CN106392731A - 一种圆盘式机械手刀库卡刀掉刀故障预警装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆盘式机械手刀库卡刀掉刀故障预警装置，旨在解决对现有的数控机床圆盘式机械手刀库的掉刀、卡刀故障进行预警之问题，本装置包括二个预警单元，所述的预警单元由色标传感器、横梁、报警器、支架组成。本发明所述的圆盘式机械手刀库卡刀掉刀故障预警装置能全面的检测刀柄与拉钉的螺纹联接松动的发生，而且能针对需要检测不同程度的刀柄与拉钉的螺纹联接松动，适用于不同型号的圆盘式机械手刀库，体现了本装置的灵活性和通用性，可在无人监控的状态长时间自动运行，可降低劳动强度，暴露和激发产品故障，为圆盘式机械手刀库的可靠性评估提供实用的基础数据，也能用于链板式圆盘式机械手刀库的筛选。

Description

一种圆盘式机械手刀库卡刀掉刀故障预警装置

技术领域

本发明涉及一种应用于数控机床上圆盘式机械手刀库的故障预警的装置，更确切地说，本发明涉及一种能够对数控机床圆盘式机械手刀库的掉刀、卡刀故障进行预警的装置。

背景技术

数控机床是提高国家制造水平和装备水平的基础，是衡量一个国家工业发达水平、综合国力的重要标志。作为数控机床普遍配备的装置，刀库系统是提供自动化加工过程中所需之储刀及换刀需求的一种装置，由换刀机构及可以储放多把刀具的刀库构成，改变了传统以人为主的生产方式，借由程序控制，可以完成各种不同的加工需求，如铣削、钻孔、镗孔、攻牙等，大幅缩短加工时程，降低生产成本。圆盘式机械手刀库为一种典型刀库系统，主要应用在加工中心等设备上，用于储刀、换刀，提高了数控机床的自动化程度，在生产中具有重要的作用，一旦圆盘式机械手刀库出现故障，将会对生产效率产生较大的负面影响。

近几年的统计结果表明，作为数控机床的主要关键功能部件，国内圆盘式机械手刀库总体产量连续多年增长，但其易发故障、运行不稳定，其中的主要故障模式包括卡刀和掉刀，卡刀故障一旦发生，轻则导致圆盘式机械手刀库换刀不成功，导致生产暂停，影响生产效率，重则机械手电机负载加大、电机烧坏；掉刀故障一旦发生，轻则导致圆盘式机械手刀库换刀不成功，导致生产暂停，影响生产效率，重则掉落的刀柄下落，砸坏机床、工件，甚至有可能误伤工人，后果不堪设想。所以，迫切要求能及早发现卡刀、掉刀故障，并在故障发生前进行预警，使得操作人员能及时得到警报而排除潜在故障，不影响生产、不造成损失。而刀柄与拉钉的螺纹联接松动是导致卡刀和掉刀故障发生的主要原因之一，所以有必要对刀柄与拉钉的螺纹联接松动进行检测，从而实现对卡刀、掉刀故障的预警。

另外，在国家“高档数控与基础制造装备”科技重大专项中，关于共性技术的研究的第一项就是“可靠性设计与性能试验技术”，而可靠性工作就是与故障的斗争，所以也要求我们进行故障预警方面的工作。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是数控机床的圆盘式机械手刀库的卡刀、掉刀故障预警的问题，更确切的说是，本发明所要解决的技术问题是数控机床的圆盘式机械手刀库的卡刀、掉刀故障的发生原因之一——刀柄与拉钉的螺纹联接松动的检测的问题。为了解决这一问题，本发明提供了一种圆盘式机械手刀库卡刀掉刀故障预警装置。

所本发明是由二个预警单元组成。

所述的预警单元由色标传感器、横梁、报警器、支架组成；支架的底座为长方体平板，支架的底座上有四个圆形通孔和四四4个螺纹孔，支架的底座的右侧的边的两端各有一个长方体立柱，二个长方体立柱与支架的底座垂直，二个长方体立柱上各有一个长条通孔；横梁是一个长方体结构件，横梁中间有一个长条通孔，横梁的两端各有一个圆形通孔；报警器的箱体的四个小方板上的四个圆形通孔与支架的四个螺纹孔分别用四个螺钉联接，横梁上的二个圆形通孔与支架的二个长方体立柱上的二个长条通孔分别用二组螺栓螺母联接，色标传感器的安装面与横梁的长方形面接触，色标传感器的安装面上的二个螺纹孔与横梁的长条通孔分别用二个螺钉联接。

所述的二个预警单元都固定在圆盘式机械手刀库的圆盘式刀库上，二个预警单元固定之后，其中一个预警单元的色标传感器的光发射端的轴线同时与圆盘式刀库的轴线和紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套的轴线垂直相交，另一个预警单元的色标传感器的光发射端的轴线同时与圆盘式刀库的轴线和紧邻换刀位置且处在换刀位置的左侧的刀套的轴线垂直相交。

