数控机床专用普通弹簧夹头自动换刀系统技术方案

一种数控机床专用普通弹簧夹头自动换刀系统，由换刀机械手、刀库及控制单元所构成。它是在对现有机床主轴和弹簧夹头不做改动的情况下，完全模拟人手换刀动作施行换刀的自动换刀系统。换刀机械手具有夹紧力大，夹紧力恒定（可调）、转角补偿、自动复位功能，并能满足较小换刀空间的操作要求，它通过为其动作协调一致的列阵式或回转式刀库，加之微型机的控制管理，从而实现自动换刀的全过程。（*该技术在2005年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术的数控机床专用普通弹簧夹头自动换刀系统属于机械领域，尤其涉及一种数控机床的自动换刀装置。目前国内普遍使用数控机床进行印刷电路板的孔型加工，在电路板对孔型、孔径要求较复杂时，这种机床的钻头、铣刀刀具的更换就十分频繁，通常均采用停机人工更换刀具的方式，其费事耗时，不适应自动化、高效率的现代工厂化生产之需。一些现有的采用液压、气动或电磁驱动方式进行自动换刀的装置，虽然夹持动作来得简单，但为了适应夹持刀具的要求，电机主轴及弹簧夹头结构要相应做出较大的改动，还要增设液压、气动或电磁驱动及控制元器件，进行接口处理等，使得机床成本大幅度上升，不适于推广使用。本技术的目的是要提供一种旨在对电机主轴和弹簧夹头不做改动的情况下，仅仅通过在机床上装加一套由换刀机械手、刀库及控制单元组成的自动换刀系统，就可完全模拟人手的换刀动作，在弹簧夹头与电机主轴上于仅约20mm的操作空间中准确可靠快速地实现自动换刀。本技术的目的是通过如下方案得以实现的自动换刀系统由换刀机械手、刀库及控制单元三部份构成。换刀机械手由上、下搬手所组成，在控制电路及驱动传动元器件的作用下，上、下搬手可模拟人手换刀动作，分别夹住电机主轴上原扁方和弹簧夹头上原六方进行相对旋动，以夹紧或释放已装入弹簧夹头的刀具。刀库由数个分立排列的刀架所组成，每个刀架装载一种刀具，在控制单元的指令下，刀架可将待装刀具托起送入弹簧夹头，并且通过两机械搬手的相对旋转将刀具夹紧，或者经由机械手相向旋动电机主轴与弹簧夹头将刀具释放，由刀架从弹簧夹头中取出待卸下的刀具。如此，即可实现在控制单元的指令下，由刀库提供待装刀具或接收换下刀具，由换刀机械手旋紧或放松弹簧夹头以完成夹紧或释放刀具的动作，从而实现刀具装卸的自动化操作。由于采用上述的方案，就使得本技术在狭小的操作空间内能准确可靠快速地实现自动换刀，机床成本增加很小，而工作效率大大提高。本技术的具体结构由以下的实施例及其附图给出。附图说明图1是本技术的换刀机械手的主视图图2是本技术的换刀机械手的俯视图图3是本技术的换刀机械手中搬手的示意图图4是本技术的换刀机械手中搬手的驱动机构示意图图5是本技术的电机主轴鼠牙结构示意图图6是本技术的刀库中刀架主视图图7是本技术的刀库中刀架俯视图图8是本技术列阵式刀库自动换刀系统结构示意图图9是本技术回转式刀库自动换刀系统结构示意图图10是本技术改进型换刀机械手主视图图11是本技术改进型换刀机械手俯视图以下结合附图和实施例对本技术进一步说明。换刀机械手是本技术的核心，其固定装设在机床工作台一侧的机床床身上，具体结构如图1-4所示。其由上搬手(1)、下搬手(2)、驱动传动元器件及控制电路所组成。如图三所示，上搬手(1)、下搬手(2)采用相同结构，均由搬手本体(16)、钳口(17)、U型铁(18)、软轴(0)、拉簧(19)构成，软轴(0)内设有钢丝(41)，钢丝(41)一端与U型铁(18)相连接，另一端与图4所示的电磁铁(21)动杆相连的活动杠杆(20)相接触。电磁铁(21)吸合时，软轴(0)内的钢丝(41)被活动杠杆(20)推压从而使图3中与钢丝(41)相连的U型铁(18)受到顶推而沿搬手本体(16)内的导向槽插向钳口(17)的外沿，使钳口闭合，完成夹持动作；当电磁铁(21)释放时，软轴(0)内的钢丝(41)复位，从而拉动U型铁(18)退回复位，在拉簧(19)的回复下，钳口(17)张开，取消夹持状态。上搬手(1)的钳口用于夹持电机主轴上的扁方，下搬手(2)的钳口用于夹持弹簧夹头上的六方。