稳定性高的刀库旋转分度机构.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202010846554.9 (22)申请日 2020.08.21 (71)申请人 浙大城市学院 地址 310015 浙江省杭州市拱墅区湖州街 51号 (72)发明人 张俊孙树礼吴央芳张天宇 (74)专利代理机构 杭州万合知识产权代理事务 所(特殊普通合伙) 33294 代理人 丁海华 (51)Int.Cl. B23Q 3/155(2006.01) (54)发明名称 一种稳定性高的刀库旋转分度机构 (57)摘要 本发明公开了一种稳定性高的刀库旋转分 度机构， 包括基体， 基体的底。

2、部设有一对滑轨， 一 对滑轨之间设有移动座， 所述移动座的底部设有 旋转分度盘， 所述旋转分度盘的底部固定有刀库 盘， 所述移动座上设有驱动旋转分度盘旋转的分 度转位机构， 分度转位机构包括经转动轴设置在 移动座底部的拨盘， 所述旋转分度盘上设有等距 设置的n个轮槽,其中n8； 所述拨盘上设有两个 对称设置的且与轮槽啮合的圆销， 在所述的轮槽 的外端部设置过渡圆弧， 使得轮槽向外延伸形成 改进槽。 本发明通过在轮槽的外端部设置过渡圆 弧， 使得轮槽向外延伸形成改进槽， 有效地降低 了圆销与轮槽啮合时的冲击载荷， 从而降低了磨 损， 使得耐用度得到提高。 权利要求书1页 说明书5页 附图4页 C。

3、N 111975425 A 2020.11.24 CN 111975425 A 1.一种稳定性高的刀库旋转分度机构， 其特征在于： 包括基体(1)， 基体(1)的底部设有 一对滑轨(2)， 滑轨(2)之间设有移动座(3)， 所述移动座(3)的底部设有旋转分度盘(4)， 所 述旋转分度盘(4)的底部固定有刀库盘(5)， 所述移动座(3)上设有驱动旋转分度盘(4)旋转 的分度转位机构(6)， 分度转位机构(6)包括经转动轴(7)设置在移动座(3)底部的拨盘(8)， 所述旋转分度盘(4)上设有等距设置的n个轮槽(9),其中n8； 所述拨盘(8)上设有两个对称 设置的且与轮槽(9)啮合的圆销(10)，。

4、 在所述的轮槽(9)的外端部设置过渡圆弧(11)， 使得 轮槽(9)向外延伸形成改进槽， 所述移动座(3)上设有与转动轴(7)传动连接的电机驱动机 构(12)； 在轮槽的外端部设置过渡圆弧， 使轮槽向外延伸形成改进槽的方法是， 得到旋转分 度盘的初始槽顶半径s和改进槽顶半径s1， 在改进槽顶和初始槽顶之间形成了一段过渡圆 弧； 其中初始槽顶半径s和改进槽顶半径s1的计算方法如下： 取旋转分度盘与拨盘的中心距为Lmm， 旋转分度盘上的轮槽的个数为z； 则， 槽轮运动角有： 拨盘运动角2 1有： 圆销中心轨迹半径R有： 取圆销半径为r， 且rR/6， 原始槽顶半径s有： 槽深h有： hs-(L-R。

5、-r)+(35mm)； 其中， 改进槽顶是由原始槽顶进行向外延伸得到， 使得改进槽顶和初始槽顶之间形成 一段过渡圆弧， 进而使得轮槽向外延伸形成改进槽， 轮槽向外延伸形成改进槽的多出的部 分则构成过渡缓冲弧槽； 对原始槽顶进行向外延伸得到改进槽顶的方法是， 保持中心距为 Lmm， 旋转分度盘上的轮槽的个数为z， 槽轮运动角拨盘运动角2 1， 圆销中心轨迹半径 R； 圆销半径为r， 槽深h等参数不变， 取改进槽顶的半径为s1， 且经计算 得到s1s。 2.根据权利要求1所述的稳定性高的刀库旋转分度机构， 其特征在于： 所述的改进槽的 设置满足， 当拨盘上其中一个圆销沿着改进槽前端的过渡缓冲弧槽从。

