CN106826334A

CN106826334A - 斗笠式刀库换刀装置及其控制方法

Info

Publication number: CN106826334A
Application number: CN201710194054.XA
Authority: CN
Inventors: 农胜隆; 高尚晗; 潘宇倩; 张莹
Original assignee: Guangxi University of Science and Technology; Lushan College of Guangxi University of Science and Technology
Current assignee: Guangxi University of Science and Technology; Lushan College of Guangxi University of Science and Technology
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2017-06-13
Anticipated expiration: 2037-03-28
Also published as: CN106826334B

Abstract

一种斗笠式刀库换刀装置及其控制方法，涉及一种换刀装置及其控制方法，装置包括刀盘、刀盘旋转驱动装置、多个刀架，刀盘旋转驱动装置包括棘轮、棘轮推动锁止机构，棘轮通过刀盘轮毂与刀盘连接；棘轮推动锁止机构包括驱动缸、活塞连杆、棘轮推动机构和棘轮锁止机构，活塞连杆分别与棘轮推动机构和棘轮锁止机构连接，棘轮推动机构和棘轮锁止机构分别与棘轮连接。方法是PLC通过电磁换向阀控制驱动缸活塞不断伸缩，使棘爪连续推动棘轮旋转实现换刀，同时通过锁紧块对槽轮分度盘锁紧，实现对刀盘进行锁紧，整个换刀过程结束。本发明具有定位精度高、稳定性好、可靠性能好、结构简单、维护方便、成本低、方法简单的特点，易于推广使用。

Description

斗笠式刀库换刀装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种换刀装置及其控制方法，特别是一种斗笠式刀库换刀装置及其控制方法。

背景技术

刀库的可靠性和换刀的速度决定着加工中心的加工效率，因为一个复杂的零件，特别是螺孔比较多的情况下，需要频繁换刀，如果是人工换刀的话效率肯定大打折扣，借助高效率的刀库自动换刀，则可以事半功倍。斗笠式刀库是加工中心常用的一种换刀装配，斗笠式刀库一般能存储8～24把刀具，其结构主要由步进电机、鼓轮、分度盘、槽轮机构等零部件组成。用步进电机控制刀库旋转虽然精度较高，调试也方便，但操作起来比较复杂，价格相对较高，其稳定性和可靠性较差，而且步进电机的控制信号容易受到外界的干扰，容易存在误差累积，因而定位精度不够高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供的一种定位精度高、稳定性好、结构简单、维护方便的斗笠式刀库换刀装置及其控制方法。

解决上述技术问题的技术方案是：一种斗笠式刀库换刀装置，包括刀盘、刀盘旋转驱动装置、多个刀架，所述的多个刀架均布在刀盘的圆周上，刀盘通过刀盘轮毂与刀盘旋转驱动装置连接，所述的刀盘旋转驱动装置包括棘轮、棘轮推动锁止机构，所述的棘轮通过刀盘轮毂与刀盘连接，棘轮的棘数与刀架的数量相同；所述的棘轮推动锁止机构包括驱动缸、活塞连杆、棘轮推动机构和棘轮锁止机构，活塞连杆与驱动缸的活塞的输出端连接，活塞连杆还分别与棘轮推动机构和棘轮锁止机构连接，棘轮推动机构和棘轮锁止机构分别与棘轮连接。

本发明的进一步技术方案是：所述的棘轮推动机构包括棘爪，该棘爪通过销钉Ⅰ与活塞连杆的末端连接，棘爪与棘轮相棘合。

本发明的进一步技术方案是：所述的棘轮锁止机构包括槽轮分度盘、锁紧块、机架、套筒、锁紧连杆，所述的槽轮分度盘固定在连轴上，并通过该连轴与棘轮连接，该槽轮分度盘的圆周上均布有数量与棘轮的棘数相同的分度槽；所述的锁紧连杆的一端通过销钉Ⅱ与活塞连杆连接，锁紧连杆的另一端与锁紧块连接，所述的机架通过销钉Ⅲ与套筒连接，套筒套接在锁紧连杆上；所述的锁紧块与槽轮分度盘的分度槽相配合。

本发明的进一步技术方案是：在对应每个刀架的刀位点上还分别安装有接近开关，在驱动缸的两端分别安装有两个活塞感应开关，接近开关和活塞感应开关的输出端与PLC的输入端连接；所述的驱动缸还分别通过管道与电磁换向阀的输出端连接，电磁换向阀的输入电源与PLC的输出端连接。

本发明的再进一步技术方案是：所述的驱动缸为单作用气压缸，该驱动缸上分别设有进气口和出气口，活塞连杆上套有复位弹簧；进气口和出气口分别通过管道与电磁换向阀的输出端连接。