所述的预警单元的报警器由发讯器、24V直流电源、报警器开关、继电器、箱体、接线端子排组成，箱体为长方体形的壳体结构件，箱体的四个角焊接有四个小方板，每个方板上均有一个圆形通孔,箱体的顶面装有发讯器，侧面装有接线端子排，接线端子排具有七个接线端子，箱体的顶面的一角装有报警器开关,24V直流电源、继电器固定在箱体的内部。

所述的24V直流电源的两根电源线通过接线端子排的二个接线端子连入具有220V交流电压的电路色标传感器的电源线负极通过接线端子排的一个接线端子接在24V直流电源的com端，色标传感器的正极通过接线端子排的一个接线端子接在24V直流电源的+24V直流电压端，色标传感器的信号输出线通过接线端子排的一个接线端子接在发讯器的一极，发讯器的另一极接24V直流电源的com端，报警器开关串联在24V直流电源的一根电源线连入具有220V交流电压的电路的线路中，报警器开关并联有继电器的常开触点，继电器的线圈的两极分别通过接线端子排的二个接线端子接入圆盘式机械手刀库所在的数控机床的数控系统。

与现有技术相比本发明的有益效果是：

1.本发明能全面的检测刀柄与拉钉的螺纹联接松动的发生，而且能针对需要检测不同程度的刀柄与拉钉的螺纹联接松动。

2.本发明适用于不同型号的圆盘式机械手刀库，体现了本装置的灵活性和通用性。

3.本发明可在无人监控的状态长时间自动运行，可降低劳动强度，暴露和激发产品故障，为圆盘式机械手刀库的可靠性评估提供实用的基础数据，也能用于链板式圆盘式机械手刀库的筛选。

4.本发明也可手动运行，从人机工程学的角度体现了该装置的可操作性、多功能性。

附图说明

图1是本发明的轴测图。

图2是是本发明的拉钉、刀柄、刀具组成的组件的结构示意图。

图3是图1中E处的局部放大图。

图4是本发明主视图的局部放大图。

图5是图3中的M向视图。

图6是图3中的N向视图。

图7是本发明的报警器的轴测图。

图8是本发明报警器的连接电路及其与外部的连接电路原理图。

图9是本发明的预警单元的工作流程图。

图10是圆盘式机械手刀库在机械手抓刀时的轴测图。

图11是图10中的G向视图。

图中：1.圆盘式刀库，2.刀柄，3.刀具，4.预警单元，5.色标传感器，6.横梁，7.报警器，8.支架，9.拉钉，10.发讯器，11. 24V直流电源，12.报警器开关(符号为Q)，13.继电器(符号为KM)，14.箱体，15.接线端子排，16.机械手，17.主轴所在位置，18.数控系统(符号NC)。

图中标注尺寸的长度单位均为毫米(mm)，角度单位均为度(°)，直流电压符号为DC，交流电压符号为AC。

具体实施方式

请参阅图1至图8所示，

本发明是由两个预警单元4组成；

所述的预警单元4由色标传感器5、横梁6、报警器7、支架8组成；支架8的底座为长方体平板，支架8的底座上有四个圆形通孔和四个螺纹孔，支架8的底座的右侧的边的两端各有一个长方体立柱，两个长方体立柱与支架8的底座垂直，两个长方体立柱上各有一个长条通孔；横梁6是一个长方体结构件，横梁6中间有一个长条通孔，横梁6的两端各有一个圆形通孔，报警器7的箱体14的四个小方板上的四个圆形通孔与支架8的四个螺纹孔分别用四个螺钉联接，横梁6上的两个圆形通孔与支架8的两个长方体立柱上的两个长条通孔分别用两组螺栓螺母联接，色标传感器5的安装面与横梁6的长方形面接触，色标传感器5的安装面上的两个螺纹孔与横梁6的长条通孔分别用两个螺钉联接；

所述的两个预警单元4都固定在圆盘式机械手刀库的圆盘式刀库1上，两个预警单元4固定之后，其中一个预警单元4的色标传感器5的光发射端的轴线同时与圆盘式刀库1的轴线和紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套的轴线垂直相交，另一个预警单元4的色标传感器5的光发射端的轴线同时与圆盘式刀库1的轴线和紧邻换刀位置且处在换刀位置的左侧的刀套的轴线垂直相交。

所述的预警单元4的报警器7由发讯器10、24V直流电源11、报警器开关12、继电器13、箱体14、接线端子排15组成，箱体14为长方体形的壳体结构件，箱体14的四个角焊接有四个小方板，每个方板上均有一个圆形通孔，箱体14的顶面装有发讯器10，箱体14侧面装有接线端子排15，接线端子排15具有七个接线端子，箱体14的顶面的一角装有报警器开关12，24V直流电源11和继电器13固定在箱体14的内部；

所述的24V直流电源11的两根电源线通过接线端子排15的两个接线端子连入具有220V交流电压的电路，色标传感器5的电源线负极通过所述的接线端子排15的一个接线端子接在所述的24V直流电源11的com端，色标传感器5的正极通过接线端子排15的一个接线端子接在24V直流电源11的+24V直流电压端，色标传感器5的信号输出线通过接线端子排15的一个接线端子接在发讯器10的一极，发讯器10的另一极接24V直流电源11的com端，报警器开关12串联在24V直流电源11的一根电源线连入具有220V交流电压的电路的线路中，报警器开关12并联有继电器13的常开触点，继电器13的线圈的两极分别通过接线端子排15的两个接线端子接入圆盘式机械手刀库所在的数控机床的数控系统18。

