專利背景
截至2016年1月,在已有的加工中心圓盤刀庫換刀中,大都實現了自動化。通過預先設計的控制系統結合機械結構實現刀具的自動更換。在刀具的自動更換中,為了防止換刀運動軸與刀庫機械手碰撞的控制系統及結構因為設計得不夠合理、完善,一旦自動換刀多段動作中途出現異常停止,經常會有運動軸撞擊機械手臂導致刀庫損壞的現象發生,造成巨大損失。
發明內容
專利目的
《一種數控工具機自動換刀裝置及方法》的目的是為了提供一種數控工具機自動換刀裝置及方法,解決2016年1月以前的數控工具機自動換刀過程中,容易發生主軸和機械手相撞,進而損壞主軸或機械手的問題。
技術方案
《一種數控工具機自動換刀裝置及方法》包括機架,設定在機架上的圓盤式刀庫,和圓盤式刀庫適配的刀庫驅動馬達,圓盤式刀庫內設定有若干刀具,機架上設定和刀具相適配的倒刀氣缸,機架上設定有機械手驅動馬達,機械手驅動馬達上設定有渦輪,渦輪上連線有可旋轉和軸向運動的機械手旋轉軸,機械手旋轉軸上設定有用於換刀的機械手,渦輪上設定有一組原位定位凹槽、扣刀定位凹槽;機架上設定有和原位定位凹槽相適配的原位近接開關,和扣刀定位凹槽相適配的扣刀定位近接開關;機架上還設定有加工主軸,主軸上連線設定有主軸馬達,主軸上設定有與刀具相適配的裝配腔,還包括和刀庫驅動馬達、倒刀氣缸、機械手驅動馬達、原位近接開關、扣刀定位近接開關、主軸馬達相接的數控系統。渦輪上還設定有停止定位凹槽,機架上設定有和停止定位凹槽相適配的停止近接開關;停止近接開關和數控系統相連。
優選的,原位定位凹槽設定有一個;扣刀定位凹槽設定有兩個,分別為第一扣刀定位凹槽和第二扣刀定位凹槽;停止定位凹槽設定有三個,分別為第一停止定位凹槽、第二停止定位凹槽和第三停止定位凹槽,它們設定的順序按照360°劃分依次為原位定位凹槽、第一停止定位凹槽、第一扣刀定位凹槽、第二停止定位凹槽、第二扣刀定位凹槽、第三停止定位凹槽;兩個扣刀定位凹槽位於凸輪的同一圓周上,三個停止定位凹槽位於同一圓周上。 優選的,主軸馬達包括控制主軸Z向上下運動的主軸Z向動作馬達和控制主軸旋轉的主軸旋轉馬達。優選的,機架上設定有和刀具相適配用於松刀和緊刀的主軸刀具氣缸,主軸刀具氣缸和數控系統相適配。優選的,機架上設定和刀具預選刀具位相適配的刀具定位近接開關,和刀具倒刀刀具位相適配的刀具倒刀近接開關。
《一種數控工具機自動換刀裝置及方法》包括如下步驟:
(1)數控系統根據指定的刀具號,控制刀盤轉動,通過數控系統計數,指定的刀具轉動到預選刀具位,此時,和預選刀具位相適配的刀具定位近接開關感應到指定刀具到達預選刀具位後給數控系統傳送一個刀具到位信號;
(2)上一工序完成後,數控系統通過讀取原位近接開關的信號判斷機械手是否處在初始位置,機械手在初始位置時,數控系統控制位於預選刀具位的刀具執行倒刀動作,同時控制主軸Z向動作驅動馬達工作,主軸Z向動作驅動馬達帶動主軸上升至換刀點後給數控系統一個主軸到位信號;主軸旋轉馬達帶動主軸執行角度定位後給數控系統一個主軸定位到位信號;當刀具倒刀近接開關感應到刀具到位後,給數控系統一個刀具到位信號;如果機械手不在初始位置,數控系統給主軸Z向動作驅動馬達一個鎖死信號,使主軸無法進行Z向的操作;
