加工中心主軸不停轉(zhuǎn)無(wú)機(jī)械手自動(dòng)換刀裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于數(shù)控加工裝置領(lǐng)域，具體涉及數(shù)控加工中心的主軸不停轉(zhuǎn)快速自動(dòng)換刀裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]電主軸、高速絲杠和直線(xiàn)電動(dòng)機(jī)的發(fā)展應(yīng)用極大地提高了切削效率，為了配合機(jī)床的高效率，作為加工中心的重要部件之一的自動(dòng)換刀裝置(ATC)的高速化也相應(yīng)成為高速加工中心的重要技術(shù)內(nèi)容。隨著切削速度的提高，切削時(shí)間的不斷縮短，對(duì)換刀時(shí)間的要求也在逐步提高，換刀的速度已成為高水平加工中心的一項(xiàng)重要指標(biāo)。
[0003]衡量換刀速度的方法主要有三種:1.刀對(duì)刀換刀時(shí)間2.位置對(duì)位置換刀時(shí)間
3.切削對(duì)切削換刀時(shí)間。由于切削對(duì)切削換刀時(shí)間基本上就是加工中心兩次切削之間的時(shí)間，反映了加工中心換刀所占用的輔助時(shí)間，因此切削對(duì)切削換刀時(shí)間應(yīng)是衡量加工加工中心效率的直接標(biāo)準(zhǔn)。機(jī)床的換刀通常都是主軸停止旋轉(zhuǎn)后進(jìn)行，但是從機(jī)床主軸停止到重新啟動(dòng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速亦需要一定的時(shí)間，其實(shí)質(zhì)也是一個(gè)時(shí)間的浪費(fèi)，為了降低或消除從機(jī)床主軸停止到重新啟動(dòng)達(dá)到額定轉(zhuǎn)速所需要的輔助時(shí)間，本發(fā)明提供了一種加工中心主軸不停轉(zhuǎn)無(wú)機(jī)械手自動(dòng)換刀裝置，旨在減少加工輔助時(shí)間，提高機(jī)床的利用率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供了一種加工中心主軸不停轉(zhuǎn)無(wú)機(jī)械手自動(dòng)換刀裝置，適用于無(wú)機(jī)械手的數(shù)控加工中心換刀，旨在減少數(shù)控加工中的切削對(duì)切削的換刀時(shí)間，減少加工輔助時(shí)間，提尚機(jī)床的利用率。
[0005]加工中;L1、主軸不停轉(zhuǎn)無(wú)機(jī)械手自動(dòng)換刀裝置，其特征在于:包括主軸、刀柄、刀庫(kù)和數(shù)控系統(tǒng)。
[0006]主軸包括主軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置、與刀柄同軸連接的內(nèi)錐孔、調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)速系統(tǒng)、主軸周向位置的實(shí)時(shí)檢測(cè)與調(diào)整系統(tǒng)；內(nèi)錐孔設(shè)置在主軸的最前端；調(diào)速系統(tǒng)、實(shí)時(shí)檢測(cè)與調(diào)整系統(tǒng)和主軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置與數(shù)控系統(tǒng)相連接。
[0007]刀柄包括與主軸同軸連接的外錐柄、設(shè)置在外錐柄下方的刀體、套設(shè)在刀體上的軸承，套設(shè)在軸承外圈上用來(lái)被刀夾夾持的凹槽、A嚙合裝置和刀具;外錐柄設(shè)置在刀柄的最上端，軸承、凹槽和A嚙合裝置依次設(shè)置在刀體的中部，刀具設(shè)置在刀體的下端。
[0008]刀庫(kù)包括包括多個(gè)刀位和刀位換位裝置、每個(gè)刀位包括用來(lái)夾持刀具的刀夾、驅(qū)動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)的刀具驅(qū)動(dòng)電機(jī)、刀具周向位置的實(shí)時(shí)檢測(cè)與調(diào)整系統(tǒng)、與刀具嚙合的B嚙合裝置;刀位換位裝置根據(jù)加工程序需要用來(lái)更換刀具的刀位，刀夾通過(guò)夾持刀柄上的凹槽來(lái)夾持刀具。刀具驅(qū)動(dòng)電機(jī)與B嚙合裝置相連接，當(dāng)需要刀具旋轉(zhuǎn)時(shí)，刀具驅(qū)動(dòng)電機(jī)驅(qū)動(dòng)B嚙合裝置旋轉(zhuǎn)；當(dāng)?shù)毒哐b入刀位后，刀位中的B嚙合裝置與刀柄上的A嚙合裝置相嚙合。
