一種機械手自動換刀系統的製作方法

2023-11-08 20:45:17

專利名稱：一種機械手自動換刀系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種用於加工中心自動換刀系統，尤其是ー種利用凸輪實現自動換刀過程中機械手和主軸松拉刀動作協調控制的換刀系統，屬於金屬切削工具機技術領域。
背景技術：
發明專利ZL200810011687. 3、發明名稱為加工中心液壓凸輪聯動換刀機構，提出一種與傳統技術不同的機械手自動換刀機構。按傳統技術，換刀機械手僅承擔機械手的 迴轉扣刀和拔插刀動作，其間需要與主軸松拉刀機構相互配合，兩套機構需要數控系統進行檢測和協調控制,整個換刀過程,換刀機械手要起動停止3次，每起動一次，要檢測並等待機械手狀態信號就緒，控制機械手停止，停止後又要檢測並等待主軸松拉刀狀態信號就緒、才能進行下一次機械手起動，每個起動停止過程，只要有一個檢測信號不正常，換刀過程就不能繼續進行，所以不但換刀過程慢，而且故障率較高。而發明專利ZL200810011687.3提出的「液壓凸輪聯動換刀機構」用一個與機械手控制凸輪聯動的松刀凸輪推動ー個推動油缸的活塞，該油缸輸出的油液通過油管推動ー個裝在主軸箱上的松刀油缸的活塞，該活塞通過ー個槓桿推動主軸後端的拉刀杆,實現主軸松拉刀動作與機械手動作的協調,使整個過程換刀機械手只要起動停止一次就可完成，大幅度加快了換刀速度，簡化了結構，提高了換刀過程的可靠性。但該發明仍有以下不足第一、一個推動油缸經液壓油管與一個松刀油缸聯動，因主軸相對於換刀機械手長時間處於運動之中，液壓油管較長並軟硬串聯，其間經過多個液壓接頭，長時間微量油液洩漏難免，而且封閉於推動油缸、液壓油管、松刀油缸之中的油液如混入氣體或受溫度影響也會影響松刀油缸活塞的行程，而松刀行程必須在一定範圍內才能實現有效松刀，如因長時間微量的油液洩漏，或混入氣體或溫度的變化導致松刀油缸活塞的行程達不到上述範圍，則一次性起動停止的，無松刀行程檢測的換刀運動，就會造成換刀機構的破壞性損傷。第二、松刀油缸的活塞通過ー個槓桿推動主軸後端的拉刀杆，實現主軸松刀或拉刀，該結構不利於換刀時向刀柄錐面吹氣，也不適用於直連主軸、中噴主軸。第三、該發明顯然是為某種特定的臥式加工中心設計的，如要像傳統的凸輪換刀機械手那樣，既能適用於臥式加工中心，又能適用於立式加工中心，其布局應更緊湊，井置於主軸的同一側。

發明內容
本發明的目的在於提供一種機械手自動換刀系統，以克服已有技術可能因微量油液洩漏或溫度變化而導致松刀失效，機構損傷的隱患，以及不能適用於多種主軸，不能適用多種加工中心的不足。為達到本發明的目的，本發明採用如下技術方案。本發明機械手自動換刀系統，包括殼體、剎車電機、減速機構蝸杆、減速機構蝸輪、旋臂凸輪、六星輪、機械手、機械手軸、插拔刀槓桿、連杆、軸承滑塊、松刀凸輪、柱塞油泵、滾輪、高壓軟管、松刀油缸、用於調整松刀行程的松刀頂杆、帶有松刀杆的主軸和數控系統、凸輪位置開關；所述旋臂凸輪與減速機構蝸輪固接，旋臂凸輪外圓上的環面凸輪槽與六星輪嚙合，制在或裝在旋臂凸輪ー側端面上的插拔刀凸輪與插拔刀槓桿上的滾輪嚙合，並通過槓桿推動機械手軸作直線插拔刀運動，松刀凸輪的凸輪面與滾輪接觸，滾輪直接地或通過槓桿機構與油泵的柱塞外端連接，油泵內的油液通過高壓軟管與松刀油缸聯通，其結構特點是:
