CN110170890A - 一种五轴联动刀具磨床 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种五轴联动刀具磨床，包括：机架、X轴滑台、Z轴滑台、Y轴升降器、C轴旋转台、主轴工件夹具和A轴磨刀砂轮动力总成，X轴滑台和Z轴滑台均设置于机架上；C轴旋转台设置于X轴滑台上，在X轴滑台驱动下沿X轴运动；主轴工件夹具设置于C轴旋转台上，在C轴旋转台驱动下围绕C轴转动；Y轴升降器固定设置在Z轴滑台上，A轴磨刀砂轮动力总成固定设置在Y轴升降器上；本发明自动化水平高，可从多角度对工件进行加工，大大提高了复杂刃形刀具修磨的效率，自动上料装置中的摆臂机构和夹持机构的设计，提高了上料、卸料的效率，并且操控灵活，整体有利于加工效率和加工精度。
Description
技术领域
本发明涉及数控磨刀机技术领域，更具体的说是涉及一种五轴联动刀具磨床。
背景技术
磨刀机是指采用砂轮对刀片进行磨削的设备，主要分为手工磨刀机和自动磨刀机。现在为了提高生产效率大多采用数控磨刀机。
高精度复杂刃形合金刀具的出现和广泛应用，使得自动数控磨刀机成为切削刀具生产以及二次修磨的关键重要设备之一。经国内外资料检索后分析显示，目前发达国家已经掌握复杂刃形刀具的数控磨削关键核心技术，并研发出相应的全自动数控磨刀机。由于国内数控技术起步相对较晚，***整体设计以及关键功能部件的研发相对迟缓，已经无法满足近几年市场快速增长的需求。
但是目前全自动数控磨刀机不能有效的控制A轴磨刀砂轮动力总成和待磨刀胚的位置，无法从多个角度对待磨刀胚进行加工，因此无法加工高精度复杂刃形合金刀具。
因此，现在迫切需要一种功能完善、成本低的用于高精度复杂刃形刀具加工的自动数控磨刀机。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种五轴联动刀具磨床，自动化水平高，能加工复杂刃形的刀具，具有高效率、高精度的特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种五轴联动刀具磨床，包括：
机架、X轴滑台、Z轴滑台、Y轴升降器、C轴旋转台、主轴工件夹具和A轴磨刀砂轮动力总成，所述X轴滑台和Z轴滑台均设置于所述机架上；
所述C轴旋转台设置于所述X轴滑台上，所述C轴旋转台在所述X轴滑台驱动下沿X轴运动；
所述主轴工件夹具设置于所述C轴旋转台上，主轴水平设置且与C轴垂直，所述主轴工件夹具在所述C轴旋转台驱动下围绕C轴转动，所述主轴为主轴工件夹具上的待磨工件的自转轴；
所述Y轴升降器固定设置在所述Z轴滑台上，所述A轴磨刀砂轮动力总成固定设置在所述Y轴升降器上，所述Z轴滑台用于驱动所述Y轴升降器和所述A轴磨刀砂轮动力总成一同沿Z轴运动，所述A轴磨刀砂轮动力总成在所述Y轴升降器的驱动下沿竖向运动。
进一步的，所述X轴滑台包括：滑台底板、滚珠丝杆、移动顶板、防尘罩和设置于所述滑台底板上的X轴伺服电机；
所述滑台底板与所述机架固定连接，所述滑台底板与X轴平行的两侧均设有导轨，所述移动顶板与所述滑台底板的所述导轨滑动连接；
所述防尘罩安装在所述滚珠丝杆和所述X轴伺服电机的上方；
所述滚珠丝杆位于所述移动顶板的下方，其平行设置在所述导轨的内侧，所述滚珠丝杆的一端与X轴伺服电机的输出端连接，滚珠丝杆在所述X轴伺服电机驱动下转动并带动所述移动顶板在导轨上沿X轴水平滑动。
进一步的，所述C轴旋转台包括：C轴伺服电机、精密减速机和摆臂，所述精密减速机垂直安装于所述移动顶板的上侧，所述C轴伺服电机位于所述移动顶板的下方，C轴伺服电机贯穿移动顶板与所述精密减速机的下端连接，所述精密减速机的上端与所述摆臂的一端连接，所述摆臂水平设置。
进一步的，所述主轴工件夹具包括：基座、主轴伺服减速电机和工件夹具；所述基座设置在所述C轴旋转台的摆臂远离所述精密减速机的一端，所述工件夹具和A轴伺服减速电机均设置在所述基座上。
