本发明涉及换刀机构，具体为一种立柱式加工中心。
背景技术：
1、加工中心是一种常用的零部件加工设备，常用于对零部件进行车、铣等辅助加工，在立柱式加工中心的多工序连续加工过程中，需要用到多种刀具对金属物料进行加工，而换刀臂是实现刀具自动更换的核心部件，传统换刀臂包括机械臂本体、动力传动模块、锁止销、顶销与检测模块构成，当检测模块检测到下一道工序需要更换刀具时，发出信号使得动力传动模块驱动机械臂本体转动90°，此时机械臂本体两端的锁止销分别夹持刀库和立柱主轴上的刀具并向下移动将上述的刀具拔出，在拔出的过程中顶销将锁止销锁止固定，使得机械臂本体两端的刀具锁止，从而避免在更换刀具的过程中将刀具甩出，并在拔出刀具后转动180°，使得刀库和立柱主轴上的刀具位置互换并向上移动，使得顶销受到挤压从而对锁止销解锁，从而将上述的刀具插入刀库和立柱主轴中，从而完成刀具切换。然而，随着加工效率的提升及复杂工件对多刀具协同加工的需求增加，这使得刀库内有多种刀具，每种刀具的中心以及重量不尽相同，这使得某些较重的刀具在随着换刀臂旋转的过程中受到的摆转惯性矩较大，可能使得换刀臂的夹持力不足导致刀具脱落。
2、针对上述问题，现有技术提供了一些解决方案，例如专利申请号cn202510020666.1的发明专利提供了一种自动锁刀装置，该方案通过在刀臂本体的两端内设有锁刃组件，锁刃组件包括顶杆、弹性升降在刀臂内且用于将顶杆推向刀具的推块及用于带动推块升降的升降驱动机构，升降驱动机构包括转动设置的转盘及承托在转盘下方的下盘，下盘底面为解锁面，转盘向下凸出形成有下凸块，下盘外缘凹陷形成有用于容纳下凸块且供其转动的容置槽，下凸块转动过程中其侧壁及容置槽的槽壁围合形成有用于容纳弹性复位的推块以使推块上移推压顶杆的锁定槽，通过利用转盘与下盘相互配合来形成供推块进入的锁定槽，进而通过推块与顶杆配合来将刀具锁定后进行换刀，避免了在快速换刀时掉刀情况的发生，提高了刀臂夹持刀具的强度，但该方案中为了固定刀具，锁销的外缘面直接受到顶杆挤压，这使得设备在长时间使用后锁销与顶杆的接触面受到磨损而凹陷，从而使得顶杆因为间隙的出现使得刀具在固定时产生晃动，从而可能导致在对刀时刀具与立柱式主轴的同心度下降甚至飞刀，进而影响生产质量以及使用安全。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种立柱式加工中心，以解决立柱式加工中心在更换刀具时，由于较重的刀具在随着换刀臂旋转的过程中受到的摆转惯性矩较大，可能使得换刀臂的夹持力不足导致刀具脱落问题的同时；解决现有技术方案中换刀臂内的锁销与顶杆长时间对同一接触点的反复锁止从而使得该处的摩擦间隙扩大，导致顶杆在固定刀具时产生晃动，从而可能导致在对刀时刀具与立柱式主轴的同心度下降甚至飞刀，使得立柱式加工中心损坏的问题。
2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
3、一种立柱式加工中心，包括机架、刀库、立柱主轴和转动轴，所述刀库与立柱主轴并排安装于机架内，所述转动轴与所述机架连接，所述刀库与立柱主轴上安装有刀具，所述转动轴上设有换刀臂，所述换刀臂左右两端设有与刀具配合的换刀槽，所述换刀臂内部开设有锁止槽和顶槽，所述锁止槽与顶槽连通，所述换刀臂左右两端内设有锁止销和顶销，所述锁止销与锁止槽弹性连接，所述顶销与顶槽弹性连接且顶销一端与机架抵接，所述顶槽内设有转盘和旋转组件，所述转盘与顶槽同心，所述转盘包括凸面和凹面，所述凸面和凹面呈间隔排列于转盘外缘，所述顶销贯穿转盘并与转盘转动连接，所述旋转组件通过顶销伸缩驱动凸面和凹面与锁止销交替抵接。
