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數(shù)控機床專用普通彈簧夾頭自動換刀系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:3038186閱讀:1228來源:國知局
專利名稱:數(shù)控機床專用普通彈簧夾頭自動換刀系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域
本實用新型的數(shù)控機床專用普通彈簧夾頭自動換刀系統(tǒng)屬于機械領域,尤其涉及一種數(shù)控機床的自動換刀裝置。
目前國內(nèi)普遍使用數(shù)控機床進行印刷電路板的孔型加工,在電路板對孔型、孔徑要求較復雜時,這種機床的鉆頭、銑刀刀具的更換就十分頻繁,通常均采用停機人工更換刀具的方式,其費事耗時,不適應自動化、高效率的現(xiàn)代工廠化生產(chǎn)之需。一些現(xiàn)有的采用液壓、氣動或電磁驅(qū)動方式進行自動換刀的裝置,雖然夾持動作來得簡單,但為了適應夾持刀具的要求,電機主軸及彈簧夾頭結(jié)構(gòu)要相應做出較大的改動,還要增設液壓、氣動或電磁驅(qū)動及控制元器件,進行接口處理等,使得機床成本大幅度上升,不適于推廣使用。
本實用新型的目的是要提供一種旨在對電機主軸和彈簧夾頭不做改動的情況下,僅僅通過在機床上裝加一套由換刀機械手、刀庫及控制單元組成的自動換刀系統(tǒng),就可完全模擬人手的換刀動作,在彈簧夾頭與電機主軸上于僅約20mm的操作空間中準確可靠快速地實現(xiàn)自動換刀。
本實用新型的目的是通過如下方案得以實現(xiàn)的自動換刀系統(tǒng)由換刀機械手、刀庫及控制單元三部份構(gòu)成。換刀機械手由上、下搬手所組成,在控制電路及驅(qū)動傳動元器件的作用下,上、下搬手可模擬人手換刀動作,分別夾住電機主軸上原扁方和彈簧夾頭上原六方進行相對旋動,以夾緊或釋放已裝入彈簧夾頭的刀具。刀庫由數(shù)個分立排列的刀架所組成,每個刀架裝載一種刀具,在控制單元的指令下,刀架可將待裝刀具托起送入彈簧夾頭,并且通過兩機械搬手的相對旋轉(zhuǎn)將刀具夾緊,或者經(jīng)由機械手相向旋動電機主軸與彈簧夾頭將刀具釋放,由刀架從彈簧夾頭中取出待卸下的刀具。如此,即可實現(xiàn)在控制單元的指令下,由刀庫提供待裝刀具或接收換下刀具,由換刀機械手旋緊或放松彈簧夾頭以完成夾緊或釋放刀具的動作,從而實現(xiàn)刀具裝卸的自動化操作。
由于采用上述的方案,就使得本實用新型在狹小的操作空間內(nèi)能準確可靠快速地實現(xiàn)自動換刀,機床成本增加很小,而工作效率大大提高。
本實用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下的實施例及其附圖給出。


圖1是本實用新型的換刀機械手的主視圖圖2是本實用新型的換刀機械手的俯視圖圖3是本實用新型的換刀機械手中搬手的示意圖圖4是本實用新型的換刀機械手中搬手的驅(qū)動機構(gòu)示意圖圖5是本實用新型的電機主軸鼠牙結(jié)構(gòu)示意圖圖6是本實用新型的刀庫中刀架主視圖圖7是本實用新型的刀庫中刀架俯視圖圖8是本實用新型列陣式刀庫自動換刀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖圖9是本實用新型回轉(zhuǎn)式刀庫自動換刀系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖
圖10是本實用新型改進型換刀機械手主視圖
圖11是本實用新型改進型換刀機械手俯視圖
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
換刀機械手是本實用新型的核心,其固定裝設在機床工作臺一側(cè)的機床床身上,具體結(jié)構(gòu)如
