本發(fā)明屬于數(shù)控機床領(lǐng)域，具體提供一種數(shù)控機床刀具快速更換方法及刀庫。

背景技術(shù)：

目前，刀庫都是通過異步電機安裝減速機，進而帶動凸輪結(jié)構(gòu)進行換刀，刀庫與電主軸之間的換刀過程通過多個接近開關(guān)進行位置判定和信息反饋，由于接近開關(guān)的定位精度不高，異步電機的轉(zhuǎn)速不可控制，使得換刀時間較長。另外，由于液壓打刀缸是通過液壓泵提供液壓油和壓力，液壓的加載過程需要一定時間，從而又增加了換刀時間。

相應(yīng)地，本領(lǐng)域需要一種新的刀具更換方法來解決上述問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述問題，即為了解決現(xiàn)有數(shù)控機床中刀庫與電主軸之間換刀時間較長的問題，本發(fā)明提供了一種數(shù)控機床刀具快速更換方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟：數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令；刀倉伺服電機驅(qū)動刀倉旋轉(zhuǎn)，并將目標(biāo)刀具旋轉(zhuǎn)至換刀位置；機械手伺服電機驅(qū)動機械手旋轉(zhuǎn)，并將機械手旋轉(zhuǎn)至待更換刀具位置；在機械手旋轉(zhuǎn)的同時打刀缸開始打刀；機械手進行換刀。

在上述數(shù)控機床刀具快速更換方法的優(yōu)選實施方式中，所述刀倉伺服電機上設(shè)置有第一編碼器，所述第一編碼器用于精確定位所述目標(biāo)刀具的位置。

在上述數(shù)控機床刀具快速更換方法的優(yōu)選實施方式中，當(dāng)所述目標(biāo)刀具旋轉(zhuǎn)至換刀位置時，所述數(shù)控系統(tǒng)控制所述機械手伺服電機旋轉(zhuǎn)。

在上述數(shù)控機床刀具快速更換方法的優(yōu)選實施方式中，所述機械手伺服電機上設(shè)置有第二編碼器，所述第二編碼器用于精確定位所述機械手的位置。

在上述數(shù)控機床刀具快速更換方法的優(yōu)選實施方式中，所述機械手沒有夾持刀具時的旋轉(zhuǎn)速度大于所述機械手夾持刀具時的旋轉(zhuǎn)速度。

在上述數(shù)控機床刀具快速更換方法的優(yōu)選實施方式中，所述打刀缸在所述機械手到達待更換刀具位置并握住電主軸上的刀具時剛好完成打刀動作。

在上述數(shù)控機床刀具快速更換方法的優(yōu)選實施方式中，通過控制打刀缸的進油壓力和進油速度來控制打刀缸的打刀速度。

根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種具有刀具快速更換功能的刀庫。所述刀庫包括：用于放置刀具的刀倉、用于驅(qū)動所述刀倉旋轉(zhuǎn)并連接到所述刀倉上的刀倉伺服電機、用于更換刀具的機械手、用于驅(qū)動機械手旋轉(zhuǎn)并連接到所述機械手上的機械手伺服電機；所述刀倉伺服電機上設(shè)置有第一編碼器，所述第一編碼器用于精確定位所述刀倉上每把刀具的位置；并且/或者所述機械手伺服電機上設(shè)置有第二編碼器，所述第二編碼器用于精確定位所述機械手的位置。

本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，在本發(fā)明的優(yōu)選技術(shù)方案中，通過刀倉伺服電機驅(qū)動刀倉旋轉(zhuǎn)，機械手伺服電機驅(qū)動機械手旋轉(zhuǎn)，使得刀倉和機械手的旋轉(zhuǎn)速度與現(xiàn)有技術(shù)相比轉(zhuǎn)速更快、到位更準(zhǔn)確；通過在刀倉伺服電機上設(shè)置第一編碼器，在機械手伺服電機上設(shè)置第二編碼器，使得刀倉和機械手能夠被精確地定位。進一步，本發(fā)明充分利用打刀缸的操作速度與伺服電機驅(qū)動的機械手相比存在滯后的特點，在機械手開始旋轉(zhuǎn)時就命令打刀缸開始執(zhí)行打刀操作，使得當(dāng)機械手到達待更換刀具位置并握住電主軸上的刀具時打刀缸剛好完成打刀操作，而不是像現(xiàn)有技術(shù)中那樣等機械手握住刀具之后才啟動打刀缸。因此，本發(fā)明的方法和設(shè)備能夠更快速地更換刀具，同時又保證了刀倉與機械手定位的準(zhǔn)確性，避免了出現(xiàn)掉刀、亂刀等現(xiàn)象。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的數(shù)控機床刀具快速更換方法的步驟流程圖；

圖2是本發(fā)明的具有刀具快速更換功能的刀庫的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖2中具有刀具快速更換功能的刀庫的A部放大圖。

具體實施方式

下面參照附圖來描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，這些實施方式僅僅用于解釋本發(fā)明的技術(shù)原理，并非旨在限制本發(fā)明的保護范圍。例如，雖然附圖中各組件之間是按一定位置關(guān)系進行繪制的，但這種位置關(guān)系非一成不變，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)需要對其作出調(diào)整，以便適應(yīng)具體的應(yīng)用場合。

