專利名稱：一種機械手自動換刀機構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種用于加工中心機械手自動換刀機構(gòu)，尤其是一種利用凸輪實現(xiàn)自動換刀過程中機械手和主軸松拉刀動作協(xié)調(diào)控制的機械手自動換刀機構(gòu)，屬于金屬切削機床技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
發(fā)明專利200810011687. 3_ “加工中心液壓凸輪聯(lián)動換刀機構(gòu)”提出一種與傳統(tǒng)技術(shù)不同的機械手自動換刀機構(gòu)。按傳統(tǒng)技術(shù)，換刀機械手僅承擔(dān)機械手的回轉(zhuǎn)扣刀和拔插刀動作，其間需要與主軸松拉刀機構(gòu)相互配合，兩套機構(gòu)需要數(shù)控系統(tǒng)進行檢測和協(xié)調(diào)控制，整個換刀過程，換刀機械手要起動停止3次，每起動一次，要檢測并等待機械手狀態(tài) 信號就緒，控制機械手停止，停止后又要檢測并等待主軸松拉刀狀態(tài)信號就緒、才能進行下一次機械手起動，每個起動停止過程，只要有一個檢測信號不正常，換刀過程就不能繼續(xù)進行，所以不但換刀過程慢，而且故障率較高。而發(fā)明專利200810011687. 3提出的“液壓凸輪聯(lián)動換刀機構(gòu)”用一個與機械手控制凸輪聯(lián)動的松刀凸輪推動一個推動油缸的活塞，該油缸輸出的油液通過油管推動一個裝在主軸箱上的松刀油缸的活塞，該活塞通過一個杠桿推動主軸后端的拉刀桿,實現(xiàn)主軸松拉刀動作與機械手動作的協(xié)調(diào),使整個過程換刀機械手只要起動停止一次就可完成，大幅度加快了換刀速度，簡化了結(jié)構(gòu)，提高了換刀過程的可靠性。但該實用新型仍有以下不足1，一個推動油缸經(jīng)液壓油管與一個松刀油缸聯(lián)動，因主軸相對于換刀機械手長時間處于運動之中，液壓油管較長并軟硬串聯(lián)，其間經(jīng)過多個液壓接頭，長時間微量油液泄漏難免，以及高壓軟管膨脹量受溫度影響均會影響松刀油缸活塞的行程，而松刀行程必須在一定范圍內(nèi)才能實現(xiàn)有效松刀，如因長時間微量的油液泄漏，或溫度的變化，或混入氣體導(dǎo)致松刀油缸活塞的行程達不到上述范圍，則一次性起動停止的，無松刀檢測的換刀運動，就會造成換刀機構(gòu)的破壞性損傷。2，松刀油缸的活塞通過一個杠桿推動主軸后端的拉刀桿，實現(xiàn)主軸松刀或拉刀，該結(jié)構(gòu)不利于換刀時向刀柄錐面吹氣，也不適用于直連主軸、中噴主軸。3，該實用新型顯然是為某種特定的臥式加工中心設(shè)計的，松刀凸輪要經(jīng)一齒輪系與機械手控制凸輪聯(lián)動，體積較大，無法置于主軸的同一側(cè)。如要像傳統(tǒng)的凸輪換刀機械手那樣，既能適用于臥式加工中心，又能適用于立式加工中心，其布局應(yīng)更緊湊，并置于主軸的同一側(cè)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種新的液壓凸輪液壓聯(lián)動換刀機構(gòu)，以克服已有技術(shù)可能因微量油液泄漏或溫度變化而導(dǎo)致松刀失效，機構(gòu)損傷的隱患，以及不能適用于多種主軸，不能適用多種加工中心的不足。為達到本實用新型的目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案。