自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床

自動(dòng)換刀數(shù)控機(jī)床，即“加工中心”。

一種數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀裝置及方法專利目的

《一種數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀裝置及方法》的目的是為了提供一種數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀裝置及方法，解決2016年1月以前的數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀過程中，容易發(fā)生主軸和機(jī)械手相撞，進(jìn)而損壞主軸或機(jī)械手的問題。

一種數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀裝置及方法技術(shù)方案

《一種數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀裝置及方法》包括機(jī)架，設(shè)置在機(jī)架上的圓盤式刀庫，和圓盤式刀庫適配的刀庫驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，圓盤式刀庫內(nèi)設(shè)置有若干刀具，機(jī)架上設(shè)置和刀具相適配的倒刀氣缸，機(jī)架上設(shè)置有機(jī)械手驅(qū)動(dòng)馬達(dá)，機(jī)械手驅(qū)動(dòng)馬達(dá)上設(shè)置有渦輪，渦輪上連接有可旋轉(zhuǎn)和軸向運(yùn)動(dòng)的機(jī)械手旋轉(zhuǎn)軸，機(jī)械手旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)置有用于換刀的機(jī)械手，渦輪上設(shè)置有一組原位定位凹槽、扣刀定位凹槽；機(jī)架上設(shè)置有和原位定位凹槽相適配的原位近接開關(guān)，和扣刀定位凹槽相適配的扣刀定位近接開關(guān)；機(jī)架上還設(shè)置有加工主軸，主軸上連接設(shè)置有主軸馬達(dá)，主軸上設(shè)置有與刀具相適配的裝配腔，還包括和刀庫驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、倒刀氣缸、機(jī)械手驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、原位近接開關(guān)、扣刀定位近接開關(guān)、主軸馬達(dá)相接的數(shù)控系統(tǒng)。渦輪上還設(shè)置有停止定位凹槽，機(jī)架上設(shè)置有和停止定位凹槽相適配的停止近接開關(guān)；停止近接開關(guān)和數(shù)控系統(tǒng)相連。

優(yōu)選的，原位定位凹槽設(shè)置有一個(gè)；扣刀定位凹槽設(shè)置有兩個(gè)，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(shè)置有三個(gè),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(shè)置的順序按照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(gè)扣刀定位凹槽位于凸輪的同一圓周上，三個(gè)停止定位凹槽位于同一圓周上。 優(yōu)選的，主軸馬達(dá)包括控制主軸Z向上下運(yùn)動(dòng)的主軸Z向動(dòng)作馬達(dá)和控制主軸旋轉(zhuǎn)的主軸旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。優(yōu)選的，機(jī)架上設(shè)置有和刀具相適配用于松刀和緊刀的主軸刀具氣缸，主軸刀具氣缸和數(shù)控系統(tǒng)相適配。優(yōu)選的，機(jī)架上設(shè)置和刀具預(yù)選刀具位相適配的刀具定位近接開關(guān)，和刀具倒刀刀具位相適配的刀具倒刀近接開關(guān)。

《一種數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀裝置及方法》包括如下步驟：

（1）數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)指定的刀具號，控制刀盤轉(zhuǎn)動(dòng)，通過數(shù)控系統(tǒng)計(jì)數(shù)，指定的刀具轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)選刀具位，此時(shí)，和預(yù)選刀具位相適配的刀具定位近接開關(guān)感應(yīng)到指定刀具到達(dá)預(yù)選刀具位后給數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)刀具到位信號；

（2）上一工序完成后，數(shù)控系統(tǒng)通過讀取原位近接開關(guān)的信號判斷機(jī)械手是否處在初始位置，機(jī)械手在初始位置時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)控制位于預(yù)選刀具位的刀具執(zhí)行倒刀動(dòng)作，同時(shí)控制主軸Z向動(dòng)作驅(qū)動(dòng)馬達(dá)工作，主軸Z向動(dòng)作驅(qū)動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)主軸上升至換刀點(diǎn)后給數(shù)控系統(tǒng)一個(gè)主軸到位信號；主軸旋轉(zhuǎn)馬達(dá)帶動(dòng)主軸執(zhí)行角度定位后給數(shù)控系統(tǒng)一個(gè)主軸定位到位信號；當(dāng)?shù)毒叩沟督娱_關(guān)感應(yīng)到刀具到位后，給數(shù)控系統(tǒng)一個(gè)刀具到位信號；如果機(jī)械手不在初始位置，數(shù)控系統(tǒng)給主軸Z向動(dòng)作驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一個(gè)鎖死信號，使主軸無法進(jìn)行Z向的操作；

