插齿刀的压紧定位装置及其方法、数控机床

技术领域

本发明涉及数控机床技术领域，具体涉及一种插齿刀的压紧定位装置和该装置固定插齿刀的方法、以及具有该装置的数控机床。

背景技术

插齿刀一种使用频次较高的齿轮刀具，从插齿过程的原理上分析，插齿刀实质上就是一个磨有前后角并具有切削刃的齿轮，插齿刀与工件之间应保持正确的啮合关系，插齿刀往复一次，工件相对刀具在分度圆上转过的弧长为加工时的圆周进给量，故刀具与工件的啮合过程也就是圆周进给过程。插齿刀由安装孔和盘状结构组成，其切削刃设置在盘状结构的外周面上。

现有插齿刀在加工切削刃时，通常使用锁紧螺栓配合治具将插齿刀固定在数控机床上，但由于不同规格的插齿刀的安装孔具有不同的内径，因此需要准备多套定位治具配合使用；另外采用螺栓锁紧的方式导致每进行一次加工需要锁紧和拆卸螺栓各一次，导致生产效率低，且螺栓多次使用后为避免锁紧失效需要对其进行更换，导致生产成本高。

发明内容

为了克服上述缺陷，根据本发明提供的压紧定位装置及具有压紧定位装置的数控机床的目的有两个，其中一个目的在于提供一种插齿刀的压紧定位装置及该装置的工作方法，通过设置可调节的定位机构，实现对不同规格插齿刀的定位，配以压紧定位装置对插齿刀自动进行固定或松开，实现对插齿刀的自动压紧固定，结构简单制造成本低；本发明的另一个目的在于提供一种具有该装置的数控机床，通过将压紧定位装置设置为位置可调，以及布置于其旁侧的加工装置、通过控制系统实现自动夹紧定位后的自动加工，提高生产效率高。

为实现上述一个目的，本发明提供一种插齿刀的压紧定位装置，其包括：

定位机构，包括定位套筒，所述定位套筒的侧壁上沿其轴向开设有长槽孔；

限位机构，包括多个设于所述定位套筒的外周面上的弧形板，以及用于驱动多个所述弧形板沿所述定位套筒的径向往复运动的弧形板驱动组件；

压紧释放机构，设于所述定位套筒的内部，包括压紧组件、径向驱动组件和轴向驱动组件；

所述压紧组件包括与所述长槽孔对应设置的压紧臂、以及沿所述定位套筒的轴线设置的活动件，所述压紧臂具有内端和外端，所述压紧臂的内端与所述活动件可转动连接，所述压紧臂的外端通过所述径向驱动组件的驱动绕其内端旋转，以使所述压紧臂的外端伸出或收回至所述定位套筒内；所述轴向驱动组件用于驱动所述活动件沿所述定位套筒的轴向往复运动。

作为本发明的进一步改进，所述定位机构还包括设于所述定位套筒一端的安装座、以及与所述安装座、传动连接的第一驱动电机，所述第一驱动电机用于驱动所述定位套筒绕其轴线旋转；所述长槽孔设有至少两个，至少两个所述长槽孔对称的设置在所述定位套筒的侧壁上。

作为本发明的进一步改进，所述限位机构靠近所述安装座的一端设置，多个所述弧形板以环形阵列的方式布置，所述弧形板驱动组件包括多个与所述弧形板对应设置的第一电动伸缩杆，所述第一电动伸缩杆的一端与所述弧形板的凹面传动连接，另一端固定连接在所述定位套筒的外周面上。

作为本发明的进一步改进，所述径向驱动组件设于所述活动件靠近所述安装座的一端上，且与所述定位套筒上的长槽孔对应设置；

所述径向驱动组件包括设于所述活动件上的第二电动伸缩杆，所述第二电动伸缩杆远离所述活动件的一端设有导向滑槽。

作为本发明的进一步改进，所述压紧臂的内端通过第一转轴与所述活动件活动连接，外端通过滑配件与所述导向滑槽滑动连接。

作为本发明的进一步改进，所述滑配件包括穿设于所述导向滑槽内的第二转轴、以及两个分别设于所述第二转轴的两端的连接块；所述压紧臂的外端朝向所述径向驱动组件的一侧与两个所述连接块的侧壁固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述轴向驱动组件包括固定设置在所述定位套筒的另一端上的定位件、以及设于所述定位件上用于驱动所述活动件沿所述定位套筒的轴向往复运动的液压缸；