4、容易理解的，在顶销上转动连接有转盘，当顶销顶出顶槽时转动组件驱动转盘转动至凸面，使得锁止销顶出锁止槽从而完成对刀具的锁定，进而避免了刀具在调换时，受到的摆转惯性矩较大，可能使得换刀臂的夹持力不足导致刀具脱落问题，在保证了锁止强度的同时，转盘外缘面上间隔排列有两种不同直径的凸面和凹面，转动组件通过顶销受到的弹力驱动转盘转动，从而使得锁止销分别与不同的凸面和凹面交替抵接，从而防止只有单个凸面反复与锁止销抵接，避免了与锁止销抵接的接触面无法充分利用，从而减少了上述二者摩擦间隙扩大的损耗时间，从而提高了设备的使用寿命以及稳定性，从而避免锁止销在锁定刀具时产生晃动，并且通过顶销位置变动驱动，以此减少外部动力的设置，且结构简单，有效降低设备制造成本。
5、优选的，所述旋转组件包括导槽、滑动部和锁止件，所述导槽呈环状的波浪线并开设于转盘的内缘面，所述导槽的最低点位于凹面方向，所述导槽的最高点位于凸面方向，所述滑动部一端与顶销转动连接，另一端与所述导槽滑动连接，所述锁止件与所述顶销和转盘连接。
6、容易理解的，通过在转盘内缘面开设有波浪形的导槽，从而使得顶销沿着顶槽上下滑动的过程中，滑动部处于导槽路径内，从而使得顶销被挤压时，滑动部处于滑槽的最低点，此时锁止销另一端被刀具挤压时可与转盘上的凹面抵接，当顶销弹出顶槽时，滑动部移动至导槽最高点，由于导槽呈波浪形，从而使得滑动部在上述移动的过程中，转盘被导槽的路径所限定从而转动固定角度，从而使得滑动部位于导槽最高点后，转盘上的凸面与锁止销抵接，重复上述步骤使得每一次锁止销在锁定刀具时，与锁止销抵接的凸面皆不同，从而使得与锁止销抵接的接触面得到充分利用，从而延长了上述二者摩擦间隙的扩大，导致锁止销在锁顶刀具时产生晃动的时间，从而提高了设备的使用寿命以及稳定性。
7、优选的，所述锁止件包括呈圆周阵列开设于所述顶槽内壁的内壁槽，所述内壁槽内弹性连接有固定块，所述固定块与凹面抵接，所述顶销下端设有顶盘，所述顶盘上弹性连接有顶针，所述顶针呈锥形，所述顶针贯穿内壁槽并与固定块抵接。
8、容易理解的，由于滑动部上下移动时处于导槽路径内，使得转盘受到导槽的限制从而实现转动，这使得转盘上的凸面在与锁止销抵接后，顶销受到该抵接处的应力集中，在顶销长期使用后可能会发生细微的弯曲，这使得转盘与顶槽的同心度发生改变，进而导致锁止销在与凸面抵接后仍可在锁止槽内滑动，使得换刀臂对刀具的锁止强度下降，通过锥形的顶销深入内壁槽的过程中，固定块被顶针的锥形面所挤出内壁槽，直至固定块与凹面抵接，从而对转盘内的顶销起到一定的支撑作用，进而避免来自单方向的应力集中导致顶销出现弯曲变形，从而保证了顶销在长时间使用后，锁止销对刀具的锁止效果仍能得到保证。
9、优选的，所述导槽的波浪形端点处设有变相部，所述变相部直径大于所述导槽的波浪形直径，所述变相部朝向同一端所述导槽的路径倾斜。
10、容易理解的，为了避免顶销沿着顶槽上下滑动的过程中，在导槽的一段路径内往复移动，使得同一凸面多次与锁止销抵接，导致该处凸面磨损率大于其他凸面，通过在导槽的波浪形上下两端处设有变相部，使得滑动部在移动至导槽的上下两端后会进入变相部，由于变相部皆朝向同一方向的导槽路径倾斜，使得滑动部滑出变相部后只会进入接近变相部一侧的导槽路径内，从而避免了单个凸面可能多次重复对锁止销锁止，进而使得转盘的使用寿命得到提高，从而保证了换刀臂在长期使用后的稳定性。
11、优选的，所述凸面与凹面的连接处设有圆角，所述锁止销靠近转盘一端设有内圆弧面，所述内圆弧面朝向转盘转动方向倾斜布置。