6、改进槽中脱离的瞬 间， 另一个圆销则恰好进入改进槽前端的过渡缓冲弧槽。 3.根据权利要求2所述的稳定性高的刀库旋转分度机构， 其特征在于： 当所述的拨盘上 的两个圆销的连心线， 和旋转分度盘的中心与拨盘的中心连线相互垂直时， 即其中一个圆 销沿着改进槽前端的过渡缓冲弧槽从改进槽中脱离， 另一个圆销则恰好进入改进槽前端的 过渡缓冲弧槽时， 旋转分度盘的旋转起停瞬时角速度0， 圆销与旋转分度盘之间无刚性 冲击。 4.根据权利要求1所述的稳定性高的刀库旋转分度机构， 其特征在于： 其中单圆销的运 动系数： 2 1/2 (Z-2)/2Z0.4372， 通过在拨盘上设置两个圆销， 使槽轮在拨盘一周 内转。

7、过的倍数角， 则运动系数 也提高1倍变为0.875， 使得在不提高拨盘转速的情况 下， 提高了运动系数。 权利要求书 1/1 页 2 CN 111975425 A 2 一种稳定性高的刀库旋转分度机构 技术领域 0001 本发明涉及加工制造领域， 特别涉及一种稳定性高的刀库旋转分度机构。 背景技术 0002 当前， 国内制造业正处于转型关键期， 加快制造业优化升级， 推进中国制造向中国 创造转变， 中国速度向中国质量转变， 制造大国向制造强国转变被更多的提出来。 数控加工 中心是当代制造业的主流、 热门装备， 其最大特点是具有刀具储备和自动换刀功能， 而这种 功能主要由刀库和自动换刀装置来实现。。

8、 刀库及自动换刀装置是加工中心的重要组成部分 和关键功能部件， 国内数控加工中心加工效率和使用寿命往往被所配装刀库所限制， 导致 刀库功能部件的运行效率和可靠性已经严重制约了数控机床整机的运行效率及可靠性。 为 保证数控机床的运行效率和使用可靠性， 研究刀库驱动机构的转动特性和定位特性， 以实 现加工中心换刀过程的更快旋转速度和更低的冲击载荷就显得很有必要。 0003 刀库旋转分度机构主要用于刀库的分度和回转， 保证刀库运行速度和可靠性。 目 前斗笠式刀库大多采用单头双导程蜗轮蜗杆机构、 双导程圆柱凸轮分度机构或者槽轮机构 来实现刀库的旋转分度。 0004 其中单头双导程蜗轮蜗杆机构在使用中可。

9、随时调整蜗轮蜗杆的传动间隙， 实现准 确的转位分度， 但此传动机构较复杂， 且单头双导程蜗轮和蜗的加工较困难成本相对较； 双 导程圆柱凸轮分度机构承载能力强， 分度转位平稳， 适合应用在载荷较大的分度转位机构， 但同时也存在机构较复杂， 加工较困难成本相对较高的缺点， 槽轮机构具有较高的转动效 率， 运行较为平稳， 且结构简单， 易制造， 而现有的销槽轮机构， 需要锁止弧进行定位， 来做 间歇运动， 定位过程中圆销每一次进入轮槽啮合时还是会产生较大的冲击载荷， 导致锁止 弧极易磨损或发生形变， 耐用度大大降低， 需要进行进一步的改进。 发明内容 0005 本发明的目的在于， 提供一种稳定性高的。

10、刀库旋转分度机构。 本发明通过在轮槽 的外端部设置过渡圆弧， 使得轮槽向外延伸形成改进槽， 有效地降低了圆销与轮槽啮合时 的冲击载荷， 从而降低了磨损， 使得耐用度得到提高。 0006 本发明的技术方案： 一种稳定性高的刀库旋转分度机构， 包括基体， 基体的底部设 有一对滑轨， 一对滑轨之间设有移动座， 所述移动座的底部设有旋转分度盘， 所述旋转分度 盘的底部固定有刀库盘， 所述移动座上设有驱动旋转分度盘旋转的分度转位机构， 分度转 位机构包括经转动轴设置在移动座底部的拨盘， 所述旋转分度盘上设有等距设置的n个轮 槽,其中n8； 所述拨盘上设有两个对称设置的且与轮槽啮合的圆销， 在所述的轮槽的。

11、外端 部设置过渡圆弧， 使得轮槽向外延伸形成改进槽， 所述移动座上设有与转动轴传动连接的 电机驱动机构， 在轮槽的外端部设置过渡圆弧， 使轮槽向外延伸形成改进槽方法是， 得到旋 转分度盘的初始槽顶半径s和改进槽顶半径s1， 在改进槽顶和初始槽顶之间形成了一段过 渡圆弧； 其中初始槽顶半径s和改进槽顶半径s1的计算方法如下： 说明书 1/5 页 3 CN 111975425 A 3 0007 取旋转分度盘与拨盘的中心距为Lmm， 旋转分度盘上的轮槽的个数为z； 0008则， 槽轮运动角有： 0009拨盘运动角2 1有： 0010圆销中心轨迹半径R有： 0011 取圆销半径为r， 且rR/6， 0。

