一种自动换刀的龙门加工中心的制作方法

1.本发明涉及龙门加工技术领域，具体是涉及一种自动换刀的龙门加工中心。


背景技术：

2.龙门加工中心是指主轴z轴的轴线与工作台垂直设置的加工中心，整体结构是由双立柱和顶梁构成门式结构框架的大型加工中心机，双立柱中间还有横梁。尤其适用于加工大型工件和形状复杂的工件。其中，龙门铣床为龙门加工中心的一种，龙门铣床简称龙门铣，是具有门式框架和卧式长床身的铣床，龙门铣床上可以用多把铣刀同时加工表面，加工精度和生产效率都比较高，适用于在成批和大量生产中加工大型工件的平面和斜面，数控龙门铣床还可加工空间曲面和一些特型零件。
3.目前在龙门铣床在加工工序中，由于刀具经常使用，刀具磨损块，所以需要频繁的更换刀具，而现有的换刀装置更换刀具时工序多，更换时间长，导致换刀效率低，影响后续的生产效率。
4.中国专利cn201922125534.8公开了一种新型双头龙门铣,包括新型龙门铣本体，龙门架，铣头机构，在新型龙门铣本体上设有底座，z轴螺纹杆，龙门架，铣头机构，x轴螺纹杆安装槽，高速电机安装基座，x轴电机安装槽，y轴螺纹槽，x轴螺纹杆，铣头机构移动槽，新型龙门铣本体的底座两侧对称设有龙门架立柱a与龙门架立柱b，龙门架立柱a与龙门架立柱b的顶部均设有y轴电机，y轴电机间接驱动龙门架上下升降，同时带动龙门架内部的铣头机构在竖直方向上升或者下降，x轴电机驱动龙门架内部的铣头机构在水平方向来回移动，在需要更换铣头机构上的刀头的时候，转向电机转动高速电机安装基座进行切换。
5.该装置通过转向电机交换两个高速电机的位置，两个刀具底端高度相同，彼此之间容易影响加工。


技术实现要素：

6.基于此，有必要针对现有技术问题，提供一种自动换刀的龙门加工中心。
7.为解决现有技术问题，本发明采用的技术方案为：
8.一种自动换刀的龙门加工中心，包括龙门架、伺服电机、回转台、刀套和磁耦合对接组件，龙门架具有可沿纵向和横向移动的移动部，伺服电机设置在移动部上，伺服电机的输出轴竖直朝下，回转台固定设置在移动部上，回转台的回转轴沿水平方向延伸，回转台的回转面上设置有沿其周向布置的安置座，刀套转动设置在安置座中，最低端的刀套与伺服电机的输出轴同轴，刀具同轴设置在刀套的偏离回转台回转线的一端，磁耦合对接组件包括第一电磁线圈、第一对接件和第二对接件，第一电磁线圈固定设置在伺服电机上且位于伺服电机输出轴的外圈，第一对接件设置在刀套的另一端，第二对接件设置在伺服电机的输出轴上，第一对接件具有在磁场作用下可与第二对接件对接的执行部。
9.优选地，回转台的回转面上沿周向设置有翻转气缸，翻转气缸具有可翻转九十度的翻转部，安置座设置在翻转部上。
10.优选地，第二对接件包括对接头，对接头同轴设置在伺服电机的输出轴的底端，对接头的底端设置有与其同轴的圆台槽，圆台槽的宽径朝下，圆台槽的锥面上沿轴线布置有齿；第一对接件包括固定筒、固定盖、花键轴、限位盘和锥齿轮，固定筒同轴固定设置在刀套朝向回转台回转线的一端，固定盖同轴固定设置在固定筒的另一端，固定盖上设置有与其同轴的花键孔，花键轴与花键孔同轴滑动配合，限位盘和锥齿轮分别同轴设置在花键轴的两端，限位盘位于固定筒内，锥齿轮受磁场作用而向上移动以与圆台槽啮合。
11.优选地，第一对接件还包括弹簧，弹簧套设在花键轴上，弹簧的两端分别抵接在固定盖和限位盘的相对端。
12.优选地，第一对接件还包括缓冲垫，缓冲垫设置在固定筒内的朝向刀套的一端，且缓冲垫与限位盘的间距小于锥齿轮与固定盖的间距。
13.优选地，对接头内还设置有与圆台槽连通的定位槽，第一对接件还包括第一离心销和第二离心销，第一离心销和第二离心销分别沿周向设置在限位盘和锥齿轮中，花键轴旋转状态下，第一离心销因离心作用而沿径向抵接固定筒的内壁，第二离心销因离心作用而沿径向抵接定位槽的内壁。
14.优选地，定位槽的内径自下而上逐渐增大。
