阅读说明：本技术 减少摩擦的立式刀塔 (Vertical turret for reducing friction ) 是由 林坚勇 于 2019-11-20 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种减少摩擦的立式刀塔,涉及刀塔技术领域,其技术方案要点是：包括底座、设置于底座上的箱体和齿轮箱,箱体转动设置于底座上,锁紧齿轮能同时与动齿盘、定齿盘啮合；齿轮箱设置有伺服电机、传动机构,所述伺服电机通过传动机构驱使箱体转动；箱体、底座通过设置于两者间的推力轴承建立转动连接,推力轴承通过上承载面支撑箱体的重量；当脱锁腔进油使锁紧齿盘向上移动时,锁紧齿盘克服箱体的重力向上抬升推力轴承。本立式刀塔转动时的阻力较小,降低了对伺服电机的功率需求,利于设备的节能化、小型化；本立式刀塔在不换刀时,推力轴承的受力较小,其使用寿命较长,传动机构的减速比高,紧凑性好。(The invention discloses a vertical turret for reducing friction, which relates to the technical field of turrets and adopts the technical scheme that: the locking gear can be simultaneously meshed with a movable fluted disc and a fixed fluted disc; the gearbox is provided with a servo motor and a transmission mechanism, and the servo motor drives the box body to rotate through the transmission mechanism; the box body and the base are rotationally connected through a thrust bearing arranged between the box body and the base, and the thrust bearing supports the weight of the box body through an upper bearing surface; when the oil enters the unlocking cavity to enable the locking fluted disc to move upwards, the locking fluted disc overcomes the gravity of the box body to lift the thrust bearing upwards. The resistance of the vertical turret during rotation is small, the power requirement on a servo motor is reduced, and the energy conservation and miniaturization of equipment are facilitated; when the vertical tool turret does not change tools, the thrust bearing is less stressed, the service life of the vertical tool turret is longer, the deceleration ratio of the transmission mechanism is high, and the compactness is good.)

减少摩擦的立式刀塔

技术领域

本发明涉及刀塔技术领域，特别涉及一种减少摩擦的立式刀塔。

背景技术

刀塔又称刀架，刀塔是数控机床的自动换刀装置和刀具驱动装置的总称，刀塔常用于加工中心，且为加工中心的核心部件之一。刀塔上可沿刀盘周向安装多个刀具，刀具由程序控制能够自动实现换刀。立式刀塔为换刀时转动轴线沿竖直方向的刀塔。

现有申请公布号为CN102319908A的中国发明专利申请公开了一种立式伺服数控刀架，该数控刀架设有箱体以及设置于箱体中的传动大齿圈、电机齿轮、伺服电机、三组双联齿轮，伺服电机内置于箱体内的齿轮箱中，并且倒立安装，伺服电机的输出光轴与电机齿轮联接，双联齿轮为三组、一体结构，电机齿轮与第一组双联齿轮啮合，第三组双联齿轮与安装于箱体内侧的传动大齿圈啮合，第二组双联齿轮位于双联齿轮和双联齿轮之间，第二组双联齿轮分别通过齿轮与第一组双联齿轮和第三组双联齿轮相啮合。

法兰盘、主轴之间设置锁紧齿盘、油缸液压腔，油缸液压腔位于锁紧齿盘的上下两侧，油缸液压腔中设置液压油，锁紧齿盘的底部设置动齿盘、定齿盘，动齿盘套装于定齿盘上，动齿盘与定齿盘相啮合。箱体与动齿盘通过螺栓紧固联接，动齿盘与箱体内圆面配合支撑箱体转位。松开锁紧系统通过液压油控制锁紧齿盘在油缸中的行程，以达到伺服刀架的松开锁紧。

