CN105397546A - 刀具自动换刀方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种刀具自动换刀方法，包括以下步骤：在任一刀座和其对应放置的刀具上分别设置标识刀座信息和刀具信息的标签，并记录刀具之间的位置关系。刀盘旋转带动刀座经过机械臂的换刀位置，读卡器依次读取经过换刀位置的刀座和刀具的标签。读卡器读取刀具信息和刀座信息，当刀具信息与目标刀具信息一致时，机械臂取刀。机械臂携带目标刀具加工完成后，放回所属的目标刀座。根据目标刀具与下一目标刀具的相对位置关系，刀盘带动下一目标刀具以最小的旋角旋转到换刀位置，机械臂取刀。上述刀具自动换刀方法，使机械臂准确取刀。换刀时，刀盘旋转时间短，从而减少换刀时间，优化了换刀流程，提高了自动换刀的速率。

Description

刀具自动换刀方法

技术领域

本发明涉及刀具更换领域，特别地，涉及一种刀具自动换刀方法。

背景技术

在自动化加工领域，为进一步提高加工效率，实现一次装夹即可完成多道工序或全部工序加工，必须要有自动换刀装置，以便选用不同刀具，完成不同工序的加工工艺。自动换刀装置应当具备换刀时间短、刀具重复定位精度高、足够的刀具储备量、占地面积小、安全可靠等特性。

现有的换刀方式主要为顺序选刀方式：按工艺过程的顺序(即刀具使用顺序)将刀具安置在刀座中，使用时按刀具的安置顺序逐一取用，用后放回原刀座中。

采用顺序选刀方式，在加工不同的工件时必须重新排列刀库中的刀具顺序，使刀具数量增加。此外，顺序选刀方式必须要求刀具放置在刀库中的顺序要正确，当放置顺序出现错误或者刀库转动不到位时，会出现换错刀的意外情况，导致加工出废品。

发明内容

本发明提供了一种刀具自动换刀方法，以解决现有的换刀方法中容易出错的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种刀具自动换刀方法，用于更换机械臂上的刀具，包括以下步骤：

