一種伺服驅動的凸輪聯動式換刀機械手的制作方法

本發明涉及一種自動刀具交換裝置，特別涉及一種伺服控制下的雙凸輪聯動式換刀機械手。

背景技術：

隨著高速切削技術的發展，切削時間不斷縮短，對于自動換刀等輔助加工時間的要求也越來越高，提升換刀速度已成為提高生產效率的重要手段。換刀機械手是自動換刀裝置中交換刀具的主要工具，擔負著把刀庫上的刀具送到主軸以及把主軸上已用過的刀具返回刀庫的任務，需要進行刀具抓取和刀具交換兩種動作。目前的換刀機械手大多由異步電機驅動，結構復雜，換刀時間長，換刀速度提升受到限制，并且機械手臂抓取主軸刀柄時的運動速度不可控制，導致每次換刀過程中對主軸的沖擊比較大，可靠性和穩定性受到影響。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種結構簡單、換刀時間短、可控性強、性能穩定的高精度凸輪聯動式換刀機械手，能夠有效減少換刀過程中對主軸的沖擊。

為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：一種伺服驅動的凸輪聯動式換刀機械手，由箱體、伺服驅動單元、同步帶傳動裝置、齒輪軸、雙凸輪機構、花鍵軸、花鍵軸套、弧面凸輪滾子、平面凸輪滾子以及擺臂機構組成，其中，伺服驅動單元由同步電機和減速機構成，其輸出端通過同步帶傳動裝置與齒輪軸聯接；齒輪軸通過齒輪軸承安裝于箱體底端的齒輪軸承座內，其齒端位于箱體內部；雙凸輪機構通過凸輪軸及凸輪軸承安裝于箱體內部，其包括平面凸輪和弧面凸輪兩部分，平面凸輪的外平面加工有凸輪曲線槽，內平面外圈加工有傘齒，該傘齒與齒輪軸的齒端相嚙合，弧面凸輪分布有若干弧面溝槽；花鍵軸通過直線軸承安裝于箱體頂端的直線軸承座內，花鍵軸套通過花鍵軸承安裝于箱體底端的花鍵軸承座內，花鍵軸與花鍵軸套通過花鍵配合；花鍵軸上設置有花鍵導輪；所述擺臂機構通過擺臂軸承安裝于箱體側面的擺臂軸承座上；平面凸輪滾子安裝于擺臂機構中，并分別與花鍵導輪以及平面凸輪的凸輪曲線槽相嚙合；弧面凸輪滾子分布于花鍵軸套的圓周方向，并與弧面凸輪的弧面溝槽相嚙合。

上述一種伺服驅動的凸輪聯動式換刀機械手，所述凸輪軸端面設置有原點開關，箱體外表面設置有與原點開關相對應的傳感器。

上述一種伺服驅動的凸輪聯動式換刀機械手，所述雙凸輪機構通過平鍵套接于凸輪軸上，凸輪軸通過前后兩組凸輪軸承架設于箱體內部，其中前組凸輪軸承安裝于箱體左側面的偏心套內，后組凸輪軸承安裝于箱體右側面的軸承座內。

上述一種伺服驅動的凸輪聯動式換刀機械手，所述直線軸承座端面以及偏心套處均設置有密封防塵裝置。

上述一種伺服驅動的凸輪聯動式換刀機械手，所述箱體上設置有視油孔，視油孔內安裝有視油鏡；箱體上端面設置有呼吸孔。

與現有技術相比，本發明的有益效果在于：本發明采用同步電機減速機驅動配合與與之適應的凸輪運動曲線，不僅能夠縮短換刀時間，提高生產效率，而且輸出端運動速度可控，可有效減少換刀過程對主軸的沖擊，提高主軸使用壽命。同時采用傳感器信號觸發與同步電機光碼信號對應實現機械手回零，結構簡單，精準可靠。

附圖說明

圖1是本發明的外部結構示意圖。

圖2是本發明內部嚙合關系示意圖之一。

圖3是本發明內部嚙合關系示意圖之二。

圖4是本發明雙凸輪機構安裝結構示意圖。

圖5是本發明花鍵軸及花鍵軸套安裝結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖與具體實施方式對本發明作進一步詳細描述。