所述活动件的一端通过伸缩杆与所述安装座活动连接，另一端与所述液压缸的活塞杆端部传动连接。

为实现上述另一个目的，本发明提供一种采用所述的压紧定位装置固定插齿刀的方法，包括以下步骤：

步骤1，恢复装置的初始状态：即将限位机构的弧形板靠近定位套筒的外周面，以及使压紧组件的压紧臂位于定位套筒的内部；

步骤2，将插齿刀装入装置：将插齿刀套设于定位套筒上，并使其上的安装孔置于多个弧形板形成的支撑面的外周面上；

步骤3，固定插齿刀的中心位置：通过弧形板驱动组件驱动多个弧形板沿定位套筒的径向向外张开，以远离定位套筒的外周面，使弧形板的弧面贴近并顶紧安装孔的内周壁，实现对插齿刀中心的固定；

步骤4，压紧插齿刀的侧面位置：首先通过径向驱动组件驱动压紧臂使其外端相对其内端旋转，并经定位套筒上的长槽孔伸出至定位套筒的外部，然后通过轴向驱动组件驱动活动件带动压紧臂使其靠近并压紧在插齿刀的侧面，实现对插齿刀侧面的压紧，从而完成对插齿刀的固定。

为实现上述另一个目的，本发明提供一种具有压紧定位装置的数控机床，该数控机床包括工作台，所述工作台上设有加工装置、控制系统、以及压紧定位装置；

所述压紧定位装置通过移动组件与所述工作台活动连接，所述移动组件用于驱动所述压紧定位装置带动所述插齿刀在X、Y、Z向上移动；

所述加工装置通过支撑部件固定设置在所述工作台的一侧，包括朝向所述工作台一侧且沿水平方向设置在所述支撑部件上的第三电动伸缩杆，以及用于驱动所述第三电动伸缩杆绕其轴线旋转的加工驱动组件，所述第三电动伸缩杆的自由端连接加工刀具；

所述控制系统设于所述工作台上，用于控制所述压紧定位装置、加工装置之间的协同动作，以完成对所述插齿刀的压紧固定以及加工作业。

作为本发明的进一步改进，所述移动组件包括沿X向设于所述工作台上的X向丝杆、与所述X向丝杆活动连接的移动支架沿Y向设于所述移动支架上的Y向丝杆、与所述Y向丝杆活动连接且沿Z向设置的第四电动伸缩杆，所述压紧定位装置通过安装块与所述第四电动伸缩杆固定连接；

所述移动组件还包括用于驱动所述X向丝杆转动的第一正反电机、以及用于驱动所述Y向丝杆转动的第二正反电机。

作为本发明的进一步改进，所述加工驱动组件包括背离所述工作台一侧且沿水平方向设置在所述支撑部件上的第二驱动电机、与所述第二驱动电机传动连接的主动齿轮、以及与所述主动齿轮相啮合的从动齿轮。

作为本发明的进一步改进，所述从动齿轮通过衬套空套在从动齿轮轴上，可以绕从动齿轮轴旋转，所述衬套嵌设于所述支撑部件上，所述第三电动伸缩杆的另一端与所述从动齿轮轴固定连接。

作为本发明的进一步改进，所述数控机床还包括操作箱，所述工作台、加工装置、以及控制系统容置于所述操作箱内，所述操作箱内设有吸尘装置，所述吸尘装置靠近所述工作台的另一侧设置，包括设于所述操作箱顶部的负压泵、以及设于所述操作箱外侧的集尘箱，所述负压泵靠近所述操作箱的开口侧的一端设有出气管，背离所述开口侧的一端设有进气管，所述进气管通过贯穿所述操作箱的侧壁的连接管与所述集尘箱连通，所述集尘箱在靠近其出口处设有滤网。

本发明的有益效果是：

1、通过设置可调节的定位机构，实现对不同规格插齿刀的定位，配以压紧释放机构的压紧臂形成三角固定结构，保证插齿刀自动的稳固夹持，结构简单制造成本低；

2、通过将压紧定位装置设置为可在X、Y、Z向上移动，以及布置于其旁侧的加工装置和吸尘装置，并通过控制系统实现插齿刀的自动夹紧固定的自动加工，加工装置的加工刀具设置为位置可调从而避免拆、装插齿刀时与加工刀具发生干涉，提高生产效率高。