本发明的技术依据：

圆盘式机械手刀库的结构可描述如下：

圆盘式机械手刀库是刀库系统是一种典型的刀库系统，也是本发明的被测试系统，圆盘式机械手刀库包括储刀和换刀两个功能，并由数控系统中编制的程序控制。圆盘式机械手刀库本身具有复杂的机械结构，但是为本专利方便描述，可参阅图1、图10、图11，圆盘式机械手刀库主要包括圆盘式刀库1和机械手16两个组件。参阅图1，圆盘式刀库1用于提供储刀位置，每个圆盘式刀库1提供n个储刀位置，每个储刀位置均有一个刀套，即有n个刀套，刀套可在数控系统中编制的程序的控制下绕圆盘式刀库1的圆心转动，即刀套在圆盘式刀库1圆周上的位置是可变的，但刀套在其轴向方向上是固定的。参阅图4，各相邻刀套与圆盘式刀库1的圆心的连线之间的夹角为α，α等于360°除以储刀位置数量n，每个刀套内可存储一个刀柄2，每个刀柄2上可安装一个刀具3，圆盘式刀库1能在数控系统中编制的程序的控制下，正确选择刀具并加以定位，即在数控系统中编制的程序的控制下，待换的刀柄2及其所带的刀具3随着刀套绕圆盘式刀库1的圆心转动至圆盘式刀库1外壳的缺口处，之后刀套带着刀柄2及其所带的刀具3绕固定在刀套一端的水平轴旋转90°，使刀套及带着刀柄2及其所带的刀具3处于图10中所示的状态，即处在换刀位置。参阅图10和图11，机械手16是一个中心对称的组件，两端各有一个卡爪，用于换刀，它可在数控系统中编制的程序的控制下，由电机和传动机构带动，实现垂直上下的移动和绕其中心对称结构的对称中心的转动，机械手16通过上述动作的组合可将圆盘式刀库1中处在换刀位置的刀柄2及其所带的刀具3与处在数控机床主轴所在位置17中的刀柄2及其所带的刀具3交换。

圆盘式机械手刀库的应用场合：圆盘式机械手刀库的圆盘式刀库1储刀位置数量n较小，可容纳刀具数量在20～30，所以，圆盘式机械手刀库通常应用在小型立式加工中心等小型数控机床上。参阅图11，圆盘式机械手刀库安装在数控机床上之后，当机械手16处于待机状态时，机械手16与圆盘式刀库1端面平行，即机械手16处于图11中实线位置，当机械手16处于抓刀状态时，机械手16与圆盘式刀库1端面的夹角为γ，即机械手16处于图11中虚线位置，依据安装之后，圆盘式机械手刀库与主轴的位置关系，γ等于60°或75°或90°，定义γ这一角度叫换刀角度。

圆盘式机械手刀库的换刀动作顺序可描述如下：

(1)换刀之前：机械手16处于待机状态，即机械手16与圆盘式刀库1端面平行；数控机床的主轴定位到换刀高度；待换的刀柄2及其所带的刀具3随着刀套绕圆盘式刀库1的圆心从其正处在的位置转动至圆盘式刀库1外壳的缺口处，之后刀套带着刀柄2及其所带的刀具3绕固定在刀套一端的水平轴旋转90°，使刀套带着刀柄2及其所带的刀具3处在换刀位置。

(2)开始换刀：以图11为视角，机械手16绕其中心对称结构的对称中心顺时针旋转换刀角度γ，使机械手16处于抓刀状态，此时，机械手16的一个卡爪抓住在圆盘式刀库1中的刀柄2，另一个卡爪抓住在主轴中的刀柄2；之后，以图10为视角，机械手16垂直向下移动进行拔刀，带动在圆盘式刀库1中的刀柄2及其所带的刀具3从刀套拔出，带动在主轴中的刀柄2及其所带的刀具3从主轴拔出；之后，以图11为视角，机械手16绕其中心对称结构的对称中心顺时针旋转180度，两个刀柄2及其所带的刀具3交换位置；之后，以图10为视角，机械手16垂直向上移动进行插刀，带动一个卡爪中的刀柄2及其所带的刀具3插入主轴，带动另一个卡爪中的刀柄2及其所带的刀具3插入圆盘式刀库1上的刀套。

(3)换刀之后：以图11为视角，机械手16绕其中心对称结构的对称中心逆时针旋转γ，机械手16处于待机状态；处在换刀位置的刀套带着刀柄2及其所带的刀具3绕固定在刀套一端的水平轴旋转90°，使刀套带着刀柄2及其所带的刀具3处在水平位置，即处在图1中处在圆盘式刀库1外壳的缺口处的刀柄2及其所带的刀具3的状态。换刀动作完成。

圆盘式机械手刀库作为公知技术，在此对圆盘式机械手刀库的具体结构、动作不作赘述。

本实施例中,以大连高金数控集团有限公司生产的BT40圆盘式机械手刀库为例介绍，储刀位置数量n等于24，各相邻刀套与圆盘式刀库1的圆心的连线之间的夹角为15°(360°除以24)，换刀角度γ为75°。实施例中，以该圆盘式机械手刀库应用在大连机床生产的VDF1000E型加工中心上为例。