15.优选地，限位盘内设置有与其同轴的第一安置槽，限位盘上还设置有连通外部和第一安置槽的第一避让槽，第一离心销的一端转动设置在第一安置槽中，第一离心销的另一端与第一避让槽沿水平方向滑动配合；锥齿轮内设置有与其同轴的第二安置槽，锥齿轮上还设置有连通外部和第二安置槽的第二避让槽，第二离心销的一端转动设置在第二安置槽中，第二离心销的另一端与第二避让槽沿水平方向滑动配合。
16.优选地，第一对接件还包括第一拉簧和第二拉簧，第一拉簧设置在第一安置槽中，第一拉簧的一端与限位盘固定连接，第一拉簧的另一端与第一离心销连接，第二拉簧设置在第二安置槽中，第二拉簧的一端与锥齿轮连接，第二拉簧的另一端与第二离心销连接，花键轴非旋转状态下，第一离心销外端与固定筒轴线的距离小于固定筒的内半径，第二离心销的外端与固定筒轴线的距离小于圆台槽的窄半径。
17.优选地，还包括第二电磁线圈和磁性片，第二电磁线圈与伺服电机的输出轴同轴设置在伺服电机上，磁性片沿周向设置在伺服电机的输出轴向，磁性片位于第二电磁线圈的内圈，且磁性片沿第二电磁线圈的径向延伸。
18.本技术相比较于现有技术的有益效果是：
19.1.本技术通过能够在伺服电机的输出轴底端不断交换位置的刀套，并通过磁耦合对接组件将能够旋转的刀头与输出轴以可释放的方式对接，能够有效的提高换刀效率；
20.2.本技术通过在回转台的回转面上沿周向设置翻转气缸，仅当刀具移动至伺服电机的底部时，启动与其对应的翻转气缸，使得刀具翻转九十度，从而使得刀具与伺服电机的输出轴同轴，以便于伺服电机通过磁耦合对接组件向刀套输出扭矩；
21.3.本技术通过在第一电磁线圈磁场作用下能够相互啮合的锥齿轮和对接头，以实现刀具的快速更换；
22.4.本技术通过将弹簧套设在花键轴上，使锥齿轮在磁场作用下，限位盘需克服弹簧的弹力而在固定筒中滑动，当磁场作用消失后，弹簧恢复弹性而快速带动限位盘和锥齿轮复位，从而提高换刀效率；
23.5.本技术通过在限位盘中沿周向设置第一离心销，而在锥齿轮中沿周向设置第二离心销，使第一离心销因离心作用而沿径向抵接固定筒的内壁，第二离心销因离心作用而沿径向抵接定位槽的内壁，对接头和固定筒能够稳定同轴，从而便于伺服电机向刀套输出同轴的扭矩；
24.6.本技术通过使得定位槽的内径自下而上逐渐增大，而第二离心销因离心作用而沿径向抵接定位槽的内壁，使得第二离心销从锥齿轮中伸出，锥齿轮转速越高时，第二离心销外端与锥齿轮轴线的距离越远，使得第二离心销的外端在定位槽的内壁上逐渐向上移动，将锥齿轮锁定在对接头中而无法在旋转状态下脱离；
25.7.本技术通过将第一拉簧和第二拉簧能够使得第一离心销和第二离心销在无离心作用时分别位于限位盘和锥齿轮中，以便于花键轴非旋转状态时能够在花键孔上滑动。
附图说明
26.图1是本技术的加工中心的局部立体示意图；
27.图2是本技术的加工中心的局部正视图；
28.图3是图2的a-a截面处的立体剖视图；
29.图4是图2的a-a截面处的剖视图；
30.图5是图4的b处局部放大图；
31.图6是图4的c处局部放大图；
32.图7是本技术的第一对接件和第二对接件对接状态下的立体图；
33.图8是本技术的第一对接件和第二对接件对接状态下的正视图；
34.图9是图8的d-d截面处的剖视图；
35.图10是图8的e-e截面处的剖视图；
36.图11是本技术的第一对接件的执行部的立体图。
37.图中标号为：
38.1-伺服电机；2-回转台；2a-安置座；2b-翻转气缸；3-刀套；4-第一电磁线圈；5-第一对接件；5a-固定筒；5b-固定盖；5b1-花键孔；5c-花键轴；5d-限位盘；5d1-第一安置槽；5d2-第一避让槽；5e-锥齿轮；5e1-第二安置槽；5e2-第二避让槽；5f-弹簧；5g-缓冲垫；5h-第一离心销；5i-第二离心销；5j-第一拉簧；5k-第二拉簧；6-第二对接件；6a-对接头；6a1-圆台槽；6a2-定位槽；7-第二电磁线圈；8-磁性片。
具体实施方式
39.为能进一步了解本发明的特征、技术手段以及所达到的具体目的、功能，下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