在任一刀座和其对应放置的刀具上分别设置标识刀座信息和刀具信息的标签，并记录刀具之间的位置关系。

刀盘旋转带动刀座经过机械臂的换刀位置，读卡器设置在换刀位置，并依次读取经过换刀位置的刀座和刀具的标签。

读卡器读取刀具信息和刀座信息，当刀具信息与机械臂所需的目标刀具信息一致时，机械臂取刀。

机械臂携带目标刀具加工完成后，将目标刀具放回所属的目标刀座。

根据目标刀具与下一目标刀具的相对位置关系，刀盘带动下一目标刀具以最小的旋角旋转到换刀位置，机械臂取刀。

重复上述放刀和取刀的过程，直至机械臂加工操作完成。

进一步地，机械臂将目标刀具放回目标刀座包括以下步骤：

判断换刀位置的刀座是否为目标刀座。

若是，机械臂将目标刀具放回。

若否，根据换刀位置的刀座与目标刀座的相对位置关系，刀盘带动目标刀座以最小的旋角旋转到换刀位置，机械臂放刀。

进一步地，根据目标刀具与下一目标刀具的相对位置关系，刀盘带动下一目标刀具以最小的旋角旋转到换刀位置的操作包括：

根据换刀位置与下一目标刀具的相对位置关系，确定在原旋转方向上下一目标刀具与取刀位置的第一旋角。

判断第一旋角是否大于180°。

若是，刀盘沿原旋转方向旋转360°减去第一旋角的差值。

若否，刀盘沿原旋转方向的反方向旋转第一旋角。

进一步地，根据换刀位置的刀座与目标刀座的相对位置关系，刀盘带动目标刀座以最小的旋角旋转到换刀位置的操作包括：

根据换刀位置的刀座与目标刀座的相对位置关系，确定在原旋转方向上换刀位置的刀座与目标刀座的第二旋角。

判断第二旋角是否大于180°。

若是，刀盘沿原旋转方向的反向旋转360°减去原旋转角的差值。

若否，刀盘沿原旋转方向旋转第二旋角。

进一步地，在目标刀座到达换刀位置和机械臂将目标刀具放回之间还包括：

判断读卡器在换刀位置读取到的标签数量。

若读取到的标签数量为1时，机械臂将目标刀具放下。

若读取到的标签数量大于1时，机械臂停止放刀，发出报警信号。

进一步地，报警信号为光报警信号、声音报警信号、电报警信号中的一种或几种。

进一步地，标签为RFID标签，读卡器为近距离RFID读卡器。

进一步地，刀盘的驱动机构为步进电机。

本发明具有以下有益效果：上述刀具自动换刀方法，通过读卡器对刀座和刀具进行识别，并与所需目标刀具进行匹配，可使机械臂准确取刀。换刀时，根据目标刀具或目标刀座与换刀位置的相对位置关系，选择刀盘的旋转角度和旋转方向，缩短了刀盘旋转时间，从而减少换刀时间，优化了换刀流程，提高了自动换刀的速率。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的刀具自动换刀方法流程图；

图2是本发明优选实施例的刀库和机械臂示意图；

图3是本发明优选实施例的刀库和机械臂另一视角示意图；

图4是本发明优选实施例的换刀示意图；

图5是本发明另一优选实施例的换刀示意图；

图6是本发明优选实施例的匹配刀座的示意图；

图7是本发明另一优选实施例的匹配刀座的示意图。

附图标记说明：100、刀盘；200、读卡器；300、机械臂；110、刀座；120、刀具；130、标签；140、驱动机构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种刀具120自动换刀方法，用于更换机械臂300上的刀具120，包括以下步骤：

S100：在任一刀座110和其对应放置的刀具120上分别设置标识刀座信息和刀具信息的标签130，并记录刀具120之间的位置关系。

S200：刀盘100旋转带动刀座110经过机械臂300的换刀位置，读卡器200设置在换刀位置，并依次读取经过换刀位置的刀座110和刀具120的标签130。

S300：读卡器200读取刀具信息和刀座信息，当刀具信息与机械臂300所需的目标刀具信息一致时，机械臂300取刀。

S400：机械臂300携带目标刀具加工完成后，将目标刀具放回所属的目标刀座。

S500：根据目标刀具与下一目标刀具的相对位置关系，刀盘100带动下一目标刀具以最小的旋角旋转到换刀位置，机械臂300取刀。

S600：重复上述放刀和取刀的过程，直至机械臂300加工操作完成。

参照图2和图3，刀座110、刀具120和刀盘100等元件属于刀库。刀座110设置在刀盘100上，刀盘100在驱动装置的作用下旋转，从而可带动每个刀座110经过读卡器200的读取位置。每个刀座110的在刀盘100上区域可相等或不同，并不影响刀盘100旋转角度的判断，优选每个刀座110的区域相等，即刀盘100均匀分为N等分，每个刀座110占据其中一等分。每个刀座110的区域相等，便于控制根据旋转角度控制刀座110到达读取位置。

刀座110和刀具120预先进行一对一配对，刀具120放置错误的刀座110中，容易导致取刀错误，降低取刀效率，甚至导致安全事故。刀座110和刀具120均设有标签130，标签130可记录刀具120的信息和刀座110的信息，如刀座110编号、刀具120编号，以便区分各刀座110和各刀具120，以及后续读卡器200记录各刀座110的位置和各刀具120的位置。

机械臂300可以为机器人或机床等其它机械设备。读卡器200可一次接受机械臂300整个完整工序所需要的所有刀具信息，也可在使用完一个刀具120之后，再接受下一所需个刀具120的信息。