設置一位移傳感器，用於檢測主軸松刀杆或松刀頂杆的位移量；設置ー開關，用於檢測松刀凸輪是否達到最高點位置；所述位移傳感器和開關、凸輪位置開關的輸出信號接入一數控系統或接入ー帶報警裝置的數控系統；所述數控系統或帶報警裝置的數控系統在每次開關的輸出信號有效時，根據位移傳感器的輸出信號選擇執行以下之一的過程a、顯示松刀行程正常，換刀及加工程序繼續；b、提示當前松刀行程偏小，換刀及加工程序繼續；C、發出松刀行程大於但接近最低極限的報警，本次換刀繼續，但換刀結束後加工程序即停止；d、發出松刀行程小於或等於最低極限報警，換刀電機立即停電並剎車。本發明機械手自動換刀系統的結構特點也在於在所述油泵的缸體上制有一補油孔，所述補油孔與盛有油液的補油杯相聯通，カロ大松刀凸輪曲線升程，使油泵柱塞増加ー個額外的補油行程，ー個柱塞復位彈簧安置在油泵的缸體與柱塞之間，強制柱塞外伸使滾輪始終與松刀凸輪的凸輪曲面保持接觸，當滾輪與松刀凸輪的最低點接觸時，補油孔被打開，補油杯的油液與柱塞油泵內空間相通，並被抽入少量油液，從而使油泵、油管和松刀油缸迴路內的油液得以及時補充。設置有ー個排氣螺堵，位於油泵、高壓油管與松刀油缸油路的最高端。所述數控系統設置有松刀行程調整程序，和機械手復位程序；執行松刀行程調整程序，換刀機械手將自動運行到松刀凸輪達最高點的位置並停止；執行機械手復位程序，換刀機械手自動運行到起始位並停止。所述松刀凸輪與旋臂凸輪製成一體，或固定安裝在旋臂凸輪的ー側，或固定安裝在旋臂凸輪的一端軸伸上，油泵固定在殼體上，使整個換刀機械手結構更簡化，布局更緊湊，從而可以布置在主軸同一側，以便同時適用於立式和臥式加工中心。所述松刀油缸為圓柱型或環形，同軸地安裝在主軸的後端。所述位移傳感器由蓋有帶縫的遮光罩的三至四隻光電開關、LED發光管、遮光板構成。與已有技術相比，本發明有益效果體現在I、本發明克服了已有技術可能因微量油液洩漏或溫度變化而導致松刀失效，機構損傷的隱患，確保自動換刀系統的安全可靠；2、本發明使工具機操作人員能及時了解換刀系統的工作狀態，並可方便的調整到最佳狀態；3、本發明能適用於多種主軸；4、本發明能適用多種加工中心，因而適合於大批量生產。


圖I是本發明機械手自動換刀系統總體布局圖。圖Ia是圖I的B-B剖面圖。圖2是用三個光電開關代替位移傳感器的示意2a是圖2的A-A剖面圖。圖3是不同松刀行程與對應的報警裝置及數控系統的不同反應示意圖。附圖標號1殼體，2a剎車電機，2b減速機構蝸杆，2c減速機構蝸輪，3旋臂凸輪，4六星輪,,5機械手,6,機械手軸，7插拔刀槓桿,7b連杆、7c軸承滑塊、7d槓桿支點軸、8松刀凸輪，9柱塞油泵，9a柱塞，9b補油孔，9c彈簧，9d油管接頭、10滾輪、IOa滾輪軸承、IOb滾輪銷軸、11高壓油管、12松刀油缸、12a活塞、12b松刀頂杆、12c油管接頭、12d氣管接頭、12f遮光板、13插拔刀凸輪、14排氣螺堵、15補油杯、16主軸、16a主軸松刀杆、17位移傳感器、17a Pl光電開關、17b P2光電開關、17c P3光電開關、17d帶縫遮光罩、17eLED發光管、18松刀最高點開關、19報警裝置、20數控系統、21凸輪位置開關、24吹氣管、25壓カ氣管、26電磁氣閥、27壓カ氣源。
具體實施例方式參圖I、圖la，本發明機械手自動換刀系統由殼體I、剎車電機2a、減速機構蝸杆2b、減速機構蝸輪2c、旋臂凸輪3、六星輪4、機械手5、機械手軸6、插拔刀槓桿7、連杆7b、軸承滑塊7c、松刀凸輪8、柱塞油泵9、滾輪10、高壓軟管11、松刀油缸12、用於調整松刀行程的松刀頂杆12b、帶有松刀杆16a的主軸16和數控系統20、凸輪位置開關21等構成，旋臂凸輪3與減速機構蝸輪2c固接，旋臂凸輪3外圓上的環面凸輪槽與六星輪4嚙合，制在或裝在旋臂凸輪3 —側端面上的插拔刀凸輪13與插拔刀槓桿7上的滾輪嚙合並通過槓桿7、連杆7b、軸承滑塊7c推動機械手軸6作直線插拔刀運動，槓桿7的支點軸7d安裝在殼體I上。