40.如图1-11所示，本技术提供：
41.一种自动换刀的龙门加工中心，包括龙门架、伺服电机1、回转台2、刀套3和磁耦合对接组件，龙门架具有可沿纵向和横向移动的移动部，伺服电机1设置在移动部上，伺服电机1的输出轴竖直朝下，回转台2固定设置在移动部上，回转台2的回转轴沿水平方向延伸，回转台2的回转面上设置有沿其周向布置的安置座2a，刀套3转动设置在安置座2a中，最低端的刀套3与伺服电机1的输出轴同轴，刀具同轴设置在刀套3的偏离回转台2回转线的一
端，磁耦合对接组件包括第一电磁线圈4、第一对接件5和第二对接件6，第一电磁线圈4固定设置在伺服电机1上且位于伺服电机1输出轴的外圈，第一对接件5设置在刀套3的另一端，第二对接件6设置在伺服电机1的输出轴上，第一对接件5具有在磁场作用下可与第二对接件6对接的执行部。
42.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是现有的龙门铣床更换刀具繁琐且耗时。为此，本技术通过能够在伺服电机1的输出轴底端不断交换位置的刀套3，并通过磁耦合对接组件将能够旋转的刀头与输出轴以可释放的方式对接，能够有效的提高换刀效率；
43.具体地，最低端的刀套3未与伺服电机1的输出轴通过磁耦合对接组件传动连接时，回转台2能够带动不同的刀套3移动至伺服电机1的输出轴的底部，从而更换不同的刀具；
44.当需要使得最底端的刀套3与伺服电机1的输出轴同轴对接时，启动第一电磁线圈4，使得第一对接件5和第二对接件6之间产生磁场，而第一对接件5具有在磁场作用下可与第二对接件6对接的执行部，进而使得执行部与第二对接件6对接，使得第一对接件5和第二对接件6传动连接，从而完成最低端刀套3与伺服电机1输出轴的连接，伺服电机1向刀套3输出扭矩，刀套3相对安置座2a同轴高速转动，龙门架的移动部在伺服电机1、回转台2、刀套3和磁耦合对接组件的顶部移动和加工。
45.如图3所示，进一步的：
46.回转台2的回转面上沿周向设置有翻转气缸2b，翻转气缸2b具有可翻转九十度的翻转部，安置座2a设置在翻转部上。
47.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是沿径向布置在回转台2回转面上的刀具易影响最底端刀具的正常加工。为此，本技术通过在回转台2的回转面上沿周向设置翻转气缸2b，而安置座2a设置在翻转气缸2b的翻转部上，当且仅当刀具移动至伺服电机1的底部时，启动与其对应的翻转气缸2b，使得刀具翻转九十度，从而使得刀具与伺服电机1的输出轴同轴，以便于伺服电机1通过磁耦合对接组件向刀套3输出扭矩。
48.如图5和图11所示，进一步的：
49.第二对接件6包括对接头6a，对接头6a同轴设置在伺服电机1的输出轴的底端，对接头6a的底端设置有与其同轴的圆台槽6a1，圆台槽6a1的宽径朝下，圆台槽6a1的锥面上沿轴线布置有齿；
50.第一对接件5包括固定筒5a、固定盖5b、花键轴5c、限位盘5d和锥齿轮5e，固定筒5a同轴固定设置在刀套3朝向回转台2回转线的一端，固定盖5b同轴固定设置在固定筒5a的另一端，固定盖5b上设置有与其同轴的花键孔5b1，花键轴5c与花键孔5b1同轴滑动配合，限位盘5d和锥齿轮5e分别同轴设置在花键轴5c的两端，限位盘5d位于固定筒5a内，锥齿轮5e受磁场作用而向上移动以与圆台槽6a1啮合。
51.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是第一对接件5和第二对接件6如何在第一电磁线圈4的磁场作用下对接。为此，本技术通过将对接头6a同轴设置在伺服电机1的输出轴上，当第一电磁线圈4在伺服电机1的输出轴外圈产生磁场时，锥齿轮5e受磁场作用而向上移动，即花键轴5c在花键孔5b1上向上移动，而限位盘5d在固定筒5a中向上移动，限位盘5d能够防止花键轴5c沿轴向脱离花键孔5b1，锥齿轮5e受磁场作用后，其相对固定盖5b移动后与圆台槽6a1同轴啮合，当启动伺服电机1时，伺服电机1带动对接头6a同轴转动，