刀具120之间的相对位置关系可记录在读卡器200中。读卡器200读取刀具信息和刀座信息，以便获知各刀具120和相对位置关系，以便确定最小的旋角。取第一刀具120时，机械臂300所需的第一个刀具120为目标刀具，当读取位置的刀具信息与目标刀具信息一致时，刀盘100停止旋转，机械臂300取刀，否则刀盘100继续旋转直至二者一致。该过程刀盘100的旋转方向不变。待目标刀具使用完成后，可将目标刀具放回所属的目标刀座，准备取下一目标刀具。读卡器200依次读取经过换刀位置的刀座110和刀具120的标签130，可起校核的作用，避免取错刀具120。

取下一目标刀具时，由于各刀具120的位置关系已预先存储好。因此可根据目标刀具与下一目标刀具的相对位置关系，由于目标刀具当前位于换刀位置，因此可根据换刀位置和下一目标刀具的相对位置关系，确定最小的旋角，使得刀盘100带动下一目标刀具以最短的转动路线到达取刀位置，机械臂300取刀操作。

本发明具有以下有益效果：上述刀具120自动换刀方法，通过读卡器200对刀座110和刀具120进行识别，并与所需目标刀具进行匹配，可使机械臂300准确取刀。换刀时，根据目标刀具或目标刀座与换刀位置的相对位置关系，选择刀盘100的旋转角度和旋转方向，缩短了刀盘100旋转时间，从而减少了下一目标刀具的取刀时间，优化了取刀流程，提高了自动换刀的速率。

可选地，在步骤S400中，机械臂300将目标刀具放回目标刀座包括以下步骤：

S410：判断换刀位置的刀座110是否为目标刀座。

S420：若是，机械臂300将目标刀具放回。

S430：若否，根据换刀位置的刀座110与目标刀座的相对位置关系，刀盘100带动目标刀座以最小的旋角旋转到换刀位置，机械臂300放刀。

在生产过程中，存在两个机械臂300共用一个刀库系统的情况，即采用一个刀盘100供刀的情况。在当前机械臂300取走目标刀具操作期间，另一个机械臂300可能也会取刀，或刀盘100出现问题，因为人为检修等原因导致刀盘100旋转，目标刀座不在换刀位置。这种情况之间放刀可能导致刀具120放刀至错误的刀座110，出现撞刀的现象。

因而在放刀前可先确认换刀位置的刀座110是否为目标刀座，若是，机械臂300将目标刀具放回。若否，刀盘100旋转带动刀座110经过读卡器200的换刀位置，直至目标刀座到达换刀位置，机械臂300将目标刀具放回。该设计可使得放刀时，刀具120准确放置所属的刀座110中，避免出现放置错误的情况。

可选地，在步骤S500中，根据目标刀具与下一目标刀具的相对位置关系，刀盘100带动下一目标刀具以最小的旋角旋转到换刀位置的操作包括：

S510：根据换刀位置与下一目标刀具的相对位置关系，确定在原旋转方向上下一目标刀具与取刀位置的第一旋角。

S520：判断第一旋角是否大于180°。

S530：若是，刀盘100沿原旋转方向旋转360°减去第一旋角的差值。

S540：若否，刀盘100沿原旋转方向的反方向旋转第一旋角。

如图4和图5所示，图4a～4b和图5a～5b为上述两种情况的取刀过程示意图，以刀盘100上设有八个等分的刀座110为例进行说明，为区分每个刀座110分别以1～8的序号标示。每个刀座110上设有相应编号的刀具120。菱形为读卡器200，其对应的位置为换刀位置。刀盘100原来的旋转方向为逆时针方向。

图4中以目标刀具为3号刀具、目标刀座为3号刀座、下一目标刀具为1号刀具、下一目标刀座为1号刀座为例进行说明。机械臂300取3号刀具操作完成后放回3号刀座，3号刀座仍在换刀位置。机械臂300下一个要取刀具120为1号刀具。如图4a，由于下一目标刀座1号刀座与目标刀座3号刀座之间的第一旋角θ1小于180°，因而刀盘100可改变旋转方向变成顺时针方向，旋转θ1，1号刀座以较短的旋转路线到达换刀位置，如图4b。