进一步的，所述Y轴升降器固定连接在所述Z轴滑台一侧，包括：垂直导轨、Y轴伺服电机、竖直滑座和用于安装A轴磨刀砂轮动力总成的A轴夹座，所述垂直导轨与所述Z轴滑台侧壁固定连接，所述Y轴伺服电机的输出端与所述竖直滑座的顶部传动连接，所述竖直滑座与所述垂直导轨滑动连接，所述A轴夹座安装在所述竖直滑座上并沿竖向移动。
进一步的，还包括自动上料装置，所述自动上料装置包括：
摆臂机构，所述摆臂机构活动连接在所述A轴夹座上；
夹持机构，所述夹持机构包括气缸和机械夹爪，所述机械夹爪一端与所述摆臂机构转动连接，另一端由气缸驱动实现对工件的夹紧。
进一步的，所述摆臂机构包括：
摆臂气缸，所述摆臂气缸固定安装在所述A轴夹座的侧壁上；
机械臂，所述机械臂一端与所述摆臂气缸的驱动端垂直连接，另一端设有回转气缸，所述回转气缸的驱动端与所述机械夹爪固定连接。
进一步的，所述机架端部靠近所述机械夹爪处设有用于放置工件的料盘。
进一步的，还包括电气控制柜，电气控制柜设置在所述机架上位于所述Y轴滑台的下方，所述X轴滑台、所述Y轴滑台、所述Z轴升降器、所述C轴旋转台、所述主轴工件夹具和所述A轴磨刀砂轮动力总成均与电气控制柜电性连接。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明有益效果如下：
1、五轴联动自动数控磨刀机操作简单，自动化水平高，稳定可靠，可从多角度对工件进行加工，大大提高了复杂刃形刀具修磨的效率；
2、采用数控***配合伺服电机、精密丝杆等高精度的机械结构，加工精度高；
3、Y轴升降器的设计能够方便地实现A轴磨刀砂轮动力总成中心高度的调整，解决不同刀具类型需要切换不同的砂轮接触线高度；
4、自动上料装置中的摆臂机构和夹持机构的设计，提高了上料、卸料的效率，并且操控灵活，整体有利于加工效率和加工精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明一种五轴联动刀具磨床结构示意图。
图2为本发明一种五轴联动刀具磨床的上料状态示意图。
图中：
机架1；
X轴滑台2；滑台底板21；移动顶板22；防尘罩23；
Z轴滑台3；
Y轴升降器4；Y轴伺服电机41；竖直滑座42；A轴夹座43；
C轴旋转台5；精密减速机51；摆臂52；
主轴工件夹具6；
A轴磨刀砂轮动力总成7
自动上料装置8；气缸81；机械夹爪82；摆臂气缸83；机械臂84；回转气缸85；
料盘9。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例公开了一种五轴联动刀具磨床，如图1-2所示，包括：
机架1、X轴滑台2、Z轴滑台3、Y轴升降器4、C轴旋转台5、主轴工件夹具6和A轴磨刀砂轮动力总成7，X轴滑台2和Z轴滑台3均设置于机架1上；C轴旋转台5设置于X轴滑台2上，C轴旋转台5在X轴滑台2驱动下沿X轴运动；
主轴工件夹具6设置于C轴旋转台5上，主轴水平设置且与C轴垂直，主轴工件夹具6在C轴旋转台5驱动下围绕C轴转动，主轴为主轴工件夹具6上的待磨工件的自转轴；
Y轴升降器4固定设置在Z轴滑台3上，A轴磨刀砂轮动力总成7固定设置在Y轴升降器4上，Z轴滑台3用于驱动Y轴升降器4和A轴磨刀砂轮动力总成7一同沿Z轴运动，A轴磨刀砂轮动力总成7在Y轴升降器4的驱动下沿竖向运动。
具体的，X轴滑台2包括：滑台底板21、滚珠丝杆、移动顶板22、防尘罩23和设置于滑台底板21上的X轴伺服电机；滑台底板21与机架1固定连接，滑台底板21与X轴平行的两侧均设有导轨，移动顶板22与滑台底板21的导轨滑动连接；防尘罩23安装在滚珠丝杆和X轴伺服电机的上方；滚珠丝杆位于移动顶板22的下方，其平行设置在导轨的内侧，滚珠丝杆的一端与X轴伺服电机的输出端连接，滚珠丝杆在X轴伺服电机驱动下转动并带动移动顶板22在导轨上沿X轴水平滑动；
C轴旋转台5包括：C轴伺服电机、精密减速机51和摆臂52，精密减速机51垂直安装于移动顶板22的上侧，C轴伺服电机位于移动顶板22的下方，C轴伺服电机贯穿移动顶板22与精密减速机51的下端连接，精密减速机51的上端与摆臂52的一端连接，摆臂52水平设置；
