CN104191310A - 一种装有防撞换刀装置的数控加工中心及其使用方法 - Google Patents

一种装有防撞换刀装置的数控加工中心及其使用方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种装有防撞换刀装置的数控加工中心及其使用方法，包括工作台、龙门机架和横向滑块，龙门机架下部前后滑动安装在工作台的两侧，龙门机架上部布置有横梁，横梁下、龙门机架上部内左右滑动安装有横向滑块，横向滑块一侧上下滑动安装有竖直滑块，竖直滑块下端安装有主轴，横梁上端面两端分别安装有报警信号灯和带扭矩检测器的横向电机，横向滑块的前侧面上安装有带扭矩检测器的竖直电机，工作台侧面中部安装有控制台，一端部安装有带扭矩检测器的纵向电机，工作台上靠近纵向电机处安装有刀具库。本发明具有操作简单安全、可控性好、降低换刀失误率、提高数控加工中心的加工效率和使用寿命等特点。

Description

一种装有防撞换刀装置的数控加工中心及其使用方法
技术领域
本发明涉及龙门加工中心制造领域，特别是涉及一种装有防撞换刀装置的数控加工中心及其使用方法。
背景技术
近些年，随着加工工艺水平的提高，多样化的加工工艺方案被使用，其中最具代表性的是刀具类型的多样化。由于刀具作为数控加工的主体，因此对刀具的有效、安全的使用，直接影响数控加工中心主机和工艺方案的品质，一般情况下的刀具库采用链式刀具库，如果刀具的形状比较特别的话，刀具就无法安放在链式刀具库上，同时也会因为操作失误或者所输入的程序有错误造成加工中心的龙门架与刀具库碰撞，使整个加工中心造成损伤，同时减少加工中心的使用寿命。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种装有防撞换刀装置的数控加工中心及其使用方法，具有操作简单安全、可控性好、降低换刀失误率、提高数控加工中心的加工效率和使用寿命等特点。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种装有基于扭矩限制的防撞换刀装置的数控加工中心，包括工作台、龙门机架和横向滑块，所述的龙门机架下部前后滑动安装在工作台的两侧，所述的龙门机架上部布置有横梁，所述的横梁下、龙门机架上部内左右滑动安装有横向滑块，所述的横向滑块一侧上下滑动安装有竖直滑块，所述的竖直滑块下端安装有主轴，所述的横梁上端面两端分别安装有报警信号灯和横向电机，所述的横向滑块的前侧面上安装有带扭矩检测器的竖直电机，所述的工作台侧面中部安装有控制台，一端部安装有带扭矩检测器的纵向电机，所述的工作台上靠近纵向电机处滑动安装有刀具库，所述的刀具库靠近龙门机架的一侧上安装有接近开关，所述的接近开关与工作台的左边原点对齐，通过在纵向电机、竖直电机和横向电机上均安装有扭矩检测器，使扭矩检测器检测加工中心的龙门机架横向移动、纵向移动和竖直移动时所造成的扭矩，并通过控制台设置龙门机架横向移动、纵向移动和竖直移动所能造成的扭矩最大值，当实际扭矩值大于所输入的最大扭矩值时，该处电机停止运动，同时发出警报，使加工中心便于控制，同时避免加工中心与刀具库发生碰撞，避免发生磨损，同时增加加工中心的使用寿命。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的刀具库包括刀库支架、气动门支架板和气缸支架，所述的刀库支架和气动门支架板呈并排竖直安装，所述的刀库支架和气动门支架板之间竖直安装有气缸支架，所述的刀库支架上部安装有刀具座，所述的气动门支架板上端与气动门一侧转动相连，所述的气动门下端面与气缸支架上端转动相连，通过安装气动门和气动门支架板，用来保护刀具库不被切削过程中产生的切削屑污染，同时使刀具库保持清洁。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的刀具座上布置有四个刀具安装孔，所述的刀具安装孔内均安装有特殊形状的刀具，对四把特殊刀具分别进行编号，使刀具使用时更加方便，安装时更加快捷。
作为对本发明所述的技术方案的一种补充，所述的控制台内安装有MCS-51控制单元和NC控制器，通过MCS-51控制单元来发出信号，通过NC控制器来控制执行件来进行换刀或者放弃换刀动作。
一种装有基于扭矩限制的防撞换刀装置的数控加工中心的使用方法，具体的操作步骤如下：
(a)先通过控制台设定纵向电机和竖直电机在进行安全换刀时的扭矩上限分别为Mx和Mz，并确定但换刀具目标及其位置；