(3)數控系統收到步驟(2)所述的刀具到位信號和主軸到位信號後,給機械手驅動馬達一個工作信號,機械手離開初始位置,原位近接開關給數控系統一個機械手離開初始位置的信號,數控系統給主軸Z向動作驅動馬達一個鎖死信號;當機械手旋轉至第一停止定位凹槽時,停止近接開關給數控工具機傳送一個停止信號,數控工具機給機械手驅動馬達一個停止工作信號,如果機械手停止後運動到扣刀位置,扣刀定位凹槽和扣刀定位近接開關相對,扣刀定位近接開關給數控系統傳送一個確定定位信號,此時數控系統給主軸傳送松刀指令,否則,數控工具機自動換刀裝置停止工作;主軸松刀完成後,給數控系統傳送松刀完成信號;
(4)數控系統接受到步驟(3)所述的松刀完成信號後,給機械手驅動馬達下達工作指令,機械手驅動馬達帶動機械手下拉一定距離後,旋轉180°上升到原位,第二停止定位凹槽和停止近接開關相對,停止近接開關給數控工具機傳送停止信號,數控工具機給機械手驅動馬達下達停止指令,機械手驅動馬達停止運行,此時如果第二扣刀定位凹槽和扣刀定位近接開關相對,則給數控工具機傳送一個確定定位信號,此時給主軸傳送緊刀指令;否則,數控工具機自動換刀裝置停止工作;緊刀到位後給數控系統傳送緊刀到位信號;
(5)數控系統收到步驟(4)所述的緊刀到位信號後,給機械手驅動馬達下達工作指令,機械手驅動馬達帶動機械手回到初始位置,當第三停止定位凹槽和停止近接開關相對後,停止近接開關給數控工具機傳送一個停止信號,數控工具機給機械手馬達傳送一個停止信號,機械手停止後,如果原位定位凹槽和原位近接開關相對,則給數控系統傳送一個機械手回到初始位置的信號,此時數控工具機給刀座一個回刀指令,使換下的刀具回到刀座中,同時給主軸Z方向驅動馬達一個解鎖指令,主軸可以進行Z方向的操作。
為了進一步保證不會發生機械手撞擊主軸的現象,只要機械手不在初始位置,主軸Z向4動作驅動馬達就會被鎖死,主軸無法進行上下運動,數控系統接收到扣刀定位近接開關或停止近接開關的信號時,數控系統給主軸Z向動作驅動馬達一個鎖死信號,使主軸無法進行Z向的操作。為了進一步保證不會發生機械手撞擊主軸的現象,如果機械手在初始位置,原位近接開關會給數控系統傳送一個原位信號,如果機械手不在原位或者原位近接開關損壞,則不傳送任何信號,數控系統判定機械手不在初始位置,同時給主軸Z向動作驅動馬達一個鎖死信號,使主軸無法進行Z向的操作。為了使得刀具進預選刀位更加迅速,節約能量,數控系統根據指定的刀具號,給刀庫驅動馬達傳送工作指令,控制圓盤式刀庫轉動,圓盤式刀庫帶動指定的刀具轉動到預選刀具位時,數控系統通過讀取刀具號所在位置,進而判斷刀盤通過正轉還是反轉離預選刀具位更近,從而給刀盤正轉或反轉信號。
改善效果
《一種數控工具機自動換刀裝置及方法》的有益效果:和刀庫驅動馬達、倒刀氣缸、機械手驅動馬達、原位近接開關、扣刀定位近接開關、停止近接開關、主軸刀具氣缸、主軸馬達、數控系統相互配合,實現高精度換刀,同時原位近接開關、扣刀定位近接開關、停止近接開關,能夠實現機械手離開初始位置,或者無法判定機械手位置時,或者停電後,通過主軸Z方向驅動的鎖止,使得在換刀過程中,不會出現機械手和主軸相互撞擊,而造成機械手或主軸損壞的問題,同時該發明結構合理能夠有效節省工作過程中的能量損耗。
附圖說明
圖1為《一種數控工具機自動換刀裝置及方法》的結構示意圖。
圖2為機械手位於初始位置時的結構示意圖。
