度，降低机床制造成本。
44.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。