一种自动更换刀具装置用夹持装置的制作方法

本实用新型涉及3d打印设备的换刀装置，特别是一种自动更换刀具装置用夹持装置的夹持装置。

背景技术：

金属3d打印作为3d打印技术里的一大分支，其潜在技术应用将来也是3d打印产业一大支柱，其中以选择性激光烧结技术为代表的金属3d打印技术在成型件致密度、力学性能、加工材料类型多样化等方面上有着明显优点，它的原理是利用金属粉末在激光束的热作用下完全熔化并通过冷却固化最终实现材料的层层累加，影响其最终成品打印精度的因素有很多，例如激光功率、扫描路径、金属粉末质量等等，而每一层粉末平铺质量也是影响打印精度的要素之一，现阶段市面上通过改变刮刀材质、刮刀接触粉末面的外形、刮刀安装方式等手段已经使得铺粉质量大大提高，但是刮刀的磨损始终是打印过程中无法避免的一个问题，特别是当该问题导致在打印过程中需要更换刮刀时，会明显影响打印效率、加大时间成本。

在现有技术中，更换3d打印机舱内刮刀的操作常常是人工操作的，而人工操作时，需要打开舱门更换刀具并重新营造气氛环境，这样换刀效率很低下，而如果不改变舱内气氛系统的前提下实现手工更换刮刀的操作，考虑到刮刀在工作过程中到达影响粉末表面层质量时临界磨损状态的不确定性，这就要求在发现粉层表面质量下降时3d打印机能迅速做出更换刮刀的操作，显然，人工操作的速度是无法满足高速度换刀要求，因此，急需一种能够自动更换刀具的装置，而如何实现该装置，则需要各子装置或结构的优化配置。

技术实现要素：

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种自动更换刀具装置用夹持装置，通过设置夹持装置来滑动夹持滑动导向装置，进而在为滑动导向装置提供支撑的同时，便于夹持装置和滑动导向装置之间产生相对位移，为滑动导向装置传递刀具提供良好地前提条件。

本实用新型采用的技术方案如下：一种自动更换刀具装置用夹持装置，包括具有框架结构的夹持框架，所述夹持框架内滑动连接有滑动导向装置，夹持框架内至少一个内侧面上设置有滑槽或滑块，所述内侧面带有滑槽或滑块的侧边为滑动边，滑动导向装置至少一个侧面与所述滑动边的滑槽或滑块滑动配合并实现夹持，滑动导向装置能够沿所述滑动边的长度方向自由滑动。

由于上述结构的设置，通过夹持装置来滑动夹持滑动导向装置，进而在为滑动导向装置提供支撑的同时，便于夹持装置和滑动导向装置之间产生相对位移，为滑动导向装置传递刀具提供良好地前提条件。

进一步，所述夹持框架的侧边上设置有调节推动杆，所述调节推动杆贯穿夹持框架的侧边并与夹持框架固定连接，调节推动杆伸入滑动导向装置内，调节推动杆用于推动滑动导向装置内的刀具沿所述滑动边的长度方向移动。

进一步，所述夹持框架的上方设置有刀盒，夹持框架至少一个侧边的上端面设置有滑槽或滑块，刀盒通过的该侧边上端面的滑槽或滑块与夹持框架滑动连接，刀盒能够沿该侧边的长度方向滑动，并且该侧边的长度方向与所述滑动边的长度方向相同。

由于上述结构的设置，夹持框架在移动过程中带动刀盒同时移动，进而便于刀盒内的刀具落入滑动导向装置内，然后利用夹持框架和滑动导向装置之间存在的相对位移，通过调节推动杆来推动滑动导向装置内的刀具移动而离开滑动导向装置，进而实现单个刀具传递的过程，由此为实现自动更换刀具的操作提供可能。

进一步，为了便于驱动夹持装置，所述夹持框架的一侧通过连接机构与驱动装置连接，所述连接机构包括夹持装置连接板，所述夹持装置连接板的一侧与夹持框架的侧边固定连接，其另一侧与驱动装置连接，所述驱动装置用于驱动夹持框架沿所述滑动边的长度方向自由移动。

进一步，为了更好地实施本实用新型的夹持装置，所述滑动边分别位于滑动导向装置的两侧，滑动导向装置通过其侧边的横向滑块与滑动边的内侧滑动连接，滑动边的上端面通过滑槽或滑块与刀盒滑动连接，滑动边的一端通过连接边连接另一滑动边的一端，滑动边远离连接边的一端滑动连接有调节座，调节座与横向滑块相对，调节座与横向滑块之间设置有压簧，压簧的两端分别嵌入调节座和横向滑块内，所述压簧具有初始压缩量，以使横向滑块与调节座之间存在推力，当横向滑块与调节座之间的距离缩小时，所述压簧被压缩，由此在不增加额外动力源前提下，通过压簧储能释能过程可实现自动换刀动作。

