一种五轴加工中心快速换刀装置及方法与流程

本发明涉及数控加工，尤其涉及一种五轴加工中心快速换刀装置及方法。

背景技术：

1、数控加工是利用计算机控制机床进行加工的技术，它将加工过程中的各种参数通过数值化的方式输入到数控系统中，由数控系统自动控制机床进行加工操作；五轴加工中心是一种高级的数控机床，具有五个独立的轴向运动控制，可以在多个方向上进行复杂的切削加工操作；相比传统的三轴或四轴数控机床，五轴加工中心具有更高的加工精度和更大的加工范围，适用于加工复杂曲面、立体零件和非常规形状的工件。

2、现有的换刀装置大部分采用的是单臂换刀，而单臂换刀就意味着需要更加精确的刀具定位和供刀机构的精确定位，才可完成快速换刀的动作，一旦在生产过程中因为振动或者其他意外因素导致刀具定位出现了一点偏差，会导致整个设备停止生产，严重的会对设备造成一定的损坏。

3、针对上述问题，本发明提出了一种五轴加工中心快速换刀装置及方法。

技术实现思路

1、基于现有的五轴加工换刀技术问题，本发明提出了一种五轴加工中心快速换刀装置及方法。

2、本发明提出的一种五轴加工中心快速换刀装置，包括加工床，所述加工床的内部设置有夹持机构，所述夹持机构的下方设置有供刀机构，所述夹持机构的下端夹持有铣刀，所述夹持机构包括固定管，所述固定管的上端与所述加工床的主轴箱固定连接，所述固定管的下端内壁滑动连接有限位环，所述限位环的表面对称设置有滑块，所述限位环的上方设置有轴承，所述轴承的外圈与所述限位环的上端固定连接，所述轴承的内圈固定连接有斜齿轮，所述斜齿轮的内壁螺纹连接有固定柱，所述固定柱的下端圆周阵列设置有夹片，所述限位环的内壁与呈圆型状的所述夹片的外表面滑动连接，所述固定管的内壁设置有与所述滑块表面相适配的滑槽，所述滑槽的内壁与所述滑块的表面滑动连接。

3、优选地，所述固定柱的上端固定连接有第一气缸，所述第一气缸的活塞杆固定连接有连杆，所述连杆的下端固定连接有电机箱，所述电机箱的内壁固定连接有电机，所述电机箱的下端与所述固定柱的上端固定连接，所述电机箱与所述第一气缸沿着对称轴设置，所述电机的输出轴通过轴承与所述电机箱的箱体转动连接，且所述电机的输出轴延伸至所述电机箱箱体的外侧。

4、优选地，所述电机的外侧设置有齿轮组，所述齿轮组的两个齿轮相互垂直啮合，所述电机的输出轴一端与所述齿轮组的竖直方向齿轮固定连接，所述齿轮组的水平方向齿轮下端固定连接有转动柱，所述转动柱的外表面通过内嵌有轴承的连接杆与所述固定柱的外表面固定连接，所述转动柱的下端固定连接有与所述斜齿轮表面相互啮合的驱动齿轮。

5、优选地，所述固定柱沿对称轴一分为二，且两个半柱体之间滑动连接，六等份的所述夹片沿着所述固定柱的滑动面均分固定在所述固定柱的下端，所述固定柱的其中半柱体表面与所述固定管的内壁固定连接，所述固定柱的另一个半柱体外表面与所述固定柱的内壁不接触。

6、优选地，所述固定柱的内部开设有与所述铣刀相适配的固定槽，所述固定柱的上端开设有负压孔，所述负压孔的一端内壁延伸至所述固定槽的内壁，所述负压孔的另一端外接负压管，所述负压管的一端延伸至所述固定管的外侧。