上述中的现有技术方案存在以下缺陷：当液压驱使锁紧齿盘与动齿盘、定齿盘分离后，箱体可相对于底座转动进行换刀。箱体设有刀座和刀具具有较大的自重，换刀时，底座的顶面仍支撑有较大的箱体重量，箱体在底座上转动时，两者的接触面间具有较大的阻力，导致箱体必须使用较大功率的电机驱动转动，不利于设备的节能化、小型化。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种减少摩擦的立式刀塔，降低了对伺服电机的功率需求，利于设备的节能化、小型化。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种减少摩擦的立式刀塔，包括底座、设置于底座上的箱体和齿轮箱，所述箱体转动设置于底座上，所述齿轮箱与底座固定，所述箱体固定有动齿盘、多个供刀具安装的刀座，所述底座固定有定齿盘，所述底座、箱体间设有液压腔，所述液压腔内沿竖直方向滑动设置有锁紧齿盘，所述锁紧齿盘将液压腔分隔为位于上方的锁紧腔、位于下方的脱锁腔，所述底座外壁设有与锁紧腔、脱锁腔分别连通的液压油道，当所述锁紧齿盘向下移动后，所述锁紧齿轮能同时与动齿盘、定齿盘啮合；所述齿轮箱设置有伺服电机、传动机构，所述伺服电机通过传动机构驱使箱体转动；

所述箱体、底座通过设置于两者间的推力轴承建立转动连接，所述推力轴承通过上承载面支撑箱体的重量，所述锁紧齿盘位于推力轴承下方；当所述脱锁腔进油使锁紧齿盘向上移动时，所述锁紧齿盘克服箱体的重力向上抬升推力轴承。

通过上述技术方案，不换刀时，由底座顶面承载大部分的箱体重量。当脱锁腔进油、锁紧腔泄油使锁紧齿盘向上移动时，锁紧齿盘解除对动齿盘、定齿盘的锁定，锁紧齿盘抬升推力轴承，推力轴承在上移的过程中承载箱体的重力增大，则箱体与底座顶面间的压力减小。当箱体相对于底座转动时，由于锁紧齿盘的上移减轻了箱体作用于底座顶面的压力，则减少了箱体、底座间的转动阻力，此过程中推力轴承的转动阻力变化较小。

箱体转动完成换刀后，锁紧腔进油、脱锁腔泄油使锁紧齿盘向下移动，锁紧齿盘与动齿盘、定齿盘同时啮合，限制箱体相对于底座产生转动，同时箱体的大部分重量重新由底座的顶面承担，推力轴承所受压力减少。本刀塔在不换刀时，推力轴承的受力较小，其寿命也能得到延长。本立式刀塔的箱体转动降低了对伺服电机的功率需求、以及推力轴承的性能需求，利于设备的节能化、小型化。

优选的，所述推力轴承的上承载面与箱体之间垫设有弹性垫片，或所述推力轴承的下承载面与锁紧齿盘间垫设有弹性垫片。

通过上述技术方案，锁紧齿盘抬升推力轴承，推力轴承在上移的过程中将弹性垫片压缩，由推力轴承、弹性垫片承载较大的箱体重力。弹性垫片具有形变空间，随着弹性垫片的进一步被压扁，其承载的力就越大。弹性垫片起到缓冲作用，防止产生撞击噪声及结构损坏。

优选的，所述弹性垫片为波形垫片。

通过上述技术方案，波形垫片又称波浪垫片、波形弹簧，波形垫片在节省高度空间的同时能够提供足够的弹力，在压力作用下也能产生形变；波形垫片具有较好的缓冲击、弹性性能。

优选的，所述齿轮箱的外壁固定有限位块，所述箱体的内壁设有供限位块嵌入的限位槽，所述限位槽为环槽；所述箱体转动时限位块在限位槽内转动，所述限位块通过限位槽限制箱体沿竖直方向移动。

通过上述技术方案，限位块通过限位槽限制箱体沿竖直方向移动，当锁紧齿盘向上抬升推力轴承时，箱体也不会向上移动，则箱体与底座间不易进灰影响转动配合；另一方面，传动机构啮合的轮齿间也不会产生明显的轴向滑动，传动机构的各轮齿不易损坏。