需要說明的是，在本發(fā)明的描述中，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方向或位置關(guān)系的術(shù)語是基于附圖所示的方向或位置關(guān)系，這僅僅是為了便于描述，而不是指示或暗示所述裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

此外，還需要說明的是，在本發(fā)明的描述中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，可根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

如圖1所示，本發(fā)明的數(shù)控機床刀具快速更換方法主要包括以下步驟：

步驟S100，預(yù)先在機床的數(shù)控系統(tǒng)中編好加工零件需要執(zhí)行的工序，電主軸需要換刀時，由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令。

步驟S200，設(shè)置在刀倉伺服電機上的第一編碼器能夠精確定位刀倉上的每一把刀具，數(shù)控系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前目標(biāo)刀具的位置與換刀位置的角度，計算出刀倉伺服電機驅(qū)動刀倉將目標(biāo)刀具旋轉(zhuǎn)到換刀位置所需轉(zhuǎn)動的角度，進一步計算出刀倉伺服電機驅(qū)動刀倉轉(zhuǎn)過該角度所需要的信號脈沖數(shù)量，從而控制刀倉伺服電機正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)，進而驅(qū)動刀倉正轉(zhuǎn)或反轉(zhuǎn)。刀倉伺服電機在旋轉(zhuǎn)過程中會不斷地將自身旋轉(zhuǎn)的角度以脈沖信號的形式反饋給數(shù)控系統(tǒng)，當(dāng)?shù)秱}伺服電機反饋給數(shù)控系統(tǒng)的脈沖數(shù)量與數(shù)控系統(tǒng)計算的脈沖數(shù)量相等時，目標(biāo)刀具旋轉(zhuǎn)到換刀位置，刀倉伺服電機停止旋轉(zhuǎn)。

步驟S300，當(dāng)目標(biāo)刀具到達換刀位置時，或者在目標(biāo)刀具到達換刀位置之后，機械手伺服電機開始驅(qū)動機械手旋轉(zhuǎn)，此時由于機械手上沒有夾持刀具，所以機械手以快于現(xiàn)有技術(shù)中的異步電機所驅(qū)動的轉(zhuǎn)速高速旋轉(zhuǎn)。在機械手旋轉(zhuǎn)的過程中由設(shè)置在機械手伺服電機上的第二編碼器精確定位機械手的位置。數(shù)控系統(tǒng)通過第二編碼器獲得機械手當(dāng)前位置與待更換刀具的位置之間的角度，并計算出機械手伺服電機驅(qū)動機械手轉(zhuǎn)過該角度所需的信號脈沖數(shù)量，從而控制機械手伺服電機旋轉(zhuǎn)，機械手伺服電機在旋轉(zhuǎn)過程中會不斷地將自身旋轉(zhuǎn)的角度以脈沖信號的形式反饋給數(shù)控系統(tǒng)，當(dāng)機械手伺服電機反饋給數(shù)控系統(tǒng)的脈沖數(shù)量與數(shù)控系統(tǒng)所計算的脈沖數(shù)量相等時，機械手旋轉(zhuǎn)到待更換刀具位置，機械手伺服電機停止旋轉(zhuǎn)。

步驟S400，在機械手開始旋轉(zhuǎn)時，設(shè)置在電主軸上的打刀缸開始打刀，通過控制進入打刀缸內(nèi)的液壓油速度和壓力，使得在機械手到達待更換刀具位置或握住刀具時，打刀缸剛好完成打刀動作。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，進入打刀缸的液壓油速度也不能過快，以防止液壓油對打刀缸造成沖擊，進而對電主軸造成沖擊，同時防止在機械手還沒有到達待更換刀具位置時，刀具就從電主軸上脫落，即掉刀。

步驟S500，機械手的兩端分別握住并夾緊電主軸上的刀具和刀倉上的目標(biāo)刀具，然后由機械手伺服電機驅(qū)動機械手旋轉(zhuǎn)，當(dāng)目標(biāo)刀具到達電主軸卡盤位置時，機械手停止旋轉(zhuǎn)，此時更換刀具。當(dāng)?shù)毒吒鼡Q完畢后機械手快速地回到初始位置，電主軸開始工作。本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的是，為了防止掉刀，機械手夾持刀具時機械手伺服電機的轉(zhuǎn)速不能過快。此外，盡管這里沒有描述，本發(fā)明的方法還包括：在刀倉上的目標(biāo)刀具旋轉(zhuǎn)到換刀位置之后，機械手抓握目標(biāo)刀具之前，刀倉會執(zhí)行一個“倒刀”操作，通過該操作，刀倉上的目標(biāo)刀具被從垂直于刀倉平面的存儲姿態(tài)轉(zhuǎn)換成平行于刀倉平面的換刀姿態(tài)，以便機械手能夠抓取到它。