参阅图2，刀柄2在圆盘式刀库1的刀套中的定位是依靠联接在刀柄2上的拉钉9实现的，刀柄2在刀套中时，刀套中的卡爪抓住拉钉9的一端实现刀柄2在刀套中的固定，刀柄2与拉钉9的联接是螺纹联接，而螺纹联接是容易松动的，刀柄2与拉钉9的螺纹联接松动时，刀柄2与拉钉9之间的距离Z会变大，而刀柄2和刀套的连接是靠刀柄2最上端的拉钉9实现的，刀套在其轴向方向上是固定的，所以，相对于刀套，刀柄2要产生一定的位移，刀柄2上的环槽也要产生一定的位移，由于刀套和拉钉9的定位有较小的间隙，所以这个位移小于或等于刀柄2与拉钉9之间的距离Z的变大量。具体的，当刀套带着刀柄2及其所带的刀具3处在换刀位置时，刀柄2处于垂直位置，刀柄2竖直的处在重力场中，相对于刀套，刀柄2要产生向下的位移，这个位移等于刀柄2与拉钉9之间的距离Z的变大量；当刀套带着刀柄2及其所带的刀具3处在除换刀位置的其他位置时，刀柄2处于水平位置，此时，参阅图2，由于刀柄2与刀套的接触面为刀柄2上的环槽上方的圆锥面，所以，虽然刀柄2处于水平位置，在重力作用下，刀柄2也会从刀套向刀套外滑出一定的位移，由于摩擦等原因，这个位移小于或等于刀柄2与拉钉9之间的距离Z的变大量，这个位移是个范围值。

刀柄2与拉钉9的螺纹联接松动引起圆盘式机械手刀库卡刀、掉刀故障可解释如下：正常工作中，刀套带着刀柄2及其所带的刀具3处在换刀位置时，圆盘式机械手刀库的机械手16进行抓刀时，机械手16的一个卡爪卡入刀柄2上的环槽，理论上讲，机械手16的卡爪应该正好卡在刀柄2的环槽的中心，即机械手16的卡爪的上表面到刀柄2的环槽的上边缘之间的距离与机械手16的卡爪的下表面到刀柄2的环槽的下边缘之间的距离相等，而实际上，由于安装原因，抓刀时，机械手16的卡爪的上表面到刀柄2的环槽的上边缘之间的距离与机械手16的卡爪的下表面到刀柄2的环槽的下边缘之间的距离不会完全相等，但是不影响机械手16的卡爪正常抓刀，因为机械手16的卡爪的厚度稍小于刀柄2的环槽的宽度。在刀柄2与拉钉9的螺纹联接松动的状态下，刀套带着刀柄2及其所带的刀具3处在换刀位置时，刀柄2处于垂直位置，刀柄2竖直的处在重力场中，相对于刀套，刀柄2要产生向下的位移，这个位移等于刀柄2与拉钉9之间的距离Z的变大量，由于机械手16的卡爪的厚度稍小于刀柄2的环槽的宽度，所以，刀柄2与拉钉9的螺纹联接松动，导致刀柄2上的环槽向下的位移较小时，也不影响机械手16的卡爪正常抓刀，但是，刀柄2与拉钉9的螺纹联接松动，导致刀柄2上的环槽向下的位移较大时，由于机械手16抓刀时的高度是固定不变的，所以，机械手16的卡爪会不能完全卡入刀柄2的环槽或完全不能卡入刀柄2的环槽。当机械手16的卡爪不能完全卡入刀柄2的环槽时，机械手16会正常拔刀，但是，刀柄2及其所带的刀具3从刀套中被拔出之后，由于机械手16的卡爪没有完全卡入刀柄2的环槽，所以抓刀不紧，发生掉刀故障；当机械手16的卡爪完全不能卡入刀柄2的环槽时，机械手16不会正常拔刀，机械手16抓住刀柄2的其他部位无法执行下一个动作，发生卡刀故障，此时，带动机械手16的电机持续运转，由于负载太大而导致电机烧坏。即，不是一旦刀柄2与拉钉9的螺纹联接松动，圆盘式机械手刀库就会出现卡刀、掉刀故障，只有刀柄2与拉钉9的螺纹联接松动到一定程度时，圆盘式机械手刀库才会出现卡刀或者掉刀故障，实践也证明了这一点。