圖3為機械手旋轉軸下拉時的結構示意圖。
圖4為機械手搭在刀具上的結構示意圖。
圖5為原位近接開關、原位定位凹槽、渦輪三者之間的位置關係結構示意圖。
圖6為扣刀定位近接開關、扣刀定位凹槽、渦輪三者之間的位置關係結構示意圖。
圖7為停止近接開關、停止定位凹槽、渦輪三者之間的位置關係結構示意圖。
技術領域
《一種數控工具機自動換刀裝置及方法》涉及機械切削加工工具機的技術領域,尤其涉及一種數控工具機自動換刀裝置及方法。
權利要求
1.《一種數控工具機自動換刀裝置及方法》包括
機架,設定在機架上的圓盤式刀庫,和圓盤式刀庫適配的刀庫驅動馬達,圓盤式刀庫內設定有若干刀具,機架上設定和刀具相適配的倒刀氣缸,機架上設定有機械手驅動馬達,機械手驅動馬達上設定有渦輪,渦輪上連線有可旋轉和軸向運動的機械手旋轉軸,機械手旋轉軸上設定有用於換刀的機械手,渦輪上設定有一組原位定位凹槽、扣刀定位凹槽;機架上設定有和原位定位凹槽相適配的原位近接開關,和扣刀定位凹槽相適配的扣刀定位近接開關;機架上還設定有加工主軸,主軸上連線設定有主軸馬達,主軸上設定有與刀具相適配的裝配腔,還包括和刀庫驅動馬達、倒刀氣缸、機械手驅動馬達、原位近接開關、扣刀定位近接開關、主軸馬達相接的數控系統。
2.根據權利要求1所述的數控工具機自動換刀裝置,其特徵在於:渦輪上還設定有停止定位凹槽,機架上設定有和停止定位凹槽相適配的停止近接開關;停止近接開關和數控系統相連。
3.根據權利要求2所述的數控工具機自動換刀裝置,其特徵在於:原位定位凹槽設定有一個;扣刀定位凹槽設定有兩個,分別為第一扣刀定位凹槽和第二扣刀定位凹槽;停止定位凹槽設定有三個,分別為第一停止定位凹槽、第二停止定位凹槽和第三停止定位凹槽,它們設定的順序按照360°劃分依次為原位定位凹槽、第一停止定位凹槽、第一扣刀定位凹槽、第二停止定位凹槽、第二扣刀定位凹槽、第三停止定位凹槽;兩個扣刀定位凹槽位於凸輪的同一圓周上,三個停止定位凹槽位於同一圓周上。
4.根據權利要求1至3任意一項所述的數控工具機自動換刀裝置,其特徵在於:主軸馬達包括控制主軸Z向上下運動的主軸Z向動作馬達和控制主軸旋轉的主軸旋轉馬達。
5.根據權利要求1所述的數控工具機自動換刀裝置,其特徵在於:機架上設定有和刀具相適配用於松刀和緊刀的主軸刀具氣缸,主軸刀具氣缸和數控系統相適配。
6.根據權利要求1所述的數控工具機自動換刀裝置,其特徵在於:機架上設定和刀具預選刀具位相適配的刀具定位近接開關,和刀具倒刀刀具位相適配的刀具倒刀近接開關。
7.該發明包括如下步驟:步驟(1)、數控系統根據指定的刀具號,控制刀盤轉動,通過數控系統計數,指定的刀具轉動到預選刀具位,此時,和預選刀具位相適配的刀具定位近接開關感應到指定刀具到達預選刀具位後給數控系統傳送一個刀具到位信號;步驟(2)、上一工序完成後,數控系統通過讀取原位近接開關的信號判斷機械手是否處在初始位置,機械手在初始位置時,數控系統控制位於預選刀具位的刀具執行倒刀動作,同時控制主軸Z向動作驅動馬達工作,主軸Z向動作驅動馬達帶動主軸上升至換刀點後給數控系統一個主軸到位信號;主軸旋轉馬達帶動主軸執行角度定位後給數控系統一個主軸定位到位信號;當刀具倒刀近接開關感應到刀具到位後,給數控系統一個刀具到位信號;如果機械手