12、容易理解的，通过圆角与内圆弧面的同心配合，进而减少转盘上凹面和凸面在切换时与内圆弧面滑动出现而的摩擦力，从而进一步提高了转盘的使用寿命。
13、优选的，所述转盘上转动连接有转动部，所述转动部下端面设有转动销，所述转盘上端面设有转动槽，所述转动销与所述转动槽弹性连接，所述内壁槽开口端朝向所述凹面倾斜布置，所述转动部上的凸面直径大于所述内圆弧面直径。
14、容易理解的，通过设置转动部并将内壁槽朝向凹面倾斜布置，使得转盘上的一处凸面在长时间使用后若发生磨损，其倾斜布置的内壁槽中的固定块则会挤压转动部上的凹面，从而驱动转动部进行旋转，而保证了转盘上的凸面在长时间使用后虽然不可避免会产生磨损，但转动部则会继续转动，直至转动部上满足对锁止销锁定条件的凸面与锁止销抵接，从不会因为凸面的摩擦间隙扩大，导致刀具产生晃动，使得锁止销对刀具的锁止强度仍然得到保证。
15、优选的，所述固定块上设有朝向转盘转动方向倾斜的外圆弧面，所述外圆弧面沿凹面中部滑动并与转盘转动方向处的圆角抵接，所述凹面弧长为转动槽弧长的二分之一，所述转动部上的凸面弧长与转动槽弧长相等。
16、容易理解的，当固定块挤压转动部并使其转动时，转动部上的凸面与锁止销抵接处不可避免的会发生磨损，因磨损间隙的扩大从而使得固定块继续驱动转动部旋转，使得凸面转动一定角度后重新与锁止销抵接，在保证了锁止强度的情况下，提高了凸面的可利用面积，并通过增加转动部上凸面的面积相对于凹面面积的占比率，进一步提高了转盘的使用寿命。
17、所述转动部的凸面上开设有齿面，所述锁止销上弹性连接有楔块，所述楔块朝向转盘转动方向倾斜并与齿面抵接。
18、容易理解的，固定块的外圆弧面在沿着凹面长期滑动的过程中会发生磨损，由于固定块的位置直接关联转动部的转动角度，而因磨损产生的间隙使得转动部的转动角度发生改变，从而使得未磨损的凸面无法完全补偿对锁止销的锁定，通过楔块与齿面组成单向的锁止结构，使得转动部在被转动后无法因转动销受到的拉力而回转，进而分担了一部分转动部对固定块的反作用力，从而减少了固定块与凹面之间的滑动摩擦力，从而减少了固定块与凹面相对滑动产生的磨损，进一步提高了转盘的使用寿命。
19、与现有技术相比，本发明的有益效果为：
20、1、本发明通过设置转盘和旋转组件，顶销在弹出顶槽时使得旋转组件驱动转盘转动固定角度使得锁止销被转盘的凸面锁止从而锁定刀具的位置，当换刀臂复位后顶销收缩，旋转组件驱动转盘继续转动固定角度至凹面从而解除锁止销对刀具的锁定，以此避免换刀臂在长时间使用后顶销对锁止销同一点的反复锁止出现的摩擦间隙扩大，而顶销其他面未充分利用的问题，使得刀具在锁定时产生晃动，从而保证了立柱式加工中心的设备配合精度以及使用安全。
21、2、本发明通过设置变相部，使得滑动部在移动至导槽上下两端后会进入变相部，由于变相部皆朝向同一方向的导槽路径倾斜，使得滑动部滑出变相部后只会进入接近变相部一侧的导槽路径内，从而避免了单个凸面可能多次重复对锁止销锁止，使得转盘的使用寿命得到提高。
22、3、本发明通过设置转动部并将内壁槽朝向凹面倾斜布置，使得转盘上的凸面在长时间使用后若发生磨损，其内壁槽中的固定块则会驱动转动部进行旋转，直至转动部上满足对锁止销锁定条件的凸面与锁止销抵接，从而保证了转盘在长时间使用后，不会因为凸面的摩擦间隙扩大，导致刀具产生晃动，使得锁止销对刀具的锁止强度仍然得到保证。
23、4、本发明通过设置齿面和楔块，通过齿面和楔块组成的单向锁止结构，分担了一部分转动部对固定块的反作用力，从而减少了固定块与凹面之间的滑动摩擦力，从而减少了固定块与凹面相对滑动产生的摩擦损耗，从而提高了固定块与转盘的使用寿命。