[0009]數(shù)控系統(tǒng)通過(guò)電纜和主軸的調(diào)速系統(tǒng)、實(shí)時(shí)檢測(cè)與調(diào)整系統(tǒng)、主軸驅(qū)動(dòng)裝置、以及刀庫(kù)刀位中的刀具驅(qū)動(dòng)電機(jī)、刀具周向位置的實(shí)時(shí)檢測(cè)與調(diào)整系統(tǒng)、刀位換位裝置相連接通訊。
[0010]所述套設(shè)在刀體上的軸承的外圈和用來(lái)被刀夾夾持的凹槽制作成兩個(gè)獨(dú)立的零件或者整體的一體化結(jié)構(gòu)。
[0011]主軸的主軸周向位置的實(shí)時(shí)檢測(cè)與調(diào)整系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)主軸上的刀具的周向位置，并保持在換刀時(shí)，主軸上的刀具的周向位置和刀庫(kù)刀位中的B嚙合裝置的周向位置一致。
[0012]刀庫(kù)刀位中刀具周向位置的實(shí)時(shí)檢測(cè)與調(diào)整系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)刀位中刀具的周向位置，并保持在換刀時(shí)，刀庫(kù)刀位中的B嚙合裝置的周向位置和主軸旋轉(zhuǎn)的周向位置一致。
[0013]更進(jìn)一步的，主軸的轉(zhuǎn)速在0-200000轉(zhuǎn)/分之間。
[0014]更進(jìn)一步的，刀庫(kù)中驅(qū)動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)的刀具驅(qū)動(dòng)電機(jī)可驅(qū)動(dòng)刀具轉(zhuǎn)速在0-200000轉(zhuǎn)/分之間。
[0015]更進(jìn)一步的，主軸上安裝有失速報(bào)警與系統(tǒng)加工暫定裝置。
[0016]更進(jìn)一步的，刀庫(kù)中驅(qū)動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)的刀具驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝有失速報(bào)警與系統(tǒng)加工暫停裝置。
[0017]更進(jìn)一步的，A嚙合裝置和B嚙合裝置的嚙合對(duì)為齒輪對(duì)、渦輪蝸桿、橡膠輪對(duì)。
[0018]加工中心主軸不停轉(zhuǎn)無(wú)機(jī)械手自動(dòng)換刀過(guò)程:
(I)主軸上的刀具放回到刀庫(kù)中的空刀位中(卸刀)；
1)主軸上的刀具以一定的轉(zhuǎn)速完成一個(gè)工步的加工后，主軸和刀具一起返回到換刀點(diǎn)，刀具和主軸繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，保持上一個(gè)工步加工中所使用的轉(zhuǎn)速;刀庫(kù)中的刀位換位裝置提前將將要進(jìn)行卸刀的空刀位更換至換刀點(diǎn)，并提前啟動(dòng)驅(qū)動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)的刀具驅(qū)動(dòng)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)與刀具嚙合的B嚙合裝置達(dá)到和主軸及刀具同樣的的轉(zhuǎn)速，且刀庫(kù)的刀夾與刀柄上的凹槽保持同樣高度的對(duì)齊狀態(tài)，刀柄上的A嚙合裝置與刀庫(kù)中的B嚙合裝置也保持對(duì)齊狀態(tài)，且通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)以及主軸與刀庫(kù)刀位中的周向位置的實(shí)時(shí)檢測(cè)與調(diào)整系統(tǒng)保證刀具和主軸的周向位置與刀庫(kù)中B嚙合裝置的周向位置一致；
2)刀庫(kù)帶動(dòng)空刀位向前移向主軸上的刀具，刀夾夾持住刀柄上的凹槽，刀位中的B嚙合裝置與刀柄上的A嚙合裝置相嚙合，此時(shí)主軸和刀柄及刀位中的A嚙合裝置B嚙合裝置保持同樣的轉(zhuǎn)速，且周向位置一致；
3)主軸向上抬起到該刀位的上方，主軸和刀柄相配合的錐柄脫離，刀具卸下，刀具放回到了刀庫(kù)的刀位中，卸下的刀具的轉(zhuǎn)速通過(guò)驅(qū)動(dòng)刀具旋轉(zhuǎn)的刀具驅(qū)動(dòng)電機(jī)、刀具周向位置的實(shí)時(shí)檢測(cè)與調(diào)整系統(tǒng)和數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合調(diào)控，使其轉(zhuǎn)速降低至零。
[0019](2)刀庫(kù)中的另一把刀具裝入主軸(裝刀)；
1)主軸向上抬起到刀位的上方后，將要裝入主軸的刀具和刀位提前啟動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)速為下一個(gè)工步設(shè)定的轉(zhuǎn)速，并且通過(guò)數(shù)控系統(tǒng)以及主軸與刀庫(kù)的周向位置的實(shí)時(shí)檢測(cè)與調(diào)整系統(tǒng)保證主軸的周向位置與刀庫(kù)中刀具的周向位置一致，且調(diào)整主軸的轉(zhuǎn)速與刀具的轉(zhuǎn)速一致;將要裝入主軸的刀具和刀位通過(guò)刀位換位裝置移動(dòng)到主軸的下方；