本實用新型自動換刀機構(gòu)是由殼體、剎車電機、減速機構(gòu)輸入軸、減速機構(gòu)輸出部件、旋臂凸輪、六星輪、機械手、機械手軸、插拔刀杠桿、松刀凸輪、帶有柱塞的柱塞油泵、滾輪、凸輪位置開關(guān)構(gòu)成，所述旋臂凸輪與減速機構(gòu)輸出部件固接，旋臂凸輪外圓上的環(huán)面凸輪槽與六星輪嚙合，旋臂凸輪一側(cè)端面上的平面插拔刀凸輪與插拔刀杠桿上的滾輪嚙合并通過插拔刀杠桿推動機械手軸作直線插拔刀運動，松刀凸輪的凸輪面與滾輪接觸，滾輪直接地或通過一杠桿機構(gòu)與柱塞的外端連接，油泵內(nèi)的油液通過高壓軟管與帶有松刀桿的主軸的松刀油缸聯(lián)通；凸輪位置開關(guān)及剎車電機和數(shù)控系統(tǒng)相連；其結(jié)構(gòu)特點是在所述油泵的缸體上制有一補油孔，所述補油孔與盛有油液的補油杯相聯(lián)通，力口大松刀凸輪曲線升程，使油泵柱塞增加一個額外的補油行程，一個柱塞復(fù)位彈簧安置在油泵的缸體與柱塞之間，強制柱塞外伸使?jié)L輪始終與松刀凸輪的凸輪曲面保持接觸，當(dāng)滾輪與松刀凸輪的最低點接觸時，補油孔被打開，補油杯的油液與柱塞油泵內(nèi)空間相通，并被抽入少量油液，從而使油泵，油管，松刀油缸回路內(nèi)的油液得以及時補充。本實用新型機械手自動換刀機構(gòu)的結(jié)構(gòu)特點也在于所述松刀凸輪與旋臂凸輪制成一體，或固定安裝在旋臂凸輪的一側(cè)，或固定安裝在旋臂凸輪的一端軸伸上，油泵制在或固定在殼體上，使整個換刀機械手結(jié)構(gòu)更簡化，布局更緊湊，從而可以布置在主軸同一側(cè)，以便同時適用于立式和臥式加工中心。設(shè)置一個排氣螺堵，位于油泵、高壓油管與松刀油缸油路的最高端，以方便排凈混入油泵、高壓油管和松刀油缸油路中的氣體。所述松刀油缸為圓柱型或環(huán)形，同軸地安裝在主軸的后端，松刀頂桿或環(huán)形松刀油缸的活塞頂套與主軸后端松刀桿直接接觸，以便適用于市場上的多種主軸，松刀油缸的前腔通過接頭、氣管接到氣壓源，以便在松刀結(jié)束后把活塞推到最后端，排清油液，但這也可用一個彈簧實現(xiàn)。本實用新型機械手自動換刀機構(gòu)的特點還在于在松刀油缸上，或相對于主軸固定的任意部件上，安裝一位移傳感器，用于檢測主軸松刀桿)的位移量；設(shè)置一開關(guān)，用于檢測松刀凸輪是否達到最高點位置；所述位移傳感器和電開關(guān)的輸出信號接入一數(shù)控系統(tǒng)或帶有一報警裝置的數(shù)控系統(tǒng)，位移傳感器可以是任何型式的位移量-電壓傳感器，也可用三或四只開關(guān)代替，如位移傳感器采用三或四只開關(guān)，則不需要報警控制裝置，三或四只開關(guān)和電開關(guān)可直接接到數(shù)控系統(tǒng)PLC輸入端子。所述數(shù)控系統(tǒng)或帶報警裝置的數(shù)控系統(tǒng)在每次電開關(guān)的檢測輸出信號有效時，根據(jù)位移傳感器的檢測輸出信號選擇執(zhí)行以下之一的過程a、顯示松刀行程正常，換刀及加工程序繼續(xù)；b、提示當(dāng)前松刀行程偏小，換刀及加工程序繼續(xù)；C、發(fā)出松刀行程接近最低極限的報警，本次換刀繼續(xù)，但換刀結(jié)束后加工程序即
停止;d、發(fā)出松刀行程小于或等于最低極限報警，換刀電機立即停電并剎車。本實用新型機械手自動換刀機構(gòu)的特點還在于所述數(shù)控系統(tǒng)設(shè)置有松刀行程調(diào)整程序和機械手復(fù)位程序；執(zhí)行松刀行程調(diào)整程序，換刀機械手將自動運行到松刀凸輪達最高點的位置并停止；并由報警裝置或數(shù)控系統(tǒng)顯示報警信號及實際松刀位置值，操縱數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行復(fù)位程序，換刀機械手自動運行到起始位，此時可進行松刀行程調(diào)整，隨后再執(zhí)行松刀行程調(diào)整程序，檢查報警信號及實際松刀位置值，如不滿意，可再次重復(fù)以上過程；如滿意，可操縱數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行機械手復(fù)位程序；在執(zhí)行機械手復(fù)位程序時，換刀機械手自動運行到起始位并停止。