一種數控機床自動換刀裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機械切削加工機床的技術領域，尤其涉及一種數控機床自動換刀裝置及方法。
【背景技術】
[0002]目前，在現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】
[0003]本發明的目的是為了提供一種數控機床自動換刀裝置及方法，解決現有的數控機床自動換刀過程中，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。
[0004]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:一種數控機床自動換刀裝置，包括機架，設置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，圓盤式刀庫內設置有若干刀具，機架上設置和刀具相適配的倒刀氣缸，機架上設置有機械手驅動馬達，機械手驅動馬達上設置有渦輪，渦輪上連接有可旋轉和軸向運動的機械手旋轉軸，機械手旋轉軸上設置有用于換刀的機械手，渦輪上設置有一組原位定位凹槽、扣刀定位凹槽;機架上設置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；機架上還設置有加工主軸，主軸上連接設置有主軸馬達，主軸上設置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。
[0005]渦輪上還設置有停止定位凹槽，機架上設置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。
[0006]優選的，原位定位凹槽設置有一個;扣刀定位凹槽設置有兩個，分別為第一扣刀定位凹槽和第二扣刀定位凹槽;停止定位凹槽設置有三個，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;兩個扣刀定位凹槽位于凸輪的同一圓周上，三個停止定位凹槽位于同一圓周上。
[0007]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。
[0008]優選的，機架上設置有和刀具相適配用于松刀和緊刀的主軸刀具氣缸，主軸刀具氣缸和數控系統相適配。
[0009]優選的，機架上設置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。
[0010]—種數控機床自動換刀方法，包括如下步驟:
[0011]步驟(I)、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后給數控系統發送一個刀具到位信號；
[0012]步驟(2)、上一工序完成后，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，數控系統控制位于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后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后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后，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；
[0013]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后，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機床發送一個停止信號，數控機床給機械手驅動馬達一個停止工作信號，如果機械手停止后運動到扣刀位置，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發送一個確定定位信號，此時數控系統給主軸發送松刀指令，否則，數控機床自動換刀裝置停止工作；主軸松刀完成后，給數控系統發送松刀完成信號；
[0014]步驟(4)、數控系統接受到步驟(3)所述的松刀完成信號后，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后，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機床發送停止信號，數控機床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，則給數控機床發送一個確定定位信號，此時給主軸發送緊刀指令；否貝1J，數控機床自動換刀裝置停止工作;緊刀到位后給數控系統發送緊刀到位信號；
[0015]步驟(5)、數控系統收到步驟(4)所述的緊刀到位信號后，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后，停止近接開關給數控機床發送一個停止信號，數控機床給機械手馬達發送一個停止信號，機械手停止后，如果原位定位凹槽和原位近接開關相對，則給數控系統發送一個機械手回到初始位置的信號，此時數控機床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。
[0016]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。
[0017]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發送一個原位信號，如果機械手不在原位或者原位近接開關損壞，則不發送任何信號，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。
[0018]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，給刀庫驅動馬達發送工作指令，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。
[0019]本發明的有益效果: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，或者停電后，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，同時本發明結構合理能夠有效節省工作過程中的能量損耗。
[0020]以下將結合附圖和實施例，對本發明進行較為詳細的說明。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發明的結構示意圖。
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