优选的，所述脱锁腔内设有用于驱使锁紧齿盘上移的驱动环，所述驱动环位于脱锁腔的上端，所述驱动环的顶壁用于与锁紧齿盘的底壁接触，所述驱动环通过设于外环壁、内环壁的密封圈与脱锁腔建立密封。

通过上述技术方案，采用驱动环驱使锁紧齿盘移动，驱动环的形状较锁紧齿盘简单，驱动环与脱锁腔间更易建立密封。

优选的，所述底座的底面开设有供伺服电机进入的安装孔，所述伺服电机位于安装孔内。

通过上述技术方案，伺服电机在竖直方向上尽量靠近了底座底部，则伺服电机对刀塔的空间利用率高，使刀塔的高度更小、结构更加紧凑。

优选的，所述伺服电机的转轴轴线与箱体的转动轴线重合。

通过上述技术方案，伺服电机本身具有较大的自重，将伺服电机设置于箱体的转动轴线上，使刀塔的重心尽量靠近中心，刀塔安装完成后的稳性好。

优选的，所述伺服电机的输出轴同轴固定有主动齿轮；所述传动机构包括第一减速机构，所述第一减速机构包括与齿轮箱固定的固定齿盘、转动设置于齿轮箱内的输出转动件、转动设置于输出转动件上的若干行星齿轮；所述固定齿盘为内齿盘，所述主动齿轮、固定齿盘、输出转动件的轴线同轴，所述行星齿轮沿主动齿轮的周向分布，所述行星齿轮同时与主动齿轮、固定齿盘啮合，所述输出转动件用于驱使箱体转动。

通过上述技术方案，第一减速机构为行星减速机构，能产生较大的减速比，减低伺服电机输出的转速。且第一减速机构的输出轴与输入轴同轴，便于设置后续的传动结构。

优选的，所述传动机构还包括第二减速机构，所述第二减速机构包括与输出转动件同轴固定的第一齿轮、转动设置于齿轮箱的第二齿轮、与箱体固定的从动齿盘，所述从动齿盘为内齿盘，所述从动齿盘的轴线与箱体的转动轴线重合，所述第二齿轮位于第一齿轮和从动齿盘之间，所述第二齿轮同时与第一齿轮、从动齿盘啮合。

通过上述技术方案，第二减速机构在传动过程中产生减速比。由于第一减速机构、第二减速机构相连形成二级减速，则伺服电机的输出端传递至箱体后的转动较慢，满足换刀时的安全性能需求。

综上所述，本发明对比于现有技术的有益效果为：

1、本立式刀塔转动时的阻力较小，降低了对伺服电机的功率需求，利于设备的节能化、小型化；

2、本立式刀塔在不换刀时，推力轴承的受力较小，其使用寿命较长；

3、本立式刀塔的传动机构的减速比高，紧凑性好。

附图说明

图1为实施例的减少摩擦的立式刀塔的结构图；

图2为图1的A处放大图；

图3为图2的C-C剖视图；

图4为图1的B处放大图；

图5为实施例的局部图，主要突出锁紧齿盘、推力轴承、弹性垫片、与箱体固定的各部件位置。

图中，1、底座；2、齿轮箱；3、箱体；31、刀座；4、推力轴承；5、伺服电机；11、安装孔；51、主动齿轮；12、底盖；6、第一减速机构；7、第二减速机构；61、固定齿盘；62、输出转动件；63、行星齿轮；631、传动轴；71、第一齿轮；72、第二齿轮；73、从动齿盘；32、动齿盘；13、定齿盘；8、液压腔；81、锁紧齿盘；82、驱动环；83、锁紧腔；84、脱锁腔；85、液压油道；21、限位块；33、限位槽；41、弹性垫片。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

