加工中心自动换刀的拉刀机构及其自动换刀方法

摘要

本发明公开了一种加工中心自动换刀的拉刀机构及其自动换刀方法，包括主轴、设有拉钉的刀柄和用于夹紧或松开刀柄的夹紧装置，拉钉上设有定位装置，定位装置包括依次设置在拉钉上的限位块和限位凹槽，夹紧装置包括固定在主轴内的拉钉锥套、套设在拉钉锥套内的拉套和使拉套上下移动的驱动装置，拉套上设有若干个通孔，通孔内设有用于卡住定位装置的滚珠，拉钉锥套内还设有用于滚珠向拉套外侧弹出的环形锥面，所述主轴上还设有在夹紧装置夹紧刀柄时用于固定刀柄的锥度头，锥度头的内壁与刀柄的外壁相适配。本发明提出了一种结构简单，加工成本低和运行稳定的加工中心自动换刀的拉刀机构。

说明书

技术领域

本发明涉及加工中心自动换刀的拉刀机构及其自动换刀方法。

背景技术

拉刀机构为数控机床主轴内部的自动固定与自动松开刀柄的机构。拉刀机构包括锥套和拉套，传统的拉刀机构的锥套与主轴一体成型，且锥套和拉套的结构复杂，使得加工精度要求高以及加工难度大，从而增加了加工成本。

传统的拉刀机构如中国发明专利申请号为201110236259.2的刀柄的拉刀机构，包括套筒拉头和外套筒，套筒拉头于外周缘环设有多个导凹槽，且两相对应的导凹槽形成有加强肋，续于套筒拉头末端设有外螺纹段，以对应组接启动拉刀机构的拉杆，且套筒拉头中央具有一通孔；该外套筒由多个瓣爪所连结构成，而每一瓣爪对应嵌组在所述套筒拉头的导凹槽内，且每一瓣爪上设有受套筒拉头导凹槽抵推的内抵掣面及对应嵌卡刀柄内环的外抵卡面。该套筒拉头和外套筒既是本发明中的锥套和拉套，该套筒拉头和外套筒的结构复杂，加工难度大，并且增加了拉刀机构的加工成本。

市场上的拉刀机构与刀柄固定时，刀柄上的刀具对工件进行加工时，经受力导致刀柄摆动，摆动的刀柄使得刀具加工精度不够准确，影响加工效果，严重者使工件报废，增加了加工成本。

另外，传统的拉刀机构在工作时，拉套在移动出现不稳定，从而导致拉刀机构工作的不稳定；拉套在移动时与主轴的摩擦，不但增加了拉刀机构的功率损耗，而且使拉套和主轴出现磨损，降低其使用寿命。

发明内容

本发明的目的为克服背景技术中存在的不足，本发明的目的是提出一种结构简单，加工成本低和运行稳定的加工中心自动换刀的拉刀机构。

为达到上述目的，本发明采用如下方案：

一种加工中心自动换刀的拉刀机构，包括主轴、设有拉钉的刀柄和用于夹紧或松开刀柄的夹紧装置，拉钉上设有定位装置，定位装置包括依次设置在拉钉上的限位块和限位凹槽，夹紧装置包括固定在主轴内的拉钉锥套、套设在拉钉锥套内的拉套和使拉套上下移动的驱动装置，拉套上设有若干个通孔，通孔内设有用于卡住定位装置的滚珠，拉钉锥套内还设有用于滚珠向拉套外侧弹出的环形锥面，所述主轴上还设有在夹紧装置夹紧刀柄时用于固定刀柄的锥度头，锥度头的内壁与刀柄的外壁相适配。

本发明进一步设置为：所述通孔包括外孔口和内孔口，外孔口的口径大于滚珠的直径，且内孔口的口径小于滚珠的直径。

本发明进一步设置为：所述滚珠的直径大于拉套的壁厚。

本发明进一步设置为：所述主轴设有用于放置锥度头的固定槽、用于放置拉钉锥套的锥套槽和供拉套滑动的滑动槽，锥度头与固定槽的槽壁、拉钉锥套与锥套槽的槽壁分别为过盈配合，所述拉套与滑动槽的槽壁之间的间隙为0.02-0.04mm。

本发明进一步设置为：所述锥度头上设有与拉钉锥套适配的限位环。

本发明进一步设置为：所述限位块包括上导向段和下导向段，上导向段和下导向段分别为锥面。

本发明进一步设置为：所述拉套内部设置有限制刀柄移动的限位板。

本发明进一步设置为：所述通孔的个数为四个，四个通孔均匀设置在同一圆周上。

一种适用于上述拉刀机构的自动换刀方法，其步骤如下，

步骤一、拉钉上的定位装置穿过滚珠并且放置在拉套内直到碰触限位板，此时拉套通过驱动装置驱动上移，拉套内的滚珠受到拉钉锥套内壁的挤压向拉套内侧露出，此时在拉套内露出的滚珠将定位装置卡住，刀柄与锥度头相互贴合，实现固定刀柄。

