数控机床多工位集成式刀具快换结构的制作方法

本发明涉及数控机床，具体为数控机床多工位集成式刀具快换结构。

背景技术：

1、在现代化数控加工中心中，自动换刀系统（atc）是实现高效、连续加工的核心部件。传统的自动换刀系统通常采用链式刀库或盘式刀库，配合机械臂进行换刀。这类系统虽然技术成熟，但普遍存在结构复杂、占地面积大、换刀路径长、维护不便以及成本较高等问题。特别是对于中小型数控机床或加工单元，庞大的刀库和换刀机构会占用宝贵的机床内部空间，增加整体成本和复杂度。

2、现有技术中也有一些集成度较高的刀库设计，例如将刀库直接集成在机床工作台或主轴附近，然而，这些设计在实现多把刀具同时、同步快速更换方面存在局限，常见的做法是一次仅更换一把刀具，或者通过复杂的多轴机械臂依次抓取，效率有待提升，如何在一个紧凑的模块化结构中，实现通过单一驱动源同步控制多个卡爪动作，从而将多把刀具同时、同步地从存储位置推出至换刀位置，以配合外部机械手进行高效的双刀或多刀交换，是本领域技术人员致力解决的技术问题。

技术实现思路

1、（一）解决的技术问题

2、针对现有技术的不足，本发明提供了数控机床多工位集成式刀具快换结构，解决上述技术问题。

3、（二）技术方案

4、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：数控机床多工位集成式刀具快换结构，包括：

5、装置壳体：其内部设有圆形内腔，所述内腔的侧壁开设有两个相互对称的侧部开口，两个侧部开口作为刀具与外部机床主轴或换刀机械手进行交换的接口。

6、盖体：以可拆卸方式连接于所述装置壳体的顶部开口处，便于对刀库内部进行安装、调试和维护。

7、刀库储存机构：安装于所述内腔中，用于存储并夹持多把刀具，该机构包括：转动轴：通过轴承可转动地支撑于所述内腔的底部中心。

8、多个刀具夹持单元：沿所述转动轴的周向均匀、固定地排列设置。

9、刀具夹持单元的具体结构：每个单元包括一个固定在转动轴上的径向凸杆，所述凸杆的末端设有一个沿径向延伸的滑动腔；一个与滑动腔滑动配合的滑动杆，其外端用于安装夹持刀具的卡爪；以及一根螺杆，该螺杆与滑动杆通过螺纹连接，在所述滑动腔的顶部内壁上，开设有一条轴向的限位滑槽，所述螺杆向上穿过此限位滑槽，其顶端连接有导向轴。

10、运动转换与驱动机构：设置于所述盖体与刀库储存机构之间，用于将直线驱动转换为特定刀具夹持单元的径向动作。该机构包括：

11、弧形导轨：固定安装在所述盖体的底部，该弧形导轨延伸至覆盖两个侧部开口之间的对应圆周角度范围。

12、推块：设置于所述弧形导轨的径向外侧，可由一个独立的水平直线驱动机构驱动，进行直线往复运动，所述推块上设有与固定弧形导轨弧度匹配的弧形槽，弧形槽内开设有用于驱动导向轴的v形槽，推块的运动行程可分别服务并精确对准两个侧部开口。

13、分度驱动电机：安装在所述装置壳体的底部，其输出轴与所述转动轴直接或通过传动机构连接，用于驱动整个刀库储存机构进行精确的分度旋转，以将目标刀具送至任意一个侧部开口处的换刀工位。

14、本发明还提供基于上述快换结构的换刀方法，其特征在于包括以下步骤：

15、s1、分度定位：控制系统接收换刀指令，驱动电机驱动转动轴旋转，将目标刀具组所在的工位单元转动至换刀位置，使该单元的两个卡爪及刀具分别对准两个对称的侧部开口。

16、s2、同步推出：水平同步推出机构启动，其水平驱动源驱动两个推出滑块做同步的相背直线运动，两个推出滑块前端的动作输出端同时推动两个目标卡爪的后端，迫使卡爪到达预设的换刀等待位置。

17、s3、刀具交换：外部机械手抓取已被推出的两把新刀具，然后旋转或移动后，将两把旧刀具放置到两个张开的卡爪之间。

18、s4、同步收回：水平同步推出机构反向驱动，使两个推出滑块做同步的相向直线运动并收回。

19、s5、复位待命：驱动电机再次驱动转动轴旋转，使已换刀的工位离开换刀位置，整个结构恢复至待命状态。

20、与现有技术相比，本发明提供了数控机床多工位集成式刀具快换结构，具备以下有益效果：通过设置两个对称的侧部开口，允许在同一刀库上配置两个独立的换刀机械手，分别对接不同的机床主轴，刀具交换动作仅在壳体侧部的固定开口处完成，通过分度旋转直接将目标刀具送至任一开口，换刀路径为最短的直线距离，避免了传统方案中机械手的复杂空间运动轨迹，多出口设计尤其适用于需要高速、并行换刀的复杂加工场景，可显著缩短整体换刀等待时间，极大提升了机床的加工节拍和柔性，通过水平同步推出机构，实现了双刀的同步推出与收回，换刀动作协调一致，适用于需对称换刀的加工场景，并且装置为全机械式传动，动作直接可靠，系统无需液压气动装置，降低了能耗、维护成本和泄漏风险。

1.数控机床多工位集成式刀具快换结构，其特征在于，包括：装置壳体（1），其内部设有圆形内腔（11），所述内腔（11）的侧壁开设有侧部开口（12）；

2.根据权利要求1所述的数控机床多工位集成式刀具快换结构，其特征在于，所述刀具夹持单元包括：

3.根据权利要求2所述的数控机床多工位集成式刀具快换结构，其特征在于，所述运动转换与驱动机构包括：

4.根据权利要求3所述的数控机床多工位集成式刀具快换结构，其特征在于，所述驱动机构（31）为水平直线驱动组件，其包括：

5.根据权利要求4所述的数控机床多工位集成式刀具快换结构，其特征在于，所述盖体（2）内开设有传动腔（32），所述传动齿轮（33）和所述传动滑块（35）设置于所述传动腔（32）内，所述传动腔（32）的顶部设有可拆卸的检修盖（34）。

6.根据权利要求3所述的数控机床多工位集成式刀具快换结构，其特征在于，所述推块（36）上的弧形槽（39）内壁中部开设有v形槽（310）；

7.根据权利要求1所述的数控机床多工位集成式刀具快换结构，其特征在于，所述盖体（2）与所述装置壳体（1）通过连接部可拆卸连接，所述盖体（2）上设有第一连接部（21），所述装置壳体（1）上设有与之相适配的第二连接部（13）。

8.根据权利要求1所述的数控机床多工位集成式刀具快换结构，其特征在于，所述驱动电机为步进电机（41），其输出轴端设有截面为正多边形的对接端（42）；所述转动轴（43）的底端开设有与所述对接端（42）相适配的对接槽。

9.根据权利要求8所述的数控机床多工位集成式刀具快换结构，其特征在于，所述对接端（42）的截面为正六边形。

10.根据权利要求1-9任一项所述快换结构的刀具换刀方法，其特征在于，包括以下步骤：