多轴联动换刀装置及方法

技术领域

本发明涉及机床换刀技术领域，具体地，涉及一种多轴联动换刀装置及方法，尤其是，涉及一种大型双五轴镜像铣多轴联动换刀装置。

背景技术

传统的机床换刀通常是机床主轴直接与刀盘上的刀具进行换刀，换刀结构简单，在小型机床上这种方案优势明显。

现有公开号为CN216608159U的中国专利申请文献，其公开了一种换刀机械手移动机构及车铣复合机床，包括：齿形带、拉伸组件和驱动组件；齿形带的一端固定于机床上，另一端沿换刀机械手导轨的长度方向延伸并通过拉伸组件连接于机床，拉伸组件用于张紧齿形带；驱动组件设置于驱动组件导向滑道上，驱动组件导向滑道与换刀机械手导轨平行，驱动组件与齿形带传动连接，通过齿形带在驱动组件导向滑道上移动；驱动组件用于连接换刀机械手，以带动换刀机械手沿换刀机械手导轨移动。

现有技术中的换刀结构，在大型机床上，尤其是大型镜像铣机床上，由于其刀具数量多并且刀盘体积大，使得刀盘输送轴的负载较大，速度低，且整个刀盘活动行程相对较大，导致刀盘的输送效率不高。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多轴联动换刀装置及方法。

根据本发明提供的一种多轴联动换刀装置,包括固定底座、第一导轨副、第一移动座、第二导轨副以及刀爪机构；所述第一导轨副设置在固定底座上，所述第一移动座安装在第一导轨副上，所述固定底座上设置有驱动第一移动座直线往复运动的第一驱动组件；所述第二导轨副设置在第一移动座上，所述刀爪机构安装在第二导轨副上，且所述第一移动座上设置有驱动刀爪机构直线往复运动的第二驱动组件；所述刀爪机构包括伸缩装置、旋转装置以及刀爪，所述伸缩装置控制刀爪打开或夹紧，所述旋转装置驱动刀爪转动。

优选地，所述第二导轨副设置在第一导轨副的正上方，且所述第一导轨副为长导轨，所述第二导轨副为短导轨。

优选地，所述第一移动座的运动方向与刀爪机构的运动方向在水平面上相互垂直。

优选地，所述伸缩装置在旋转装置的两侧分别设置有一个，且任一所述伸缩装置均与对应位置的刀爪耦合。

优选地，所述刀爪在与伸缩装置耦合时处于水平状态。

优选地，所述刀爪自与旋转装置的连接处倾斜向远离旋转装置的一侧延伸；所述伸缩装置的伸缩杆与刀爪位于同一平面内。

优选地，所述第一移动座上设置有接近开关。

优选地，所述刀爪机构上设置有感应块。

优选地，所述第一驱动组件和第二驱动组件二者均包括滚珠丝杆螺母副或带轮传动装置。

根据本发明提供的一种多轴联动换刀方法，换刀方法包括如下步骤：S1、通过第一驱动组件和第二驱动组件将刀爪机构运动至指定位置；同时，通过伸缩装置控制其一刀爪先打开再闭合夹紧机床刀盘里的刀具；S2、通过第一驱动组件和第二驱动组件将刀爪机构运动至机床主轴端；同时，通过伸缩装置控制其另一刀爪先打开再闭合夹紧机床主轴上的刀具；S3、通过第一驱动组件和第二驱动组件驱动刀爪机构运动，通过旋转装置驱动两个刀爪转动一百八十度，将机床主轴上的刀具取出，并将另一刀爪上的刀具送到机床主轴上；S4、通过第一驱动组件和第二驱动组件驱动刀爪机构运动至指定位置，通过伸缩装置控制刀爪打开将刀具放回至机床刀盘内。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明通过设置刀爪机构，利用刀爪机构抓取刀盘上的刀具，免去了将较大的刀盘直接输送到机床主轴这个过程，只需刀爪将刀具从刀盘上取出，然后输送到机床主轴进行换刀即可，相比较输送整个刀盘，有助于提高输送的灵活性和高效性。

2、本发明通过设置伸缩装置来控制刀爪的松开和夹紧，控制简单，稳定。

3、本发明通过设置接近开关来防止刀爪机构运动超出行程，发生干涉及碰撞。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明主要体现换刀装置整体结构示意图；

图2为本发明主要体现刀爪机构整体结构示意图；

图3为本发明主要体现旋转装置整体结构示意图。

图中所示：

固定底座1刀爪机构7

第一驱动组件2伸缩装置8

第一导轨副3旋转装置9

第一移动座4移动底座10

第二导轨副5支架11

第二驱动组件6刀爪13

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

如图1所示，根据本发明提供的一种多轴联动换刀装置，包括固定底座1、第一导轨副3、第一移动座4、第二导轨副5以及刀爪机构7。第一导轨副3设置在固定底座1上，第一移动座4安装在第一导轨副3上，固定底座1上设置有驱动第一移动座4直线往复运动的第一驱动组件2。第二导轨副5设置在第一移动座4上，刀爪机构7安装在第二导轨副5上，且第一移动座4上设置有驱动刀爪机构7直线往复运动的第二驱动组件6；刀爪机构7包括伸缩装置8、旋转装置9以及刀爪13，伸缩装置8控制刀爪13打开或夹紧，旋转装置9驱动刀爪13转动。