(b)通过控制台使机床开机，然后操作控制台使龙门机架和竖直滑块返回工作台上X轴和Z轴的参考点位置，之后完成刀具库回零动作，同时使机床处于正常工作状态，接着通过刀具库上的接近开关来确定主轴上是否布置有刀具，若接近开关发出信号，说明主轴上有刀具，则应先中止换刀动作，将刀盘转动到该刀具相对应的刀套位置，然后人工排除故障进行手动还刀，再进行下步步骤；若接近开关没有发出信号，说明主轴上没有刀具，则直接进行下步步骤；
(c)发出换刀指令，使龙门机架和竖直滑块移动至换刀等待点，并使主轴松开；转动刀盘，当刀盘转动到目标刀套位置后使其停止转动，然后将龙门机架和竖直滑块以10～50％的钳制倍率从换刀等待点移动至换刀点位置，对龙门机架和竖直滑块的换刀扭矩进行实时监控，若龙门机架的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mx或竖直滑块的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mz，则报警信号灯发出报警，此时应先停止换刀动作，将龙门机架和竖直滑块从换刀区域手动移出，排除故障后重新发出换刀指令并重复本步骤的其它操作，直至龙门机架的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时竖直滑块的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz后，再进行下步步骤；若龙门机架的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时竖直滑块的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz，则直接进行下步步骤；
(d)使主轴夹紧刀具，将龙门机架和竖直滑块以10～50％的钳制倍率移动并返回至换刀等待点，对龙门机架和竖直滑块的换刀扭矩进行实时监控，若龙门机架的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mx或竖直滑块的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mz，则机床发出报警，此时应先停止换刀动作，将龙门机架和竖直滑块从换刀区域手动移出，排除故障后重新发出换刀指令并重复步骤(c)和本步骤中的其它操作，直至龙门机架的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时竖直滑块的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz后，再进行换刀；若龙门机架的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时竖直滑块的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz，则直接进行换刀。
有益效果
本发明涉及一种装有防撞换刀装置的数控加工中心及其使用方法，通过在纵向电机、竖直电机和横向电机上均安装有扭矩检测器，使扭矩检测器检测加工中心的龙门机架横向移动、纵向移动和竖直移动时所造成的扭矩，并通过控制台设置龙门机架横向移动、纵向移动和竖直移动所能造成的扭矩最大值，当实际扭矩值大于所输入的最大扭矩值时，该处电机停止运动，同时发出警报，使加工中心便于控制，同时避免加工中心与刀具库发生碰撞，避免发生磨损，同时增加加工中心的使用寿命，本发明还操作简单安全、可控性好、降低换刀失误率、提高数控加工中心的加工效率和使用寿命等特点。
附图说明
图1是本发明的结构主视图；
图2是本发明的结构俯视图；
图3是本发明所述的刀具库结构视图；
图4是本发明所述的刀具库的刀具安装孔局部视图；
图5是本发明换刀控制系统框图；
图6是本发明的扭矩采集流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
本发明的实施方式涉及一种装有基于扭矩限制的防撞换刀装置的数控加工中心，如图1—6所示，包括工作台1、龙门机架3和横向滑块5，所述的龙门机架3下部前后滑动安装在工作台1的两侧，所述的龙门机架3上部布置有横梁4，所述的横梁4下、龙门机架3上部内左右滑动安装有横向滑块5，所述的横向滑块5一侧上下滑动安装有竖直滑块6，所述的竖直滑块6下端安装有主轴7，所述的横梁4上端面两端分别安装有报警信号灯8和横向电机9，所述的横向滑块5的前侧面上安装有带扭矩检测器的竖直电机10，所述的工作台1侧面中部安装有控制台12，一端部安装有带扭矩检测器的纵向电机11，所述的工作台1上靠近纵向电机11处滑动安装有刀具库2，所述的刀具库2靠近龙门机架3的一侧上安装有接近开关13，所述的接近开关13与工作台1的左边原点对齐。