综上，圆盘式机械手刀库的卡刀、掉刀故障的预警可通过检测刀柄2与拉钉9的螺纹联接松动的程度而实现，而刀柄2与拉钉9的螺纹联接松动的程度又反映在刀柄2的位移大小上，由于刀柄2上可检测的位置的局限性，本发明选用上海巨龙电子有限公司的色标传感器来实现检测，型号为OGA型。色标传感器采用光发射接收原理，发出调制光，接收被测物体的反射光，并根据接收光信号的强弱来区分不同的颜色、检测物体的存在与否，分辨率极高，可达到1mm，色标传感器可在一定范围内调节检测距离，检测距离为色标传感器能检测到存在物体的最大距离，超出检测距离范围内的物体，色标传感器无法检测到。色标传感器的主体部分为一长方体，长方体的一个端面装有圆柱形的光发射器，称此圆柱形光发射器的端面为色标传感器的光发射端，长方体的一个侧面加工有二个螺纹孔以供安装，称此面为色标传感器的安装面，长方体还有一个侧面装有调节或设置检测距离的旋钮，称此面为色标传感器的设置面。色标传感器工作时需要外部供24V直流电压，并能输出24V高电平信号或者0V低电平信号。色标传感器与外部接口为包含三根线的电缆，色标传感器与外部接口电缆的三根线中一根线为信号输出线，用于输出24V高电平信号或者0V低电平信号，两根线为电源线，电源线分正负极，即色标传感器有电源线正极和电源线负极，正负极间需供24V直流电压，从而给色标传感器供电。色标传感器工作时，色标传感器的光发射端正对要检测的物体，接通电源之后，如果要检测的物体处在色标传感器的检测距离内，即色标传感器检测到有物体存在，色标传感器信号输出线输出信号为0V低电平信号，如果要检测的物体没有处在色标传感器的检测距离内，即色标传感器检测到无物体存在，色标传感器信号输出线输出信号为24V高电平信号，所以可以依据色标传感器信号输出线输出的信号为0V低电平信号还是24V高电平信号来判断是否有物体处在色标传感器的检测距离内。

本发明的检测原理如下：

实验证明，圆盘式机械手刀库由于刀柄2与拉钉9的螺纹联接松动出现卡刀或者掉刀故障时，刀柄2与拉钉9的螺纹联接松动使得刀柄2产生的最小位移远小于下边缘的轴肩圆柱面的长度h。换句话说，刀柄2与拉钉9的螺纹联接松动处在可导致圆盘式机械手刀库卡刀或者掉刀故障发生的最小程度时，刀柄2产生位移远小于下边缘的轴肩圆柱面的长度h。所以，可将刀柄2的环槽下边缘的轴肩圆柱面作为被检测物体，而不会导致色标传感器5误测。所以，本发明中，选择刀柄2的环槽下边缘的轴肩圆柱面为被检测物体，设置色标传感器5时，以安装固定色标传感器5之后，刚能检测到刀柄2的环槽下边缘的轴肩圆柱面为色标传感器5的检测距离，安装时，色标传感器5的光发射端正对刀柄2的环槽下边缘的轴肩圆柱面，此时，色标传感器5的检测距离内有刀柄2的环槽下边缘的轴肩圆柱面，色标传感器5信号输出线输出信号为0V低电平信号；无论刀柄2处于水平位置还是垂直位置，当刀柄2与拉钉9的螺纹联接松动到一定程度时，相对于刀套，刀柄2会产生一定的位移，这个位移到一定程度时，被安装固定的色标传感器5的光发射端从正对刀柄2的环槽下边缘的轴肩圆柱面变为正对刀柄2的环槽圆柱面，刀柄2的环槽下边缘的轴肩圆柱面与刀柄2的环槽圆柱面存在一定距离，所以，超出了色标传感器5的检测距离，即没有任何物体处在色标传感器5的检测距离内，即色标传感器5检测到无物体存在，色标传感器5信号输出线输出信号为24V高电平信号。本发明通过这种方式间接检测刀柄2是否产生了一定程度的位移。

基于上述原理，发明圆盘式机械手刀库卡刀掉刀故障预警装置，本发明使用色标传感器5来检测刀柄2的位移的程度，间接反映出刀柄2与拉钉9的螺纹联接松动的程度，从而实现圆盘式机械手刀库卡刀掉刀故障的预警。刀柄2处在垂直位置，即处在换刀位置时，检测效果最佳，但是安装色标传感器5器的空间不足，所以，本发明中所述的圆盘式机械手刀库卡刀掉刀故障预警装置工作时，被色标传感器5检测的刀柄2处在水平位置，下面详细描述。

参阅图1和图4所示，本发明由二个预警单元4组成，二个预警单元4都固定在圆盘式机械手刀库的圆盘式刀库1上，其中，一个预警单元4安装在圆盘式刀库1紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套的附近，另一个预警单元4安装在圆盘式刀库1紧邻换刀位置且处在换刀位置的左侧的刀套的附近。换刀之前，待换的刀柄2及其所带的刀具3需要随着刀套绕圆盘式刀库1的圆心从其正处在的位置转动至圆盘式刀库1外壳的缺口处，无论刀套绕圆盘式刀库1的圆心是逆时针旋转还是顺时针旋转，它必将通过两个紧邻换刀位置的刀套的位置中的一个位置，即刀套绕圆盘式刀库1的圆心是逆时针旋转时，待换的刀柄2及其所带的刀具3必将通过紧邻换刀位置且处在换刀位置的左侧的刀套的位置，刀套绕圆盘式刀库1的圆心是顺时针旋转时，待换的刀柄2及其所带的刀具3必将通过紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套的位置，在这两个位置时，刀套及刀柄2处于水平位置，在重力作用下，刀柄2也会从刀套向刀套外滑出一定的位移，由于摩擦等原因，这个位移小于刀柄2与拉钉9之间的距离Z的变大量，即刀柄2向外的位移不是很明显，但是也能通过在二个紧邻换刀位置的刀套的附近分别二个预警单元4来检测刀柄2向外的位移的程度。在这种安装方式下的好处是：基本不影响圆盘式机械手刀库的正常工作，容易安装。

