一种数控机床换刀装置及其方法与流程

本发明涉及数控机床，具体为一种数控机床换刀装置及其方法。

背景技术：

1、数控机床的主轴换刀装置是数控加工中关键的部件之一，其作用是实现自动化的刀具换和定位，主轴换刀装置的基本结构包括刀库系统、换刀臂、换刀夹头和定位装置。刀库作为刀具的储存和管理中心，通常设计为单层或多层结构，能容纳不同类型和规格的刀具。换刀臂负责在刀库中选取并将刀具精确传递至主轴位置，其运动由传动系统驱动，确保换刀过程的准确性和稳定性。换刀夹头通过机械或气动夹持刀具，保证在高速运转中刀具的牢固固定。定位装置包括定位销、定位孔和定位块等，确保刀具精确安装到主轴的指定位置，以保证加工精度和安全性，而数控机床的控制系统是主轴换刀装置的核心，通过数控系统编程设置换刀顺序和参数，实现自动化的换刀操作；如授权公告号为cn117260340b所公开的一种数控机床换刀装置，包括电缸、加工刀具、隔离板、支撑架和更换机构，加工刀具安装在电缸上，支撑架安装在电缸上，更换机构包括运动盘、换向组件、前行组件和更换组件，换向组件安装在支撑架朝向电缸的侧面，隔离板与更换机构相连，隔离板与前行组件相连，前行组件与换向组件相连，更换组件与换向组件相连，其实现了自动对待更换的刀具进行拆卸，并将刀具与动力源分离，避免更换刀具过程中突然工作而对机床产生破坏，但是上述技术方案在更换刀柄、刀具的过程中，由于用于存储、更换刀柄的更换机构、刀库与机床主轴为分体式结构（刀库通常位于机床侧面或后部），故而每次主轴进行换刀动作都需要进行大幅度的空间移位才能由更换机构进行换刀操作，主轴在空间移位过程中需要消耗时间，这会增加机加工换刀的总时间，尤其是当刀具、刀柄的选择和定位不是在一个单一位置完成时，这种问题尤为显著。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种数控机床换刀装置及其方法，燕尾式立柱的外壁上通过升降单元安装中空固定架、主轴旋转单元、换刀轴动机构，且燕尾式立柱的侧壁安装用于存储以及更换刀柄的刀盘本体，同时在刀盘本体靠近主轴旋转单元的一侧外壁上设置若干个刀爪控刀机构，利用上述部件使得主轴旋转单元完成刀柄的抓、卡、脱、推刀等动作，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种数控机床换刀装置，包括：

3、燕尾式立柱，所述燕尾式立柱的顶端安装有与自身呈直角结构的刀库支撑架，且所述刀库支撑架下方的燕尾式立柱外壁上滑动安装有中空固定架，且所述中空固定架一侧的内壁上设置有主轴旋转单元，所述燕尾式立柱靠近中空固定架的一侧外壁上安装有用于驱动中空固定架升降的升降单元，所述主轴旋转单元一侧的中空固定架内部设置用于和升降单元配合并迫使主轴旋转单元内部轴体进行下移的换刀轴动机构；

4、挡盘，所述挡盘固定在刀库支撑架远离燕尾式立柱的一侧外壁上，所述挡盘的一侧外壁上转动安装有刀盘本体，且所述刀盘本体靠近挡盘的一侧外壁上设置有若干个等间距并卡接有不同规格型号刀柄的刀爪控刀机构，且所述刀爪控刀机构上方的刀盘本体外壁上安装有弧形滚道，所述刀库支撑架的一侧外壁上安装有用于驱动刀盘本体自转的旋转驱动单元；

5、轨道，所述轨道安装在中空固定架靠近刀盘本体的一侧外壁上，所述轨道用于和刀爪控刀机构接触并改变刀爪控刀机构的倾角。

6、优选的，所述主轴旋转单元包括固定在中空固定架一侧内壁上的柱形轴筒、柱形轴筒内部转动安装的伸缩式主轴、伸缩式主轴底端安装的用于同刀柄对接的刀柄接头以及中空固定架顶端安装的用于驱动伸缩式主轴旋转的直驱电机，所述伸缩式主轴由通过花键结构保持相对滑动状态、动力衔接状态的上轴、下轴组成，所述刀柄接头安装在下轴的底端。