附图说明

图1为本发明压紧定位装置的结构示意图；

图2为本发明压紧定位装置夹持刀具的状态示意图；

图3为本发明压紧定位装置的剖面结构示意图；

图4为本发明图3的A处放大结构示意图；

图5为本发明压紧释放机构的分解结构示意图；

图6为本发明数控机床的结构示意图；

图7为本发明数控机床未设置操作箱和吸尘装置的结构示意图；

图8为本发明压紧定位装置与工作台连接状态示意图；

图9为本发明压紧定位装置另一视角的结构示意图；

图10为本发明加工装置的结构示意图；

图11为本发明吸尘装置的结构示意图。

结合附图，作以下说明：

100、插齿刀；1001、安装孔；1、压紧定位装置；11、定位机构；111、定位套筒；1111、长槽孔；112、安装座；113、第一驱动电机；12、限位机构；121、弧形板；122、第一电动伸缩杆；13、压紧释放机构；131、压紧组件；1311、活动件；1312、压紧臂；1313、第一转轴；1314、滑配件；13141、第二转轴；13142、连接块；132、径向驱动组件；1321、第二电动伸缩杆；1322、导向滑槽；133、轴向驱动组件；1331、定位件；1332、液压缸；1333、伸缩杆；14、移动组件；141、X向丝杆；142、移动支架；143、Y向丝杆；144、第四电动伸缩杆；145、安装块；146、第一正反电机；147、第二正反电机；2、工作台；3、加工装置；31、支撑部件；32、第三电动伸缩杆；33、加工驱动组件；331、第二驱动电机；332、主动齿轮；333、从动齿轮；3331、衬套；3332、从动齿轮轴；34、加工刀具；4、控制系统；5、操作箱；6、吸尘装置；61、负压泵；611、出气管；612、进气管；613、连接管；62、集尘箱；621、滤网。

具体实施方式

以下结合附图，对本发明的一个较佳实施例作详细说明。

参阅图1至5，本发明提供的一种插齿刀的压紧定位装置1的实施例，该装置包括定位机构11、限位机构12和压紧释放机构13，通过三个机构的配合作业，完成插齿刀100自动的压紧固定。

其中，定位机构11包括定位套筒111、设于定位套筒111一端的安装座112、以及与安装座112传动连接的第一驱动电机113，第一驱动电机113用于驱动定位套筒111绕其轴线旋转，第一驱动电机113采用Nidec公司的交流伺服马达，达到一定驱动力的同时不占用机构空间。

同时，定位套筒111的侧壁上沿其轴向开设有长槽孔1111，为压紧释放机构13的压紧臂1312提供运动路径；长槽孔1111设有至少两个，至少两个长槽孔1111对称的设置在定位套筒111的侧壁上；作为优选，长槽孔1111设置有两个，且分别对称设置在定位套筒111的中轴线的两侧。可理解的，压紧释放机构13的压紧组件131、径向驱动组件132对应长槽孔1111设置有两个，从而将定位于定位套筒111上的插齿刀100的侧面上以中心对称进行压紧，使插齿刀100固定。

进一步地，限位机构12包括多个设于定位套筒111的外周面上的弧形板121，以及用于驱动多个弧形板121沿定位套筒111的径向往复运动的弧形板驱动组件。其中，限位机构12靠近安装座112的一端设置，多个弧形板121以环形阵列的方式布置，且多个弧形板121的截面组成一圆形，从而使弧形板121的弧形面能够与插齿刀100的安装孔1001的内周壁紧密贴合，达到固定插齿刀100的目的。弧形板驱动组件包括多个与弧形板121对应设置的第一电动伸缩杆122，第一电动伸缩杆122的一端与弧形板121的凹面传动连接，另一端固定连接在定位套筒111的外周面上。即插齿刀100通过安装孔1001经定位套筒111的自由端进入并套于弧形板121的弧形面上后，第一电动伸缩杆122的推杆推出带动弧形板121被撑开，使弧形板121的弧形面顶紧于插齿刀100的安装孔1001内周壁上，从而使插齿刀100沿其径向被固定，此时插齿刀100已经达到一定的固定效果。在本申请提供的实施例中，第一电动伸缩杆122、第二电动伸缩杆1321、以及第三电动伸缩杆32均采用因时机器人公司的微型伺服电缸，其小巧动力足。通过设置限位机构12能够满足对具有不同孔径规格的插齿刀100进行定位，不需频繁更换定位治具，提高压紧定位装置的适用性，减少配件投入。