圖1-4所示。其由上搬手(1)、下搬手(2)、驅(qū)動傳動元器件及控制電路所組成。如圖三所示,上搬手(1)、下搬手(2)采用相同結(jié)構(gòu),均由搬手本體(16)、鉗口(17)、U型鐵(18)、軟軸(0)、拉簧(19)構(gòu)成,軟軸(0)內(nèi)設有鋼絲(41),鋼絲(41)一端與U型鐵(18)相連接,另一端與圖4所示的電磁鐵(21)動桿相連的活動杠桿(20)相接觸。電磁鐵(21)吸合時,軟軸(0)內(nèi)的鋼絲(41)被活動杠桿(20)推壓從而使圖3中與鋼絲(41)相連的U型鐵(18)受到頂推而沿搬手本體(16)內(nèi)的導向槽插向鉗口(17)的外沿,使鉗口閉合,完成夾持動作;當電磁鐵(21)釋放時,軟軸(0)內(nèi)的鋼絲(41)復位,從而拉動U型鐵(18)退回復位,在拉簧(19)的回復下,鉗口(17)張開,取消夾持狀態(tài)。上搬手(1)的鉗口用于夾持電機主軸上的扁方,下搬手(2)的鉗口用于夾持彈簧夾頭上的六方。上搬手(1)和下搬手(2)的兩個鉗口的開合動作由同一個電磁鐵驅(qū)動機構(gòu)來控制,只需將電磁鐵(21)上的活動杠桿(20)與鋼絲(41)接觸處分叉,使活動杠桿(20)的兩個分叉分別與兩根軟軸中的兩根鋼絲接觸,再將兩根軟軸分別與上、下搬手相連,即可實現(xiàn)這一控制。如
圖1、2所示,下搬手(2)固定在下托板(3)上,上搬手(1)與齒圈(5)相連接,齒圈(5)套裝在空心軸(6)上并可繞其旋動,空心軸(6)固定在上托板(4)上。驅(qū)動電機(10)通過絲杠(8)、螺母滑塊(9)齒條(7)、齒圈(5)驅(qū)動上搬手(1)相對下搬手(2)旋動。由于絲杠螺母副的增力作用,可使上搬手(1)、下搬手(2)之間產(chǎn)生足以使彈簧夾頭夾緊刀具的轉(zhuǎn)動力矩。壓簧(11)用于給上搬手(1)提供一個力矩可調(diào)環(huán)節(jié),通過調(diào)整限位按鈕(12)與螺母滑塊(9)上觸點的相對位置即調(diào)整壓簧(11)的壓縮長度,就可達到調(diào)整彈簧夾頭夾持刀具的夾緊力的大小,從而可使夾緊力大小既可調(diào)又能保持恒定。整個換刀機械手在數(shù)控機床上的安裝位置及其結(jié)構(gòu)如圖8所示,機械手的上搬手(1)的鉗口位置與電機主軸上的扁方位置相平齊,下搬手(2)鉗口位置與彈簧夾頭上的六方位置相平齊。機械手中上托板(4)、下托板(3)、齒圈(5)、空心軸(6)在面對電機主軸的一側(cè)均開出缺口,以便換刀時,電機主軸沿圖中所設定的機床X方向進入上、下搬手中的鉗口內(nèi)即預定換刀位置(34)處。由于電機主軸停車后進入預定換刀位置(34)時,其上的扁方位置是隨機的,因此當上、下搬手相對旋動,使彈簧夾頭夾持刀具的夾緊力達到預定值時,兩搬手之間的相對轉(zhuǎn)角亦是隨機的,為使上搬手(1)的鉗口與主軸被夾持部位的扁方具良好的嚙合性,減小兩搬手之間的相對轉(zhuǎn)角的隨機偏差,在主軸原扁方部位制作成鼠牙結(jié)構(gòu)(22)或在扁方位置處套裝小段鼠牙齒圈(23),其結(jié)構(gòu)如圖5所示。上、下搬手相對轉(zhuǎn)角度數(shù)的確定可采用手動方式完成先用一只板手夾住電機主軸,用另一只板手放松彈簧夾頭至能使鉆頭自由下落為下限位置,然后反向上緊彈簧夾頭至能使鉆頭被可靠地夾持住為上限位置,測得夾持彈簧頭的兩板手上、下限位置間的轉(zhuǎn)角度在60度以內(nèi),考慮到上、下搬手的鉗口與彈簧夾頭六方、電機主軸的鼠牙結(jié)構(gòu)(22)或鼠牙齒圈(23)正確嚙合后的最大轉(zhuǎn)角偏差以及傳動間隙等因素,該轉(zhuǎn)角度取100度,據(jù)此確定出齒條(7)與齒圈(5)的齒合長度和嚙合部位。由于上搬手(1)的鉗口在夾緊鉆頭并達到預定夾緊力后,其最終的靜止位置是隨機的,因而上搬手(1)的鉗口開口處往往不與下搬手(2)鉗口開口處、上托板(4)的缺口、下托板(3)的缺口、空心軸(6)的缺口方向相一致,使得電機主軸在換刀時無法退出或進入預定換刀位置(34)。為此,如圖2所示,須在上托板(4)上設置上搬手(1)零位觸點開關(13)。為使上搬手具備自動復位的功能,還須由控制單元從邏輯關系上能夠正確地判斷和控制復位的方向。另外,在上托板(4)上還需要設置上搬手放松到位行程開關(15)和極限保護行程開關(14)。刀庫裝設在機床工作臺的一側(cè),位于換刀機械手下方位置,刀庫由若干分立的刀架所組成,每個刀架裝載一種刀具,刀架面向電機主軸一側(cè)開出能使刀具橫向進出的缺口,換刀機械手的上搬手(1)、下搬手(2)的鉗口中心位置要與待裝卸刀具的那個刀架的中心位置三者嚴格上、中、下對中。