一种多钻头切换使用的数控钻孔装置及方法

技术领域

本发明涉及数控钻床技术领域，更具体地说，本发明涉及一种多钻头切换使用的数控钻孔装置及方法。

背景技术

数控钻床是一种通过数控系统进行数字化控制的以钻削为主的高精度孔加工机床，其主要用于以钻削为主要加工工序的零件的钻孔、扩孔、铰孔、攻丝等加工作业，目前市面上大多数的数控钻床主要采用点位控制，同时沿两轴或三轴移动以减少定位时间，此外，在两轴或三坐标数控钻床的基础上增加转塔式刀库及自动换刀机构可构成钻削加工中心(钻削中心)，钻削中心采用无级调速的主轴电动机，可实现自动变换主轴转速，可以进行钻、扩、铰、锪、攻丝等孔加工工序，而且可以完成具有直线和圆弧插补的轮廓控制铣削。

但现有的钻削中心在实际运用过程中仍存在一些不足之处，如现有的钻削中心适配的转塔式刀库及自动换刀机构在加工零件时，虽能够根据零件不同的加工需求来快速更换不同的钻削刀具，但转塔式刀库受限于自身结构问题，转塔式刀库的刀具容纳量有限，一旦转塔式刀库预先安装的刀具无法满足零件的加工需求或转塔式刀库预先安装的刀具出现损坏，就需要人工停机更换新的刀具，从而极大的影响了零件的加工效率。

发明内容

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供一种多钻头切换使用的数控钻孔装置及方法，以解决现有的钻削中心适配的转塔式刀库及自动换刀机构在加工零件时，虽能够根据零件不同的加工需求来快速更换不同的钻削刀具，但转塔式刀库受限于自身结构问题，转塔式刀库的刀具容纳量有限，一旦转塔式刀库预先安装的刀具无法满足零件的加工需求或转塔式刀库预先安装的刀具出现损坏，就需要人工停机更换新的刀具，从而极大的影响了零件的加工效率的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种多钻头切换使用的数控钻孔装置，包括钻床机座，所述钻床机座的上表面螺栓固定有半包式支撑座，所述半包式支撑座外部的一侧设置有数控主机，所述半包式支撑座的内壁靠近所述数控主机的一侧安装有手自一体刀库，所述手自一体刀库是由组合式刀库、电动丝杠传动架一、电动丝杠传动架二三部分组合构成；所述半包式支撑座的顶部连接有与所述钻床机座的上表面为螺栓连接的电动丝杠升降机架，所述手自一体刀库远离所述数控主机的一侧通过所述电动丝杠升降机架升降式安装有双轴传动钻机，所述双轴传动钻机是由升降平台、支撑柱、电动丝杠传动架三、电动丝杠传动架四、吊装平台、钻削机组、电磁刀座等结构组合构成；所述电动丝杠传动架三靠近所述手自一体刀库的一端安装有双臂换刀机构，所述双臂换刀机构是由横梁、伺服电机二、转向电机一、转向电机二、电动夹爪等结构组合构成，所述手自一体刀库、电动丝杠升降机架、双轴传动钻机、双臂换刀机构的电气构件均与所述数控主机为电连接；其中所述组合式刀库包括插接卡座，所述插接卡座与所述双臂换刀机构相邻的侧面开设有若干个并列等距分布的插接卡槽，每个插接卡槽的内部均可拆分式卡接插装有一组多槽位刀架，每组多槽位刀架均可拆分式卡接插装有若干个并排等距分布的钻削刀具；所述电磁刀座包括导磁转动套座，所述导磁转动套座的两侧均设置有电磁铁，所述导磁转动套座的中心处设置有随动导磁刀座。

优选地，所述电动丝杠传动架一和电动丝杠传动架二的数量均为两组，两组电动丝杠传动架二均通过螺栓固定安装于所述半包式支撑座的内壁靠近所述数控主机的侧面并与所述钻床机座的上表面呈垂直设置，两组电动丝杠传动架一通过两组电动丝杠传动架二垂直升降式安装于所述半包式支撑座的内部并与所述钻床机座的上表面呈平行设置，所述组合式刀库通过两组电动丝杠传动架一水平侧移式安装于所述半包式支撑座的内部。

优选地，所述电动丝杠传动架二包括丝杠传动槽板，所述丝杠传动槽板的滑槽内设置有传动丝杠二，所述丝杠传动槽板的顶端设置有与所述传动丝杠二为传动连接的伺服电机三，所述传动丝杠二的传动滑块与所述电动丝杠传动架一为固定连接，所述丝杠传动槽板与所述半包式支撑座的内壁为固定连接，所述电动丝杠传动架一与所述电动丝杠传动架二结构相同，所述电动丝杠传动架一的传动滑块与插接卡座为固定连接。