所述的刀具库2包括刀库支架21、气动门支架板26和气缸支架24，所述的刀库支架21和气动门支架板26呈并排竖直安装，所述的刀库支架21和气动门支架板26之间竖直安装有气缸支架24，所述的刀库支架21上部安装有刀具座23，所述的气动门支架板26上端与气动门25一侧转动相连，所述的气动门25下端面与气缸支架24上端转动相连。
所述的刀具座23上布置有四个刀具安装孔27，所述的刀具安装孔27内均安装有特殊形状的刀具22。
所述的控制台12内安装有MCS-51控制单元和NC控制器
实施例
第一步：先通过控制台12设定纵向电机11和竖直电机10在进行安全换刀时的扭矩上限分别为Mx和Mz，并确定但换刀具目标及其位置；
第二步：通过控制台12使机床开机，然后操作控制台12使龙门机架3和竖直滑块6返回工作台1上X轴和Z轴的参考点位置，之后完成刀具库2回零动作，同时使机床处于正常工作状态，接着通过刀具库2上的接近开关13来确定主轴7上是否布置有刀具，若接近开关13发出信号，说明主轴7上有刀具，则应先中止换刀动作，将刀盘转动到该刀具相对应的刀套位置，然后人工排除故障进行手动还刀，再进行下步步骤；若接近开关13没有发出信号，说明主轴7上没有刀具，则直接进行下步步骤；
第三步：发出换刀指令，使龙门机架3和竖直滑块6移动至换刀等待点，并使主轴7松开；转动刀盘，当刀盘转动到目标刀套位置后使其停止转动，然后将龙门机架3和竖直滑块6以10～50％的钳制倍率从换刀等待点移动至换刀点位置，对龙门机架3和竖直滑块6的换刀扭矩进行实时监控，若龙门机架3的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mx或竖直滑块6的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mz，则报警信号灯8发出报警，此时应先停止换刀动作，将龙门机架3和竖直滑块6从换刀区域手动移出，排除故障后重新发出换刀指令并重复本步骤的其它操作，直至龙门机架3的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时竖直滑块6的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz后，再进行下步步骤；若龙门机架3的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时竖直滑块6的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz，则直接进行下步步骤；
第四步：使主轴7夹紧刀具，将龙门机架3和竖直滑块6以10～50％的钳制倍率移动并返回至换刀等待点，对龙门机架3和竖直滑块6的换刀扭矩进行实时监控，若龙门机架3的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mx或竖直滑块6的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mz，则机床发出报警，此时应先停止换刀动作，将龙门机架3和竖直滑块6从换刀区域手动移出，排除故障后重新发出换刀指令并重复第三步和本步骤中的其它操作，直至龙门机架3的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时竖直滑块6的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz后，再进行换刀；若龙门机架3的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时竖直滑块6的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz，则直接进行换刀。

Claims (5)

1.一种装有防撞换刀装置的数控加工中心，包括工作台(1)、龙门机架(3)和横向滑块(5)，所述的龙门机架(3)下部前后滑动安装在工作台(1)的两侧，所述的龙门机架(3)上部布置有横梁(4)，所述的横梁(4)下、龙门机架(3)上部内左右滑动安装有横向滑块(5)，所述的横向滑块(5)一侧上下滑动安装有竖直滑块(6)，所述的竖直滑块(6)下端安装有主轴(7)，其特征在于：所述的横梁(4)上端面两端分别安装有报警信号灯(8)和横向电机(9)，所述的横向滑块(5)的前侧面上安装有带扭矩检测器的竖直电机(10)，所述的工作台(1)侧面中部安装有控制台(12)，一端部安装有带扭矩检测器的纵向电机(11)，所述的工作台(1)上靠近纵向电机(11)处滑动安装有刀具库(2)，所述的刀具库(2)靠近龙门机架(3)的一侧上安装有接近开关(13)，所述的接近开关(13)与工作台(1)的左边原点对齐。
