具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图对本发明作进一步的详细介绍。

请参阅图1-10，本发明实施例提供的一种数控机床的嵌套式刀库，包括外刀盘1以及内刀盘3，外刀盘1上呈环形分布地设置有多个第一刀具夹持机构2，外刀盘1具有一装卸位置，通过转动外刀盘1以使其上任一第一刀具夹持机构2抵达装卸位置，外刀盘1上有至少一个避让空间；内刀盘3上呈环分布地设置有多个第二刀具夹持机构4，各第二刀具夹持机构4能够沿内刀盘3的径向滑动，内刀盘3转动套设于外刀盘1的中心，当避让空间对准装卸位置，通过转动内刀盘3以使其上任一第二刀具夹持机构4对准装卸位置时，该第二刀具夹持机构4能够滑动至装卸位置。

具体的，外刀盘1为环形结构，内刀盘3位于外刀盘1的环内，内刀盘3与外刀盘1二者均共轴转动设置于固定基础8上，固定基础8为刀库的壳体或支撑梁，或者内刀盘3与外刀盘1二者中的一者转动连接于固定基础8上，此时内刀盘3与外刀盘1之间应转动连接，即内刀盘3的周侧面设置有转动结构，外刀盘1的内周侧面设置有与转动结构相配合的结构，优选的，外刀盘1内周侧开设有环形滑槽，内刀盘3的周侧面设置有与环形滑槽相适配的滑棱，滑棱滑动设置于环形滑槽内。第一刀具夹持机构2与第二刀具夹持机构4均用于夹持刀具，第二刀具夹持机构4能够沿内刀盘3的径向滑动，即每个第二刀具夹持机构4与内刀盘3之间均设置有一个滑动结构，优选的，内刀盘3上设置有多个第一滑轨3.1，每个第二刀具夹持机构4均上设置有一个滑块7，第二刀具夹持机构4通过其上的滑块7与对应的第一滑轨3.1滑动配合的方式滑动设置于内刀盘3上，进一步地，在滑块7沿第一滑轨3.1向内刀盘3轴心位置滑动到的极限位置，设置一个滑块7与内刀盘3的卡接、插接或磁吸结构，避免第二刀具夹持机构4自由滑动。外刀盘1具有一装卸位置，该装卸位置并不是外刀盘1上的某个位置，而是机械手从第一刀具夹持机构2上取放刀具时的刀库空间内的一个特定位置，机械手每次取放刀具的位置是唯一的，通过转动外刀盘1以使其上任一第一刀具夹持机构2抵达该装卸位置，也就是说该装卸位置是在第一刀具的转动行程上的。外刀盘1上有至少一个避让空间，如避让空间设置数量为一个、二个或三个，该避让空间位于两相邻的第一刀具夹持机构2之间，位于第一刀具的转动行程上，该避让空间能够容纳得下一个第二刀具夹持机构4，外刀盘1上设置有一个位于避让空间的第二滑轨1.1，转动外刀盘1使避让空间与装卸位置重合(对准)，再转动内刀盘3使其中一个第一滑轨3.1与第二滑轨1.1对接时，位于该第一滑轨3.1上的第二刀具夹持机构4能够从第一滑轨3.1上滑动到第二滑轨1.1上，进入避让空间，也就是抵达了装卸位置，此时机械手便能够从该第二刀具夹持机构4上取放刀具。

在上述技术方案中，本发明提供的一种数控机床的嵌套式刀库，通过以嵌套的方式设置外刀盘1与内刀盘3，能够在不增加刀库占用空间的情况下成倍增加了刀库的储刀数量，以满足数控机床加工过程中用刀数量越来越多的需求；并且，当避让空间对准装卸位置，即该避让空间与装卸位置重合时，通过转动内刀盘3能够使其上任一第二刀具夹持机构4对准避让空间(装卸位置)，该第二刀具夹持机构4能够滑动至装卸位置，从而实现所有的第一刀具夹持机构2与所有的第二刀具夹持机构4都能运动至同一装卸位置，以便机械手取放刀具，既实现了对刀库的扩容，又能够与现有数控机床的机械手直接适配，无需对机械手进行改造。