优选地，所述电动丝杠升降机架包括支撑顶板和支承底板，所述支承底板的四个拐角处均设置有与所述支撑顶板为转动连接的传动丝杠一，四根传动丝杠一均适配有位于所述支撑顶板上表面的伺服电机一，所述支承底板上表面的中心处设置有装夹平台，所述支撑顶板螺栓固定于所述半包式支撑座的顶部，所述支承底板螺栓固定于所述钻床机座的上表面。

优选地，所述升降平台的四个拐角处均开设有与传动丝杠一相适配的传动螺孔，所述升降平台通过四个传动螺孔与四根传动丝杠一为传动连接，所述支撑柱的数量为四根，所述电动丝杠传动架三和电动丝杠传动架四的数量均为两组，所述电动丝杠传动架三和电动丝杠传动架四均与所述电动丝杠传动架二结构相同，两组电动丝杠传动架三通过四根支撑柱水平并排吊装于所述升降平台的下方。

优选地，两组电动丝杠传动架四与两组电动丝杠传动架三的传动滑块为固定连接，两组电动丝杠传动架四通过两组电动丝杠传动架三水平侧移式吊装于所述升降平台的下方，所述吊装平台与两组电动丝杠传动架四的传动滑块为固定连接，所述吊装平台通过两组电动丝杠传动架四水平侧移式吊装于所述装夹平台的上方，所述钻削机组固定安装于所述吊装平台上表面的中心处，所述钻削机组通过所述吊装平台水平侧移式安装于两组电动丝杠传动架四之间。

优选地，所述导磁转动套座固定安装于所述吊装平台下表面的中心处，所述随动导磁刀座的上半部呈圆柱体，所述随动导磁刀座的上半部通过内嵌轴承转动安装于所述导磁转动套座的中心处，两组电磁铁分别固定安装于所述导磁转动套座的两侧呈对称设置，所述随动导磁刀座上半部的圆柱体穿过所述导磁转动套座与所述钻削机组的传动轴为固定连接，所述导磁转动套座和随动导磁刀座均采用导磁合金材料制作而成，所述钻削刀具的插接部位嵌装有磁吸金属片。

优选地，所述伺服电机二、转向电机一、转向电机二、电动夹爪的数量均为两组，两组伺服电机二的机体均螺栓安装于所述横梁的上表面，两组伺服电机二的传动轴分别与两组转向电机一的机体为固定连接，两组转向电机一的传动轴分别与两组转向电机二的机体为固定连接，两组转向电机二的传动轴分别与两组电动夹爪的底座为固定连接，所述横梁的两端分别与两组电动丝杠传动架三靠近组合式刀库的一端为固定连接。

优选地，一种多钻头切换使用的数控钻孔装置的操作方法，包括以下步骤：

S1：刀库装配，根据零件加工需求将不同型号的钻削刀具两两一组的按照零件的加工工序由左至右由上至下依次装配至若干个多槽位刀架的刀槽内部，让每种型号的钻削刀具在若干个多槽位刀架构成的刀库内均装配有两把，并对装配好的钻削刀具进行编号后将编号数据输入数控主机进行存储；

S2：刀具装配，将待加工零件放置于装夹平台上进行装夹固定后，利用伺服电机二、转向电机一、转向电机二、电动夹爪组合构成的两组机械夹爪按照零件加工工序将对应型号的钻削刀具从多槽位刀架的刀槽取出并插装在随动导磁刀座上，再利用两组电磁铁通电产生的强磁场将钻削刀具磁吸固定在随动导磁刀座上；

S3：刀具对刀，利用四组伺服电机一配合四根传动丝杠一以及升降平台带动随动导磁刀座上装配固定的钻削刀具垂直下移贴近待加工零件的钻削面，再利用两组电动丝杠传动架三配合两组电动丝杠传动架四以及吊装平台带动随动导磁刀座上装配固定的钻削刀具在待加工零件的钻削面水平移动进行对刀；

S4：钻削加工，对刀结束后，通过两组电动丝杠传动架三配合两组电动丝杠传动架四以及吊装平台带动钻削刀具水平移动，再利用四组伺服电机一配合四根传动丝杠一以及升降平台带动钻削刀具垂直升降，让钻削刀具按照数控主机内部预设的钻削加工数据对待加工的零件进行钻削加工；