本发明的另一技术方案是：一种斗笠式刀库换刀装置的控制方法，：该方法是机床数控系统先根据加工程序对PLC发出要换某个刀位的信号，PLC接收到控制信号后对电磁换向阀进行控制，并控制驱动缸的活塞不断的伸缩，使棘爪连续推动棘轮旋转，当转到该刀位点后触发安装在刀位点上的接近开关，接近开关把触发信号反馈给PLC，这时PLC立刻停止给电磁换向阀供电，驱动缸的活塞被复位弹簧推回初始位置，同时通过锁紧块对槽轮分度盘锁紧，从而实现对刀盘进行锁紧，整个换刀过程结束。

由于采用上述结构，本发明之斗笠式刀库换刀装置及其控制方法与现有技术相比，具有以下有益效果：

1.定位精度高

由于本发明之斗笠式刀库换刀装置包括刀盘、刀盘旋转驱动装置、多个刀架，其中，刀盘旋转驱动装置包括棘轮、棘轮推动锁止机构，棘轮通过刀盘轮毂与刀盘连接，棘轮的棘数与刀架的数量相同；棘轮推动锁止机构包括驱动缸、活塞连杆、棘轮推动机构和棘轮锁止机构。工作时，通过驱动缸驱动活塞连杆伸缩运动，带动棘轮推动机构推动刀盘转动，从而实现换刀。因而本发明避免了步进电机容易存在的误差累积，其定位精度较高，大大提高了系统换刀的效率。

2.稳定性好：

在机械控制中，用机械机构能够实现的运动永远都是最稳定的。而本发明正用利用了纯机械机构中的棘轮、棘轮推动锁止机构即可实现推动刀盘转动，没有电气控制过程中的干扰问题，其稳定性较好。

3.可靠性能好：

由于本发明包括有棘轮锁止机构，该用于棘轮锁止机构保证换刀后使刀盘能够锁紧，使刀盘不发明偏移，保证下一次的可靠换刀，其可靠性能好。

4.结构简单，维护方便：

本装置包括刀盘、刀盘旋转驱动装置、多个刀架，其中刀盘旋转驱动装置是通过三个转动副推动刀盘旋转和锁止，结构比较简单，维护比较方便。

5.成本低：

本装置只需要一个单作用气压缸，一个电磁换向阀、三个转动副和一个移动副，相对于步进控制系统中的步进电机和步进驱动器，其成本要降低很多。

6.方法简单：

由于本换刀装置是直接把气缸的往复运动来推动刀盘来实现的，在方法上只有对电磁换向阀的线圈进行通断供电即可，所以控制方法简单。而步进系统不仅要对步进脉冲进行精确控制，还要考虑对步进电机的锁定，所以程序的编写会相对复杂，其控制方法比较复杂。

下面，结合附图和实施例对本发明之斗笠式刀库换刀装置及其控制方法的技术特征作进一步的说明。

附图说明

图1：实施例一所述本发明之斗笠式刀库换刀装置的结构示意图，

图2：实施例一所述刀盘旋转驱动装置的结构示意图，

图3：实施例一所述驱动缸与棘轮推动机构之间的连接关系示意图，

图4：接近开关的安装位置示意图，

图5：活塞感应开关的安装位置示意图，

图6：PLC的接线板示意图。

在上述附图中，各附图标记说明如下：

1-刀盘，

2-刀盘旋转驱动装置，

21-棘轮，

22-棘轮推动锁止机构，

221-驱动缸，2211-进气口，2212-出气口，

222-活塞连杆，

223-棘轮推动机构，

2231-棘爪，2232-销钉Ⅰ，

224-棘轮锁止机构，2241-槽轮分度盘，22411-分度槽，2242-锁紧块，2243-机架，2244-套筒，2245-锁紧连杆，2246-销钉Ⅱ，2247-销钉Ⅲ，

225-复位弹簧，

3-刀架，4-刀盘轮毂， 5-电磁换向阀，6-PLC，7-连轴，8-刀柄，

X0～X7-接近开关，X10～X11-活塞感应开关，Y0-电磁换向阀的继电器线圈，

X0₀～X7₀ 、X10₀～X11₀分别为PLC的输入端，Y0₁～Y3₁分别为PLC的输出端。

具体实施例

实施例一：

图1中公开的是一种斗笠式刀库换刀装置，包括刀盘1、刀盘旋转驱动装置2、8个刀架3，所述的8个刀架3均布在刀盘1的圆周上，刀盘1通过刀盘轮毂4与刀盘旋转驱动装置2连接，所述的刀盘旋转驱动装置2包括棘轮21、棘轮推动锁止机构22，所述的棘轮21通过刀盘轮毂4、连轴7与刀盘1连接，棘轮21的棘数与刀架3的数量相同；所述的棘轮推动锁止机构22包括驱动缸221、活塞连杆222、棘轮推动机构223和棘轮锁止机构224，活塞连杆222与驱动缸221的活塞的输出端连接，活塞连杆222还分别与棘轮推动机构223和棘轮锁止机构224连接，棘轮推动机构223和棘轮锁止机构224分别与棘轮21连接。