作为优选，所述滑动边的内侧设置有滑槽，所述夹持框架通过滑动边内侧的滑槽与滑动导向装置的横向滑块滑动配合实现滑动连接。

进一步，所述连接边上设置有用于推杆通过的通孔，所述滑动边的上端面上设置有用于限制刀盒滑动的限位块，所述调节座通过滑动来调节在滑动边上的位置，然后通过限位结构固定调节座的位置。

进一步，所述调节座与滑动导向装置相对的一面设置有直柄限位开关，所述直柄限位开关通过信号产生器和信号传输线与外部控制系统连接并实现信号传输，当滑动导向装置与直柄限位开关接触时，直柄限位开关通过信号产生器将信号传输给外部控制系统。

进一步，所述夹持装置的底部固定连接有第一刀具夹板，所述第一刀具夹板与固定连接在滑动导向装置上的第二刀具夹板组合形成刀具夹板，所述刀具夹板用于夹持刀具。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：本实用新型提供的一种自动更换刀具装置用夹持装置，通过设置夹持装置来滑动夹持滑动导向装置，进而在为滑动导向装置提供支撑的同时，便于夹持装置和滑动导向装置之间产生相对位移，为滑动导向装置传递刀具提供良好地前提基础，解决人工更换刀具所存在的不足，便于自动化换刀装置实现自动化换刀操作。

附图说明

图1是本实用新型的一种自动更换刀具装置三维结构示意图；

图2是本实用新型的自动更换刀具装置的驱动装置结构示意图；

图3是本实用新型的轴滑板与夹持装置连接的结构示意图；

图4是本实用新型夹持装置连接与夹持装置连接的结构示意图；

图5是本实用新型自动更换刀具装置剖视结构示意图；

图6是本实用新型夹持装置与滑动导向装置配合安装结构示意图；

图7是本实用新型夹持装置三维结构示意图；

图8是本实用新型滑动导向装置三维结构示意图；

图9是本实用新型夹持装置与滑动导向装置配合后剖视结构示意图；

图10是本实用新型所涉及的刀具(刮刀)三维结构示意图；

图11是本实用新型的刀盒三维结构示意图；

图12是本实用新型夹持装置横截面剖面结构示意图。

图中标记：1为夹持装置，101为夹持框架，102为滑动边，103为滑动导向装置滑槽，104为刀盒滑槽，105为调节推动杆，106为连接边，107为调节座，108为方槽，109、213为压簧沉孔，110为直柄限位开关，111为限位块，2为滑动导向装置，201为框架本体，202为上端面，203为下端面，204为第一刀具通孔，205为第二刀具通孔，206为滑动导向结构，207为滑动导向块，208为末端导向部，209为侧面通孔，210为横向滑块，211为侧面通道，212为推杆沉孔，3为压簧，4为驱动装置，401为伺服电机，402为丝杠，403为丝杠螺母，404为螺母座，405为轴承支座，406为联轴器，5为刀具，501为滑槽部分，6为打印舱室，7为推杆，8为导轨，801为轴滑板，802为导轨滑块，803为刀具转接板，804为夹持装置连接板，9为第一刀具夹板，10为第二刀具夹板，11为刀盒，1101为刀盒主体，1102为把手，1103为短十字手柄，1104为观察孔，1105为燕尾型导轨。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

本实用新型的夹持装置主要用于3d打印机的自动更换刀具装置内，如图1所示，图1示出了一种自动更换刀具装置的结构，它包括夹持装置1、滑动导向装置2、刀盒11和驱动装置4，所述驱动装置4通过导轨8滑动连接在打印舱室6上，如图2所示，驱动装置4包括伺服电机401，伺服电机401固定设置在打印舱室6的右侧外壁上，伺服电机401的电机轴通过联轴器406将动力传递给丝杠402，丝杠402穿过丝杠螺母403，丝杠螺母403上固定有螺母座404，丝杠402通过轴承支座405固定在打印舱室6一侧的内壁上，丝杠的上下侧分别平行设置有导轨8，导轨8位于轴承支座405的外侧，并固定于打印舱室6的内壁上，导轨8之间设置有轴滑板801，轴滑板801横跨在导轨8之间，轴滑板801通过导轨滑块802与导轨8滑动连接，导轨滑块802套设在导轨8上，螺母座404的一侧与轴滑板801固定连接，轴滑板801可在导轨8上自由滑动。伺服电机401通过丝杠402将旋转运动转换为线性运动，在丝杠402的运动作用下，由于丝杠402的螺母座404与轴滑板801固定连接，丝杠402带动轴滑板801沿着导轨8做线性运动，由此实现对轴滑板801的驱动。当然，上述只是具体介绍了一种驱动装置的结构，作为可替换的技术手段，上述的驱动装置也可以通过其他驱动结构来替换，例如，可以由传统液压驱动或气压驱动，只要能够实现轴滑板801在导轨8上来回滑动即可。