刀庫、機械手、電機主軸、彈簧夾頭、機床工作臺之間的結(jié)構(gòu)與位置如圖8所示。如圖6、圖7所示,刀架由刀架體(30)、裝設在刀架體(30)內(nèi)的定位V型鐵(31)與彈性夾(32)所構(gòu)成,定位V形鐵(31)與彈性夾(32)可在刀架體(30)內(nèi)自由升降。(28)為刀具柄部處的突沿,均設置在柄部定長位置,以保證彈簧夾頭夾持刀具的長度都相同。刀架的電磁驅(qū)動機構(gòu)固定裝設在機床床身上,位于換刀機械手正下方,與刀架的水平位置大體相應。如圖6所示,當電磁鐵吸合后,與電磁鐵相連的軟軸(0)中的鋼絲(41)及與鋼絲(41)另一端相連的頂桿(29)在其的舉托下,刀架(30)內(nèi)的定位V形鐵(31)、彈性夾(32)與被夾持的刀具一起升出刀架體(30)之上;反之,電磁鐵釋放,頂桿(29)在壓簧(27)的回復作用下復位,定位V形鐵(31)彈性夾(32)連同夾持在它們之間的刀具一起回落到刀架上。
本系統(tǒng)的控制單元由現(xiàn)有數(shù)控機床的控制主機依照自動換刀系統(tǒng)所確定的邏輯管理程式,編制出相應的控制軟件采實施運行,其可對換刀機械手與刀庫的各種動作作出邏輯判斷給出指令。
本自動換刀系統(tǒng),按照原定程序換刀時,控制單元給出指令,電機主軸停車——數(shù)控機床電機驅(qū)動機床工作臺沿機床Y方向運行,與工作臺相聯(lián)結(jié)的刀庫隨之移動,刀庫中待接受換下刀具的刀架準確到達與上、下搬手鉗口中心嚴格對中的位置——刀架體(30)中定位V形鐵(31)及彈性夾(32)升起——電機主軸沿機床X方向進入上、下搬手的鉗口及定位V形鐵(31)與彈性夾(32)組成的夾持框中心——上、下搬手中的鉗口同時閉合,其中下搬手(2)鉗口夾持住彈簧夾頭上的六方部位,上搬手(1)的鉗口夾持住電機主軸上的鼠牙結(jié)構(gòu)(22)或鼠牙齒圈(23)——電動機(10)驅(qū)動絲杠(8)、齒條(7)、齒圈(5)旋動,帶動上搬手(1)相對于下搬手(2)旋動放松彈簧夾頭——定位V形鐵(31)、彈性夾(32)及被夾持刀具回落從而取下要換下的刀具——機床工作臺沿Y軸運行,待裝上刀具所在的刀架體(30)進入換刀位置——定位V形鐵(31)、彈性夾(32)夾持待裝刀具從刀架體(30)中升起將刀具柄部頂入彈簧夾頭內(nèi)——電動機(10)驅(qū)動絲杠(8)、齒條(7)、齒圈(5)旋動,帶動上搬手(1)相對于下搬手(2)反向旋動夾緊彈簧夾頭至夾緊力達到預定值——上、下搬手中的鉗口同時張開——上搬手(1)回歸零位——電機主軸、彈簧夾頭、及被夾持的新刀具退出到達預定打孔位置——開始打孔。
本實用新型的自動換刀系統(tǒng),其機械手具有夾緊力大,夾緊力可調(diào),能保持恒定,轉(zhuǎn)用補償、自動復位、越位保護等功能,可完全模擬人手換裝刀具的各種動作,實用性強,自動化程度高,是數(shù)控機床專用普通彈簧夾頭理想的自動換刀裝置。
下面是本實用新型的另3個實施例1、為了進一步縮小換刀機械手的空間尺寸,使其適應于更加苛刻的操作空間要求,機械手中的齒條齒輪傳動副可以改為蝸輪蝸桿副傳動,如
圖10、
圖11所示。在這種傳動方式下,夾緊力的檢測或調(diào)整可以采用兩種方法①可采用與蝸桿軸承座固聯(lián)在一起的壓電晶體及其相應的放大、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)。②采用
圖11所示的機構(gòu),即采用撥桿(39)、擋鐵(40)、隈位按鈕(37)、拉簧(38)等元件,用前述類似的原理調(diào)整,使夾緊力保持恒定。
2、為了適應更小空間中更換彈性夾頭中刀具的需要,換刀機械手也可以采用多級齒輪傳動,做成超溥型、帶有細長柄的機械搬手,如
圖10相類似的機構(gòu)實現(xiàn)自動換刀。
3、采用帶有驅(qū)動定位功能的回轉(zhuǎn)式刀庫和上述蝸輪、蝸桿傳動方式的換刀機械手,使用單片機進行換刀全過程的控制管理,同時輔以完備的驅(qū)動控制電路的獨立職能型自動換刀系統(tǒng)如圖9所示,它除了留出幾條與上位機進行聯(lián)絡的通訊線以外,換刀的全過程由該系統(tǒng)獨立完成,從而可形成用途廣泛的彈性夾頭自動換刀系統(tǒng)產(chǎn)品。