进而使得对接头6a带动锥齿轮5e和花键轴5c同轴转动，而花键轴5c仅能够在花键孔5b1中沿竖直方向滑动，进而使刀套3在安置座2a上同轴转动，使刀具高速转动以对工件进行加工。
52.如图5所示，进一步的：
53.第一对接件5还包括弹簧5f，弹簧5f套设在花键轴5c上，弹簧5f的两端分别抵接在固定盖5b和限位盘5d的相对端。
54.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是锥齿轮5e如何在无磁场作用下快速脱离圆台槽6a1。为此，本技术通过将弹簧5f套设在花键轴5c上，而弹簧5f的两端分别抵接在固定盖5b和限位盘5d的相对端，使锥齿轮5e在磁场作用下，限位盘5d需克服弹簧5f的弹力而在固定筒5a中滑动，当磁场作用消失后，弹簧5f恢复弹性而快速带动限位盘5d和锥齿轮5e复位，从而提高换刀效率。
55.如图5所示，进一步的：
56.第一对接件5还包括缓冲垫5g，缓冲垫5g设置在固定筒5a内的朝向刀套3的一端，且缓冲垫5g与限位盘5d的间距小于锥齿轮5e与固定盖5b的间距。
57.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是锥齿轮5e在快速复位时，锥齿轮5e会直接抵接在固定盖5b上而对结构产生敲击。为此，本技术通过在固定筒5a内朝向刀套3的一端设置缓冲垫5g，且缓冲垫5g与限位盘5d的间距小于锥齿轮5e与固定盖5b的间隙，使得缓冲垫5g在抵接限位盘5d后，锥齿轮5e和固定盖5b之间仍存在一定的间隙，从而避免锥齿轮5e直接抵接在固定盖5b上而产生敲击。
58.如图9和图10所示，进一步的：
59.对接头6a内还设置有与圆台槽6a1连通的定位槽6a2，第一对接件5还包括第一离心销5h和第二离心销5i，第一离心销5h和第二离心销5i分别沿周向设置在限位盘5d和锥齿轮5e中，花键轴5c旋转状态下，第一离心销5h因离心作用而沿径向抵接固定筒5a的内壁，第二离心销5i因离心作用而沿径向抵接定位槽6a2的内壁。
60.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是因锥齿轮5e与圆台槽6a1，花键轴5c与花键孔5b1在对接后仍会有间隙，使得对接头6a始终无法与固定筒5a稳定同轴。为此，本技术通过在限位盘5d中沿周向设置第一离心销5h，而在锥齿轮5e中沿周向设置第二离心销5i，当花键轴5c高速旋转时，第一离心销5h因离心作用而沿径向抵接固定筒5a的内壁，第二离心销5i因离心作用而沿径向抵接定位槽6a2的内壁，使限位盘5d因锥齿轮5e的均匀抵接力而与固定筒5a同轴，锥齿轮5e因第二离心销5i的均匀抵接力而与对接头6a同轴，又因限位盘5d和锥齿轮5e与花键轴5c同轴，使得对接头6a和固定筒5a稳定同轴，从而便于伺服电机1向刀套3输出同轴的扭矩。
61.如图5所示，进一步的：
62.定位槽6a2的内径自下而上逐渐增大。
63.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何使得锥齿轮5e与圆台槽6a1啮合时而不易脱离对接头6a。为此，本技术通过使得定位槽6a2的内径自下而上逐渐增大，而第二离心销5i因离心作用而沿径向抵接定位槽6a2的内壁，使得第二离心销5i从锥齿轮5e中伸出，锥齿轮5e转速越高时，第二离心销5i外端与锥齿轮5e轴线的距离越远，使得第二离心销5i的外端在定位槽6a2的内壁上逐渐向上移动，将锥齿轮5e锁定在对接头6a中而无
法在旋转状态下脱离。
64.如图9和图10所示，进一步的：
65.限位盘5d内设置有与其同轴的第一安置槽5d1，限位盘5d上还设置有连通外部和第一安置槽5d1的第一避让槽5d2，第一离心销5h的一端转动设置在第一安置槽5d1中，第一离心销5h的另一端与第一避让槽5d2沿水平方向滑动配合；锥齿轮5e内设置有与其同轴的第二安置槽5e1，锥齿轮5e上还设置有连通外部和第二安置槽5e1的第二避让槽5e2，第二离心销5i的一端转动设置在第二安置槽5e1中，第二离心销5i的另一端与第二避让槽5e2沿水平方向滑动配合。