所述位移傳感器由蓋有帶縫的遮光罩的至少三只光電開關(guān)、LED發(fā)光管和遮光板構(gòu)成，所述三只光電開關(guān)分別是第一光電開關(guān)、第二光電開關(guān)和第三光電開關(guān)。與已有技術(shù)相比，本實用新型有益效果體現(xiàn)在I、本實用新型克服了已有技術(shù)可能因微量油液泄漏或溫度變化而導(dǎo)致松刀失效，機構(gòu)損傷的隱患，確保自動換刀系統(tǒng)的安全可靠；2、本實用新型使機床操作人員能及時了解換刀系統(tǒng)的工作狀態(tài)，并可方便的調(diào)整 到最佳狀態(tài)；3、本實用新型能適用于多種主軸；4、本實用新型能適用多種加工中心，因而適合于大批量生產(chǎn)。

圖I是本實用新型機械手自動換刀機構(gòu)總體布局圖。圖Ia是圖I的B-B剖面圖。圖2是用三個光電開關(guān)代替位移傳感器的示意圖。圖2a是圖2的A-A剖面圖。圖3是不同松刀行程與對應(yīng)的報警裝置及數(shù)控系統(tǒng)的不同反應(yīng)示意圖。附圖標(biāo)號1殼體，2a剎車電機,2b減速機構(gòu)輸入軸,2c減速機構(gòu)輸出部件,3旋臂凸輪，4六星輪，,5機械手,6機械手軸，7插拔刀杠桿,7b連桿、7c軸承滑塊、8松刀凸輪,9柱塞油泵，9a柱塞，9b補油孔，9c彈簧，9d油管接頭，10滾輪，IOa滾輪軸承，IOb滾輪銷軸，11高壓油管，12松刀油缸，12a活塞，12b松刀頂桿，12c油管接頭，12d氣管接頭，12f,遮光板，13插拔刀凸輪，14排氣螺堵，15補油杯，16主軸，16a主軸松刀桿，17位移傳感器，17a Pl光電開關(guān)，17b P2光電開關(guān)，17c P3光電開關(guān)，17d帶縫遮光罩，17eLED發(fā)光管，18松刀最高點開關(guān)，19報警裝置，20數(shù)控系統(tǒng)，21旋臂凸輪位置開關(guān)，24吹氣管，25壓力氣管，26電磁氣閥，27壓力氣源。
具體實施方式
參圖I和圖la，本實施例中機械手自動換刀機構(gòu)由殼體I、剎車電機2a、減速機構(gòu)輸入軸2b、減速機構(gòu)輸出部件2c、旋臂凸輪3、六星輪4、機械手5、機械手軸6、插拔刀杠桿
7、連桿7b、軸承滑塊7c、松刀凸輪8、柱塞油泵9、滾輪10、高壓軟管11、松刀油缸12、帶有松刀桿16a的主軸16和數(shù)控系統(tǒng)20等構(gòu)成,旋臂凸輪3與減速機構(gòu)2輸出蝸輪固接,旋臂凸輪3外圓上的環(huán)面凸輪槽與六星輪4嚙合，旋臂凸輪3 —側(cè)端面上的平面插拔刀凸輪13與插拔刀杠桿7上的滾輪嚙合并通過杠桿7連桿7b，軸承滑塊7c推動機械手軸6作直線插拔刀運動，杠桿7的支點軸7d安裝在殼體I上，松刀凸輪8的凸輪面與滾輪10接觸，滾輪10通過軸承10a，銷軸IOb與油泵9的柱塞9a聯(lián)接，油泵9內(nèi)的油液，通過高壓軟管11與松刀油缸12聯(lián)通。油泵9缸體上有一個補油孔％，該孔與一個加有油液的補油杯15聯(lián)通，加大松刀凸輪曲線升程，使油泵柱塞增加一個額外的補油行程，一個柱塞復(fù)位彈簧9c安置在油泵9的缸體與柱塞之間，強制柱塞外伸使?jié)L輪10始終與松刀凸輪8的凸輪曲面保持接觸，當(dāng)滾輪10與松刀凸輪8的最低點接觸時，補油孔9b被打開，補油杯15的油液與柱塞油泵內(nèi)空間相通，并被抽入少量油液，從而使油泵9，油管11，松刀油缸12回路內(nèi)的油液得以及時補充。