参阅图3，预警单元4由色标传感器5、横梁6、报警器7、支架8组成。

参阅图7和图8，其中，报警器7由发讯器10、24V直流电源11、报警器开关12、继电器13、箱体14、接线端子排15组成。参阅图7，从结构上讲，所述的箱体14为长方体形的壳体结构件，箱体14的4个角焊接有4个小方板，每个方板上均有1个圆形通孔用于安装固定整个报警器7，箱体14的顶面装有发讯器10，侧面装有接线端子排15，接线端子排15具有7个接线端子，分别用于接220V交流电压、色标传感器5的信号输出线和电源线、继电器13的线圈，箱体14的顶面的一角装有报警器开关12。24V直流电源11、继电器13固定在箱体14的内部。

参阅图8，报警器7的连接电路及其与外部的连接电路如下：报警器7的电路由24V直流电源11供电，24V直流电源11由220V交流电路供电，即24V直流电源11的两根电源线通过接线端子排15的二个接线端子连入具有220V交流电压的电路，色标传感器5的电源线负极通过接线端子排15的一个接线端子接在24V直流电源11的com端，24V直流电源11的com端供0V直流电压，即24V直流电源11的com端和+24V直流电压端之间存在24V的电势差，色标传感器5的正极通过接线端子排15的一个接线端子接在24V直流电源11的+24V直流电压端，色标传感器5的信号输出线通过接线端子排15的一个接线端子接发讯器10的一极，发讯器10的另一极接在24V直流电源11的com端。报警器开关12串联在24V直流电源11的一根电源线连入具有220V交流电压的电路的线路中，它既是报警器7的手动开关，也是预警单元4的手动开关，当需要手动使用预警单元4时，将报警器开关12闭合，不需要时将之断开，操作方便。另外，报警器开关12并联有继电器13的常开触点，继电器13的线圈的两极分别通过接线端子排15的2个接线端子接入圆盘式机械手刀库所在的数控机床的数控系统18。

参阅图3，预警单元4中，支架8是整个预警单元4的支撑件，支架8的底座为长方体平板，支架8的底座上有四个圆形通孔和四个螺纹孔，支架8的底座的右侧的边的两端各有一个长方体立柱，二个长方体立柱与支架8的底座垂直，二个长方体立柱上各有一个长条通孔。横梁6是一个长方体结构件，横梁6中间有一个长条通孔，横梁6的两端各有一个圆形通孔。报警器7的箱体14的四个小方板上的四个圆形通孔与支架8的四4个螺纹孔分别用四个螺钉联接，使报警器7固定在支架8的底座上。横梁6上的二个圆形通孔与支架8的二个长方体立柱上的二个长条通孔分别用二组螺栓螺母联接，使横梁6固定在支架8的长方体立柱上。色标传感器5的安装面与横梁6的长方形面接触，色标传感器5的安装面上的二个螺纹孔与横梁6的长条通孔分别用二个螺钉联接，使色标传感器5固定在一横梁6上，固定之后，色标传感器5的光发射端正对刀柄2。

参阅图4，支架8上的四个圆形通孔与圆盘式刀库1上的四4个配作孔分别用四4个螺钉联接，使预警单元4固定在圆盘式刀库1上。二个预警单元4固定之后，安装在圆盘式刀库1紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套的附近的预警单元4的色标传感器5的光发射端的轴线同时与圆盘式刀库1的轴线和紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套的轴线垂直相交，安装在圆盘式刀库1紧邻换刀位置且处在换刀位置的左侧的刀套的附近的预警单元4的色标传感器5的光发射端的轴线同时与圆盘式刀库1的轴线和紧邻换刀位置且处在换刀位置的左侧的刀套的轴线垂直相交，即二个色标传感器5的光发射端的轴线与铅垂线的夹角均等于α，α等于360°除以储刀位置数量n。

实验证明，这样安装也可避开刀柄2的环槽下边缘的轴肩上的键槽，即色标传感器5的光发射端不会应正对刀柄2的环槽下边缘的轴肩上的键槽而产生误判。

本发明的工作过程：

参阅图9所示；

(1)、首次使用时，需要在圆盘式机械手刀库的圆盘式刀库1上安装二个预警单元4，确定二个预警单元4的安装位置：二个预警单元4固定之后，安装在圆盘式刀库1紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套的附近的预警单元4的色标传感器5的光发射端的轴线同时与圆盘式刀库1的轴线和紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套的轴线垂直相交，安装在圆盘式刀库1紧邻换刀位置且处在换刀位置的左侧的刀套的附近的预警单元4的色标传感器5的光发射端的轴线同时与圆盘式刀库1的轴线和紧邻换刀位置且处在换刀位置的左侧的刀套的轴线垂直相交。