进一步地，所述轴滑板801的另一侧(即远离导轨5的一侧)固定连接有用于与夹持装置1连接的连接机构，所述连接机构包括夹持装置连接板804和刀具转接板803，刀具转接板803的一侧与轴滑板801贴合固定，其另一侧固定连接夹持装置连接板804，夹持装置1通过夹持装置连接板804与刀具转接板803固定连接，所述夹持装置连接板804具有类三角形框架结构，如图3-5所示，夹持装置连接板804的一侧边与刀具转接板803贴合固定，夹持装置连接板804上远离该侧边的尖角部分通过连接板(图中未标出)与夹持装置1固定连接，由此在夹持装置连接板804内形成具有一定空间的类三角形空腔，这样的设置不仅能够保证夹持装置连接板804的结构稳定性(夹持装置连接板804在为夹持装置1提供支撑时，其斜边和横向边不易弯曲变形)，还能有助于安装和调节工具伸入夹持装置连接板804内进行操作。

进一步地，所述夹持装置1包括具有框架结构的夹持框架101，如图6和图7所示，夹持框架101用于夹持滑动导向装置2，所述夹持框架101内至少一个内侧面上设置有滑槽或滑块，所述内侧面带有滑槽或滑块的侧边为滑动边102，滑动导向装置2至少一个侧面与所述滑动边102的滑槽或滑块滑动配合并实现夹持，滑动导向装置2能够沿所述滑动边102的长度方向自由滑动，所述夹持框架101通过夹持装置连接板804与驱动装置4固定连接，驱动装置4带动轴滑板801移动，进而带动夹持框架101沿所述滑动边102的长度方向移动。在图7的实施例中，夹持框架101为具有“c”形的框架结构，其呈对称的两个侧边内侧(即夹持框架101的左右两个侧边)均设置有滑动导向装置滑槽103(当然也可设置滑块)，而该侧边则成为滑动边102，其连接两个滑动边102的另一边则为连接边106，滑动导向装置通过该滑动边102与夹持框架101滑动连接，夹持装置连接板804的尖角部分与一个滑动边102的外侧固定连接(即与夹持框架101右侧的滑动边102固定连接)。进一步，至少一个滑动边102的上端面上设置有滑槽或滑块，刀盒3通过的该滑动边102上端面的滑槽或滑块与夹持框架101滑动连接，刀盒3能够沿该滑动边102的长度方向滑动，如在图3中，滑动边102的上端面上均设置有刀盒滑槽104(当然也可设置滑块)，刀盒11通过刀盒滑槽104与夹持框架101滑动连接。

进一步地，如图8和图9所示，所述滑动导向装置2包括具有中空结构的框架本体201，框架本体201的端面上开孔形成用于刀具5通过的刀具通孔，所述刀具通孔分别设置在对称的端面上，且刀具通孔不位于端面的中部，对称端面上的刀具通孔错开设置，以使刀具通孔不相互正对，刀具通孔接通框架本体201的中空腔，在图8的实施例中，框架本体201的上端面202和下端面203上分别设置有第一刀具通孔204和第二刀具通孔205，第一刀具通孔204设置在上端面202的左侧(以面对图8的视角来判断)，第二刀具通孔205设置在下端面203的右侧，第一刀具通孔204和第二刀具通孔205错开设置，其宽度和长度均与刀具5的宽度和长度相匹配，框架本体201的中空腔的高度与刀具5的高度相匹配，即高度相同。框架本体201的上端面202和下端面203上都设置有滑动导向结构206，刀具5(即刮刀)通过滑动导向结构206滑动至刀具通孔处直至通过刀具通孔。