所述的棘轮推动机构223包括棘爪2231，该棘爪2231通过销钉Ⅰ2232与活塞连杆222的末端连接，棘爪2231与棘轮21棘合。由于棘爪2231是通过销钉Ⅰ2232与活塞连杆222连接在一起形成第一转动副，所以棘爪1231既可以上下运动，也可以左右摆动，其目的是为了推动棘轮。

所述的棘轮锁止机构224用于保证换刀后使刀盘能够锁紧，使刀盘不发明偏移，保证下一次的可靠换刀。该棘轮锁止机构224包括槽轮分度盘2241、锁紧块2242、机架2243、套筒2244、锁紧连杆2245，所述的槽轮分度盘2241固定在连轴7上，并通过该连轴7与棘轮21连接，该槽轮分度盘2241的圆周上均布有数量与棘轮21的棘数相同的分度槽22411；所述的锁紧连杆2245的一端通过销钉Ⅱ2246与活塞连杆222连接，锁紧连杆2245的另一端与锁紧块2242连接，所述的机架2243通过销钉Ⅲ2247与套筒2244连接，套筒2244套接在锁紧连杆2245上；所述的锁紧块2242与槽轮分度盘2241的分度槽22411相配合。所述锁紧连杆2245、销钉Ⅱ2246、活塞连杆222形成第二转动副；机架、套筒和销钉Ⅲ2247构成了第三转动副；套筒2244、锁紧连杆2245构成移动副。

所述的驱动缸221为单作用气压缸，该驱动缸221上分别设有进气口2211和出气口2212，气体通过该进气口2211和出气口2212分别进入（或排出）驱动缸的上腔和驱动缸的下腔，控制活塞的上、下运动；活塞连杆222上套有复位弹簧225，该复位弹簧225的作用主要是使活塞连杆伸回。

在驱动缸的活塞带动活塞连杆和棘爪往下运动的过程中，由于机架是固定不动的，通过第二转动副和第三转动副的作用使锁紧块脱离分度槽，从而使棘爪推动棘轮作旋转运动；当驱动缸的活塞带动活塞连杆和棘爪往上运动的过程中，由于第二转动副和第三转动副的作用使锁紧块进到分度槽内，锁住槽轮分度盘，从而使旋转运动被锁死。

上述的驱动缸221的进气口2211和出气口2212分别通过管道与电磁换向阀5的输出端连接，电磁换向阀5的输入端与PLC6连接，使驱动缸的活塞的伸缩运动由电磁换向阀的换向进行控制。

为了使换刀装置能和机床的数控系统配合控制，在对应每个刀架3的刀位点上还分别安装有接近开关X0～X7，本实施例里，所述的刀位点是槽轮分度盘2241的分度槽22411，在驱动缸221的两端分别安装有两个活塞感应开关X10～X11，活塞感应开关的作用是感应活塞伸出和缩回的两个极限位置。在PLC6的接线板上，X0₀～X7₀ 、X10₀～X11₀分别为PLC的输入端，Y0₁～Y3₁分别为PLC的输出端；所述的接近开关X0～X7和活塞感应开关X10～X11的输出端与PLC6的输入端X0₀～X7₀ 、X10₀～X11₀连接， PLC的输出端Y0₁与电磁换向阀的的输入电源连接。PLC通过编好的程序对输入端进行信号采样，当采样到所要更换刀具的刀位点时，发出控制信号到输出端，控制电磁换向阀继电器线圈的得电，从而控制驱动缸的活塞不断伸缩，直到所要选定的刀位点，然后停止旋转并锁定，最后更换刀具。

作为本实施例一的一种变换，所述的刀架3数量也可以不是8个，而是更多或更少。

作为本实施例一的又一种变换，所述的刀位点还可以是对应每个刀位的棘轮的棘，或还可以是对应每个刀位的刀架。

实施例二：

一种斗笠式刀库换刀装置的控制方法，该方法是机床数控系统先根据加工程序对PLC6发出要换某个刀位的信号，PLC6接收到控制信号后对电磁换向阀5进行控制，并控制驱动缸221的活塞不断的伸缩，使棘爪2231连续推动棘轮21旋转，当转到该刀位点后触发安装在刀位点上的接近开关，接近开关把触发信号反馈给PLC6，这时PLC6立刻停止给电磁换向阀5供电，驱动缸221的活塞被复位弹簧225推回初始位置，同时通过锁紧块2242对槽轮分度盘2241锁紧，从而实现对刀盘进行锁紧，整个换刀过程结束。