一個排氣螺堵14設(shè)置在油泵9，油管11，松刀油缸12油路的最高位，方便排凈混入該油路的氣體。松刀凸輪8與旋臂凸輪3制成或裝成一體，也可安裝在旋臂凸輪3已端的軸伸上，油泵9固定在殼體I上，使整個換刀機械手結(jié)構(gòu)簡化，布局緊湊，也使該換刀機械手可以布置在主軸同一側(cè)，既適用于立式加工中心也適用于臥式加工中心。 位移傳感器17裝在松刀油缸12上或相對主軸固定的其它部件上，用于檢測松刀頂桿12b的位移量，其作用與檢測主軸松刀桿16a的位移量相同；在殼體I裝有一個檢測松刀凸輪最高點的開關(guān)18，位移傳感器17及開關(guān)18直接與一個能接受模擬信號的數(shù)控系統(tǒng)20聯(lián)接，或通過一個能接受模擬信號，并顯示報警提示及位移值，輸出報警信號的報警裝置19與一個普通數(shù)控系統(tǒng)20聯(lián)接，位移傳感器17可以是任何型式的位移量-電壓傳感器，也可如圖2和圖2a所示，用三只光電開關(guān)代替，包括第一光電開關(guān)17a、第二光電開關(guān)17b和第三光電開關(guān)17c，此情況下不需要報警控制裝置19，三只光電開關(guān)和開關(guān)18可直接接到數(shù)控系統(tǒng)20PLC輸入端子。每個光電開關(guān)蓋有帶縫的遮光罩17d以提高測量精度，光電開關(guān)的位置分別調(diào)整到圖3所示的P0，P1，P2點，17e是LED發(fā)光管，12f是裝在松刀頂桿12b上的一個遮光板。報警裝置19和數(shù)控系統(tǒng)20在每次開關(guān)18信號有效時，根據(jù)位移傳感器輸出信號，確定執(zhí)行以下過程(如圖3所示)a、行程> P2，顯示松刀行程正常，換刀及加工程序繼續(xù)；b、P2 >行程> P1，發(fā)出松刀行程偏小提示并顯示到PO之差值，提醒機床使用者及時調(diào)整松刀行程，但換刀及加工程序繼續(xù)；c、Pl >行程> PO，發(fā)松刀行程接近最低極限報警，本次換刀繼續(xù)，但換刀結(jié)束后加工程序立即停止，等待使用者調(diào)整松刀行程后才能繼續(xù)；d、行程<=PO，松刀行程小于最低極限，發(fā)最高級報警，換刀電機立即停電并剎車。數(shù)控系統(tǒng)20設(shè)置有松刀行程調(diào)整程序和機械手復(fù)位程序。執(zhí)行松刀行程調(diào)整程序，換刀機械手將自動運行到松刀凸輪達最高點的位置并停止，并由報警裝置19或數(shù)控系統(tǒng)20顯示報警信號及實際松刀位置值。操縱數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行復(fù)位程序，換刀機械手自動運行到起始位，此時可進行松刀行程調(diào)整，隨后再執(zhí)行松刀行程調(diào)整程序，檢查報警信號及實際松刀位置值，如不滿意，可再次重復(fù)以上過程，如滿意，可操縱數(shù)控系統(tǒng)執(zhí)行機械手復(fù)位程序，使換刀機械手自動運行到起始位，以下可選擇a、再執(zhí)行一次換刀過程，b、繼續(xù)執(zhí)行加工程序，C、停止。所采用松刀油缸12是的市場上普遍采用的圓柱型或圓環(huán)型松刀油缸，以便適用于市場上的多種主軸。松刀油缸活塞中心螺孔內(nèi)裝有一個調(diào)整松刀行程的松刀頂桿12b，它后端還可接一根噴氣管24，通一個噴氣電磁閥26，以便在裝刀時向刀柄錐面噴氣，保證主軸和刀柄錐面干凈。松刀油缸的前腔通過接頭12e，氣管25接到氣壓源27，以便在松刀結(jié)束后把活塞12c推到最后端，排清油液。但這也可用一個彈簧代替。