12、012原始槽顶半径s有： 0013 槽深h有： hs-(L-R-r)+(35mm)； 0014 其中， 改进槽顶是由原始槽顶进行向外延伸得到， 使得改进槽顶和初始槽顶之间 形成一段过渡圆弧， 进而使得轮槽向外延伸形成改进槽， 轮槽向外延伸形成改进槽的多出 的部分则构成过渡缓冲弧槽； 对原始槽顶进行向外延伸得到改进槽顶的方法是， 保持中心 距为Lmm， 旋转分度盘上的轮槽的个数为z， 槽轮运动角拨盘运动角2 1， 圆销中心轨迹 半径R； 圆销半径为r， 槽深h等参数不变， 取改进槽顶的半径为s1， 且经 计算得到s1s。 0015 前述的稳定性高的刀库旋转分度机构中， 所述的改进槽的设置满足， 。

13、当拨盘上其 中一个圆销沿着改进槽前端的过渡缓冲弧槽从改进槽中脱离的瞬间， 另一个圆销则恰好进 入改进槽前端的过渡缓冲弧槽。 0016 前述的稳定性高的刀库旋转分度机构中， 当所述的拨盘上的两个圆销的连心线， 和旋转分度盘的中心与拨盘的中心连线相互垂直时， 即其中一个圆销沿着改进槽前端的过 渡缓冲弧槽从改进槽中脱离， 另一个圆销则恰好进入改进槽前端的过渡缓冲弧槽时， 旋转 分度盘的旋转起停瞬时角速度0， 圆销与旋转分度盘之间无刚性冲击。 0017 前述的提高稳定性的方法中， 其中单圆销的运动系数： 2 1/2 (Z-2)/2Z 0.4372， 通过在拨盘上设置两个圆销， 使槽轮在拨盘一周内转过的。

14、倍数角， 则运动系数 也提高1倍变为0.875， 使得在不提高拨盘转速的情况下， 提高了运动系数。 0018 与现有技术相比， 本发明具有以下优点： 0019 1、 本发明在换刀过程中， 移动座沿着滑轨滑动， 进而将刀库盘推送至换刀位， 然后 分度转位机构驱动旋转分度盘进行分度旋转， 分度旋转的旋转分度盘则带动刀库盘进行分 度转动， 来进行换刀， 其中分度转位机构主要是利用电机驱动机构通过转动轴带动拨盘转 动， 转动的拨盘上以恒定角速度做连续回转， 使得圆销与轮槽啮合传动， 使得旋转分度盘以 一动一停做周期性间歇回转， 实现旋转分度盘的旋转分度动作， 在所述的轮槽的外端部设 置过渡圆弧， 使得。

15、轮槽向外延伸形成改进槽， 通过设置过渡圆弧起到了降低了圆销与改进 槽啮合时的冲击载荷的作用， 从而降低了磨损， 使得耐用度得到提高， 本发明具有转动速度 更快、 冲击载荷更小、 运行状态更为平稳的特点， 在提高机床换刀速度的同时大大降低了装 置的磨损， 提高了装置的耐用度。 0020 2、 本发明通过在轮槽的外端部设置过渡圆弧， 使得轮槽向外延伸形成改进槽， 轮 槽向外延伸形成改进槽的多出的部分则构成过渡缓冲弧槽， 使得当拨盘上其中一个圆销沿 着改进槽前端的过渡缓冲弧槽从改进槽中脱离的瞬间， 另一个圆销则恰好进入改进槽前端 说明书 2/5 页 4 CN 111975425 A 4 的过渡缓冲弧。

16、槽， 其中过渡缓冲弧槽起到了对圆销进行锁止和定位的作用， 并具有定位精 准的特点， 取消了原先锁止弧设计， 降低了运行过程中的磨损， 提高了机构的耐用度。 此外 当所述的拨盘上的两个圆销的连心线， 和旋转分度盘的中心与拨盘的中心连线相互垂直 时， 即其中一个圆销沿着改进槽前端的过渡缓冲弧槽从改进槽中脱离， 另一个圆销则恰好 进入改进槽前端的过渡缓冲弧槽时， 旋转分度盘的旋转起停瞬时角速度0， 圆销与旋转 分度盘之间无刚性冲击， 避免了圆销对旋转分度盘产生较大的冲击载荷， 降低了运行过程 中的磨损， 提高了机构的耐用度。 0021 3、 本发明中的旋转分度盘的角速度并没有长期处于0状态， 近似处。