（3）數(shù)控系統(tǒng)收到步驟（2）所述的刀具到位信號和主軸到位信號后，給機(jī)械手驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一個(gè)工作信號，機(jī)械手離開初始位置，原位近接開關(guān)給數(shù)控系統(tǒng)一個(gè)機(jī)械手離開初始位置的信號，數(shù)控系統(tǒng)給主軸Z向動(dòng)作驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一個(gè)鎖死信號；當(dāng)機(jī)械手旋轉(zhuǎn)至第一停止定位凹槽時(shí)，停止近接開關(guān)給數(shù)控機(jī)床發(fā)送一個(gè)停止信號，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械手驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一個(gè)停止工作信號，如果機(jī)械手停止后運(yùn)動(dòng)到扣刀位置，扣刀定位凹槽和扣刀定位近接開關(guān)相對，扣刀定位近接開關(guān)給數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)確定定位信號，此時(shí)數(shù)控系統(tǒng)給主軸發(fā)送松刀指令，否則，數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀裝置停止工作；主軸松刀完成后，給數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送松刀完成信號；

（4）數(shù)控系統(tǒng)接受到步驟（3）所述的松刀完成信號后，給機(jī)械手驅(qū)動(dòng)馬達(dá)下達(dá)工作指令，機(jī)械手驅(qū)動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)機(jī)械手下拉一定距離后，旋轉(zhuǎn)180°上升到原位，第二停止定位凹槽和停止近接開關(guān)相對，停止近接開關(guān)給數(shù)控機(jī)床發(fā)送停止信號，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械手驅(qū)動(dòng)馬達(dá)下達(dá)停止指令，機(jī)械手驅(qū)動(dòng)馬達(dá)停止運(yùn)行，此時(shí)如果第二扣刀定位凹槽和扣刀定位近接開關(guān)相對，則給數(shù)控機(jī)床發(fā)送一個(gè)確定定位信號，此時(shí)給主軸發(fā)送緊刀指令；否則，數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀裝置停止工作；緊刀到位后給數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送緊刀到位信號；

（5）數(shù)控系統(tǒng)收到步驟（4）所述的緊刀到位信號后，給機(jī)械手驅(qū)動(dòng)馬達(dá)下達(dá)工作指令，機(jī)械手驅(qū)動(dòng)馬達(dá)帶動(dòng)機(jī)械手回到初始位置，當(dāng)?shù)谌Ｖ苟ㄎ话疾酆屯Ｖ菇娱_關(guān)相對后，停止近接開關(guān)給數(shù)控機(jī)床發(fā)送一個(gè)停止信號，數(shù)控機(jī)床給機(jī)械手馬達(dá)發(fā)送一個(gè)停止信號，機(jī)械手停止后，如果原位定位凹槽和原位近接開關(guān)相對，則給數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)機(jī)械手回到初始位置的信號，此時(shí)數(shù)控機(jī)床給刀座一個(gè)回刀指令，使換下的刀具回到刀座中，同時(shí)給主軸Z方向驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一個(gè)解鎖指令，主軸可以進(jìn)行Z方向的操作。

為了進(jìn)一步保證不會(huì)發(fā)生機(jī)械手撞擊主軸的現(xiàn)象，只要機(jī)械手不在初始位置，主軸Z向4動(dòng)作驅(qū)動(dòng)馬達(dá)就會(huì)被鎖死，主軸無法進(jìn)行上下運(yùn)動(dòng)，數(shù)控系統(tǒng)接收到扣刀定位近接開關(guān)或停止近接開關(guān)的信號時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)給主軸Z向動(dòng)作驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一個(gè)鎖死信號，使主軸無法進(jìn)行Z向的操作。為了進(jìn)一步保證不會(huì)發(fā)生機(jī)械手撞擊主軸的現(xiàn)象，如果機(jī)械手在初始位置，原位近接開關(guān)會(huì)給數(shù)控系統(tǒng)發(fā)送一個(gè)原位信號，如果機(jī)械手不在原位或者原位近接開關(guān)損壞，則不發(fā)送任何信號，數(shù)控系統(tǒng)判定機(jī)械手不在初始位置，同時(shí)給主軸Z向動(dòng)作驅(qū)動(dòng)馬達(dá)一個(gè)鎖死信號，使主軸無法進(jìn)行Z向的操作。為了使得刀具進(jìn)預(yù)選刀位更加迅速，節(jié)約能量，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)指定的刀具號，給刀庫驅(qū)動(dòng)馬達(dá)發(fā)送工作指令，控制圓盤式刀庫轉(zhuǎn)動(dòng)，圓盤式刀庫帶動(dòng)指定的刀具轉(zhuǎn)動(dòng)到預(yù)選刀具位時(shí)，數(shù)控系統(tǒng)通過讀取刀具號所在位置，進(jìn)而判斷刀盤通過正轉(zhuǎn)還是反轉(zhuǎn)離預(yù)選刀具位更近，從而給刀盤正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)信號。