主轴工件夹具6包括：基座、主轴伺服减速电机和工件夹具；基座设置在C轴旋转台的摆臂远离精密减速机的一端，工件夹具和A轴伺服减速电机均设置在基座上；
Y轴升降器4固定连接在Z轴滑台3一侧，包括：垂直导轨、Y轴伺服电机41、竖直滑座42和用于安装A轴磨刀砂轮动力总成7的A轴夹座43；垂直导轨与Z轴滑台3侧壁固定连接，Y轴伺服电机41的输出端与竖直滑座42的顶部传动连接，竖直滑座42与垂直导轨滑动连接，A轴夹座43安装在竖直滑座42上并沿竖向移动。
在一些实施例中，还包括自动上料装置8，自动上料装置8包括：
摆臂机构，摆臂机构活动连接在A轴夹座43上；夹持机构，夹持机构包括气缸81和机械夹爪82，机械夹爪82一端与摆臂机构转动连接，另一端由气缸81驱动实现对工件的夹紧；
摆臂机构包括：摆臂气缸83和机械臂84；摆臂气缸83固定安装在A轴夹座43的侧壁上，机械臂84一端与摆臂气缸83的驱动端垂直连接，另一端设有回转气缸85，回转气缸85的驱动端与机械夹爪82固定连接。
在一些实施例中，还包括电气控制柜，电气控制柜设置在机架上位于Z轴滑台3的下方，X轴滑台2、Z轴滑台3、Y轴升降器4、C轴旋转台5、主轴工件夹具6、A轴磨刀砂轮动力总成7和自动上料装置8均与电气控制柜电性连接，其相互配合调整加工工件，实现多角度、五轴联动、高精度加工。
在一些实施例中，机架1端部靠近机械夹爪82处设有用于放置工件的料盘9，包括上料盘和卸料盘。
在一些实施例中，包括刀具参数检测机构，刀具参数检测机构位于Y轴升降器的前部，包括刀长检测传感器和刃角检测传感器；
还包括冷却模块，冷却模块包括冷却液槽、冷却循环泵、冷却喷嘴和连接管路，冷却液槽和冷却循环泵均设置在机架上位于X轴滑台的下方，冷却喷嘴设置在主轴工件夹具上，冷却液槽、冷却循环泵和冷却喷嘴通过连接管路依次连通。
本发明采用的电气控制柜安装于机架1的中后部位于所述Z轴滑台3的下方，其采用PLC控制，属现有技术，用于接收开关、传感器等发出的控制信号，实现伺服电机的精确运动与刀具刃磨的参数化编程及控制功能。电气控制柜内置嵌入式主机、伺服驱动器、变频器、继电器等电气原件，与计算机连接，与嵌入式主机、LCD显示器以及键盘鼠标配合实现刀具刃磨的参数化编程及控制功能，嵌入式主机安装刀具刃磨专用控制程序，实现铣刀、丝锥、钻头、匕首等典型刃面的参数化编程及运动译码控制。
本发明的工作过程为：
工作开始前，打开刀具刃磨专用编程控制软件，通过显示器、键盘、鼠标选择对应刀具类型，选择好相应的刀具类型后，设置刀具的刀刃参数、磨刀砂轮的几何参数以及其它工艺参数等；
根据目标工件的参数来通过移动X轴滑台和Z轴滑台来调节A轴磨刀砂轮动力总成在Y轴方向上的位置，然后用机械夹爪从上料盘中夹持工件，移动至主轴工件夹具固定；
完成初次对刀后再二次对刀，进行刃角检测；
刃角检测传感器可以为偏心接触式精密定位传感器，光纤对射式传感器，穿透式激光辨别传感器，刃角对刀完成后，通过刃角检测传感器接收到的信号，为刀具磨削提供初始刃角数据，显示在显示器上，根据初始数据调整程序，根据检测到的待磨工件的初始长度以及刃角数据，在显示器上编写对应的程序，根据编写的数控程序，磨刀砂轮开始对工件进行磨削，期间工件在A轴以及C轴方向都会根据设定的程序偏转相应的角度，直到程序结束；加工完成后，控制机械夹爪将工件移动至卸料盘内，等待进行下一次磨削。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (9)
1.一种五轴联动刀具磨床，其特征在于，包括：
机架(1)、X轴滑台(2)、Z轴滑台(3)、Y轴升降器(4)、C轴旋转台(5)、主轴工件夹具(6)和A轴磨刀砂轮动力总成(7)，所述X轴滑台(2)和Z轴滑台(3)均设置于所述机架(1)上；
所述C轴旋转台(5)设置于所述X轴滑台(2)上，所述C轴旋转台(5)在所述X轴滑台(2)驱动下沿X轴运动；