第二导轨副5设置在第一导轨副3的正上方，且第一导轨副3为长导轨，第二导轨副5为短导轨，第一移动座4的运动方向与刀爪机构7的运动方向在水平面上相互垂直。通过将第二导轨副5设置在第一导轨副3的正上方，优化了换刀装置的空间布局，能够解决机床内部换刀空间小的问题。

通过第一驱动组件2和第二驱动组件6配合可以将刀爪机构7输送至指定位置，一方面优化了换刀装置的空间局部，另一方面提高了对刀爪机构7控制的稳定性。

具体地，固定底座1稳定放置在地面上，第一导轨副3水平设置在固定底座1的，第一移动座4滑移安装在第一导轨副3上，第一驱动组件2驱动第一移动座4直线往复运动，且第一移动座4的运动方向与第一导轨副3的长度方向同向。

第一移动座4包括向上延伸的悬臂，第二导轨副5水平设置在第一移动座4的悬臂的顶部，刀爪机构7滑移安装在第二导轨副5上，第二驱动组件6驱动刀爪机构7直线往复运动，且刀爪机构7的运动方向与第二导轨副5的长度方向同向。

更为具体地，第一驱动组件2和第二驱动组件6二者均为直线往复驱动件，第一驱动组件2和第二驱动组件6二者均包括滚珠丝杆螺母副或带轮传动装置。

一种可行的实施方式为：第一驱动组件2为滚珠丝杆螺母副，滚珠丝杆螺母副包括伺服电机、丝杆、运动螺母。丝杆通过轴承、轴承座以及锁紧螺母三者配合转动安装在固定底座1上，丝杆的长度方向与第一导轨副3的长度方向同向，伺服电机通过电机座紧固安装在固定底座1上，且伺服电机的输出轴与丝杆传动连接并驱动丝杆转动。运动螺母螺纹套设在丝杆上，且运动螺母通过螺母座与第一移动座4紧固连接。

第二驱动组件6为带轮传动装置，包括电机、大带轮、小带轮、传动带以及丝杠传动轴，电机紧固安装在第一移动座4上，小带轮同轴紧固套设在电机的输出轴上，丝杠传动轴转动安装在第一移动座4上，丝杠传动轴的长度方向与第二导轨副5的长度方向同向，大带轮同轴紧固套设在丝杠传动轴上，传动带将大带轮和小带轮传动连接。丝杠传动轴上还螺纹套设有螺母，螺母通过螺母座与刀爪机构7紧固连接。电机启动带动小带轮转动，小带轮通过传动带带动大带轮转动，从而驱动丝杠传动轴转动，进而使螺母座沿丝杠传动轴的长度方向往复运动，即实现刀爪机构7沿丝杠传动轴的长度方向往复运动。

刀爪机构7还包括移动底座10和支架11，移动底座10滑动安装在第二导轨副5的上方，移动底座10与第二驱动组件6紧固连接，第二驱动组件6驱动移动底座10沿第二导轨副5的长度方向往复直线运动。支架11紧固安装在移动底座10的上方，旋转装置9和伸缩装置8二者均安装在支架11上。

伸缩装置8在旋转装置9的两侧分别设置有一个，且任一伸缩装置8均与对应位置的刀爪13耦合。

进一步地，旋转装置9包括减速电机，减速电机的输出轴向支架11的一侧水平延伸，伸缩装置8在减速电机输出轴水平面内的两侧分别设置有一个。刀爪13固定安装在减速电机旋转端面上，且刀爪13在与伸缩装置8耦合时处于水平状态。刀爪13自与旋转装置9的连接处倾斜向远离旋转装置9的一侧延伸，伸缩装置8的伸缩杆与刀爪13位于同一平面内。

本申请的刀爪13为现有技术中存在的卡爪结构，常规状态下刀爪13处于夹紧状态，且具有一定大小的锁紧力。当伸缩装置8的伸缩杆伸入刀爪13对应位置时，刀爪13打开。当伸缩装置8自刀爪13的对应位置脱出，刀爪13夹紧。

优选地，第一移动座4上设置有接近开关，刀爪机构7上设置有感应块。借助接近开关和感应块能够控制第一移动座4和刀爪机构7运动到位。防止刀爪机构7运动超出行程，发生干涉及碰撞。

本具体实施方式还提出一种多轴联动换刀方法，采用上述多轴联动换到装置，换刀方法包括如下步骤：

S1、通过第一驱动组件2和第二驱动组件6将刀爪机构7运动至指定位置；

同时，通过伸缩装置8控制其一刀爪13先打开再闭合夹紧机床刀盘里的刀具。

S2、通过第一驱动组件2和第二驱动组件6将刀爪机构7运动至机床主轴端；

同时，通过伸缩装置8控制其另一刀爪13先打开再闭合夹紧机床主轴上的刀具。

S3、通过第一驱动组件2和第二驱动组件6驱动刀爪机构7运动，通过旋转装置9驱动两个刀爪13转动一百八十度，将机床主轴上的刀具取出，并将另一刀爪13上的刀具送到机床主轴上。

S4、通过第一驱动组件2和第二驱动组件6驱动刀爪机构7运动至指定位置，通过伸缩装置8控制刀爪13打开将刀具放回至机床刀盘内。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。