参照图1，为本发明公开的一种减少摩擦的立式刀塔，包括底座1、设置于底座1上的齿轮箱2和箱体3，箱体3的外壁沿周向设有多个供刀具安装的刀座31。齿轮箱2固定于底座1的顶面上，箱体3套设于齿轮箱2外，箱体3与底座1通过设置于两者间的推力轴承4建立转动连接，箱体3的转动轴线沿竖直方向，推力轴承4通过上承载面支撑箱体3的重量。齿轮箱2设置有伺服电机5、传动机构，伺服电机5通过传动机构驱使箱体3转动。

底座1的底面开设有供伺服电机5进入的安装孔11，安装孔11位于底座1的中心，伺服电机5位于安装孔11内，伺服电机5的输出轴竖直朝上，其输出轴同轴固定有主动齿轮51，伺服电机5的转轴轴线与箱体3的转动轴线重合。底座1的底面通过螺栓固定有底盖12，底盖12将安装孔11的口部封闭。

参照图2和图3，传动机构包括第一减速机构6、第二减速机构7，第一减速机构6、第二减速机构7相连形成二级减速。第一减速机构6包括与齿轮箱2固定的固定齿盘61、转动设置于齿轮箱2内的输出转动件62、转动设置于输出转动件62上的若干行星齿轮63。输出转动件62位于固定齿盘61上方，输出转动件62通过轴承与齿轮箱2建立转动连接；行星齿轮63位于输出转动件62的下方，行星齿轮63、输出转动件62间通过穿设传动轴631、设置轴承的方式建立转动连接。固定齿盘61为内齿盘，主动齿轮51、固定齿盘61、输出转动件62的轴线同轴，主动齿轮51、固定齿盘61、行星齿轮63三者位于同一水平高度，行星齿轮63沿主动齿轮51的周向分布，行星齿轮63同时与主动齿轮51、固定齿盘61啮合。

当伺服电机5运转时，主动齿轮51以较高的速度转动，因轮齿啮合作用，主动齿轮51驱使所有行星齿轮63产生转动，行星齿轮63在自转的同时绕主动齿轮51的轴线产生转动，行星齿轮63通过传动轴631驱使输出转动件62转动。第一减速机构6在传动的同时产生减速比，降低了伺服电机5输出的转速，输出转动件62为第一减速机构6的动力输出端，用于驱使箱体3转动。

参照图1和图2，第二减速机构7包括与输出转动件62同轴固定的第一齿轮71、转动设置于齿轮箱2的第二齿轮72、与箱体3固定的从动齿盘73。第一齿轮71位于传动轴631上方，第一齿轮71、第二齿轮72、从动齿盘73三者位于同一高度；第二齿轮72与齿轮箱2间通过穿设转轴、设置轴承的方式建立转动连接。从动齿盘73为内齿盘，从动齿盘73的轴线与箱体3的转动轴线重合，从动齿盘73通过螺栓固定于箱体3的内壁。第二齿轮72位于第一齿轮71和从动齿盘73之间，第二齿轮72同时与第一齿轮71、从动齿盘73啮合。

输出转动件62转动时，因轮齿啮合作用，第一齿轮71通过第二齿轮72驱使从动齿盘73转动，从动齿盘73进而带动箱体3产生转动，第二减速机构7在传动过程中产生减速比。由于第一减速机构6、第二减速机构7相连形成二级减速，则伺服电机5的输出端传递至箱体3后的转动较慢，满足换刀时的安全性能需求。