图5中以目标刀具为6号刀具、目标刀座为6号刀座、下一目标刀具为1号刀具、下一目标刀座为1号刀座为例进行说明。机械臂300取6号刀具操作完成后放回6号刀座，6号刀座仍在换刀位置。机械臂300下一个要取刀具120为1号刀具。如图5a，由于下一目标刀座1号刀座与目标刀座6号刀座之间的第一旋角θ1大于180°，因而刀盘100可沿原旋转方向，旋转360°-θ1的角度，1号刀座以较短的旋转路线到达换刀位置，如图5b。

可见上述操作可缩短换刀的时间，优化了取刀流程，提高了自动换刀的速率。

可选地，在步骤S430中，根据换刀位置的刀座110与目标刀座的相对位置关系，刀盘100带动目标刀座以最小的旋角旋转到换刀位置的操作包括：

S431：根据换刀位置的刀座110与目标刀座的相对位置关系，确定在原旋转方向上换刀位置的刀座110与目标刀座的第二旋角。

S432：判断第二旋角是否大于180°。

S433：若是，刀盘100沿原旋转方向的反向旋转360°减去原旋转角的差值。

S434：若否，刀盘100沿原旋转方向旋转第二旋角。

在机械臂300取刀使用刀具120进行加工零件的时候，若刀盘100因为人为检修等原因已经旋转，则所取刀具120放回的所属刀座110的过程中，还需先寻找该刀座110，使其处于换刀位置，便于放刀。

如图6和图7所示，图6a～6b和图7a～7b为上述两种情况的放刀过程示意图，以刀盘100上设有八个等分的刀座为例进行说明，为区分每个刀座分别以1～8的序号标示。每个刀座上设有相应编号的刀具120。菱形为读卡器，其对应的位置为读卡位置，三角形表示该刀座已读。

如图6a所示，刀盘100的原旋转方向为逆时针方向，机械臂300取5号刀具进行操作，在放刀时，2号刀座位于换刀位置。2号刀座和5号刀座的第二旋角θ2小于180°，因而刀盘100可沿原旋转方向继续旋转θ2，5号刀座以较短的旋转路线到达换刀位置，如图6b。

如图7a所示，刀盘100的原旋转方向为逆时针方向，机械臂300取7号刀具进行操作，在放刀时，2号刀座位于换刀位置。2号刀座和7号刀座的第二旋角θ2大于180°，因而刀盘100可改变原旋转方向，沿顺时针方向继续旋转360-θ2，7号刀座以较短的旋转路线到达换刀位置，如图7b。

可见上述操作可缩短换刀过程中找寻刀具120所属刀座110的时间，优化了放刀流程，提高了自动换刀的速率。

可选地，在目标刀座到达换刀位置和机械臂300将目标刀具放回之间还包括：

判断读卡器200在换刀位置读取到的标签130数量。

若读取到的标签130数量为1时，机械臂300将目标刀具放下。

若读取到的标签130数量大于1时，机械臂300停止放刀，发出报警信号。

在刀具120放回相应刀座110前，进一步判断刀座110是否为空。若读卡器200只读取到一个标签130，则判断该刀座110为空，机械臂300可放刀。若读卡器200读取到两个标签130或更多，则判断该刀座110有刀，应停止放刀，以防止发生撞刀意外情况，并发出警报，使系统停止工作，并通知现场工作人员。

可选地，报警信号为光报警信号、声音报警信号、电报警信号中的一种或几种。光报警信号、声音报警信号、电报警信号，或三者兼有，可保证系统及时停止运行，报警信号较为醒目，及时通知现场工作人员处理。

可选地，标签130为RFID标签，读卡器200为近距离RFID读卡器，读卡器200设置在机械臂300上。RFID标签体积较小，并且其信息容易录入和更改，操作方便。读卡器200设置在机械臂300上，使得机械臂300取刀更为方便。