(2)、首次使用时，在安装好二个预警单元4之后，需要对二个预警单元4进行调试，由于参数不同，所二2个预警单元4需要分别调试，具体为：

1)参阅图4所示，调试安装在圆盘式刀库1紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套的附近的预警单元4的色标传感器5的光发射端到紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套中的刀柄2的环槽下边缘的轴肩圆柱面的距离L，即确定距离L的大小，具体方法为：调试色标传感器5的设置面，确定色标传感器5的检测距离，松开色标传感器5的安装面上的二个螺纹孔与横梁6的长条通孔之间的二个螺钉，色标传感器5沿着横梁6的长条通孔移动，使得距离L等于色标传感器5的检测距离，然后拧紧色标传感器5的安装面上的二个螺纹孔与横梁6的长条通孔之间的二个螺钉加以固定。用同样的方法调试安装在圆盘式刀库1紧邻换刀位置且处在换刀位置的左侧的刀套的附近的预警单元4的色标传感器5的光发射端到紧邻换刀位置且处在换刀位置的左侧的刀套中的刀柄2的环槽下边缘的轴肩圆柱面的距离X，即确定距离X的大小；

2)参阅图5所示，调试安装在圆盘式刀库1紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套的附近的预警单元4的色标传感器5的光发射端的轴线到紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套中的刀柄2的环槽下边缘的距离H，即确定距离H的大小，具体方法为：拧松刀柄2与拉钉9的螺纹联接，使得刀柄2与拉钉9之间的距离Z为0.1mm，然后将刀柄2放入刀套中，运行圆盘式机械手刀库，使得刀套绕圆盘式刀库1的圆心顺时针旋转，并且观察圆盘式机械手刀库是否发生卡刀、掉刀故障，如果未发生，再次拧松刀柄2与拉钉9的螺纹联接，使得刀柄2与拉钉9之间的距离Z再增大0.1mm，如此反复，直至圆盘式机械手刀库发生卡刀或者掉刀故障，然后将这一刀柄2运行至紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套的位置，拧松横梁6上的二个圆形通孔与支架8的二2个长方体立柱上的二个长条通孔之间的二2组螺栓螺母，横梁6沿着支架8的二个长方体立柱上的二2个长条通孔从支架8的二个长方体立柱的顶端至顶端移动，直至发讯器10刚好发生报警，此时色标传感器5的光发射端的轴线到紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套中的刀柄2的环槽下边缘的距离H确定，然后拧紧横梁6上的二个圆形通孔与支架8的二个长方体立柱上的2个长条通孔之间的二组螺栓螺母加以固定。参阅图6所示，用同样的方法调试安装在圆盘式刀库1紧邻换刀位置且处在换刀位置的左侧的刀套的附近的预警单元4的色标传感器5的光发射端的轴线到紧邻换刀位置且处在换刀位置的左侧的刀套中的刀柄2的环槽下边缘的距离Y，即确定距离Y的大小，此时运行圆盘式机械手刀库，应该使得刀套绕圆盘式刀库1的圆心逆时针旋转；

(3)、安装调试好二个预警单元4之后，具体实施检测工作，有两种工作方式，手动模式和自动模式，其中，自动模式是依据圆盘式机械手刀库所在的数控机床的数控系统中的数控程序执行动作，两种模式的具体工作过程如下：

1)手动模式：逐条指令运行数控系统原有的数控程序(每个配有圆盘式机械手刀库的数控机床都有的，用来控制圆盘式机械手刀库的程序)，待换的刀柄2到达紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套的位置或者到达紧邻换刀位置且处在换刀位置的左侧的刀套的位置都为到达检测位置,当待换的刀柄2到达紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套的位置时,停止运行数控系统中的指令，按下安装在圆盘式刀库1紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套的附近的预警单元4的报警器开关12，即报警器开关12闭合，预警单元4开始工作，观察发讯器10是否报警，如果发讯器10报警，则关闭报警器开关12，从圆盘式机械手刀库上取下待换的刀柄2，拧紧刀柄2与拉钉9的螺纹联接，然后将待换的刀柄2装入圆盘式机械手刀库，如果发讯器10不报警，则关闭报警器开关12。当待换的刀柄2到达紧邻换刀位置且处在换刀位置的左侧的刀套的位置时,停止运行数控系统中的指令，按下安装在圆盘式刀库1紧邻换刀位置且处在换刀位置的左侧的刀套的附近的预警单元4的报警器开关12，即报警器开关12闭合，预警单元4开始工作，观察发讯器10是否报警，如果发讯器10报警，则关闭报警器开关12，从圆盘式机械手刀库上取下待换的刀柄2，拧紧刀柄2与拉钉9的螺纹联接，然后将待换的刀柄2装入圆盘式机械手刀库，如果发讯器10不报警，则关闭报警器开关12。重复上述步骤，用以检测下一个待换的刀柄2，直至检测完所有待换的刀柄2。