不在初始位置,數控系統給主軸Z向動作驅動馬達一個鎖死信號,使主軸無法進行Z向的操作;步驟(3)、數控系統收到步驟(2)所述的刀具到位信號和主軸到位信號後,給機械手驅動馬達一個工作信號,機械手離開初始位置,原位近接開關給數控系統一個機械手離開初始位置的信號,數控系統給主軸Z向動作驅動馬達一個鎖死信號;當機械手旋轉至第一停止定位凹槽時,停止近接開關給數控工具機傳送一個停止信號,數控工具機給機械手驅動馬達一個停止工作信號,如果機械手停止後運動到扣刀位置,扣刀定位凹槽和扣刀定位近接開關相對,扣刀定位近接開關給數控系統傳送一個確定定位信號,此時數控系統給主軸傳送松刀指令,否則,數控工具機自動換刀裝置停止工作;主軸松刀完成後,給數控系統傳送松刀完成信號;步驟(4)、數控系統接受到步驟(3)所述的松刀完成信號後,給機械手驅動馬達下達工作指令,機械手驅動馬達帶動機械手下拉一定距離後,旋轉180°上升到原位,第二停止定位凹槽和停止近接開關相對,停止近接開關給數控工具機傳送停止信號,數控工具機給機械手驅動馬達下達停止指令,機械手驅動馬達停止運行,此時如果第二扣刀定位凹槽和扣刀定位近接開關相對,則給數控工具機傳送一個確定定位信號,此時給主軸傳送緊刀指令;否則,數控工具機自動換刀裝置停止工作;緊刀到位後給數控系統傳送緊刀到位信號;步驟(5)、數控系統收到步驟(4)所述的緊刀到位信號後,給機械手驅動馬達下達工作指令,機械手驅動馬達帶動機械手回到初始位置,當第三停止定位凹槽和停止近接開關相對後,停止近接開關給數控工具機傳送一個停止信號,數控工具機給機械手馬達傳送一個停止信號,機械手停止後,如果原位定位凹槽和原位近接開關相對,則給數控系統傳送一個機械手回到初始位置的信號,此時數控工具機給刀座一個回刀指令,使換下的刀具回到刀座中,同時給主軸Z方向驅動馬達一個解鎖指令,主軸可以進行Z方向的操作。
8.根據權利要求7所述的數控工具機自動換刀方法,其特徵在於:數控系統接收到扣刀定位近接開關或停止近接開關的信號時,數控系統給主軸Z向動作驅動馬達一個鎖死信號,使主軸無法進行Z向的操作。
9.根據權利要求7或8所述的數控工具機自動換刀方法,其特徵在於:如果機械手在初始位置,原位近接開關會給數控系統傳送一個原位信號,如果機械手不在原位或者原位近接開關損壞,則不傳送任何信號,數控系統判定機械手不在初始位置,同時給主軸Z向動作驅動馬達一個鎖死信號,使主軸無法進行Z向的操作。
10.根據權利要求9所述的數控工具機自動換刀方法,其特徵在於:數控系統根據指定的刀具號,給刀庫驅動馬達傳送工作指令,控制圓盤式刀庫轉動,圓盤式刀庫帶動指定的刀具轉動到預選刀具位時,數控系統通過讀取刀具號所在位置,進而判斷刀盤通過正轉還是反轉離預選刀具位更近,從而給刀盤正轉或反轉信號。
實施方式