作为本发明优选的技术方案，参阅图8-10，第一刀具夹持机构2与第二刀具夹持机构4的结构一致，第一刀具夹持机构2包括插接管2.1，插接管2.1内壁沿径向开设有多个圆柱形槽2.2，插接管2.1上开设有一环形槽2.3，环形槽2.3与各圆柱形槽2.2连通；各圆柱形槽2.2内分别滑动设置有一钢球2.4，每相邻两钢球2.4之间分别设置有一位于环形槽2.3内的第一弹性单元2.5，第一弹性单元2.5的弹力使相邻的两钢球2.4间距减小或具备间距减小的趋势，第一弹性单元2.5优选为拉簧。放刀前，第一弹性单元2.5的弹力使各钢球2.4沿着圆柱形槽2.2向插接管2.1轴心运动，各球体的一部分滑出对应的圆柱形槽2.2进入到插接管2.1的管内，刀具的柄部周侧面开设有环形卡槽；放刀时，机械手将刀具的柄部插入到插接管2.1内，刀具柄部挤压各钢球2.4，使各钢球2.4克服第一弹性单元2.5的弹力完全退回到圆柱形槽2.2内，刀具柄部从而能够完全插入到插接槽内，此时刀具柄部上的环形卡槽恰好对应各钢球2.4的位置，各钢球2.4在第一弹性单元2.5的弹力作用下，沿着圆柱形槽2.2向插接管2.1轴心运动，钢球2.4的一部分滑出对应的圆柱形槽2.2，并卡入环形卡槽内，从而将刀具固定在插接槽内；取刀时，机械手将刀具沿插接槽轴向拔出即可，期间刀具柄部环形卡槽的侧壁挤压钢球2.4，使钢球2.4克服第一弹性单元2.5的弹力完全退回到圆柱形槽2.2内，刀具柄部即可从插接槽内拔出。

作为本实施例进一步优选的技术方案，各钢球2.4上分别沿径向开设有一通孔，钢球2.4通过通孔转动设置有一芯杆2.6，第一弹性单元2.5设置于相邻两芯杆2.6之间。在刀具柄部插入或拔出插接管2.1的过程中，刀具柄部与钢球2.4之间会产生摩擦，由于钢球2.4能够相对芯杆2.6转动，因此刀具柄部与钢球2.4之间摩擦极大一部分为滚动摩擦，滚动摩擦对钢球2.4以及刀具柄部的磨损会大幅度减小，从而能够提高钢球2.4和刀具的使用寿命，并且，由于刀具柄部插入或拔出插接管2.1的过程中使各钢球2.4发生了转动，因此，每次在各钢球2.4卡入刀具柄部的环形卡槽内时，与环形卡槽的内壁的挤压位置每次也不尽相同，也从一定程度上减缓了钢球2.4的损耗。

作为本实施例优选的技术方案，还包括第一驱动机构5，其用于驱动内刀盘3上的第二刀具夹持机构4滑动，第一驱动机构5包括电动推杆或液压推杆。优选的，第一驱动机构5包括液压缸5.1，液压杆固定安装在固定基础8上，液压缸5.1的液压杆的端部固定连接有一第一卡接部5.2，第一卡接部5.2对应装卸位置，各第二刀具夹持机构4上分别固定连接有一第二卡接部5.3，第二卡接部5.3跟随第二刀具夹持机构4及内刀盘3转动，第一卡接部5.2位于第二卡接部5.3的转动行程上，当第二卡接部5.3转动至对应第一卡接部5.2位置，并且避让位置位于装卸位置时，该第二卡接部5.3与第一卡接部5.2卡接，启动液压缸5.1通过相卡接的第一卡接部5.2与第二卡接部5.3带动对应的第二刀具夹持机构4从内刀盘3上运动至装卸位置。具体的，第一卡接部5.2呈U形，第二卡接部5.3呈弧形块状，第二卡接部5.3转动时恰好从U形第一卡接部5.2的两侧板之间的间隙穿过，当第二卡接部5.3停止在该间隙内时，即表示该第二卡接部5.3与第一卡接部5.2卡接，液压能够缸驱动第一卡接部5.2与该第二卡接部5.3同步运动。

进一步的，参阅图7，固定基础8包括一盘状结构，该盘状结构上设置有一环形限位槽8.1，环形限位槽8.1上开设有一避让第一卡接部5.2的缺口，U形的第一卡接部5.2能够适配缺口，与环形限位槽8.1一起形成一个完整的环状，第一卡接部5.2也能够运动穿过缺口，各呈弧形块状的第二卡接部5.3位于环形限位槽8.1内，环形限位槽8.1能够对第二卡接部5.3进行限位，从而防止第二刀具夹持机构4在未被第一驱动机构5驱动时自行滑动。