S5：正常换刀，当待加工的零件在加工过程中需要更换不同的刀具时，通过两组电动丝杠传动架三配合两组电动丝杠传动架四以及吊装平台带动钻削刀具水平移动复位，再利用四组伺服电机一配合四根传动丝杠一以及升降平台带动钻削刀具垂直升降复位，然后利用伺服电机二、转向电机一、转向电机二、电动夹爪组合构成的两组机械夹爪将随动导磁刀座上装配的钻削刀具取下并插回多槽位刀架的对应刀槽内，接着利用两组电动丝杠传动架一配合两组电动丝杠传动架二带动插接卡座上下左右移动将需要更换钻削刀具移动至换刀位，最后重复进行S2、S3、S4操作；

S6、异常换刀，当待加工的零件在加工过程中某一型号的刀具意外损坏后，按照S5操作，将损坏的刀具与刀库中的备用刀具进行更换，损坏的刀具更换后，通过数控主机控制两组电动丝杠传动架一带动插接卡座向外侧滑，然后手动抽出拆下损坏的刀具所对应的多槽位刀架，将损坏的刀具取下更换同型号新的刀具，再将拆下的多槽位刀架原位装回并通过数控主机控制两组电动丝杠传动架一带动插接卡座进行复位。

本发明的技术效果和优点：

本发明通过在半包式支撑座的内部设置由组合式刀库配合两组电动丝杠传动架一以及两组电动丝杠传动架二组合构成的手自一体刀库，通过插接卡座侧面开设的若干个并列等距分布的插接卡槽将若干组多槽位刀架可拆分式并列等距组装于一体，再通过若干组多槽位刀架将大量的不同型号的钻削刀具两两一组的依次排布装配，极大幅度地增加了数控钻床的刀库刀具装配容量，让不同型号的钻削刀具在刀库内均能够装配备用刀具，从而解决了现有的钻削中心适配的转塔式刀库的刀具容纳量有限，一旦转塔式刀库预先安装的刀具无法满足零件的加工需求或转塔式刀库预先安装的刀具出现损坏，就需要人工停机更换新的刀具，影响零件加工效率的问题；

本发明中，组合式刀库通过两组电动丝杠传动架一可在半包式支撑座的内部进行水平横移，并且若干组多槽位刀架是分别可拆分式卡接插装于插接卡座的侧面开设的若干个插接卡槽内部，当组合式刀库内部预装配的钻削刀具无法满足零件的加工需求或预先安装的刀具出现损坏时，可通过数控主机控制两组电动丝杠传动架一带动插接卡座向外侧滑，然后手动抽出拆下损坏或后续工序所不用的刀具所对应的多槽位刀架，将损坏或后续工序所不用的刀具取下更换新的刀具，整个刀具更换流程无需停机便可快速进行，从而进一步的提高了钻床的工作效率；

本发明中，通过设置两组电动丝杠传动架一和两组电动丝杠传动架二带动组合式刀库在双臂换刀机构的换刀位进行上下左右平移，使得双臂换刀机构能够精准快速的取放不同型号的钻削刀具进行快速换刀作业，提高了钻削刀具更换的效率和精准度。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的手自一体刀库结构示意图；

