[发明专利]加工中心主轴不停转无机械手自动换刀装置

说明书

技术领域

本发明属于数控加工装置领域，具体涉及数控加工中心的主轴不停转快速自动换刀装置。

背景技术

电主轴、高速丝杠和直线电动机的发展应用极大地提高了切削效率，为了配合机床的高效率，作为加工中心的重要部件之一的自动换刀装置（ATC）的高速化也相应成为高速加工中心的重要技术内容。 随着切削速度的提高，切削时间的不断缩短，对换刀时间的要求也在逐步提高，换刀的速度已成为高水平加工中心的一项重要指标。

衡量换刀速度的方法主要有三种： 1. 刀对刀换刀时间2. 位置对位置换刀时间3. 切削对切削换刀时间。由于切削对切削换刀时间基本上就是加工中心两次切削之间的时间，反映了加工中心换刀所占用的辅助时间，因此切削对切削换刀时间应是衡量加工加工中心效率的直接标准。机床的换刀通常都是主轴停止旋转后进行，但是从机床主轴停止到重新启动达到额定转速亦需要一定的时间，其实质也是一个时间的浪费，为了降低或消除从机床主轴停止到重新启动达到额定转速所需要的辅助时间，本发明提供了一种加工中心主轴不停转无机械手自动换刀装置，旨在减少加工辅助时间，提高机床的利用率。

发明内容

本发明提供了一种加工中心主轴不停转无机械手自动换刀装置，适用于无机械手的数控加工中心换刀，旨在减少数控加工中的切削对切削的换刀时间，减少加工辅助时间，提高机床的利用率。

加工中心主轴不停转无机械手自动换刀装置，其特征在于：包括主轴、刀柄、刀库和数控系统。

主轴包括主轴旋转驱动装置、与刀柄同轴连接的内锥孔、调整主轴转速的调速系统、主轴周向位置的实时检测与调整系统；内锥孔设置在主轴的最前端；调速系统、实时检测与调整系统和主轴旋转驱动装置与数控系统相连接。

刀柄包括与主轴同轴连接的外锥柄、设置在外锥柄下方的刀体、套设在刀体上的轴承，套设在轴承外圈上用来被刀夹夹持的凹槽、A啮合装置和刀具；外锥柄设置在刀柄的最上端，轴承、凹槽和A啮合装置依次设置在刀体的中部，刀具设置在刀体的下端。

刀库包括多个刀位和刀位换位装置、每个刀位包括用来夹持刀具的刀夹、驱动刀具旋转的刀具驱动电机、刀具周向位置的实时检测与调整系统、与刀具啮合的B啮合装置；刀位换位装置根据加工程序需要用来更换刀具的刀位，刀夹通过夹持刀柄上的凹槽来夹持刀具。刀具驱动电机与B啮合装置相连接，当需要刀具旋转时，刀具驱动电机驱动B啮合装置旋转；当刀具装入刀位后，刀位中的B啮合装置与刀柄上的A啮合装置相啮合。

数控系统通过电缆和主轴的调速系统、实时检测与调整系统、主轴驱动装置、以及刀库刀位中的刀具驱动电机、刀具周向位置的实时检测与调整系统、刀位换位装置相连接通讯。

所述套设在刀体上的轴承的外圈和用来被刀夹夹持的凹槽制作成两个独立的零件或者整体的一体化结构。

主轴的主轴周向位置的实时检测与调整系统实时监测主轴上的刀具的周向位置，并保持在换刀时，主轴上的刀具的周向位置和刀库刀位中的B啮合装置的周向位置一致。

刀库刀位中刀具周向位置的实时检测与调整系统实时监测刀位中刀具的周向位置，并保持在换刀时，刀库刀位中的B啮合装置的周向位置和主轴旋转的周向位置一致。

更进一步的，主轴的转速在0-200000转/分之间。

更进一步的，刀库中驱动刀具旋转的刀具驱动电机可驱动刀具转速在0-200000转/分之间。

更进一步的，主轴上安装有失速报警与系统加工暂停装置。

更进一步的，刀库中驱动刀具旋转的刀具驱动电机安装有失速报警与系统加工暂停装置。

更进一步的，A啮合装置和B啮合装置的啮合对为齿轮对、蜗轮蜗杆、橡胶轮对。

加工中心主轴不停转无机械手自动换刀过程：

（1） 主轴上的刀具放回到刀库中的空刀位中（卸刀）；

1）主轴上的刀具以一定的转速完成一个工步的加工后，主轴和刀具一起返回到换刀点，刀具和主轴继续旋转，保持上一个工步加工中所使用的转速；刀库中的刀位换位装置提前将将要进行卸刀的空刀位更换至换刀点，并提前启动驱动刀具旋转的刀具驱动电机，驱动与刀具啮合的B啮合装置达到和主轴及刀具同样的的转速，且刀库的刀夹与刀柄上的凹槽保持同样高度的对齐状态，刀柄上的A啮合装置与刀库中的B啮合装置也保持对齐状态，且通过数控系统以及主轴与刀库刀位中的周向位置的实时检测与调整系统保证刀具和主轴的周向位置与刀库中B啮合装置的周向位置一致；