步骤二、拉套通过驱动装置的驱动下移，拉套上的通孔移动至环形锥面处，滚珠通过下导向段挤压滚珠的作用下在环形锥面处向拉套外侧弹出，定位装置不再受滚珠的卡住，从而可以从拉套内卸下，实现松开刀柄。

本发明的有益效果是：1、本发明通过固定在刀柄上的拉钉的定位装置穿过滚珠，此时拉套通过驱动装置驱动上移，置于拉套的通孔内的滚珠受到拉钉锥套内壁的挤压向拉套内侧露出，此时滚珠将置于限位凹槽内并将限位块卡住，拉钉就不能被拔出，从而实现固定刀柄，该结构工作稳定，结构简单，加工方便，降低了加工成本。2、本发明通过拉钉锥套内还设有用于滚珠向拉套外侧弹出的环形锥面，该环形锥面可以将滚珠向拉套外侧弹出，然后方便拉钉放入拉套内或从拉套内撤出。3、本发明通过主轴上还设有在夹紧装置夹紧刀柄时用于固定刀柄的锥度头，锥度头的内壁与刀柄的外壁相适配，在刀具对工件加工时，刀柄在锥套头的作用下，不会出现摆动等现象，使得刀具对工件的加工更加的精准。4、本发明通过主轴设有用于放置锥度头的固定槽、用于放置拉钉锥套的锥套槽和供拉套滑动的滑动槽，锥度头与固定槽的槽壁为过盈配合，使得锥度头与主轴之间的连接更加方便且连接的更加稳固，拉钉锥套与锥套槽的槽壁为过盈配合，使得拉钉锥套和锥套槽连接方便且连接得更加稳固，所述拉套与滑动槽的槽壁之间的间隙为0.02mm-0.04mm，若拉套与滑动槽的槽壁之间的间隙太大，则拉套会在滑动槽内晃动，使拉套移动的不够稳定，从而使拉刀机构工作不够稳定；若拉套与滑动槽的槽壁之间的间隙太小，又增加了拉套与主轴之间的摩擦，摩擦不但增加其功率损耗，使拉刀机构工作不够稳定，甚至使拉套与主轴产生磨损，降低其使用寿命，所以限定拉套与滑动槽的槽壁之间的间隙为0.02mm-0.04mm，在该间隙值范围内拉刀机构工作的稳定性最佳。

附图说明

图1为本发明加工中心自动换刀的拉刀机构的结构示意图。

图2为本发明中刀柄的结构示意图。

图3为本发明中拉钉锥套的结构示意图。

图4为本发明中拉套的结构示意图。

图5为本发明中锥度头的结构示意图。

图6为本发明中主轴的局部结构示意图。

图7为拉套与滑动槽的槽壁之间的间隙值所对应的稳定性示意图。

图中附图标记：主轴1，拉钉2，刀柄3，定位装置4，限位块41，限位凹槽42，拉钉锥套5，拉套6，通孔61，滚珠62，环形锥面51，锥度头7，外孔口611，内孔口612，固定槽11，锥套槽12，滑动槽13，限位环71，上导向段411，下导向段412，限位板63。

具体实施方式

参考图1至图6，对本发明做进一步说明,以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书揭露的内容轻易的了解本发明的其他优点及功效。

须知，本说明书所附图式所绘制的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具有技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容所能涵盖的范围内；同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”等用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明的可实施的范畴。

以下将通过具体实施例来对本发明的改造结构进行详细的说明。

参考图1至图6，一种加工中心自动换刀的拉刀机构，包括主轴1、设有拉钉2的刀柄3和用于夹紧或松开刀柄3的夹紧装置，拉钉2上设有定位装置4，定位装置4包括依次设置在拉钉2上的限位块41和限位凹槽42，夹紧装置包括固定在主轴1内的拉钉锥套5、套设在拉钉锥套5内的拉套6和使拉套6上下移动的驱动装置，拉套6上设有若干个通孔61，通孔61内设有用于卡住定位装置4的滚珠62，拉钉锥套5内还设有用于滚珠62向拉套6外侧弹出的环形锥面51。