进一步地，为保证插齿刀100在加工过程旋转、打磨等作业时的稳定性，在定位套筒111的内部设置压紧释放机构13。压紧释放机构13包括压紧组件131、径向驱动组件132和轴向驱动组件133，通过三组组件的配合动作，能够保证插齿刀100顺利的从定位套筒111上装入和摘下，并且能够对装入定位套筒111上的插齿刀100的侧面进行压紧固定，从而与限位机构12形成稳固的三角形结构，保证插齿刀100的有效压紧固定，防止加工时发生松动。

具体地，压紧组件131包括活动件1311和压紧臂1312，活动件1311为圆柱形结构，其中轴线与定位套筒111的中轴线重合，压紧臂1312的内端（即压紧臂的定位端）通过第一转轴1313与活动件1311活动连接，外端（即压紧臂的自由端）通过滑配件1314与导向滑槽1322滑动连接；滑配件1314包括穿设于导向滑槽1322内的第二转轴13141、以及两个分别设于第二转轴13141的两端的连接块13142，两个连接块13142分别置于导向滑槽1322的开口的两侧外，用于将第二转轴13141限制于导向滑槽1322内。连接块13142朝向压紧臂1312的侧面与压紧臂1312固定连接，且两者的连接处与压紧臂的外端的端部有一定距离，以免在形成的三角固定结构时插齿刀的侧面与径向驱动组件发生干涉。

另外，第一转轴1313和第二转轴13141的中轴线分别垂直活动件1311的中轴线设置，从而径向驱动组件132的第二电动伸缩杆1321的推杆推出使压紧臂1312的外端沿导向滑槽1322滑动，同时内端绕第一转轴1313转动。

进一步地，径向驱动组件132设于活动件1311靠近安装座112的一端上，包括设于活动件1311上的第二电动伸缩杆1321，第二电动伸缩杆1321远离活动件1311的一端设有导向滑槽1322。

轴向驱动组件133包括固定设置在定位套筒111的另一端上的定位件1331、以及设于定位件1331上用于驱动活动件1311沿定位套筒111的轴向往复运动的液压缸1332；活动件1311的一端通过伸缩杆1333与安装座112活动连接，另一端与液压缸1332的活塞杆的端部传动连接。即液压缸的活塞杆伸缩带动活动杆1311在定位套筒111内沿其轴线方向往复运动，活动杆1311的两端分别连接在活塞杆和伸缩杆1333上，保证活动杆运动过程中的稳定性的同时，确保其运动路径始终在定位套筒111的中轴线上，从而保证压紧臂的对称性，提高压紧固定的效果。

基于上述的插齿刀的压紧定位装置1，本发明提供了采用该压紧定位装置1固定插齿刀的方法，包括以下步骤：

初始状态下，限位机构12的弧形板121沿定位套筒111的径向向内收缩靠近定位套筒111的外周面，而压紧组件131的压紧臂1312则收回至定位套筒111的内部；

首先，将插齿刀装入装置，即插齿刀100套设于定位套筒111上，并使其上的安装孔1001置于多个弧形板121形成的环形支撑面上；

接着，第一电动伸缩杆122的推杆沿定位套筒111的径向向外张开，以推动弧形板121的弧形面靠近并顶紧于安装孔1001的内周壁上，以对插齿刀100中心进行固定；

然后，第二电动伸缩杆1321的推杆沿定位套筒111的径向向外推出，带动压紧臂1312的外端绕其内端旋转，并经定位套筒111上的长槽孔1111伸出至定位套筒111的外部，接着液压缸1332的活塞杆推出使活动件1311带动压紧臂1312的外端靠近并压紧插齿刀100的侧面位置，完成对插齿刀100的自动压紧固定；

以上步骤循环进行，以实现插齿刀100的自动压紧固定。

若插齿刀100完成加工，液压缸1332的活塞杆收缩使活动件1311带动压紧臂1312的外端先远离插齿刀100的侧面，然后第二电动伸缩杆1321的推杆收回，以使压紧臂1312的外端绕其内端旋转收回至定位套筒111的内部；同步的第一电动伸缩杆122的推杆收回，以使弧形板121沿定位套筒111的径向向中心聚拢，回到上述初始状态。