作为本实施例优选的技术方案，还包括第二驱动机构6，其用于驱动内刀盘3及外刀盘1转动。具体的，第二驱动机构6包括第一电机与第二电机(图中未画出)，第一电机驱动外刀盘1转动，第二电机驱动内刀盘3转动，两个电机以及第一驱动机构5均接受刀库控制系统的协调控制。当机械手所要拿取的刀具位于第一刀具夹持机构2上时，只需通过第二电机使外刀盘1转动，使所需的刀具及夹持该刀具的第一刀具夹持机构2转动至装卸位置即可；当机械手所要拿取的刀具位于第二刀具夹持机构4上时，首选通过第二电机驱动外刀盘1转动使避让位置与装卸位置重合，然后通过第一电机驱动内刀盘3转动，使所需的刀具及夹持该刀具的第二刀具夹持机构4转动至对准避让位置(装卸位置)，此时该第二刀具夹持机构4上的第二卡接部5.3与第一卡接部5.2恰好卡接，再通过第一驱动机构5驱动使该第二刀具夹持机构4滑动至避让位置(装卸位置)，机械手即可拿取所需刀具。

本发明提供的另一个实施例中，参阅图5-6，第二驱动机构6包括伺服电机6.1、第一限位块6.2、锁止组件6.3以及第二限位块6.4，其中，伺服电机6.1的用于驱动内刀盘3转动，即伺服电机6.1的转轴与内刀盘3共轴连接，伺服电机6.1与内刀盘3之间可增设减速器，第一限位块6.2固定连接于外刀盘1上，锁止组件6.3固定连接于固定基础8上，且位于第一限位块6.2的转动行程上，当第一限位块6.2转动至锁止组件6.3时，锁止组件6.3能够将第一限位块6.2锁止，此时避让位置恰好与装卸位置重合，第二限位块6.4固定连接于内刀盘3上，第一限位块6.2位于第二限位块6.4的转动行程上，内刀盘3通过第二限位块6.4与第一限位块6.2间的挡接配合驱动外刀盘1转动。

本实施例的具体原理为，当机械手所要拿取得刀具位于第一刀具夹持机构2上时，首先控制系统会根据所需刀具处于外刀盘1上的具体位置来选择控制伺服电机6.1沿第一方向转动还是沿第二方向转动，第一方向与第二方向为相反的转动方向，例如通过伺服电机6.1沿第一方向转动驱动内刀盘3沿第一方向转动，内刀盘3上的第二限位块6.4沿第一方向转动至与外刀盘1上的第一限位块6.2的一侧挡接(抵接)，从而带动外刀盘1沿第一方向转动，使所需的刀具及夹持该刀具的第一刀具夹持机构2转动至装卸位置，机械手进行取刀；当然，当外刀盘1转动至第一限位块6.2被锁止组件6.3挡住时，所需刀具仍然未出现在装卸位置，则说明外刀盘1的转动方向反了，应该通过伺服电机6.1驱动内刀盘3沿第二方向转动，使第二限位块6.4与第二限位块6.4的另一侧挡接，从而带动外刀盘1沿第二方向转动，使所需刀具转动至装卸位置，当然这种情况只为帮助解释本实施例的原理，实操中不会出现这种情况，因为控制系统会根据所需刀具处于外刀盘1上的具体位置来选择控制伺服电机6.1的转动方向。当机械手所要拿取得刀具位于第二刀具夹持机构4上时，首选通过伺服电机6.1沿第一方向转动以驱动内刀盘3沿第一方向转动，内刀盘3上的第二限位块6.4沿第一方向转动至与外刀盘1上的第一限位块6.2的一侧挡接(抵接)，从而带动外刀盘1沿第一方向转动，直至第一限位块6.2被锁止组件6.3挡住且锁止住，此时外刀盘1即被固定住，而避让位置恰好位于装卸位置，然后控制伺服电机6.1沿第二方向转动以驱动内刀盘3沿第二方向转动，使所需的刀具及夹持该刀具的第二刀具夹持机构4转动至对准避让位置(装卸位置)，此时该第二刀具夹持机构4上的第二卡接部5.3与第一卡接部5.2恰好卡接，再通过第一驱动机构5驱动使该第二刀具夹持机构4滑动至避让位置(装卸位置)，机械手即可拿取所需刀具。