17、于一直运动状 态， 不需要反复克服静止惯性， 降低了角速度变化幅度， 加上有过渡圆弧的存在， 使得冲击 载荷大幅降低， 从而磨损降低， 耐用度得到提高。 附图说明 0022 图1是本发明的结构示意图； 0023 图2是圆销与轮槽的配合状态图； 0024 图3是轮槽向外延伸形成改进槽的结构示意图； 0025 图4是过渡圆弧的结构示意图； 0026 图5是图3中A处放大图； 0027 图6是实施例中本发明与传统的单圆销结构的旋转分度机构的角速度曲线的对比 图； 0028 图7是实施例中本发明与传统的单圆销结构的旋转分度机构的角加速度曲线的对 比图。 0029 1、 基体； 2、 滑轨； 3、 移动。

18、座； 4、 旋转分度盘； 5、 刀库盘； 6、 分度转位机构； 7、 转动轴； 8、 拨盘； 9、 轮槽； 10、 圆销； 11、 过渡圆弧； 12、 电机驱动机构。 具体实施方式 0030 下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明， 但并不作为对本发明限制的依 据。 0031 实施例： 一种稳定性高的刀库旋转分度机构， 如图1-2所示， 包括基体1， 基体1的底 部设有一对滑轨2， 一对滑轨2之间设有移动座3， 所述移动座3的底部设有旋转分度盘4， 所 述旋转分度盘4的底部固定有刀库盘5， 所述移动座3上设有驱动旋转分度盘4旋转的分度转 位机构6， 分度转位机构6包括经转动轴7设置在移动座。

19、3底部的拨盘8， 所述旋转分度盘4上 设有等距设置的n个轮槽9,其中n8； 所述拨盘8上设有两个对称设置的且与轮槽9啮合的圆 销10， 在所述的轮槽9的外端部设置过渡圆弧11， 使得轮槽9向外延伸形成改进槽， 所述移动 座3上设有与转动轴7传动连接的电机驱动机构12； 所述移动座3与基体1之间设有伸缩气 缸， 通过伸缩气缸带动移动座3进行移动； 0032 本发明在换刀过程中， 通过伸缩气缸推动移动座2沿着滑轨2滑动， 进而将刀库盘5 推送至换刀位， 然后分度转位机构6驱动旋转分度盘4进行分度旋转， 分度旋转的旋转分度 盘4则带动刀库盘5进行分度转动， 来进行换刀， 其中分度转位机构6主要是利用。

20、电机驱动机 构12通过转动轴7带动拨盘8转动， 转动的拨盘8上以恒定角速度做连续回转， 使得圆销10与 说明书 3/5 页 5 CN 111975425 A 5 轮槽9啮合传动， 使得旋转分度盘4以一动一停做周期性间歇回转， 实现旋转分度盘4的旋转 分度动作， 其中轮槽9的外端部均设有过渡圆弧11， 使得轮槽9向外延伸形成改进槽， 利用过 渡圆弧11起到了降低了圆销10与改进槽啮合时的冲击载荷的作用， 从而降低了磨损， 使得 耐用度得到提高。 本发明具有转动速度更快、 冲击载荷更小、 运行状态更为平稳的特点， 在 提高机床换刀速度的同时大大降低了装置的磨损， 提高了装置的耐用度。 0033 如。

21、图3、 图4和图5所示， 稳定性高的刀库旋转分度机构的提高稳定性的方法是， 在 轮槽的外端部设置过渡圆弧， 使轮槽向外延伸形成改进槽方法是， 得到旋转分度盘的初始 槽顶半径s和改进槽顶半径s1， 在改进槽顶和初始槽顶之间形成了一段过渡圆弧； 其中初始 槽顶半径s和改进槽顶半径s1的计算方法如下： 0034 取旋转分度盘与拨盘的中心距为Lmm， 旋转分度盘上的轮槽的个数为z； 0035则， 槽轮运动角有： 0036拨盘运动角2 1有： 0037圆销中心轨迹半径R有： 0038 取圆销半径为r， 且rR/6， 0039原始槽顶半径s有： 0040 槽深h有： hs-(L-R-r)+(35mm)； 。