權(quán)利要求1.一種數(shù)控機床專用普通彈簧夾頭自動換刀系統(tǒng),由換刀機械手、刀庫及控制單元所構(gòu)成,其特征在于換刀機械手上裝有上搬手(1)與下搬手(2)。
2.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床專用普通彈簧夾頭自動換刀系統(tǒng),其特征是換刀機械手的下搬手(2)固定在下托板(3)上,上搬手(1)聯(lián)結(jié)在可繞空心軸(6)轉(zhuǎn)動的齒圈(5)上,空心軸(6)與上托板(4)相聯(lián)結(jié),上、下搬手的鉗口中心位置嚴格上、下對中。
3.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床專用普通彈簧夾頭自動換刀系統(tǒng),其特征是換刀機械手的上下搬手均采用相同結(jié)構(gòu),搬手中U型鐵(18)的開口端內(nèi)沿與鉗口(17)外沿相接觸,U型鐵(18)與軟軸(0)內(nèi)的鋼絲(41)相連接。
4.如權(quán)利要求3所述的數(shù)控機床專用普通彈簧夾頭自動換刀系統(tǒng),其特征是鋼絲(41)另一端與電磁鐵(21)動桿相連的活動杠桿(20)相接觸。
5.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床專用普通彈簧夾頭自動換刀系統(tǒng),其特征是換刀機械手中設有零位觸點開關(13)。
6.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床專用普通彈簧夾頭自動換刀系統(tǒng),其特征是換刀機械手的上搬手(1)的鉗口位置與電機主軸上的鼠牙齒圈(23)位置相平齊,下搬手(2)的鉗口位置與彈簧夾頭的六方位置相平齊。
7.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床專用普通彈簧夾頭自動換刀系統(tǒng),其特征是換刀機械手上設有調(diào)節(jié)彈簧夾頭夾緊力的限位按鈕(12)與螺母滑塊(9)。
8.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床專用普通彈簧夾頭自動換刀系統(tǒng),其特征是刀庫由分立的刀架所組成,每個刀架裝載一種刀具,刀架體(31)內(nèi)設有可升降的定位V形鐵(31)及彈性夾(32)。
9.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床專用普通彈簧夾頭自動換刀系統(tǒng),其特征是機床床身上設有可驅(qū)動定位V形鐵(31)及彈性夾(32)升降的電磁鐵。
10.如權(quán)利要求1所述的數(shù)控機床專用普通彈簧夾頭自動換刀系統(tǒng),其特征是換刀機械手還可由蝸輪(35)、蝸桿(36)及齒輪副、撥桿(39)、擋鐵(40)、限位按鈕(37)、拉簧(38)完成扭矩傳遞及夾緊力調(diào)整。
專利摘要一種數(shù)控機床專用普通彈簧夾頭自動換刀系統(tǒng),由換刀機械手、刀庫及控制單元所構(gòu)成。它是在對現(xiàn)有機床主軸和彈簧夾頭不做改動的情況下,完全模擬人手換刀動作施行換刀的自動換刀系統(tǒng)。換刀機械手具有夾緊力大,夾緊力恒定(可調(diào))、轉(zhuǎn)角補償、自動復位功能,并能滿足較小換刀空間的操作要求,它通過為其動作協(xié)調(diào)一致的列陣式或回轉(zhuǎn)式刀庫,加之微型機的控制管理,從而實現(xiàn)自動換刀的全過程。
文檔編號B23C5/16GK2242749SQ95217440
公開日1996年12月18日 申請日期1995年8月7日 優(yōu)先權(quán)日1995年8月7日
發(fā)明者梁楚華, 姜陽生, 邵明, 楊明潔, 朱志堅, 吳金強, 張躍東, 金軍, 高長樂 申請人:新疆工學院
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