具体过程如下：

机床数控系统先根据加工程序对PLC6发出要换某个刀位的信号，PLC6接收到控制信号后对电磁换向阀5进行左右换向控制，并控制驱动缸221的活塞不断的伸缩，使棘爪2231连续推动棘轮21旋转，棘轮21的转动会带动着槽轮分度盘、刀库轮毂和刀盘一起同步旋转。当转到该刀位点后触发安装在刀位点上的接近开关，接近开关把触发信号反馈给PLC6，这时PLC6立刻停止给电磁换向阀5供电，驱动缸221的活塞被复位弹簧225推回初始位置，同时通过锁紧块2242对槽轮分度盘2241锁紧，从而实现对刀盘进行锁紧，使整个旋转系统固定在所要换刀的位置，接下来机床数控系统对PLC发出信号指令，PLC使主轴箱进行卸刀、装刀的换刀控制，完成一个换刀的过程。换刀装置再等待机床数控系统和PLC发出的换刀指令，进行下一个换刀动作。

Claims

1.一种斗笠式刀库换刀装置，包括刀盘（1）、刀盘旋转驱动装置（2）、多个刀架（3），所述的多个刀架（3）均布在刀盘（1）的圆周上，刀盘（1）通过刀盘轮毂（4）与刀盘旋转驱动装置（2）连接，其特征在于：所述的刀盘旋转驱动装置（2）包括棘轮（21）、棘轮推动锁止机构（22），所述的棘轮（21）通过刀盘轮毂（4）与刀盘（1）连接，棘轮（21）的棘数与刀架（3）的数量相同；所述的棘轮推动锁止机构（22）包括驱动缸（221）、活塞连杆（222）、棘轮推动机构（223）和棘轮锁止机构（224），活塞连杆（222）与驱动缸（221）的活塞的输出端连接，活塞连杆（222）还分别与棘轮推动机构（223）和棘轮锁止机构（224）连接，棘轮推动机构（223）和棘轮锁止机构（224）分别与棘轮（21）连接。

2.根据权利要求1所述的斗笠式刀库换刀装置，其特征在于：所述的棘轮推动机构（223）包括棘爪（2231），该棘爪（2231）通过销钉Ⅰ（2232）与活塞连杆（222）的末端连接，棘爪（2231）与棘轮（21）相棘合。

3.根据权利要求1所述的斗笠式刀库换刀装置，其特征在于：所述的棘轮锁止机构（224）包括槽轮分度盘（2241）、锁紧块（2242）、机架（2243）、套筒（2244）、锁紧连杆（2245），所述的槽轮分度盘（2241）固定在连轴（7）上，并通过该连轴（7）与棘轮（21）连接，该槽轮分度盘（2241）的圆周上均布有数量与棘轮（21）的棘数相同的分度槽（22411）；所述的锁紧连杆（2245）的一端通过销钉Ⅱ（2246）与活塞连杆（222）连接，锁紧连杆（2245）的另一端与锁紧块（2242）连接，所述的机架（2243）通过销钉Ⅲ（2247）与套筒（2244）连接，套筒（2244）套接在锁紧连杆（2245）上；所述的锁紧块（2242）与槽轮分度盘（2241）的分度槽（22411）相配合。

4.根据权利要求1所述的斗笠式刀库换刀装置，其特征在于：在对应每个刀架（3）的刀位点上还分别安装有接近开关，在驱动缸（221）的两端分别安装有两个活塞感应开关，接近开关和活塞感应开关的输出端与PLC（6）的输入端连接；所述的驱动缸（221）还分别通过管道与电磁换向阀（5）的输出端连接，电磁换向阀（5）的输入电源与PLC（6）的输出端连接。

5.根据权利要求4所述的斗笠式刀库换刀装置，其特征在于：所述的驱动缸（221）为单作用气压缸，该驱动缸（221）上分别设有进气口（2211）和出气口（2212），活塞连杆（222）上套有复位弹簧（225）；进气口（2211）和出气口（2212）分别通过管道与电磁换向阀（5）的输出端连接。

6.一种斗笠式刀库换刀装置的控制方法，其特征在于：该方法是机床数控系统先根据加工程序对PLC（6）发出要换某个刀位的信号，PLC（6）接收到控制信号后对电磁换向阀（5）进行控制，并控制驱动缸（221）的活塞不断的伸缩，使棘爪（2231）连续推动棘轮（21）旋转，当转到该刀位点后触发安装在刀位点上的接近开关，接近开关把触发信号反馈给PLC（6），这时PLC（6）立刻停止给电磁换向阀（5）供电，驱动缸（221）的活塞被复位弹簧（225）推回初始位置，同时通过锁紧块（2242）对槽轮分度盘（2241）锁紧，从而实现对刀盘进行锁紧，整个换刀过程结束。