22、0041 其中， 改进槽顶是由原始槽顶进行向外延伸得到， 使得改进槽顶和初始槽顶之间 形成一段过渡圆弧， 进而使得轮槽向外延伸形成改进槽， 轮槽向外延伸形成改进槽的多出 的部分则构成过渡缓冲弧槽； 对原始槽顶进行向外延伸得到改进槽顶的方法是， 保持中心 距为Lmm， 旋转分度盘上的轮槽的个数为z， 槽轮运动角拨盘运动角2 1， 圆销中心轨迹 半径R； 圆销半径为r， 槽深h等参数不变， 取改进槽顶的半径为s1， 且经 计算得到s1s， 其中过渡圆弧起到了对圆销进行锁止和定位的作用， 并具有定位精准的特 点， 取消了原先锁止弧设计， 降低了运行过程中的磨损， 提高了机构的耐用度。 如图5所示， 。

23、过渡圆弧是以R-r为半径， 以拨盘中心的圆心， 夹在初始槽顶和改进槽顶之间的一段圆弧。 0042 所述的改进槽的设置满足， 当拨盘上其中一个圆销沿着改进槽前端的过渡缓冲弧 槽从改进槽中脱离的瞬间， 另一个圆销则恰好进入改进槽前端的过渡缓冲弧槽。 其中过渡 缓冲弧槽起到了对圆销进行锁止和定位的作用， 并具有定位精准的特点， 取消了原先的锁 止弧设计， 降低了运行过程中的磨损， 提高了机构的耐用度。 通过双圆销有效地提高了旋转 分度盘的转动速度加倍。 0043 当所述的拨盘上的两个圆销的连心线， 和旋转分度盘的中心与拨盘的中心连线相 互垂直时， 即其中一个圆销沿着改进槽前端的过渡缓冲弧槽从改进槽中。

24、脱离， 另一个圆销 则恰好进入改进槽前端的过渡缓冲弧槽时， 旋转分度盘的旋转起停瞬时角速度0， 圆销 与旋转分度盘之间无刚性冲击。 0044 其中单圆销的运动系数： 2 1/2 (Z-2)/2Z0.4372， 通过在拨盘上设置两个 圆销， 使槽轮在拨盘一周内转过的倍数角， 则运动系数 也提高1倍变为0.875， 使得在 不提高拨盘转速的情况下， 提高了运动系数。 说明书 4/5 页 6 CN 111975425 A 6 0045 如图6和图7所示， 将本发明与传统的单圆销结构的旋转分度机构进行仿真对比分 析的， 其中图6中深黑色曲线为传统的单圆销结构的旋转分度机构的角速度曲线， 浅褐色曲 线为。

25、本发明的角速度曲线； 其中图7中深黑色曲线为传统的单圆销结构的旋转分度机构的 角加速度曲线， 浅褐色曲线为本发明的角加速度曲线。 0046 综合对比分析图6、 图7可知： 0047 (1)在相同的10秒内， 本发明转过15个分度工位， 传统的单圆销结构的旋转分度机 构转过7.5个分度工位， 速度提高了一倍。 0048 (2)本发明和传统的单圆销结构的旋转分度机构的两种机构中槽轮角速度和角加 速度均时刻变化， 角速度在槽轮、 拨盘和圆销的圆心共线时达到最大， 角速度最大时角加速 度正好为0。 0049 (3)传统的单圆销结构的旋转分度机构的槽轮在周期内有一段角速度为0区域， 使 得角速度从0开始。

26、加速时产生冲击现象。 本发明的槽轮的角速度并没有长期处于0状态， 不 需要反复克服静止惯性， 因此冲击载荷大幅降低， 从而磨损降低， 耐用度提高。 0050 综上所述， 本发明的槽轮的运转速度增加了一倍， 而且其近似处于一直运动状态， 不需要反复克服静止惯性， 降低了角速度变化幅度， 加上有过渡缓冲圆弧的存在， 冲击和振 动也小于传统的单圆销结构的旋转分度机构。 说明书 5/5 页 7 CN 111975425 A 7 图1 图2 说明书附图 1/4 页 8 CN 111975425 A 8 图3 图4 说明书附图 2/4 页 9 CN 111975425 A 9 图5 图6 说明书附图 3/4 页 10 CN 111975425 A 10 图7 说明书附图 4/4 页 11 CN 111975425 A 11 。