松刀凸輪8的凸輪面與滾輪10接觸，滾輪10直接地或通過槓桿機構與油泵9的柱塞9a外端連接，油泵9內的油液，通過高壓軟管11與松刀油缸12聯通，油泵9缸體上増加了ー個補油孔％，該孔與一個加有油液的補油杯15聯通，加大松刀凸輪曲線升程，使油泵柱塞增加ー個額外的補油行程，ー個柱塞復位彈簧9c安置在油泵9的缸體與柱塞之間，強制柱塞外伸使滾輪10始終與松刀凸輪8的凸輪曲面保持接觸，當滾輪10與松刀凸輪8的最低點接觸時，補油孔9b被打開，補油杯15的油液與柱塞油泵內空間相通，並被抽入少量油液，從而使油泵9，油管11，松刀油缸12迴路內的油液得以及時補充。為方便排淨混入油泵9，油管11，松刀油缸12油路的氣體，ー個排氣螺堵14設置在該油路的最高位置。位移傳感器17可裝在松刀油缸12上或相對主軸固定的其它部件上，用於檢測松刀頂杆12b的位移量，其作用與檢測主軸松刀杆16a的位移量相同。在殼體I裝有一個檢測松刀凸輪最高點的開關18，位移傳感器17及開關18開關21直接與ー個能接受模擬信號的數控系統20聯接，或通過ー個能接受模擬信號，並顯示報警提示及位移值，輸出報警信號的報警裝置19與ー個普通數控系統20聯接，位移傳感器17可以是任何型式的位移量-電壓傳感器，也可如圖2和圖2a所示，用三或四隻光電開關代替，包括第一光電開關17a、第二光電開關17b和第三光電開關17c。此情況下不需要報警裝置19，三或四隻光電開關和開關18開關21可直接接到數控系統20PLC輸入端子。每個光電開關蓋有帶縫的遮光罩17d以提高測量精度，光電開關的位置分別調整到圖3所示的PO，PI, P2點，第四隻光電開關用於檢測拉刀是否有效。17e是LED發光管，12f是裝在松刀頂杆12b上的ー個遮光板。
報警裝置19和數控系統20在毎次開關18信號有效時，根據位移傳感器輸出信號，確定(參見圖3)執行以下過程a、行程> P2，顯示松刀行程正常，換刀及加工程序繼續；b、P2 >行程> P1，發出松刀行程偏小提示並顯示到PO之差值，提醒工具機使用者及時調整松刀行程，但換刀及加工程序繼續；c、Pl >行程> PO，發鬆刀行程接近最低極限報警，本次換刀繼續，但換刀結束後加工程序立即停止，等待使用者調整松刀行程後才能繼續；d、行程<=PO，松刀行程小於最低極限，發最高級報警，換刀電機立即停電並剎車。數控系統20設置有松刀行程調整程序，和機械手復位程序。執行松刀行程調整程序，換刀機械手將自動運行到松刀凸輪達最高點的位置並停止，並由報警裝置19或數控系統20顯示報警信號及實際松刀位置值。操縱數控系統執行復位程序，換刀機械手按照開關21的信號自動運行到起始位，此時可進行松刀行程調整，隨後再執行松刀行程調整程序，檢查報警信號及實際松刀位置值，如不滿意，可再次重複以上過程，如滿意，可操縱數控系統執行機械手復位程序，使換刀機械手自動運行到起始位，以下可選擇a、再執行一次換刀過程山、繼續執行加工程序；c、停止。所採用松刀油缸12是的市場上普遍採用的圓柱型或圓環型松刀油缸，以便適用於市場上的多種主軸。松刀凸輪8與旋臂凸輪3製成或裝成一體，也可安裝在旋臂凸輪3已端的軸伸上，油泵9固定在殼體I上，使整個換刀機械手結構簡化，布局緊湊，並使該換刀機械手可以布置在主軸同一側，既適用於立式加工中心也適用於臥式加工中心。松刀油缸活塞中心螺孔內裝有一個調整松刀行程的松刀頂杆12b，它後端還可接一根噴氣管24，通一個噴氣電磁閥26，以便在裝刀時向刀柄錐面噴氣，保證主軸和刀柄錐面乾淨。松刀油缸的前腔通過接頭12d，氣管25接到氣壓源27，以便在松刀結束後把活塞12c推到最後端，排清油液。但這也可用一個彈簧代替。
權利要求