图3为本发明的电动丝杠传动架二结构示意图；

图4为本发明的组合式刀库结构示意图；

图5为本发明的电动丝杠升降机架结构示意图；

图6为本发明的双轴传动钻机局部结构图；

图7为本发明的双轴传动钻机局部结构图；

图8为本发明的电磁刀座结构示意图；

图9为本发明的双臂换刀机构结构示意图。

附图标记为：1、钻床机座；2、半包式支撑座；3、数控主机；4、手自一体刀库；5、电动丝杠升降机架；6、双轴传动钻机；7、双臂换刀机构；41、组合式刀库；42、电动丝杠传动架一；43、电动丝杠传动架二；51、支撑顶板；52、支承底板；53、传动丝杠一；54、伺服电机一；55、装夹平台；61、升降平台；62、传动螺孔；63、支撑柱；64、电动丝杠传动架三；65、电动丝杠传动架四；66、吊装平台；67、钻削机组；68、电磁刀座；71、横梁；72、伺服电机二；73、转向电机一；74、转向电机二；75、电动夹爪；411、插接卡座；412、插接卡槽；413、多槽位刀架；414、钻削刀具；431、丝杠传动槽板；432、传动丝杠二；433、伺服电机三；681、导磁转动套座；682、电磁铁；683、随动导磁刀座。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如附图1至附图9，本发明的实施例提供一种多钻头切换使用的数控钻孔装置，包括钻床机座1，钻床机座1的上表面螺栓固定有半包式支撑座2，半包式支撑座2外部的一侧设置有数控主机3，半包式支撑座2的内壁靠近数控主机3的一侧安装有手自一体刀库4，手自一体刀库4是由组合式刀库41、电动丝杠传动架一42、电动丝杠传动架二43三部分组合构成；半包式支撑座2的顶部连接有与钻床机座1的上表面为螺栓连接的电动丝杠升降机架5，手自一体刀库4远离数控主机3的一侧通过电动丝杠升降机架5升降式安装有双轴传动钻机6，双轴传动钻机6是由升降平台61、支撑柱63、电动丝杠传动架三64、电动丝杠传动架四65、吊装平台66、钻削机组67、电磁刀座68等结构组合构成；电动丝杠传动架三64靠近手自一体刀库4的一端安装有双臂换刀机构7，双臂换刀机构7是由横梁71、伺服电机二72、转向电机一73、转向电机二74、电动夹爪75等结构组合构成，手自一体刀库4、电动丝杠升降机架5、双轴传动钻机6、双臂换刀机构7的电气构件均与数控主机3为电连接；其中组合式刀库41包括插接卡座411，插接卡座411与双臂换刀机构7相邻的侧面开设有若干个并列等距分布的插接卡槽412，每个插接卡槽412的内部均可拆分式卡接插装有一组多槽位刀架413，每组多槽位刀架413均可拆分式卡接插装有若干个并排等距分布的钻削刀具414；电磁刀座68包括导磁转动套座681，导磁转动套座681的两侧均设置有电磁铁682，导磁转动套座681的中心处设置有随动导磁刀座683。

其中，电动丝杠传动架一42和电动丝杠传动架二43的数量均为两组，两组电动丝杠传动架二43均通过螺栓固定安装于半包式支撑座2的内壁靠近数控主机3的侧面并与钻床机座1的上表面呈垂直设置，两组电动丝杠传动架一42通过两组电动丝杠传动架二43垂直升降式安装于半包式支撑座2的内部并与钻床机座1的上表面呈平行设置，组合式刀库41通过两组电动丝杠传动架一42水平侧移式安装于半包式支撑座2的内部。

其中，电动丝杠传动架二43包括丝杠传动槽板431，丝杠传动槽板431的滑槽内设置有传动丝杠二432，丝杠传动槽板431的顶端设置有与传动丝杠二432为传动连接的伺服电机三433，传动丝杠二432的传动滑块与电动丝杠传动架一42为固定连接，丝杠传动槽板431与半包式支撑座2的内壁为固定连接，电动丝杠传动架一42与电动丝杠传动架二43结构相同，电动丝杠传动架一42的传动滑块与插接卡座411为固定连接。

其中，电动丝杠升降机架5包括支撑顶板51和支承底板52，支承底板52的四个拐角处均设置有与支撑顶板51为转动连接的传动丝杠一53，四根传动丝杠一53均适配有位于支撑顶板51上表面的伺服电机一54，支承底板52上表面的中心处设置有装夹平台55，支撑顶板51螺栓固定于半包式支撑座2的顶部，支承底板52螺栓固定于钻床机座1的上表面。

其中，升降平台61的四个拐角处均开设有与传动丝杠一53相适配的传动螺孔62，升降平台61通过四个传动螺孔62与四根传动丝杠一53为传动连接，支撑柱63的数量为四根，电动丝杠传动架三64和电动丝杠传动架四65的数量均为两组，电动丝杠传动架三64和电动丝杠传动架四65均与电动丝杠传动架二43结构相同，两组电动丝杠传动架三64通过四根支撑柱63水平并排吊装于升降平台61的下方。

其中，两组电动丝杠传动架四65与两组电动丝杠传动架三64的传动滑块为固定连接，两组电动丝杠传动架四65通过两组电动丝杠传动架三64水平侧移式吊装于升降平台61的下方，吊装平台66与两组电动丝杠传动架四65的传动滑块为固定连接，吊装平台66通过两组电动丝杠传动架四65水平侧移式吊装于装夹平台55的上方，钻削机组67固定安装于吊装平台66上表面的中心处，钻削机组67通过吊装平台66水平侧移式安装于两组电动丝杠传动架四65之间。