如圖1至圖7所示的《一種數控工具機自動換刀裝置及方法》包括機架1,設定在機架1上的圓盤式刀庫2,和圓盤式刀庫2適配的刀庫驅動馬達,圓盤式刀庫2內設定有若干刀具,機架1上設定和刀具相適配的倒刀氣缸,機架1上設定有機械手4驅動馬達,機械手4驅動馬達上設定有的渦輪10,渦輪10上連線有可旋轉和軸向運動的機械手旋轉軸5,機械手旋轉軸5上設定有用於換刀的機械手4,渦輪10上設定有一組原位定位凹槽11、扣刀定位凹槽12;機架1上設定有和原位定位凹槽11相適配的原位近接開關14,和扣刀定位凹槽12相適配的扣刀定位近接開關15;機架1上還設定有加工主軸3,主軸3上連線設定有主軸3馬達,主軸3上設定有與刀具相適配的裝配腔,還包括和刀庫驅動馬達、倒刀氣缸、機械手4驅動馬達、原位近接開關14、扣刀定位近接開關15、主軸3馬達相接的數控系統。機架1上設定有和刀具相適配用於松刀和緊刀的主軸3刀具氣缸,主軸3刀具氣缸和數控系統相適配。渦輪10上還設定有停止定位凹槽13,機架1上設定有和停止定位凹槽13相適配的停止近接開關16;停止近接開關16和數控系統相連。主軸3馬達包括控制主軸Z向上下運動的主軸Z向動作馬達和控制主軸3旋轉的主軸3旋轉馬達,主軸3旋轉馬達用於帶動主軸3旋轉,主軸Z向馬達用於帶動主軸3進行Z向的上下移動。機架1上設定和刀具預選刀具位相適配的刀具定位近接開關,和刀具倒刀刀具位相適配的刀具倒刀近接開關。
原位定位凹槽11設定有一個;扣刀定位凹槽12設定有兩個,分別為第一扣刀定位凹槽和第二扣刀定位凹槽;停止定位凹槽13設定有三個,分別為第一停止定位凹槽、第二停止定位凹槽和第三停止定位凹槽,它們設定的順序按照360°劃分依次為原位定位凹槽11、第一停止定位凹槽、第一扣刀定位凹槽、第二停止定位凹槽、第二扣刀定位凹槽、第三停止定位凹槽;兩個扣刀定位凹槽12位於凸輪的同一圓周上,三個停止定位凹槽13位於同一圓周上。
當機械手4在初始位置時,也就是0°時,原位近接開關14和原位定位凹槽11相對應;當機械手4運行至扣刀位置時,也就是機械手4運行90°時,扣刀定位凹槽12和扣刀定位近接開關15相對;因為信號的延遲性以及驅動馬達的運轉慣性,在機械手運行至扣刀位置的過程中,第一停止定位凹槽會和停止近接開關16相對,等數控系統接收到該停止信號後,停止機械手4驅動馬達,待減速完全停止時,機械手4也就運行至扣刀定位凹槽12和扣刀定位近接開關15相對的位置。當機械手4下拉後旋轉180°再回到原位時,也就是機械手4扣刀後旋轉180°,主軸3執行緊刀時,也是第二停止定位凹槽先和停止近接開關16先對應,數控工具機停止機械手4馬達後,再通過第二扣刀定位凹槽和扣刀定位近接開關15相對與否來判斷是否旋轉到位,再執行主軸3緊刀動作。緊刀完成後,機械手4旋轉回原位過程中,通過第三停止定位凹槽和停止近接開關16相對應來停止機械手4驅動馬達工作,然後通過原位定位凹槽11和原位近接開關14來判斷機械手4是否回到原位。如果機械手4回到原位,則數控工具機控制主軸Z向動作驅動馬達解除鎖緊,主軸3才能進行移動,然後進行下面的工作。 機架1上設定有和刀具相適配用於松刀和緊刀的主軸3刀具氣缸,主軸3刀具氣缸和數控系統相適配。
基於實施例1所述的該發明包括如下步驟:
(1)數控系統根據指定的刀具號,控制刀盤轉動,通過數控系統計數,指定的刀具轉動到預選刀具位,此時,和預選刀具位相適配的刀具定位近接開關感應到指定刀具到達預選刀具位後給數控系統傳送一個刀具到位信號;