上搬手(1)和下搬手(2)的两个钳口的开合动作由同一个电磁铁驱动机构来控制，只需将电磁铁(21)上的活动杠杆(20)与钢丝(41)接触处分叉，使活动杠杆(20)的两个分叉分别与两根软轴中的两根钢丝接触，再将两根软轴分别与上、下搬手相连，即可实现这一控制。如图1、2所示，下搬手(2)固定在下托板(3)上，上搬手(1)与齿圈(5)相连接，齿圈(5)套装在空心轴(6)上并可绕其旋动，空心轴(6)固定在上托板(4)上。驱动电机(10)通过丝杠(8)、螺母滑块(9)齿条(7)、齿圈(5)驱动上搬手(1)相对下搬手(2)旋动。由于丝杠螺母副的增力作用，可使上搬手(1)、下搬手(2)之间产生足以使弹簧夹头夹紧刀具的转动力矩。压簧(11)用于给上搬手(1)提供一个力矩可调环节，通过调整限位按钮(12)与螺母滑块(9)上触点的相对位置即调整压簧(11)的压缩长度，就可达到调整弹簧夹头夹持刀具的夹紧力的大小，从而可使夹紧力大小既可调又能保持恒定。整个换刀机械手在数控机床上的安装位置及其结构如图8所示，机械手的上搬手(1)的钳口位置与电机主轴上的扁方位置相平齐，下搬手(2)钳口位置与弹簧夹头上的六方位置相平齐。机械手中上托板(4)、下托板(3)、齿圈(5)、空心轴(6)在面对电机主轴的一侧均开出缺口，以便换刀时，电机主轴沿图中所设定的机床X方向进入上、下搬手中的钳口内即预定换刀位置(34)处。由于电机主轴停车后进入预定换刀位置(34)时，其上的扁方位置是随机的，因此当上、下搬手相对旋动，使弹簧夹头夹持刀具的夹紧力达到预定值时，两搬手之间的相对转角亦是随机的，为使上搬手(1)的钳口与主轴被夹持部位的扁方具良好的啮合性，减小两搬手之间的相对转角的随机偏差，在主轴原扁方部位制作成鼠牙结构(22)或在扁方位置处套装小段鼠牙齿圈(23)，其结构如图5所示。上、下搬手相对转角度数的确定可采用手动方式完成先用一只板手夹住电机主轴，用另一只板手放松弹簧夹头至能使钻头自由下落为下限位置，然后反向上紧弹簧夹头至能使钻头被可靠地夹持住为上限位置，测得夹持弹簧头的两板手上、下限位置间的转角度在60度以内，考虑到上、下搬手的钳口与弹簧夹头六方、电机主轴的鼠牙结构(22)或鼠牙齿圈(23)正确啮合后的最大转角偏差以及传动间隙等因素，该转角度取100度，据此确定出齿条(7)与齿圈(5)的齿合长度和啮合部位。由于上搬手(1)的钳口在夹紧钻头并达到预定夹紧力后，其最终的静止位置是随机的，因而上搬手(1)的钳口开口处往往不与下搬手(2)钳口开口处、上托板(4)的缺口、下托板(3)的缺口、空心轴(6)的缺口方向相一致，使得电机主轴在换刀时无法退出或进入预定换刀位置(34)。为此，如图2所示，须在上托板(4)上设置上搬手(1)零位触点开关(13)。为使上搬手具备自动复位的功能，还须由控制单元从逻辑关系上能够正确地判断和控制复位的方向。另外，在上托板(4)上还需要设置上搬手放松到位行程开关(15)和极限保护行程开关(14)。刀库装设在机床工作台的一侧，位于换刀机械手下方位置，刀库由若干分立的刀架所组成，每个刀架装载一种刀具，刀架面向电机主轴一侧开出能使刀具横向进出的缺口，换刀机械手的上搬手(1)、下搬手(2)的钳口中心位置要与待装卸刀具的那个刀架的中心位置三者严格上、中、下对中。刀库、机械手、电机主轴、弹簧夹头、机床工作台之间的结构与位置如图8所示。如图6、图7所示，刀架由刀架体(30)、装设在刀架体(30)内的定位V型铁(31)与弹性夹(32)所构成，定位V形铁(31)与弹性夹(32)可本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控机床专用普通弹簧夹头自动换刀系统，由换刀机械手、刀库及控制单元所构成，其特征在于：换刀机械手上装有上搬手（１）与下搬手（２）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：梁楚华，姜阳生，邵明，杨明洁，朱志坚，吴金强，张跃东，金军，高长乐，
申请(专利权)人：新疆工学院，
类型：实用新型
国别省市：65[中国|新疆]