其中，导磁转动套座681固定安装于吊装平台66下表面的中心处，随动导磁刀座683的上半部呈圆柱体，随动导磁刀座683的上半部通过内嵌轴承转动安装于导磁转动套座681的中心处，两组电磁铁682分别固定安装于导磁转动套座681的两侧呈对称设置，随动导磁刀座683上半部的圆柱体穿过导磁转动套座681与钻削机组67的传动轴为固定连接，导磁转动套座681和随动导磁刀座683均采用导磁合金材料制作而成，钻削刀具414的插接部位嵌装有磁吸金属片；通过在导磁转动套座681的两侧设置两组电磁铁682，并且在钻削刀具414的插接部位嵌装有磁吸金属片，利用两组电磁铁682通电产生的强磁场将钻削刀具414吸合固定在随动导磁刀座683的插槽内部，既保证了钻削机组67的动力通过随动导磁刀座683传递至钻削刀具414的稳定性，又保证了钻削刀具414与随动导磁刀座683拆装的便捷性，进一步提高了钻削刀具414更换的效率。

其中，伺服电机二72、转向电机一73、转向电机二74、电动夹爪75的数量均为两组，两组伺服电机二72的机体均螺栓安装于横梁71的上表面，两组伺服电机二72的传动轴分别与两组转向电机一73的机体为固定连接，两组转向电机一73的传动轴分别与两组转向电机二74的机体为固定连接，两组转向电机二74的传动轴分别与两组电动夹爪75的底座为固定连接，横梁71的两端分别与两组电动丝杠传动架三64靠近组合式刀库41的一端为固定连接。

本发明的工作过程如下：

S1：刀库装配，根据零件加工需求将不同型号的钻削刀具414两两一组的按照零件的加工工序由左至右由上至下依次装配至若干个多槽位刀架413的刀槽内部，让每种型号的钻削刀具414在若干个多槽位刀架413构成的刀库内均装配有两把，并对装配好的钻削刀具414进行编号后将编号数据输入数控主机3进行存储；

S2：刀具装配，将待加工零件放置于装夹平台55上进行装夹固定后，利用伺服电机二72、转向电机一73、转向电机二74、电动夹爪75组合构成的两组机械夹爪按照零件加工工序将对应型号的钻削刀具414从多槽位刀架413的刀槽取出并插装在随动导磁刀座683上，再利用两组电磁铁682通电产生的强磁场将钻削刀具414磁吸固定在随动导磁刀座683上；

S3：刀具对刀，利用四组伺服电机一54配合四根传动丝杠一53以及升降平台61带动随动导磁刀座683上装配固定的钻削刀具414垂直下移贴近待加工零件的钻削面，再利用两组电动丝杠传动架三64配合两组电动丝杠传动架四65以及吊装平台66带动随动导磁刀座683上装配固定的钻削刀具414在待加工零件的钻削面水平移动进行对刀；

S4：钻削加工，对刀结束后，通过两组电动丝杠传动架三64配合两组电动丝杠传动架四65以及吊装平台66带动钻削刀具414水平移动，再利用四组伺服电机一54配合四根传动丝杠一53以及升降平台61带动钻削刀具414垂直升降，让钻削刀具414按照数控主机3内部预设的钻削加工数据对待加工的零件进行钻削加工；

S5：正常换刀，当待加工的零件在加工过程中需要更换不同的刀具时，通过两组电动丝杠传动架三64配合两组电动丝杠传动架四65以及吊装平台66带动钻削刀具414水平移动复位，再利用四组伺服电机一54配合四根传动丝杠一53以及升降平台61带动钻削刀具414垂直升降复位，然后利用伺服电机二72、转向电机一73、转向电机二74、电动夹爪75组合构成的两组机械夹爪将随动导磁刀座683上装配的钻削刀具414取下并插回多槽位刀架413的对应刀槽内，接着利用两组电动丝杠传动架一42配合两组电动丝杠传动架二43带动插接卡座411上下左右移动将需要更换钻削刀具414移动至换刀位，最后重复进行S2、S3、S4操作；

S6、异常换刀，当待加工的零件在加工过程中某一型号的刀具意外损坏后，按照S5操作，将损坏的刀具与刀库中的备用刀具进行更换，损坏的刀具更换后，通过数控主机3控制两组电动丝杠传动架一42带动插接卡座411向外侧滑，然后手动抽出拆下损坏的刀具所对应的多槽位刀架413，将损坏的刀具取下更换同型号新的刀具，再将拆下的多槽位刀架413原位装回并通过数控主机3控制两组电动丝杠传动架一42带动插接卡座411进行复位。

最后应说明的几点是：首先，在本申请的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；

其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；

最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。