結合圖1至圖4所示，本發明一種伺服驅動的凸輪聯動式換刀機械手，由箱體1、同步電機2、減速機3、同步帶傳動裝置4、齒輪軸5、齒輪軸承座6、雙凸輪機構7、凸輪軸8、花鍵軸9、花鍵軸套10、弧面凸輪滾子11、平面凸輪滾子12以及擺臂機構13組成。同步電機2和減速機3構成本發明的伺服驅動單元，其輸出端通過同步帶傳動裝置4與齒輪軸5聯接。齒輪軸5通過齒輪軸承安裝于齒輪軸承座6內，其齒端位于箱體1內部。雙凸輪機構7通過平鍵14套接于凸輪軸8上，凸輪軸8通過前后兩組凸輪軸承架設于箱體1內部，前凸輪軸承安裝于箱體1左側面的偏心套15內，后凸輪軸承安裝于箱體1右側面的軸承座內。凸輪軸8的端面設置有原點開關16，箱體1外表面設置有與原點開關16相對應的傳感器17。視油鏡18設置在箱體1背面；為確保箱體1內部運動過程中壓力保持平衡，箱體1上端面還設置有呼吸孔19。

結合圖2和圖3雙凸輪機構7分為平面凸輪71和弧面凸輪72兩部分，平面凸輪71的外平面加工有凸輪曲線槽711，內平面外圈加工有傘齒712，傘齒712與齒輪軸5的齒端相嚙合，嚙合間隙可通過偏心套15調整；弧面凸輪72上分布有弧面溝槽721。

結合圖1、圖2、圖3以及圖5所示，花鍵軸9通過直線軸承安裝于直線軸承座20內，直線軸承座20端面設置有密封防塵裝置21；花鍵軸套10通過花鍵軸承安裝于花鍵軸承座22內，花鍵軸9與花鍵軸套10通過花鍵配合。花鍵軸9上設置有花鍵導輪23；擺臂機構13通過擺臂軸承安裝于箱體1側面的擺臂軸承座24上；平面凸輪滾子12安裝于擺臂機構13中，并分別與花鍵導輪23以及凸輪曲線槽711相嚙合；弧面凸輪滾子11分布于花鍵軸套10的圓周方向，并與弧面凸輪72的弧面溝槽721相嚙合。

執行換刀動作時，同步電機2的驅動力經同步帶傳動裝置4以及齒輪軸5傳遞到雙凸輪機構7中，帶動雙凸輪機構7轉動。一方面，雙凸輪機構7的轉動帶動擺臂機構13運動，進而通過花鍵導輪23帶動花鍵軸9上下移動，從而完成向上或向下的拉刀動作。另一方面，雙凸輪機構7的轉動還能夠使弧面凸輪滾子11切入弧面凸輪72的不同弧面溝槽內，弧面凸輪滾子11與弧面溝槽721的相切運動帶動花鍵軸9旋轉，從而實現刀具旋轉交換動作。

盡管上文對本發明進行了詳細說明，但是本發明不限于此，本領域技術人員可以根據本發明的原理進行各種修改。因此，凡按照本發明原理所作的修改，都應當理解為落入本發明的保護范圍。

技術特征：

技術總結
本發明涉及一種伺服驅動的換刀機械手，由伺服驅動單元、同步帶傳動裝置、齒輪軸、雙凸輪機構、花鍵軸、花鍵軸套、弧面凸輪滾子、平面凸輪滾子以及擺臂機構組成，伺服驅動單元由同步電機和減速機構成，通過同步帶傳動裝置與齒輪軸聯接；雙凸輪機構包括平面凸輪和弧面凸輪，平面凸輪的外平面和內平面分別加工有凸輪曲線槽和傘齒，傘齒與齒輪軸相嚙合，弧面凸輪分布有若干弧面溝槽；相互配合的花鍵軸和花鍵軸套平行于齒輪軸安裝，花鍵軸上設置有花鍵導輪；平面凸輪滾子安裝于擺臂機構中，并分別與花鍵導輪以及凸輪曲線槽相嚙合；弧面凸輪滾子分布于花鍵軸套的圓周方向，并與弧面溝槽相嚙合。本發明結構簡單、換刀時間短、可控性穩定性強。

技術研發人員：陳學斌;王慶晟;房大正;肖鑫
受保護的技術使用者：北京精雕精密機械制造有限公司
技術研發日：2017.05.17
技術公布日：2017.07.25