權(quán)利要求1.一種機械手自動換刀機構(gòu)，由殼體(I)、剎車電機(2a)、減速機構(gòu)輸入軸(2b)、減速機構(gòu)輸出部件(2c)、旋臂凸輪(3)、六星輪(4)、機械手(5)、機械手軸(6)、插拔刀杠桿(7)、松刀凸輪(8)、帶有柱塞(9a)的柱塞油泵(9)、滾輪(10)、凸輪位置開關(guān)(21)構(gòu)成，所述旋臂凸輪(3)與減速機構(gòu)輸出部件(2c)固接，旋臂凸輪(3)外圓上的環(huán)面凸輪槽與六星輪(4)嚙合，旋臂凸輪(3) —側(cè)端面上的平面插拔刀凸輪(13)與插拔刀杠桿(7)上的滾輪嚙合并通過插拔刀杠桿(7)推動機械手軸(6)作直線插拔刀運動，松刀凸輪(8)的凸輪面與滾輪(10)接觸,滾輪(10)直接地或通過一杠桿機構(gòu)與柱塞(9a)的外端連接，油泵(9)內(nèi)的油液通過高壓軟管(11)與帶有松刀桿(16a)的主軸(16)的松刀油缸(12)聯(lián)通；凸輪位置開關(guān)(21)及剎車電機(2a)和數(shù)控系統(tǒng)(20)相連；其特征在于 在所述油泵(9)的缸體上制有一補油孔(％)，所述補油孔(9b)與盛有油液的補油杯(15)相聯(lián)通，一柱塞復(fù)位彈簧(9c)安置在油泵(9)的缸體與柱塞之間。
2.按權(quán)利要求I所述的機械手自動換刀機構(gòu)，其特征在于所述松刀凸輪(8)與旋臂凸輪(3)制成一體，或固定安裝在旋臂凸輪(3)的一側(cè)，或固定安裝在旋臂凸輪(3)的一端軸伸上，油泵(9)制在或固定在殼體(I)上。
3.按權(quán)利要求I所述的機械手自動換刀機構(gòu)，其特征在于設(shè)置一個排氣螺堵(14)，位于油泵(9)、高壓油管(11)與松刀油缸(12)油路的最高端。
4.按權(quán)利要求I所述的機械手自動換刀機構(gòu)，其特征在于所述松刀油缸(12)為圓柱型或環(huán)形，同軸地安裝在主軸(16)的后端。
5.按權(quán)利要求I所述的機械手自動換刀機構(gòu)，其特征在于 在松刀油缸(12)上,或相對于主軸(16)固定的任意部件上,安裝一位移傳感器(17),用于檢測主軸松刀桿(16a)的位移量； 設(shè)置一開關(guān)(18)，用于檢測松刀凸輪(8)是否達到最高點位置； 所述位移傳感器(17)和電開關(guān)(18)的輸出信號接入一數(shù)控系統(tǒng)(20)或帶有一報警裝置(19)的數(shù)控系統(tǒng)(20)。
6.按權(quán)利要求I所述的機械手自動換刀機構(gòu)，其特征在于所述位移傳感器(17)由蓋有帶縫的遮光罩(17d)的至少三只光電開關(guān)、LED發(fā)光管(17e)和遮光板(12f)構(gòu)成，所述三只光電開關(guān)分別是第一光電開關(guān)(17a)、第二光電開關(guān)(17b)和第三光電開關(guān)(7c)。
專利摘要本實用新型公開了一種機械手自動換刀機構(gòu)，由殼體、剎車電機、減速機構(gòu)輸入軸、減速機構(gòu)輸出部件、旋臂凸輪、六星輪、機械手、機械手軸、插拔刀杠桿、松刀凸輪、帶有柱塞的柱塞油泵、滾輪、凸輪位置開關(guān)構(gòu)成，其特征在于在油泵的缸體上制有一補油孔，補油孔與盛有油液的補油杯相聯(lián)通，一柱塞復(fù)位彈簧安置在油泵的缸體與柱塞之間。本實用新型用于消除可能因微量油液泄漏或溫度變化而導(dǎo)致松刀失效，機構(gòu)損傷的隱患，能適用于多種主軸、適用于多種加工中心。
文檔編號B23Q3/155GK202592086SQ20122017214
公開日2012年12月12日 申請日期2012年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月20日
發(fā)明者邵文遠 申請人:邵文遠