2)自动模式：首先要按照下面的流程编制数控程序，然后运行数控系统，加载这个数控程序，数控程序的控制下自动执行下述动作，当待换的刀柄2到达紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套的位置时，圆盘式机械手刀库暂停动作，安装在圆盘式刀库1紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套的附近的预警单元4的继电器13的常开触点吸合，如果发讯器10报警，则停止圆盘式机械手刀库的换刀动作，直至人为干预数控系统，继电器13的常开触点才断开，发讯器10的报警停止，如果发讯器10不报警，则在待换的刀柄2到达检测位置0.5秒之后，继电器13的常开触点断开，圆盘式机械手刀库继续执行换刀动作，顺利完成换刀。当待换的刀柄2到达紧邻换刀位置且处在换刀位置的左侧的刀套的位置时，圆盘式机械手刀库暂停动作，安装在圆盘式刀库1紧邻换刀位置且处在换刀位置的左侧的刀套的附近的预警单元4的继电器13的常开触点吸合，如果发讯器10报警，则停止圆盘式机械手刀库的换刀动作，直至人为干预数控系统，继电器13的常开触点才断开，发讯器10的报警停止，如果发讯器10不报警，则在待换的刀柄2到达检测位置0.5秒之后，继电器13的常开触点断开，圆盘式机械手刀库继续执行换刀动作，顺利完成换刀。

由于针对不同的数控系统，所编制的数控程序是不同的，所以本发明不保护上述数控程序，但是确定数控系统能编制上述数控程序对本发明进行控制，而且能通过编制程序实现二个预警单元4协调同步工作。

具体实施过程中，实施例中的装置可以根据需要进行取舍或变型，或者说，本发明还可以有其他实施方式：

1.所选用的色标传感器的型号可依据圆盘式机械手刀库的不同而选用不同的型号；

2.在报警器的电路中加入一些诸如过流过载继电器等保护装置；

但是这些改变都不改变整体效果。

由于本发明是通过对刀柄处在重力场的位移的检测实现功能的，所以，它需要使用在圆盘式机械手刀库安装在数控机床之后换刀位置处在圆盘式机械手刀库的最下端，且除换刀位置的刀套外，其他刀套均处于水平位置的场合下，本发明中编制的工作流程仅能用于换刀、从圆盘式机械手刀库给空主轴装刀时，从主轴给圆盘式机械手刀库装刀时，处在换刀位置的刀套中没刀柄，无法通过本发明中编制的工作流程使用本发明。

Claims (1)

1.一种圆盘式机械手刀库卡刀掉刀故障预警装置，其特征在于：是由两个预警单元(4)组成；

所述的预警单元(4)由色标传感器(5)、横梁(6)、报警器(7)、支架(8)组成；支架(8)的底座为长方体平板，支架(8)的底座上有四个圆形通孔和四个螺纹孔，支架(8)的底座的右侧的边的两端各有一个长方体立柱，两个长方体立柱与支架(8)的底座垂直，两个长方体立柱上各有一个长条通孔；横梁(6)是一个长方体结构件，横梁(6)中间有一个长条通孔，横梁(6)的两端各有一个圆形通孔，报警器(7)的箱体(14)的四个小方板上的四个圆形通孔与支架(8)的四个螺纹孔分别用四个螺钉联接，横梁(6)上的两个圆形通孔与支架(8)的两个长方体立柱上的两个长条通孔分别用两组螺栓螺母联接，色标传感器(5)的安装面与横梁(6)的长方形面接触，色标传感器(5)的安装面上的两个螺纹孔与横梁(6)的长条通孔分别用两个螺钉联接；

所述的两个预警单元(4)都固定在圆盘式机械手刀库的圆盘式刀库(1)上，两个预警单元(4)固定之后，其中一个预警单元(4)的色标传感器(5)的光发射端的轴线同时与圆盘式刀库(1)的轴线和紧邻换刀位置且处在换刀位置的右侧的刀套的轴线垂直相交，另一个预警单元(4)的色标传感器(5)的光发射端的轴线同时与圆盘式刀库(1)的轴线和紧邻换刀位置且处在换刀位置的左侧的刀套的轴线垂直相交；

所述的预警单元(4)的报警器(7)由发讯器(10)、24V直流电源(11)、报警器开关(12)、继电器(13)、箱体(14)、接线端子排(15)组成，箱体(14)为长方体形的壳体结构件，箱体(14)的四个角焊接有四个小方板，每个方板上均有一个圆形通孔，箱体(14)的顶面装有发讯器(10)，箱体(14)侧面装有接线端子排(15)，接线端子排(15)具有七个接线端子，箱体(14)的顶面的一角装有报警器开关(12)，24V直流电源(11)和继电器(13)固定在箱体(14)的内部；

所述的24V直流电源(11)的两根电源线通过接线端子排(15)的两个接线端子连入具有220V交流电压的电路，色标传感器(5)的电源线负极通过所述的接线端子排(15)的一个接线端子接在所述的24V直流电源(11)的com端，色标传感器(5)的正极通过接线端子排(15)的一个接线端子接在24V直流电源(11)的+24V直流电压端，色标传感器(5)的信号输出线通过接线端子排(15)的一个接线端子接在发讯器(10)的一极，发讯器(10)的另一极接24V直流电源(11)的com端，报警器开关(12)串联在24V直流电源(11)的一根电源线连入具有220V交流电压的电路的线路中，报警器开关(12)并联有继电器(13)的常开触点，继电器(13)的线圈的两极分别通过接线端子排(15)的两个接线端子接入圆盘式机械手刀库所在的数控机床的数控系统(18)。