基于上述的插齿刀的压紧定位装置1，参阅图6至11本发明提供了一种具有该压紧定位装置1的数控机床的实施例，该数控机床包括布置在操作箱5内的压紧定位装置1、工作台2、加工装置3、控制系统4和吸尘装置6。其中，控制系统4用于控制压紧定位装置1、加工装置3和吸尘装置6，以及各装置的部件之间的协同作业，同时控制系统4中还包含用于检测插齿刀是否完成压紧固定的检测系统，控制系统4采用现有的PLC控制系统，在本发明中不做赘述。

具体地，压紧定位装置1通过移动组件14与工作台2活动连接，移动组件14用于驱动压紧定位装置1带动插齿刀100在X、Y、Z向上移动。移动组件14包括沿X向设于工作台2上的X向丝杆141、与X向丝杆141活动连接的移动支架142、沿Y向设于移动支架142上的Y向丝杆143、与Y向丝杆143活动连接且沿Z向设置的第四电动伸缩杆144，压紧定位装置1通过安装块145与第四电动伸缩杆144固定连接。其中，移动支架142呈“7”字形结构，检测系统设置在移动支架142的竖直段上并且与控制系统4进行程序连通。

另外，为保证压紧定位装置1移动时整体稳定性，工作台2上沿其X向开设有一容置槽，X向丝杆141的一端通过定位轴承与容置槽的一端可转动连接，另一端与第一正反电机146的输出轴传动连接，另外容置槽的Y向的两侧壁上沿X向分别开设有滑槽，移动支架142的竖直段的底部与X向丝杆141螺纹连接，并且在靠近底部的两侧设置与滑槽匹配的滑块，以保证移动支架142移动过程的平稳性。同理的，在移动支架142的水平段的下侧开设一滑槽，Y向丝杆143的一端通过定位轴承与该滑槽的一端可转动连接，另一端与第二正反电机147的输出轴传动连接，第四电动伸缩杆144的上端连接滑块，滑块的中部与Y向丝杆143螺纹连接的同时其两端滑配在滑槽内，从而保证压紧定位装置1移动的平稳性。

进一步地，加工装置3通过支撑部件31固定设置在工作台2的一侧，包括朝向工作台2一侧且沿水平方向设置在支撑部件31上的第三电动伸缩杆32，以及用于驱动第三电动伸缩杆32绕其轴线旋转的加工驱动组件33，第三电动伸缩杆32的一端连接加工刀具34，以驱动加工刀具34沿X向往复运动，从而避免操作人员在进行插齿刀拆装时发生位置干涉；加工驱动组件33包括背离工作台2一侧且沿水平方向设置在支撑部件31上的第二驱动电机331、与第二驱动电机331传动连接的主动齿轮332、以及与主动齿轮332相啮合的从动齿轮333；从动齿轮333通过衬套3331空套在从动齿轮轴3332上，可以绕从动齿轮轴3332旋转，衬套3331嵌设于支撑部件31上，第三电动伸缩杆32的另一端与从动齿轮轴3332固定连接。采用间接的驱动方式能够保证加工刀具34转动时的稳定性。

进一步地，吸尘装置6靠近工作台2的另一侧设置，用于将清理加工作业过程中产生的粉尘。吸尘装置6包括设于操作箱5顶部的负压泵61、以及设于操作箱5外侧的集尘箱62，负压泵61靠近操作箱5的开口侧的一端设有出气管611，背离开口侧的一端设有进气管612，进气管612通过贯穿操作箱5的侧壁的连接管613与集尘箱62连通，集尘箱62在靠近集尘口处设有滤网621。

启动负压泵61，使得出气管611向工作台2的上部输送气体，进气管612吸气将工作台2上飞扬气体吸收并通过连接管613送入集尘箱62内，滤网621的设置有助于进入集尘箱62内气体的消散，同时还防止粉尘溢流至环境中。

综上所述，本发明提供的插齿刀的压紧定位装置和工作方法、以及具有该装置的数控机床，该压紧定位装置通过设置可调节的定位机构，实现对不同规格插齿刀的定位，配以压紧释放机构的压紧臂形成三角固定结构，保证插齿刀自动的稳固夹持，结构简单制造成本低；具有压紧装置的数控机床通过将压紧定位装置设置为可在X、Y、Z向上移动，以及布置于其旁侧的加工装置和吸尘装置，并通过控制系统实现插齿刀的自动夹紧固定以及自动加工，提高生产效率高。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。