所述主轴工件夹具(6)设置于所述C轴旋转台(5)上，主轴水平设置且与C轴垂直，所述主轴工件夹具(6)在所述C轴旋转台(5)驱动下围绕C轴转动，所述主轴为所述主轴工件夹具(6)上的待磨工件的自转轴；
所述Y轴升降器(4)固定设置在所述Z轴滑台(3)上，所述A轴磨刀砂轮动力总成(7)固定设置在所述Y轴升降器(4)上，所述Z轴滑台(3)用于驱动所述Y轴升降器(4)和所述A轴磨刀砂轮动力总成(7)一同沿Z轴运动，所述A轴磨刀砂轮动力总成(7)在所述Y轴升降器(4)的驱动下沿竖向运动。
2.根据权利要求1所述的一种五轴联动刀具磨床，其特征在于，所述X轴滑台(2)包括：滑台底板(21)、滚珠丝杆、移动顶板(22)、防尘罩(23)和设置于所述滑台底板(21)上的X轴伺服电机；
所述滑台底板(21)与所述机架(1)固定连接，所述滑台底板(21)与X轴平行的两侧均设有导轨，所述移动顶板(22)与所述滑台底板(21)的所述导轨滑动连接；
所述防尘罩(23)安装在所述滚珠丝杆和所述X轴伺服电机的上方；
所述滚珠丝杆位于所述移动顶板(22)的下方，其平行设置在所述导轨的内侧，所述滚珠丝杆的一端与X轴伺服电机的输出端连接，滚珠丝杆在所述X轴伺服电机驱动下转动并带动所述移动顶板(22)在导轨上沿X轴水平滑动。
3.根据权利要求2所述的一种五轴联动刀具磨床，其特征在于，所述C轴旋转台(5)包括：C轴伺服电机、精密减速机(51)和摆臂(52)，所述精密减速机(51)垂直安装于所述移动顶板(22)的上侧，所述C轴伺服电机位于所述移动顶板(22)的下方，所述C轴伺服电机贯穿所述移动顶板(22)与所述精密减速机(51)的下端连接，所述精密减速机(51)的上端与所述摆臂(52)的一端连接，所述摆臂(52)水平设置。
4.根据权利要求1所述的一种五轴联动刀具磨床，其特征在于，所述主轴工件夹具(6)包括：基座、主轴伺服减速电机和工件夹具；
所述基座设置在所述C轴旋转台的摆臂远离所述精密减速机的一端，所述工件夹具和A轴伺服减速电机均设置在所述基座上。
5.根据权利要求1所述的一种五轴联动刀具磨床，其特征在于，所述Y轴升降器(4)固定连接在所述Z轴滑台(3)一侧，包括：垂直导轨、Y轴伺服电机(41)、竖直滑座(42)和用于安装A轴磨刀砂轮动力总成(7)的A轴夹座(43)；所述垂直导轨与所述Z轴滑台(3)侧壁固定连接，所述Y轴伺服电机(41)的输出端与所述竖直滑座(42)的顶部传动连接，所述竖直滑座(42)与所述垂直导轨滑动连接，所述A轴夹座(43)安装在所述竖直滑座(42)上并沿竖向移动。
6.根据权利要求1所述的一种五轴联动刀具磨床，其特征在于，还包括自动上料装置(8)，所述自动上料装置(8)包括：
摆臂机构，所述摆臂机构活动连接在所述A轴夹座(43)上；
夹持机构，所述夹持机构包括气缸(81)和机械夹爪(82)，所述机械夹爪(82)一端与所述摆臂机构转动连接，另一端由气缸(81)驱动实现对工件的夹紧。
7.根据权利要求6所述的一种五轴联动刀具磨床，其特征在于，所述摆臂机构包括：
摆臂气缸(83)，所述摆臂气缸(83)固定安装在所述A轴夹座(43)的侧壁上；
机械臂(84)，所述机械臂(84)一端与所述摆臂气缸(83)的驱动端垂直连接，另一端设有回转气缸(85)，所述回转气缸(85)的驱动端与所述机械夹爪(82)固定连接。
8.根据权利要求7所述的一种五轴联动刀具磨床，其特征在于，所述机架(1)端部靠近所述机械夹爪(82)处设有用于放置工件的料盘(9)。
9.根据权利要求1所述的一种五轴联动刀具磨床，其特征在于，还包括电气控制柜，电气控制柜设置在所述机架上位于所述Z轴滑台(3)的下方，所述X轴滑台(2)、所述Z轴滑台(3)、所述Y轴升降器(4)、所述C轴旋转台(5)、所述主轴工件夹具(6)、所述A轴磨刀砂轮动力总成(7)和所述自动上料装置(8)均与电气控制柜电性连接。
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