(2)上一工序完成後,數控系統通過讀取原位近接開關14的信號判斷機械手4是否處在初始位置,機械手4在初始位置時,數控系統控制位於預選刀具位的刀具執行倒刀動作,同時控制主軸Z向動作驅動馬達工作,主軸Z向動作驅動馬達帶動主軸3上升至換刀點後給數控系統一個主軸3到位信號;主軸旋轉馬達帶動主軸3執行角度定位後給數控系統一個主軸3定位到位信號;當刀具倒刀近接開關感應到刀具到位後,給數控系統一個刀具到位信號;如果機械手4不在初始位置,數控系統給主軸Z向動作驅動馬達一個鎖死信號,使主軸3無法進行Z向的操作;
(3)數控系統收到步驟(2)所述的刀具到位信號和主軸3到位信號後,給機械手4驅動馬達一個工作信號,機械手4離開初始位置,原位近接開關14給數控系統一個機械手4離開初始位置的信號,數控系統給主軸Z向動作驅動馬達一個鎖死信號;當機械手4旋轉至第一停止定位凹槽時,停止近接開關16給數控工具機傳送一個停止信號,數控工具機給機械手4驅動馬達一個停止工作信號,如果機械手4停止後運動到扣刀位置,扣刀定位凹槽12和扣刀定位近接開關15相對,扣刀定位近接開關15給數控系統傳送一個確定定位信號,此時數控系統給主軸3傳送松刀指令,否則,數控工具機自動換刀裝置停止工作;主軸3松刀完成後,給數控系統傳送松刀完成信號;
(4)數控系統接受到步驟(3)所述的松刀完成信號後,給機械手4驅動馬達下達工作指令,機械手4驅動馬達帶動機械手4下拉一定距離後,旋轉180°上升到原位,第二停止定位凹槽和停止近接開關16相對,停止近接開關16給數控工具機傳送停止信號,數控工具機給機械手4驅動馬達下達停止指令,機械手4驅動馬達停止運行,此時如果第二扣刀定位凹槽和扣刀定位近接開關15相對,則給數控工具機傳送一個確定定位信號,此時給主軸3傳送緊刀指令;否則,數控工具機自動換刀裝置停止工作;緊刀到位後給數控系統傳送緊刀到位信號;
(5)數控系統收到步驟(4)所述的緊刀到位信號後,給機械手4驅動馬達下達工作指令,機械手4驅動馬達帶動機械手4回到初始位置,當第三停止定位凹槽和停止近接開關16相對後,停止近接開關16給數控工具機傳送一個停止信號,數控工具機給機械手4馬達傳送一個停止信號,機械手4停止後,如果原位定位凹槽11和原位近接開關14相對,則給數控系統傳送一個機械手4回到初始位置的信號,此時數控工具機給刀座一個回刀指令,使換下的刀具回到刀座中,同時給主軸3Z方向驅動馬達一個解鎖指令,主軸3可以進行Z方向的操作。在上述步驟的基礎上,數控系統接收到扣刀定位近接開關15或停止近接開關16的信號時,數控系統給主軸Z向動作驅動馬達一個鎖死信號,使主軸3無法進行Z向的操作。如果機械手4在初始位置,原位近接開關14會給數控系統傳送一個原位信號,如果機械手4不在原位或者原位近接開關14損壞,則不傳送任何信號,數控系統判定機械手4不在初始位置,同時給主軸Z向動作驅動馬達一個鎖死信號,使主軸3無法進行Z向的操作。
為了使得刀具進預選刀位更加迅速,節約能量,數控系統根據指定的刀具號,給刀庫驅動馬達傳送工作指令,控制圓盤式刀庫2轉動,圓盤式刀庫2帶動指定的刀具轉動到預選刀具位時,數控系統通過讀取刀具號所在位置,進而判斷刀盤通過正轉還是反轉離預選刀具位更近,從而給刀盤正轉或反轉信號。機架1上設定有和圓盤式刀庫2相適配的定位感測器,定位感測器和控制系統相連,控制系統通過定位感測器來確定圓盤式刀庫2所在位置,進而判定製定刀具位於圓盤式刀庫2的位置。
榮譽表彰
2020年7月17日,《一種數控工具機自動換刀裝置及方法》獲得安徽省第七屆專利獎優秀獎。