7、优选的，所述换刀轴动机构包括铰接安装在中空固定架内部的l型摆推架以及l型摆推架一侧外壁上固定的斜口式导条，所述l型摆推架的另一端通过y字叉与伸缩式主轴中的下轴相互铰接，所述柱形轴筒靠近燕尾式立柱的一侧外壁上设置有供l型摆推架偏摆的镂空槽。

8、优选的，所述升降单元包括固定在燕尾式立柱一侧外壁上的背板、背板一侧外壁上安装的z轴丝杆升降模组以及z轴丝杆升降模组顶端安装的用于驱动z轴丝杆升降模组工作的第一步进电机。

9、优选的，所述第一步进电机的一侧外壁上安装有钢轮，钢轮用于同斜口式导条接触并使得l型摆推架偏摆。

10、优选的，所述旋转驱动单元包括固定在刀库支撑架一侧外壁上的轴台、轴台内部转动安装的转动轴以及轴台顶部安装的第二步进电机，所述转动轴的一端与刀盘本体一侧外壁上的中心点固定连接，所述第二步进电机的输出端安装有用于驱动转动轴旋转的锥齿轮传动结构。

11、优选的，所述刀爪控刀机构包括固定在刀盘本体一侧外壁上的u字轴架、u字轴架内部转动安装的轴销、轴销表面固定的爪臂、爪臂底端一体成型的c口爪以及c口爪两内壁上安装的圆头弹性销，所述爪臂的顶端安装有与弧形滚道顶壁滑动配合的弹性接触结构，所述爪臂的上表面安装有与轨道滑动配合的滑动接触件。

12、优选的，所述弹性接触结构包括固定在爪臂顶端的两个弹簧套、弹簧套内部安装的螺旋弹簧、螺旋弹簧顶端固定的钢珠套以及钢珠套顶端镶嵌安装的钢球。

13、优选的，所述燕尾式立柱一侧的外壁上固定有两个对称的线性滑轨，且所述中空固定架的一侧外壁上安装有用于和线性滑轨滑动配合的滑座。

14、本发明还提供了一种数控机床换刀方法，如上述所述的数控机床换刀装置，包括以下步骤：

15、s101：升降单元开始驱动中空固定架、主轴旋转单元以及换刀轴动机构上移，刀库支撑架将与升降单元被迫接触，促使换刀轴动机构带动主轴旋转单元中的主轴向下移动一段距离，此时刀爪控刀机构也随之按照预设的轨道行走以及动作，从而自动滑动至主轴旋转单元的主轴已连接刀柄的刀柄槽处，并在停止位置停住；

16、s102：在刀爪控刀机构滑动到刀柄槽位置后，它会自动卡住刀柄，随后升降单元继续驱动中空固定架、主轴旋转单元、换刀轴动机构上移，直至刀柄留在刀爪控刀机构上；

17、s103：刀爪控刀机构对主轴旋转单元上已连接的刀柄完成抓取后，旋转驱动单元开始驱动刀盘本体和各个刀爪控刀机构进行转动；

18、s104：当刀盘本体上的另一个带有不同型号刀柄的刀爪控刀机构转动至主轴旋转单元处并停住后，升降单元驱动主轴旋转单元开始下移，使得主轴旋转单元中的主轴与该个刀爪控刀机构上的刀柄进行对接；

19、s105：完成刀柄对接后，升降单元继续控制中空固定架、主轴旋转单元、换刀轴动机构下移，直至刀柄脱出刀爪控刀机构。

20、与现有技术相比，本发明的有益效果是：该一种数控机床换刀装置及其方法通过设置有刀库支撑架、刀盘本体、刀爪控刀机构、换刀轴动机构等相互配合的结构，将刀盘本体和刀爪控刀机构设置在燕尾式立柱、刀库支撑架的侧壁上，主轴旋转单元可以直接与这些部件进行交互，无需频繁的进行换刀移位动作，极大地减少了换刀时的空间移位时间，且主轴旋转单元在执行主轴上移、抓刀、脱刀、换刀、主轴下移、卡刀、下行换刀的动作时，可以保持相对固定的位置，降低了换刀过程中的动态负担，并使得刀盘本体和刀爪控刀机构与主轴旋转单元的相对位置保持稳定，减少了因空间移位而可能带来的误差，确保刀柄在更换时的精确对接和更换后的固定，减少因换刀不当、换刀不及时导致的工件加工缺陷。