参照图1和图4，箱体3固定有动齿盘32，底座1固定有定齿盘13，动齿盘32、定齿盘13相互紧靠且位于同一高度，动齿盘32、定齿盘13的轴线与箱体3的转动轴线重合，动齿盘32、定齿盘13的齿部均朝上。底座1、箱体3间设有液压腔8，液压腔8靠近定齿盘13，液压腔8内沿竖直方向滑动设置有锁紧齿盘81和驱动环82，锁紧齿盘81和驱动环82将液压腔8分隔为位于锁紧齿盘81上方的锁紧腔83、位于驱动环82下方的脱锁腔84，底座1外壁设有与锁紧腔83、脱锁腔84分别连通的液压油道85。锁紧齿盘81的齿部朝下并正对动齿盘32、定齿盘13，锁紧齿盘81预设有较大的齿宽，锁紧齿盘81能同时与动齿盘32、定齿盘13啮合。

锁紧腔83通过设于上端、下端的密封圈在锁紧齿盘81、底座1间建立密封，驱动环82通过设于外环壁、内环壁的密封圈与脱锁腔84建立密封。驱动环82位于脱锁腔84的上端，驱动环82的顶壁用于与锁紧齿盘81的底壁接触，当脱锁腔84内的液压油增多后，驱动环82向上移动，驱动环82驱使锁紧齿盘81向上移动，锁紧齿盘81上移后与动齿盘32、定齿盘13分离，此时箱体3能相对于底座1转动。当锁紧腔83进油、脱锁腔84泄油使锁紧齿盘81向下移动时，锁紧齿盘81同时与动齿盘32、定齿盘13啮合，此时箱体3无法相对于底座1进行转动，刀座31的位置被可靠固定。

齿轮箱2的外侧壁一体成型有限位块21，限位块21为环形，箱体3的内壁设有供限位块21嵌入的限位槽33，限位槽33具体形成于从动齿盘73的顶壁、箱体3的内顶壁之间，限位槽33为环槽。箱体3转动时限位块21在限位槽33内转动，限位槽33的槽宽恰好能供限位块21嵌入，限位块21通过限位槽33限制箱体3沿竖直方向移动。

锁紧齿盘81位于推力轴承4下方，锁紧齿盘81的顶面能与推力轴承4的底面接触。推力轴承4的上承载面与箱体3之间垫设有弹性垫片41，弹性垫片41具体为波形垫片。当脱锁腔84进油、锁紧腔83泄油使锁紧齿盘81向上移动时，锁紧齿盘81抬升推力轴承4，推力轴承4在上移的过程中将弹性垫片41压缩，由推力轴承4、弹性垫片41承载较大的箱体3重量。在另一种实施方式中，弹性垫片41位于推力轴承4的下承载面与锁紧齿盘81之间，作用与上述相同，在此不作赘述。

脱锁腔84的油压越高，锁紧齿盘81上移的止点位置就越高，弹性垫片41被压得越扁，则推力轴承4承载箱体3的重量越大，箱体3、底座1的接触面间的压力就越小。推力轴承4作为滚动摩擦形式的标准件，其转动阻力与所受轴向压力的影响较小。

参照图1和图5，本立式刀塔起到的效果如下：当箱体3相对于底座1转动时，锁紧齿盘81的上移减轻了箱体3作用于底座1顶面的压力，则减少了箱体3、底座1间的转动阻力。箱体3转动时，箱体3在底座1上的高度未明显产生抬升，抬升高度小于1mm，来源于各部件的配合间隙，则箱体3与底座1间不易进灰影响转动配合；另一方面，传动机构啮合的轮齿间也不会产生明显的轴向滑动，传动机构的各轮齿不易损坏。

箱体3转动完成换刀后，锁紧腔83进油、脱锁腔84泄油使锁紧齿盘81向下移动，锁紧齿盘81与动齿盘32、定齿盘13同时啮合，限制箱体3相对于底座1产生转动，同时箱体3的大部分重量重新由底座1的顶面承担，推力轴承4所受压力减少，驱动环82与锁紧齿盘81间的压力减少或完全分离。本刀塔在不换刀时，推力轴承4、驱动环82的受力较小，其寿命也能得到延长。本立式刀塔的箱体3转动降低了对伺服电机5的功率需求、以及推力轴承4的性能需求，利于设备的节能化、小型化。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。