7、优选地，六等份的所述夹片的下端均以所述固定柱的圆心外偏，六等份的所述夹片两两之间互不接触。

8、优选地，所述第一气缸的活塞杆最大伸长长度与所述固定槽最上端至所述夹片最下端距离相等。

9、优选地，所述加工床立柱开设有安装槽，所述供刀机构包括一端内嵌在所述安装槽内壁的第二气缸，所述第二气缸的活塞杆一端固定连接套筒，所述套筒的外表面与所述安装槽的内壁滑动连接，所述套筒的内部设置有步进电机，所述步进电机的输出轴固定连接有刀盘，所述刀盘的背面与所述加工床立柱的表面相互接触，所述刀盘的表面阵列开设有与所述铣刀下端相适配的铣刀槽，所述铣刀槽的上内壁对称开设第二滑槽，每一个所述第二滑槽的内部均设置有弹簧，每一个所述弹簧的一端分别与所述第二滑槽的内壁固定连接，每一个所述弹簧的表面套接有顶针，位于所述铣刀槽两侧的所述刀盘内部分别开设有限位槽，所述限位槽的内壁滑动连接有连接柱，所述第二滑槽的内壁与所述限位槽的内壁固定连通，所述顶针的一端与所述连接柱的上端固定连接，每一个所述连接柱的表面分别通过滑柱固定连接有挡块，每一个所述滑柱的表面分别与所述刀盘的盘体滑动连接，呈对称状的两个所述挡块的表面相互接触，每一个所述挡块的一侧面设置有弧面状。

10、优选地，所述刀盘的背面阵列开设有与所述铣刀槽相对应的第二负压孔，每一个所述第二负压孔的一端内壁与所述铣刀槽的槽面固定连通，每一个所述铣刀槽的表面设置有与之相适配的硅胶垫片。

11、优选地，所述的一种五轴加工中心快速换刀装置的方法，操作步骤如下：

12、步骤一、对已经被夹持的铣刀进行更换时，电机通过输出轴带动齿轮组工作，转动柱在齿轮组的作用下带动与驱动齿轮表面啮合的斜齿轮快速旋转，斜齿轮向上移动与驱动齿轮产生相对位移，直至斜齿轮上端与连接杆的下表面接触，此时斜齿轮完全解除与固定柱的螺纹连接效果，与斜齿轮下端固定的轴承带动限位环同步向上移动，滑块在滑槽内滑动，呈阵列状夹片向外微偏，不与铣刀的下端表面接触；

13、步骤二、第一气缸开始工作，带动与连杆固定的电机箱向上移动，固定柱的其中一个半柱体同步向上滑动，滑动中的半柱体带动其下端的多个夹片向上移动，斜齿轮的内壁在螺纹的作用下带动轴承进一步向上移动，此时的刀盘在第二气缸的作用下向着夹片的正下方移动，当夹片的下端与刀盘的表面不接触时，顶针的湖面恰好与固定在固定槽内的铣刀的下端表面接触，第二气缸持续推动刀盘移动，铣刀的下端对顶针进行挤压，顶针通过连接柱带动挡块收缩，解除对铣刀槽的限位，直至铣刀槽的表面与铣刀的表面接触，开启第二负压孔，第二负压孔对铣刀万完成吸附固定，顶针和挡块在弹簧的作用下回复初始状态，当第一气缸的活塞杆达到最大长度，此时的铣刀完全暴露，负压孔停止工作，第二气缸收缩一个刀盘后端的距离，步进电机同步带动刀盘转动，第二气缸同步将待换铣刀推动至夹片的正下方；

14、步骤三、待换铣刀的上端表面与固定槽接触，负压孔打开，对铣刀的表面吸附，第二气缸收缩，同时第二负压孔关闭，铣刀的下端对顶针挤压，带动挡块同步解除对铣刀的限位效果，第二气缸持续收缩恢复原状，此时第一气缸同步打开，带动活塞杆收缩，半个固定柱的柱体带动与其下端固定连接的夹片和斜齿轮向下移动，直至活塞杆完成收缩，启动电机，电机通过齿轮组、转动柱以及驱动齿轮带动斜齿轮快速转动，斜齿轮与固定柱的螺纹连接，斜齿轮在螺纹连接的过程中，带动限位环下降，限位环的下端内壁对阵列状的夹片进行挤压，夹片进而对铣刀的下端表面进行挤压二次固定，直至斜齿轮停止旋转。

15、本发明中的有益效果为：

16、通过设置夹持机构和供刀机构，解决了传统换刀装置换刀速度慢，夹持刀具不够稳定，容易出现刀具松动、偏移，影响加工精度的问题，而可快速换刀速度、稳定的夹持和准确的刀具定位，能够减少加工过程中的停机时间，提高生产效率，特别是对于大规模生产和高要求的加工任务，这种优势更加明显；同时稳定的刀具夹持和准确的刀具定位可以减少加工过程中的振动和误差，提高加工精度。