2)主軸向下移動(dòng)，使主軸的內(nèi)錐孔和刀具的外錐柄相配合，主軸和刀具實(shí)現(xiàn)同周向和同轉(zhuǎn)速的旋轉(zhuǎn)；
3)刀庫(kù)向后退出，刀夾與刀具脫離，刀柄上的A嚙合裝置與刀庫(kù)中的B嚙合裝置脫離，SP實(shí)現(xiàn)了刀具到主軸的安裝。刀具安裝完成后，主軸即可帶動(dòng)刀具進(jìn)行下一個(gè)工步的加工。
[0020]本發(fā)明提供了一種加工中心主軸不停轉(zhuǎn)無(wú)機(jī)械手自動(dòng)換刀裝置，實(shí)現(xiàn)了主軸始終在旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)，主軸上的刀具放回到刀庫(kù)中的空刀位，然后將刀庫(kù)中的另一把刀具裝入主軸的整個(gè)過(guò)程中，避免了傳統(tǒng)換刀裝置在換刀過(guò)程中，主軸的轉(zhuǎn)速要從高速降到停止，然后在裝刀后再進(jìn)行重新啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)的過(guò)程，節(jié)約了切削到切削之間的換刀時(shí)間，可有效的減少加工輔助時(shí)間，提高了機(jī)床的有效工作時(shí)間和設(shè)備利用率，降低了生產(chǎn)成本，應(yīng)用前景廣闊。
【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是本發(fā)明所述加工中心主軸不停轉(zhuǎn)無(wú)機(jī)械手自動(dòng)換刀裝置一【具體實(shí)施方式】的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0022]圖2是實(shí)施例中所述主軸結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖3是實(shí)施例中所述刀柄結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4是實(shí)施例中所述刀庫(kù)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖5是實(shí)施例中所述加工中心主軸不停轉(zhuǎn)無(wú)機(jī)械手自動(dòng)換刀裝置卸刀過(guò)程示意圖。
[0026]圖6是實(shí)施例中所述加工中心主軸不停轉(zhuǎn)無(wú)機(jī)械手自動(dòng)換刀裝置裝刀過(guò)程示意圖。
[0027]圖中標(biāo)號(hào)說(shuō)明:
1.主軸，2.刀柄，3.刀庫(kù)；
101.主軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置，102.內(nèi)錐孔；
201.拉釘，202.外錐柄，203.凹槽，204.軸承，205.刀體，206.A嚙合裝置，207.刀具;
301.刀位，302.刀位換位裝置，303.刀夾，304.刀具驅(qū)動(dòng)電機(jī)，305.B嚙合裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0028]以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提出的加工中心主軸不停轉(zhuǎn)無(wú)機(jī)械手自動(dòng)換刀裝置作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。根據(jù)下面說(shuō)明和權(quán)利要求書(shū)，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)和特征將更清楚。需說(shuō)明的是，附圖均采用非常簡(jiǎn)化的形式且均使用非精準(zhǔn)的比率，僅用以方便、明晰地輔助說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例的目的。
[0029]加工中心主軸不停轉(zhuǎn)無(wú)機(jī)械手自動(dòng)換刀裝置，其特征在于:包括主軸1、刀柄2、刀庫(kù)3和數(shù)控系統(tǒng)(未示)。主軸I包括中部的電主軸旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)裝置11、與刀柄2同軸連接的內(nèi)錐孔102、調(diào)整主軸轉(zhuǎn)速的調(diào)速系統(tǒng)(未示)、主軸周向位置的實(shí)時(shí)檢測(cè)與調(diào)整