2.根据权利要求1所述的一种装有防撞换刀装置的数控加工中心，其特征在于：所述的刀具库(2)包括刀库支架(21)、气动门支架板(26)和气缸支架(24)，所述的刀库支架(21)和气动门支架板(26)呈并排竖直安装，所述的刀库支架(21)和气动门支架板(26)之间竖直安装有气缸支架(24)，所述的刀库支架(21)上部安装有刀具座(23)，所述的气动门支架板(26)上端与气动门(25)一侧转动相连，所述的气动门(25)下端面与气缸支架(24)上端转动相连。
3.根据权利要求2所述的一种装有防撞换刀装置的数控加工中心，其特征在于：所述的刀具座(23)上布置有四个刀具安装孔(27)，所述的刀具安装孔(27)内均安装有特殊形状的刀具(22)。
4.根据权利要求所述的一种装有防撞换刀装置的数控加工中心，其特征在于：所述的控制台(12)内安装有MCS-51控制单元和NC控制器。
5.一种使用如权利要求1所述的一种装有基于扭矩限制的防撞换刀装置的数控加工中心的使用方法，具体的操作步骤如下：
(a)先通过控制台(12)设定纵向电机(11)和竖直电机(10)在进行安全换刀时的扭矩上限分别为Mx和Mz，并确定但换刀具目标及其位置；
(b)通过控制台(12)使机床开机，然后操作控制台(12)使龙门机架(3)和竖直滑块(6)返回工作台(1)上X轴和Z轴的参考点位置，之后完成刀具库(2)回零动作，同时使机床处于正常工作状态，接着通过刀具库(2)上的接近开关(13)来确定主轴(7)上是否布置有刀具，若接近开关(13)发出信号，说明主轴(7)上有刀具，则应先中止换刀动作，将刀盘转动到该刀具相对应的刀套位置，然后人工排除故障进行手动还刀，再进行下步步骤；若接近开关(13)没有发出信号，说明主轴(7)上没有刀具，则直接进行下步步骤；
(c)发出换刀指令，使龙门机架(3)和竖直滑块(6)移动至换刀等待点，并使主轴(7)松开；转动刀盘，当刀盘转动到目标刀套位置后使其停止转动，然后将龙门机架(3)和竖直滑块(6)以10～50％的钳制倍率从换刀等待点移动至换刀点位置，对龙门机架(3)和竖直滑块(6)的换刀扭矩进行实时监控，若龙门机架(3)的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mx或竖直滑块(6)的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mz，则报警信号灯(8)发出报警，此时应先停止换刀动作，将龙门机架(3)和竖直滑块(6)从换刀区域手动移出，排除故障后重新发出换刀指令并重复本步骤的其它操作，直至龙门机架(3)的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时竖直滑块(6)的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz后，再进行下步步骤；若龙门机架(3)的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时竖直滑块(6)的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz，则直接进行下步步骤；
(d)使主轴(7)夹紧刀具，将龙门机架(3)和竖直滑块(6)以10～50％的钳制倍率移动并返回至换刀等待点，对龙门机架(3)和竖直滑块(6)的换刀扭矩进行实时监控，若龙门机架(3)的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mx或竖直滑块(6)的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mz，则机床发出报警，此时应先停止换刀动作，将龙门机架(3)和竖直滑块(6)从换刀区域手动移出，排除故障后重新发出换刀指令并重复步骤(c)和本步骤中的其它操作，直至龙门机架(3)的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时竖直滑块(6)的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz后，再进行换刀；若龙门机架(3)的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时竖直滑块(6)的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz，则直接进行换刀。
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