作为本实施例优选的技术方案，锁止组件6.3包括第一楔形卡勾6.31、导向件6.32、滑动部6.33、第二楔形卡勾6.34、第二弹性单元6.35以及楔形块6.36，其中，第一楔形卡勾6.31固定连接于第一限位块6.2上，导向件6.32通过连接杆6.37固定连接于固定基础8上，滑动部6.33滑动设置于导向件6.32上，第二楔形卡勾6.34固定连接于滑动部6.33上，第二弹性单元6.35恢复形变的过程驱动第二楔形卡勾6.34滑动至第一楔形卡勾6.31的运动行程上，第一楔形卡勾6.31跟随外刀盘1转动至滑动部6.33正上方时，第一楔形卡勾6.31与第二楔形卡勾6.34卡接配合，第二弹性单元6.35优选为压簧，楔形块6.36固定连接于滑动部6.33上，且位于第二限位块6.4的转动行程上，滑动部6.33、第二楔形卡勾6.34、楔形部三者同步滑动，第二限位块6.4上设置斜面，斜面与楔形块6.36滑动挤压配合以使第一楔形卡勾6.31与第二楔形卡勾6.34解除卡接。在锁止组件6.3锁止第一限位块6.2的过程中，跟随第一限位块6.2转动的第一楔形卡勾6.31上的斜面与锁止组件6.3的第二楔形卡勾6.34的斜面滑动挤压配合，第二楔形卡勾6.34会朝着第二弹性单元6.35弹力的相反方向滑动，直至第一楔形卡勾6.31与第二楔形卡勾6.34的斜面滑动挤压结束，此时第一限位块6.2与锁止组件6.3的导向件6.32挡接(抵接)，第二弹性单元6.35的弹力使第二楔形卡勾6.34滑动复位，第二楔形卡勾6.34与第一楔形卡勾6.31相互勾住，从而使第二限位块6.4及外刀盘1被锁止组件6.3锁止固定住。进一步地，在第二刀具夹持机构4上的刀具使用结束后，机械手将刀具重新放置到对应的位于装卸位置的第二刀具夹持机构4上，如果接下来所需的刀具仍在内刀盘3上，则首先通过第一驱动机构5使位于装卸位置的第二刀具夹持机构4及刀具滑动复位至内刀盘3上，接着通过伺服电机6.1驱动内刀盘3沿第一方向或第二方向转动，以使所需的刀具及夹持该刀具的第二刀具夹持机构4转动至对准避让位置(装卸位置)，期间第二限位块6.4不与第一限位块6.2挡接，外刀盘1一直处于锁止状态；如果接下来所需的刀具位于外刀盘1上，则需要使锁止组件6.3对外刀盘1进行解锁，具体方式为，首首先通过第一驱动机构5使位于装卸位置的第二刀具夹持机构4及刀具滑动复位至内刀盘3上，接着控制伺服电机6.1沿第二方向转动以驱动内刀盘3沿第二方向转动，直至内刀盘3上的第二限位块6.4沿第二方向转动至锁止组件6.3处时，第二限位块6.4的斜面与锁止组件6.3上的楔形块6.36的斜面滑动挤压配合，使楔形块6.36通过滑动部6.33带动第二楔形卡勾6.34向克服第二弹性单元6.35的弹力方向滑动，以使得第二楔形卡勾6.34与第一楔形卡勾6.31脱钩，从而使锁止组件6.3对第一限位块6.2及外刀盘1解锁，此时第二限位块6.4继续沿第二方向转动，第二限位块6.4越过楔形块6.36后与第一限位块6.2挡接，从而驱动第一限位块6.2以及外刀盘1沿第二方向转动，进而能够使接下来所需的刀具及夹持该刀具的第一刀具夹持机构2沿第二方向转动至装卸位置，最后机械手进行取刀。

以上只通过说明的方式描述了本发明的某些示范性实施例，毋庸置疑，对于本领域的普通技术人员，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，上述附图和描述在本质上是说明性的，不应理解为对本发明权利要求保护范围的限制。