进一步地，滑动导向结构206与刀具的底部相配合滑动，滑动导向结构206可以由若干个滑动导向块207组成，当然，滑动导向结构206还可以由其他结构组成，例如可以由滑槽、滑轨等结构组成，当滑动导向结构206由若干个滑动导向块207组成时，例如在图8的实施例中，其可以由一对滑动导向块207组成，滑动导向块207可以为长条矩形结构或者其他凸形结构，滑动导向块207固定设置在框架本体201上且与刀具通孔垂直设置，框架本体201的下端面203的滑动导向块207位于框架本体201内，为了便于更好地固定住刀具5，滑动导向块207位于刀具通孔的短边端处，当刀具5的底部与滑动导向块207配合时，刀具5的长边方向被滑动导向块207限制住，进而使刀具5只能沿滑动导向块207的长边方向滑动，进而使其不易发生偏转。

进一步，如图10所示，图10示出了一种常用的刀具结构，当然刀具还可以具有其他结构类型，其对本发明的实施并无实质影响，对于图10中的刀具结构，其截面为“t”型与“v”组合而成，下部分“v”型外侧为弧状，便于旧刀具释放，“v”型两端与所述第一刀具夹板9和第二刀具夹板10内侧相契合，如图9所示，保证刀具5工作时不发生偏移，所述刀具5端面的两侧设置有滑槽部分501，其用于与滑动导向块207配合，以便于刀具实现相对横向平移。

在本实用新型的一个实施例中，框架本体201的侧面敞口形成侧面通孔209，如图9所示，所述侧面通孔209处固定连接有横向滑块210，所述横向滑块210突出于框架本体201外，横向滑块210的外侧面为燕尾凸缘结构，所述滑动导向装置滑槽103为燕尾槽结构，横向滑块210通过其外侧的燕尾凸缘结构与滑动导向装置滑槽103实现滑动配合，进而使滑动导向装置2被夹持在夹持装置1的内部。进一步地，横向滑块210与所述侧面通孔209的顶部之间留有间距形成侧面通道211，如图5、图7和图9所示，所述侧向通道211用于容纳调节推动杆105，所述调节推动杆105设置在滑动边102的内侧，如图7所示，调节推动杆105设置在滑动导向装置滑槽103的上方，调节推动杆105的一端贯穿滑动边102并露出滑动边102外侧外形成推动杆调节部(即十字手柄)，调节推动杆105的另一端伸入滑动导向装置2的中空腔内，即伸入框架本体201的中空腔内，所述调节推动杆105能够沿侧面通道211的走向自由滑动，调节推动杆105用于推动框架本体201内的刀具5沿滑动导向块207向刀具通孔处滑动。也即是说，当框架本体201与夹持框架101之间发生相对位移时，调节推动杆105就能沿侧面通道211运动，当刀具5位于调节推动杆105的右侧时，则调节推动杆105在向右移动时，就能推动刀具5向右移动，进而使刀具5向第二刀具通孔205靠拢，直至落入第二刀具通孔205内。

在本实用新型的一个实施例中，所述夹持框架101的下方固定连接有第一刀具夹板9，所述框架本体201的底部固定连接有第二刀具夹板10，所述第一刀具夹板9与第二刀具夹板10组合形成刀具夹板，如图9所示，所述刀具夹板用于夹持刀具5，进一步，第一刀具夹板9设置在夹持框架101的连接边106的下方，第二刀具夹板10位于第二刀具通孔205的下方。

进一步，如图11所示，本实用新型所涉及的刀盒11包括具有中空形状的刀盒主体1101，刀盒主体1101内采用单排叠加方式存放有刀具5，刀盒主体1101的内腔中带有滑槽口(图中未标出)，起导向及刀具姿态限制的作用，所述刀盒11的一个侧面带有一把手1102和一对短十字手柄1103，当刀盒11安装到位后将所述短十字手柄1103旋出，刀盒11底部畅通，新刀具落下，新刀具底部将与框架本体201的上端面202右侧相接触，所述刀盒11下端分布有一对导轨或滑槽，在图11的示例中，刀盒11下端为一对燕尾型导轨1105，则夹持框架101的滑动边102上端面则为燕尾型刀盒滑槽104，如图7所示，燕尾型导轨1105与刀盒滑槽104滑动配合，在刀盒滑槽104内还设置有燕尾形状的限位块111，当刀盒11通过燕尾型导轨1105与刀盒滑槽104滑动配合后，通过限位块111将刀盒11位置固定，以限制其滑动。