一種數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀裝置及方法改善效果

《一種數(shù)控機(jī)床自動(dòng)換刀裝置及方法》的有益效果：和刀庫驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、倒刀氣缸、機(jī)械手驅(qū)動(dòng)馬達(dá)、原位近接開關(guān)、扣刀定位近接開關(guān)、停止近接開關(guān)、主軸刀具氣缸、主軸馬達(dá)、數(shù)控系統(tǒng)相互配合，實(shí)現(xiàn)高精度換刀，同時(shí)原位近接開關(guān)、扣刀定位近接開關(guān)、停止近接開關(guān)，能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械手離開初始位置，或者無法判定機(jī)械手位置時(shí)，或者停電后，通過主軸Z方向驅(qū)動(dòng)的鎖止，使得在換刀過程中，不會(huì)出現(xiàn)機(jī)械手和主軸相互撞擊，而造成機(jī)械手或主軸損壞的問題，同時(shí)該發(fā)明結(jié)構(gòu)合理能夠有效節(jié)省工作過程中的能量損耗。

根據(jù)實(shí)現(xiàn)原理的不同，自動(dòng)換刀有回轉(zhuǎn)刀架換刀、更換主軸頭換刀、帶刀庫自動(dòng)換刀等方式。

回轉(zhuǎn)刀架換刀工作原理類似分度工作臺，通過刀架定角度回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)新舊刀具的交換。

更換主軸頭換刀方式時(shí)首先將刀具放置于各個(gè)主軸頭上。通過轉(zhuǎn)塔的轉(zhuǎn)動(dòng)更換主軸頭從而達(dá)到更換刀具的目的。這兩種方式設(shè)計(jì)簡單，換刀時(shí)間短，可靠性高。其缺點(diǎn)是儲備刀具數(shù)量有限，尤其是更換主軸頭換刀方式的主軸系統(tǒng)的剛度較差，所以僅僅適應(yīng)于工序較少、精度要求不太高的機(jī)床。

帶刀庫自動(dòng)換刀方式由刀庫，選刀系統(tǒng)，刀具交換機(jī)構(gòu)等部分構(gòu)成，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜。該方法雖然有著換刀過程動(dòng)作多，設(shè)計(jì)制造復(fù)雜等缺點(diǎn)，但由于其自動(dòng)化程度高，因此在加工工序比較多的復(fù)雜零件時(shí)，被廣泛采用。

自動(dòng)換刀系統(tǒng)簡稱ATC，是加工中心的重要部件，由它實(shí)現(xiàn)零件工序之間連續(xù)加工的換刀要求，即在每一工序完成后自動(dòng)將下一工序所用的新刀具更到主軸上，從而保證了加工中心工藝集中的工藝特點(diǎn)，刀具的交換一般通過機(jī)械手、刀庫及機(jī)床主軸的協(xié)調(diào)動(dòng)作共同完成。

帶刀庫和自動(dòng)換刀裝置的數(shù)控機(jī)床，其主軸箱和轉(zhuǎn)塔主軸頭相比較，由于主軸箱內(nèi)只有一個(gè)主軸，主軸部件具有足夠剛度，因而能夠滿足各種精密加工的要求。另外，刀庫可以存放數(shù)量很多的刀具，以進(jìn)行復(fù)雜零件的多工步加工，可明顯提高數(shù)控機(jī)床的適應(yīng)性和加工效率。自動(dòng)換刀系統(tǒng)特別適用于加工中心。

自動(dòng)換刀系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)滿足的基本要求包括：

(1)換刀時(shí)間短；

(2)刀具重復(fù)定位精度高；

(3)足夠的刀具儲存量；

(4)刀庫占用空間少。