可选地，刀盘100的驱动机构140为步进电机。刀盘100的驱动机构140可以是普通电机、伺服电机或步进电机。优选为步进电机，当驱动机构140为步进电机时，可精确控制旋转角度，使得自动换刀更为精确。

以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种刀具自动换刀方法，用于更换机械臂(300)上的刀具(120)，其特征在于，包括以下步骤：

在任一刀座(110)和其对应放置的刀具(120)上分别设置标识刀座信息和刀具信息的标签(130)，并记录所述刀具(120)之间的位置关系；

刀盘(100)旋转带动所述刀座(110)经过机械臂(300)的换刀位置，所述读卡器(200)设置在所述换刀位置，并依次读取经过所述换刀位置的刀座(110)和刀具(120)的标签(130)；

所述读卡器(200)读取刀具信息和刀座信息，当所述刀具信息与所述机械臂(300)所需的目标刀具信息一致时，所述机械臂(300)取刀；

所述机械臂(300)携带目标刀具加工完成后，将目标刀具放回所属的目标刀座；

根据所述目标刀具与下一目标刀具的相对位置关系，所述刀盘(100)带动下一目标刀具以最小的旋角旋转到所述换刀位置，所述机械臂(300)取刀；

重复上述放刀和取刀的过程，直至机械臂(300)加工操作完成。

2.根据权利要求1所述的刀具自动换刀方法，其特征在于，所述机械臂(300)将目标刀具放回目标刀座包括以下步骤：

判断所述换刀位置的刀座(110)是否为所述目标刀座；

若是，所述机械臂(300)将所述目标刀具放回；

若否，根据所述换刀位置的刀座(110)与所述目标刀座的相对位置关系，所述刀盘(100)带动所述目标刀座以最小的旋角旋转到所述换刀位置，所述机械臂(300)放刀。

3.根据权利要求1所述的刀具自动换刀方法，其特征在于，根据所述目标刀具与下一目标刀具的相对位置关系，所述刀盘(100)带动下一目标刀具以最小的旋角旋转到所述换刀位置的操作包括：

根据所述换刀位置与所述下一目标刀具的相对位置关系，确定在原旋转方向上所述下一目标刀具与所述取刀位置的第一旋角；

判断所述第一旋角是否大于180°；

若是，所述刀盘(100)沿所述原旋转方向旋转360°减去第一旋角的差值；

若否，所述刀盘(100)沿所述原旋转方向的反方向旋转第一旋角。

4.根据权利要求2所述的刀具自动换刀方法，其特征在于，根据所述换刀位置的刀座(110)与所述目标刀座的相对位置关系，所述刀盘(100)带动所述目标刀座以最小的旋角旋转到所述换刀位置的操作包括：

根据所述换刀位置的刀座(110)与所述目标刀座的相对位置关系，确定在原旋转方向上所述换刀位置的刀座(110)与所述目标刀座的第二旋角；

判断所述第二旋角是否大于180°；

若是，所述刀盘(100)沿所述原旋转方向的反向旋转360°减去原旋转角的差值；

若否，所述刀盘(100)沿所述原旋转方向旋转所述第二旋角。

5.根据权利要求1所述的刀具自动换刀方法，其特征在于，在所述目标刀座到达换刀位置和所述机械臂(300)将目标刀具放回之间还包括：

判断读卡器(200)在换刀位置读取到的标签(130)数量；

若读取到的标签(130)数量为1时，所述机械臂(300)将目标刀具放下；

若读取到的标签(130)数量大于1时，所述机械臂(300)停止放刀，发出报警信号。

6.根据权利要求5所述的刀具自动换刀方法，其特征在于，所述报警信号为光报警信号、声音报警信号、电报警信号中的一种或几种。

7.根据权利要求1～6中任一项所述的刀具自动换刀方法，其特征在于，所述标签(130)为RFID标签，所述读卡器(200)为近距离RFID读卡器。

8.根据权利要求1～6中任一项所述的刀具自动换刀方法，其特征在于，所述刀盘(100)的驱动机构(140)为步进电机。