66.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何将第一离心销5h和第二离心销5i分别设置在限位盘5d和锥齿轮5e中。为此，本技术通过在限位盘5d中设置与其同轴的第一安置槽5d1，并沿周向设置有第一避让槽5d2，使得第一离心销5h的一端转动设置在第一安置槽5d1中，而另一端穿过第一避让槽5d2并与其滑动配合，当限位盘5d高速旋转时，第一离心销5h的另一端因离心力而抵接在固定筒5a的内壁，进而对固定筒5a和限位盘5d进行同轴定位；而通过在锥齿轮5e中设置与其同轴的第二安置槽5e1，并沿其周向设置有第二避让槽5e2，使得第二离心销5i的一端转动设置在第一安置槽5d1中，而另一端穿过第二避让槽5e2并与其滑动配合，当锥齿轮5e高速旋转时，第二离心销5i的另一端因离心力而抵接在定位槽6a2的内壁，从而对锥齿轮5e与对接头6a同轴定位。
67.如图9和图10所示，进一步的：
68.第一对接件5还包括第一拉簧5j和第二拉簧5k，第一拉簧5j设置在第一安置槽5d1中，第一拉簧5j的一端与限位盘5d固定连接，第一拉簧5j的另一端与第一离心销5h连接，第二拉簧5k设置在第二安置槽5e1中，第二拉簧5k的一端与锥齿轮5e连接，第二拉簧5k的另一端与第二离心销5i连接，花键轴5c非旋转状态下，第一离心销5h外端与固定筒5a轴线的距离小于固定筒5a的内半径，第二离心销5i的外端与固定筒5a轴线的距离小于圆台槽6a1的窄半径。
69.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是如何使锥齿轮5e非旋转状态下，第一离心销5h和第二离心销5i能够分别复位至限位盘5d和锥齿轮5e中而不影响其正常移动。为此，本技术通过将第一拉簧5j的一端与限位盘5d固定连接，并使其另一端与第一离心销5h连接，从而使限位盘5d在非旋转状况下，第一拉簧5j能够拉动第一离心销5h的另一端复位至限位盘5d中，仅当限位盘5d旋转产生的离心力大于第一拉簧5j的拉力时，第一离心销5h的另一端才可从限位盘5d中伸出并对固定筒5a的内壁进行抵接；通过将第二拉簧5k的一端与锥齿轮5e连接，并使其另一端与第二离心销5i连接，从而使锥齿轮5e在非旋转状况下，第二拉簧5k能够拉动第二离心销5i的另一端复位至限位盘5d中，仅当锥齿轮5e旋转产生的离心力大于第二拉簧5k的拉力时，第二拉簧5k的另一端才可从锥齿轮5e中伸出并抵接在定位槽6a2的内壁上，从而对对接头6a和锥齿轮5e进行定位。
70.如图6所示，进一步的：
71.还包括第二电磁线圈7和磁性片8，第二电磁线圈7与伺服电机1的输出轴同轴设置在伺服电机1上，磁性片8沿周向设置在伺服电机1的输出轴向，磁性片8位于第二电磁线圈7的内圈，且磁性片8沿第二电磁线圈7的径向延伸。
72.基于上述实施例，本技术想要解决的技术问题是伺服电机1在关闭时，其输出轴因
惯性而无法迅速停止转动，影响换刀效率。为此，本技术通过在在伺服电机1上设置与其输出轴同轴的第二电磁线圈7，使得伺服电机1的输出轴能够相对第二电磁线圈7发生转动，而在伺服电机1的输出轴上沿周向布置磁性片8，且磁性片8沿第二电磁线圈7的径向延伸，当关闭伺服电机1后，启动第二电磁线圈7，使得因惯性旋转的伺服电机1的输出轴上的磁性片8切割磁场而产生阻尼，从而使伺服电机1的输出轴快速停止转动。
73.以上实施例仅表达了本发明的一种或几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于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，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。