需要說明的是，在機械手完成換刀后，電主軸上的刀具放置到了刀倉上目標(biāo)刀具的刀位上，該刀位上刀具的型號必須由數(shù)控系統(tǒng)重新記錄，以便下次換刀時，能夠準(zhǔn)確地更換刀具。

本領(lǐng)域技術(shù)人員還能夠理解的是，由于第一編碼器和第二編碼器的設(shè)置，使得刀倉上的每把刀具和機械手都能夠得到精確定位，避免出現(xiàn)掉刀和亂刀的現(xiàn)象。進一步，在刀庫換刀系統(tǒng)中還可設(shè)置報警系統(tǒng)，以便出現(xiàn)掉刀或亂刀時，數(shù)控系統(tǒng)會發(fā)出報警。這里的報警系統(tǒng)可以通過第一編碼器、刀倉伺服電機、第二編碼器和機械手伺服電機對刀倉與機械手轉(zhuǎn)速以及角度的實時監(jiān)測并將監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)給數(shù)控系統(tǒng)由數(shù)控系統(tǒng)進行處理，繼而當(dāng)要發(fā)生或發(fā)生掉刀或亂刀時做出報警，還可以在機床換刀系統(tǒng)中設(shè)置單獨的報警裝置，當(dāng)機床將要發(fā)生或發(fā)生掉刀或亂刀時做出報警。

如圖2和圖3所示，圖2和圖3示出了一種具有上述方法所描述功能的刀庫，即具有刀具快速更換功能的刀庫，該刀庫包括刀倉組件1和換刀裝置2，刀倉組件1又包括刀倉11、刀倉伺服電機12和第一編碼器(圖中未示出)，換刀裝置2又包括機械手21、機械手伺服電機22和第二編碼器(圖中未示出)。刀倉伺服電機12與刀倉11固定連接，并且能夠驅(qū)動刀倉11旋轉(zhuǎn)。機械手伺服電機22與機械手21固定連接，并且能夠驅(qū)動機械手21旋轉(zhuǎn)。第一編碼器固定安裝在刀倉伺服電機12上，用于精準(zhǔn)定位刀倉11上每把刀具的位置；第二編碼器固定安裝在機械手伺服電機22上，用于精準(zhǔn)定位機械手21轉(zhuǎn)動的位置。

繼續(xù)參閱圖2和圖3所示，電主軸3上設(shè)置有刀具31、刀具鎖緊裝置32以及打刀缸4，打刀缸4又包括：缸體41、活塞43、活塞桿44、彈簧45和位移傳感器46。缸體41固定連接在電主軸3上，活塞43與活塞桿44固定連接，優(yōu)選地采用螺紋連接，并且活塞43和活塞桿44可滑動地設(shè)置在缸體41的內(nèi)部，活塞桿44在滑動時能夠抵靠并推動刀具鎖緊裝置32完成打刀動作。活塞43的上端與缸體41之間設(shè)置有進油腔42。彈簧45的上端與活塞43的下端抵接，彈簧45的下端與缸體41抵接，并且彈簧45在裝配好的情況下會一直給活塞43施加一個向上的力。位移傳感器46設(shè)置在缸體41上，用于監(jiān)測活塞桿44的伸出長度，進而通過車床數(shù)控系統(tǒng)計算出活塞桿44的伸出速度。

下面根據(jù)圖2和圖3來詳細說明具有刀具快速更換功能的刀庫的換刀過程。首先由數(shù)控系統(tǒng)發(fā)出換刀指令，然后刀倉伺服電機12驅(qū)動刀倉11開始轉(zhuǎn)動，當(dāng)?shù)秱}11上的目標(biāo)刀具旋轉(zhuǎn)到換刀位置時，刀倉停止轉(zhuǎn)動；繼而機械手伺服電機22驅(qū)動機械手21開始旋轉(zhuǎn)，當(dāng)機械手21到達待更換刀具位置時，機械手21停止轉(zhuǎn)動；在機械手21開始轉(zhuǎn)動的同時打刀缸4開始打刀，通過控制液壓油進入進油腔42內(nèi)的壓力和速度來控制活塞桿44的伸出速度，使得在機械手21握住刀具31時，打刀缸4剛好完成打刀動作；然后機械手21握緊刀具31與目標(biāo)刀具并將兩者進行更換，完成換刀動作后，機械手21復(fù)位。最后換刀動作完成后進油腔42泄壓，在彈簧45的作用下活塞桿44向上運動，目標(biāo)刀具被刀具鎖緊裝置32鎖緊。

需要說明的是，機械手21在沒有夾持刀具時，轉(zhuǎn)動速度可以盡可能地快些；機械手21在夾持刀具時，在保證刀具不會被甩出的情況下，轉(zhuǎn)動速度也可以盡可能地快些。

至此，已經(jīng)結(jié)合附圖所示的優(yōu)選實施方式描述了本發(fā)明的技術(shù)方案，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員容易理解的是，本發(fā)明的保護范圍顯然不局限于這些具體實施方式。在不偏離本發(fā)明的原理的前提下，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對相關(guān)技術(shù)特征作出等同的更改或替換，這些更改或替換之后的技術(shù)方案都將落入本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。