进一步，打印舱室6的内壁上固定设置有推杆7，所述推杆7的一端与打印舱室6的内壁固定连接，其另一端可以穿过夹持框架101的连接边106，如图12所示，连接边106上设置有用于推杆7通过的通孔(图中未标出)，滑动导向装置2的横向滑块210朝向推杆7的一面设置有推杆沉孔212，推杆沉孔212用于容纳推杆7伸入连接边106的端部，当夹持装置1向推杆7方向移动时(即向左移动)，刀盒11和滑动导向装置2也向推杆7方向同步移动，当继续靠近推杆7时，推杆7穿过连接边106并插入横向滑块210内，此时，滑动导向装置2由于受到推杆7的阻挡作用而无法继续向推杆7方向移动，夹持装置1由于未受到推杆7的阻挡作用，其继续向靠近推杆7的方向移动，并同时带动刀盒11同步移动，此时，刀盒11下部的刀具5沿框架本体201上端面的滑动导向块207向左滑动至第一刀具通孔处，直至刀具5下落并与下端面203上的滑动导向块207滑动配合为止，调节推动杆105则沿侧面通道211向左移动，直至刀具5下落至下端面203上的滑动导向块207为止，调节推动杆105则位于刀具5的左侧，第一刀具夹板9向左继续移动，直至夹持框架101停止移动为止，第二刀具夹板10由于框架本体201被限制移动而保持不动，进而使第一刀具夹板9与第二刀具夹板10之间的间距被拉大，故使原本夹持在第一刀具夹板9与第二刀具夹板10之间的旧刀具脱离束缚而落下，由此完成刀具夹板的退刀操作。

进一步，横向滑块210远离推杆7的一面设置有压簧沉孔213，压簧沉孔213与推杆沉孔212相互之间不连通，滑动边102的悬臂端处设置有调节座107，如图7所示，调节座107与滑动边102悬臂端的内侧面通过滑块滑动连接，滑动边102悬臂端的内侧面设置有用于滑块滑动的方槽108，调节座107与横向滑块201相对并也设置有压簧沉孔109，压簧3的两端分别伸入压簧沉孔109和压簧沉孔213内，通过控制调节座107与横向滑块210之间的距离来调节压簧3的初始压缩量，使滑动导向装置2初始状态下就具有向夹持框架101的连接边106滑动的趋势，进而给分别位于夹持框架101和框架本体201的下部的第一刀具夹板9和第二刀具夹板10赋予初始预紧力，保证刀具夹板能够紧紧夹住刀具5，由此保证刀具5在正常工作时不发生偏移和松动，确保刀具5工作的稳定性。

进一步，由于存在压簧3，之前刀盒11和夹持装置1向左移动而滑动导向装置2受到推杆12的限位作用而相对不动时，压簧3受到压缩而储存弹性能量，而当刀盒11和夹持装置1向右移动时，压簧3释放弹性势能而使滑动导向装置2受到向左的弹力，进而使滑动导向装置2不能同时跟刀盒11和夹持装置1一同向右移动而保持其位置相对不动，此时，刀盒11向右滑动并远离第一刀具通孔204，调节推动杆105沿侧面通道211向右移动并推动框架本体201内的新刀具5向右滑动至第二刀具通孔205处下落为止，第一刀具夹板9向右移动，由于框架本体201继续被限制移动而保持不动，进而使第一刀具夹板9与第二刀具夹板10之间的间距又被逐渐缩小，通过第二刀具通孔205下落的新刀具5下落至第一刀具夹板9与第二刀具夹板10之间并被束缚住，随着第一刀具夹板9的继续移动而使新刀具5被刀具夹板紧紧夹住，由此完成刀具夹板安装新刀具的操作。

进一步地，当滑动导向装置2与刀盒11和夹持装置1之间发生相对位移时，为了便于控制彼此之间的相对位移，以便于外部控制装置自动控制刀盒11、夹持装置1和滑动导向装置2的移动，调节座107的压簧沉孔109的上方设置有直柄限位开关110，如图7所示，当夹持装置1相对于滑动导向装置2向左移动时，调节座107与滑动导向装置2的框架本体201之间的间距不断缩小，直至产生接触而触发设置在调节座107上的直柄限位开关110，直柄限位开关110被触发后，通过信号产生器产生信号并由信号传输线路传递给外部控制系统(即采用传统的触点控制系统)，外部控制系统接收信号后作出反馈信号，使刀盒11和夹持装置1停止向左移动，同时传输信号给伺服电机401，使伺服电机401反转，刀盒11和夹持装置1反向并向右移动，当然，对于如何控制彼此之间的相对位移的问题，可不采用上述传统的触点控制系统，其也可以通过传统红外线控制系统来解决，只要能解决该问题即可。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。