自动换刀原理：拉刀机构需要固定刀具时，固定在刀柄3上的拉钉2的定位装置4穿过滚珠62，此时拉套6通过驱动装置驱动上移，置于拉套6的通孔61内的滚珠62受到拉钉锥套5内壁的挤压向拉套6内侧露出，此时滚珠62将置于限位凹槽42内并将限位块41卡住，拉钉2就不能被拔出，从而实现固定刀柄3，此时，刀柄置于锥度头7内并与锥度头7相互贴合，在刀具对工件加工时，刀柄在锥套头的作用下，不会出现摆动等现象，使得刀具对工件的加工更加的精准；当需要卸下刀柄3时，拉套6通过驱动装置的驱动下移，拉套上的通孔移动至环形锥面时，滚珠62在限位块41挤压滚珠62的作用下向拉套6外侧弹出，此时限位块41不再被滚珠62卡住，固定在刀柄3上的拉钉2可以从拉套6内卸下，从而实现松开刀柄3。以此循环，进行自动换刀来实现刀柄上不同的刀具对工件进行加工。

本发明中的拉钉、拉钉锥套、拉套的结构简单，加工方便，且其加工成本低。

本发明中的驱动装置可以是油缸驱动，也可以是电机驱动，实现了全自动话的换刀。

优选地，为了保证滚珠62工作的有效性，通孔61包括外孔口611和内孔口612，外孔口611的口径大于滚珠62的直径，使得滚珠62可以从外孔口611处放入通孔61内，且内孔口612的口径小于滚珠62的直径，可以避免滚珠62从内孔口612处滚出，增加了滚珠62工作的有效性。设置滚珠62的直径大于拉套6的壁厚，使得滚珠62能够有效地将拉钉2卡住和松开，实现拉刀机构对刀柄3的自动更换。

优选地，为了增加拉刀机构工作的稳定性，主轴1设有用于放置锥度头7的固定槽11、用于放置拉钉锥套5的锥套槽和供拉套滑动的滑动槽14，锥度头7与固定槽11的槽壁为过盈配合，使得锥度头7与主轴1之间的连接更加方便且连接的更加稳固，拉钉锥套5与锥套槽12的槽壁为过盈配合，使得拉钉锥套5和锥套槽12连接方便且连接得更加稳固，所述拉套6与滑动槽13的槽壁之间的间隙为0.02mm-0.04mm，若拉套6与滑动槽13的槽壁之间的间隙太大，则拉套6会在滑动槽13内晃动，使拉套6移动的不够稳定，从而使拉刀机构工作不够稳定；若拉套6与滑动槽13的槽壁之间的间隙太小，拉套与主轴分别含有应力，间隙太小影响其正常工作，另外增加了拉套6与主轴1之间的摩擦，摩擦不但增加其功率损耗，使拉刀机构工作不够稳定，甚至使拉套6与主轴1产生磨损，降低其使用寿命。所以用间隙值为0.005mm、0.01mm、0.02mm、0.03mm、0.04mm、0.05mm、0.06mm、0.07mm、0.08mm进行实验得到图7数表，

从图7可知，拉套6与滑动槽13的槽壁之间的间隙为0.02mm-0.04mm的范围时，拉刀机构工作的稳定性最佳。

优选地，为了使滚珠运行更加稳定，锥度头7上设有与拉钉锥套适配的限位环71，该限位环71防止滚珠向拉套外侧移动而滑落，使得滚珠保持在通孔内，从而使滚珠运行地更加稳定。

优选地，为了使拉钉2从拉套6放入或撤出更加顺畅，设置限位块41包括上导向段411和下导向段412，上导向段411和下导向段412分别为锥面。拉套6内部设置有限制刀柄3移动的限位板63，限位板63用来限制拉钉2的前行，从而使拉钉2放进拉套6时更加稳定。

优选地，所述通孔61的个数为四个，四个通孔61均匀设置在同一圆周上，四个通孔61可以很好得将拉钉2上的定位装置4卡住。

一种适用于上述拉刀机构的自动换刀方法，需要安装刀具时，拉钉2上的定位装置4穿过滚珠62并且放置在拉套6内直到碰触限位板63，拉套6再通过驱动装置驱动上移，置于拉套6的通孔61内的滚珠62受到拉钉锥套5内壁的挤压向拉套6内侧露出，此时滚珠62将定位装置4卡住，实现固定刀柄3，刀柄3与锥度头7相互贴合，实现固定刀柄3；需要卸下该刀具时，拉套6通过驱动装置的驱动下移，拉套上的通孔61移动至环形锥面51处，滚珠62通过下导向段412挤压滚珠62的作用下在环形锥面51处向拉套6外侧弹出，定位装置4不再受滚珠62的卡住，从而可以从拉套6内卸下，实现松开刀柄3。依次循环，进行自动换刀来实现不同刀柄3上的不同刀具对工件进行加工。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不以本实施例为限制，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。