1.一種機械手自動換刀系統，包括殼體(I)、剎車電機(2a)、減速機構蝸杆(2b)、減速機構蝸輪(2c)、旋臂凸輪(3)、六星輪(4)、機械手(5)、機械手軸￠)、插拔刀槓桿(7)、連杆(7b)、軸承滑塊(7c)、松刀凸輪(8)、柱塞油泵(9)、滾輪(10)、高壓軟管(11)、松刀油缸(12)、用於調整松刀行程的松刀頂杆(12b)、帶有松刀杆(16a)的主軸(16)和數控系統(20)、凸輪位置開關(21);所述旋臂凸輪(3)與減速機構蝸輪(2c)固接，旋臂凸輪(3)外圓上的環面凸輪槽與六星輪(4)嚙合，制在或裝在旋臂凸輪(3) —側端面上的插拔刀凸輪(13)與插拔刀槓桿(7)上的滾輪嚙合，並通過槓桿(7)推動機械手軸(6)作直線插拔刀運動，松刀凸輪⑶的凸輪面與滾輪(10)接觸，滾輪(10)直接地或通過槓桿機構與油泵(9)的柱塞(9a)外端連接，油泵(9)內的油液通過高壓軟管(11)與松刀油缸(12)聯通，其特徵在於 設置一位移傳感器(17)，用於檢測主軸松刀杆(16a)或松刀頂杆(12b)的位移量； 設置一開關(18)，用於檢測松刀凸輪⑶是否達到最高點位置； 所述位移傳感器(17)和開關(18)、凸輪位置開關(21)的輸出信號接入一數控系統(20)或接入一帶報警裝置(19)的數控系統(20)； 所述數控系統(20)或帶報警裝置(19)的數控系統(20)在每次開關(18)的輸出信號有效時，根據位移傳感器(17)的輸出信號選擇執行以下之一的過程 a、顯示松刀行程正常，換刀及加工程序繼續； b、提示當前松刀行程偏小，換刀及加工程序繼續； C、發出松刀行程大於但接近最低極限的報警，本次換刀繼續，但換刀結束後加工程序即停止； d、發出松刀行程小於或等於最低極限報警，換刀電機立即停電並剎車。
2.按權利要求I所述的機械手自動換刀系統，其特徵在於 在所述油泵(9)的缸體上制有一補油孔(9b)，所述補油孔(9b)與盛有油液的補油杯(15)相聯通，一柱塞復位彈簧(9c)安置在油泵(9)的缸體與柱塞之間。
3.按權利要求I所述的機械手自動換刀機構，其特徵在於設置有一個排氣螺堵(14)，位於油泵(9)、高壓油管(11)與松刀油缸(12)油路的最高端。
4.按權利要求I所述之機械手自動換刀系統，其特徵在於所述數控系統(20)設置有松刀行程調整程序，和機械手復位程序；執行松刀行程調整程序，換刀機械手將自動運行到松刀凸輪達最高點的位置並停止；執行機械手復位程序,換刀機械手自動運行到起始位並停止。
5.按權利要求I所述的機械手自動換刀系統，其特徵在於所述松刀凸輪(8)與旋臂凸輪(3)製成一體，或固定安裝在旋臂凸輪(3)的一側，或固定安裝在旋臂凸輪(3)的一端軸伸上，油泵(9)固定在殼體(I)上。
6.按權利要求I所述的機械手自動換刀系統，其特徵在於所述松刀油缸(12)為圓柱型或環形，同軸地安裝在主軸(16)的後端。
7.按權利要求I所述的機械手自動換刀系統，其特徵在於所述位移傳感器(17)由蓋有帶縫的遮光罩(17d)的三至四隻光電開關、LED發光管(17e)、遮光板(12f)構成。
全文摘要
一種機械手自動換刀系統，是用一組凸輪機構在驅動換刀機械手迴轉和插拔運動的同時，通過油泵-油管-油缸來驅動主軸的松刀機構，實現主軸松拉刀動作與機械手動作的協調，整個過程換刀機械手只要起動停止一次就可完成，加快了換刀速度。但其油泵-油管-油缸系統存在因油液微量洩漏和溫度變化導致主軸松拉刀動作可能不到位引起換刀機構損壞的隱患。本發明採用在油泵上增加補油孔，增加補油杯，以及增加松刀位移量檢測及報警裝置及相應的數控系統程序，保證機械手起動停止一次實現整個換刀過程的安全可靠。本發明採用普通的松刀油缸以適用多種主軸，採用把松刀凸輪和旋臂凸輪合為一體以簡化換刀機械手結構，縮小體積，適於用立式臥式多種加工中心。
文檔編號B23Q3/155GK102626881SQ201210119128
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月20日 優先權日2012年4月20日
發明者邵文遠 申請人:邵文遠