CN109318024A - 一种还刀回库的装置、方法及一种数控机床 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种还刀回库的装置、方法及数控机床，方法包括：获取表征刀库中与主轴上的刀具对应的位置是否有刀的检测信息；根据检测信息首次判断与主轴上的刀具对应的位置是否有刀；若与主轴上的刀具对应的位置没有刀时，控制主轴沿Z轴向上运动到安全位置，并控制主轴执行定向动作且保持定向状态；控制刀库向主轴侧平移至换刀点位置；根据检测信息再次判断与主轴上的刀具对应的位置是否有刀；若与主轴上的刀具对应的位置没有刀时，控制主轴沿Z轴向下运动至换刀点位置；控制刀库抓刀；控制主轴松刀，并控制主轴沿Z轴向上运动至主轴与刀具分离。本发明提供的还刀回库的装置、方法及数控机床能够有效避免撞刀事故。
Description
技术领域
本发明涉及数控加工领域，特别是涉及一种还刀回库的装置、方法及一种数控机床。
背景技术
刀库是数控机床的关键部件，刀库的可靠和无故障是数控加工中心机床正常运行的重要保障。根据刀具容量可将刀库分为斗笠盘式和链式刀库，链式刀库一般用于刀具较多的机床上。根据刀库旋转动力可分为液压马达式刀库，普通电机式刀库，伺服电机式刀库，凸轮机械式刀库，无动力刀库等，其中，无动力刀库主要靠主轴带动。实际应用中，使用前两种方式的比较多，都使用感应开关计数，且控制方式相似。近年来，由于伺服电机的优良控制特性，伺服电机也越来越多的使用在刀库的旋转控制中，控制方式主要有可编程机床控制器(Programmable Machine Controller，PMC)轴控制、外部输入输出链接(Input/Output Link，I/O Link)轴控制两种。
数控加工中心机床刀库换刀方法分为随机换刀和固定换刀。刀盘分为斗笠式刀库和立式旋转式刀库等。早期的以斗笠式刀库为多，且多为固定换刀，现在发展出来的斗笠式刀库也有带机械手的，一般来说是否带机械手是判断随机换刀还是固定换刀的重要依据。
现有技术中，无论随机换刀还是固定式换刀，通常斗笠式刀库在换刀过程中，只会在抓刀步骤时对主轴侧和刀库侧待换刀位进行是否有刀检测，而刀臂在执行还刀动作时并未对待还刀的刀套内是否有刀进行检测，此时，一旦由于人为因素或是刀库误动作使刀套内有刀，必然会出现撞刀事故，造成严重后果。
因此，如何提供一种能够避免撞刀事故发生的还刀回库的装置及方法，成为本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种还刀回库的装置，能够避免撞刀事故。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种还刀回库的装置，所述装置与刀库连接，所述装置包括：
主轴，用于夹持刀具；
传感器，对应所述刀库设置，用于检测表征所述刀库中与所述主轴上的刀具对应的位置是否有刀的检测信息；
控制器，分别与所述传感器、所述主轴和所述刀库连接，用于
根据所述检测信息进行首次判断，确定与所述主轴上的刀具对应的位置是否有刀；
当与所述主轴上的刀具对应的位置没有刀时，
控制所述主轴沿Z轴向上运动到安全位置，并控制所述主轴完成定向动作且保持定向状态；
控制所述刀库向所述主轴侧平移至换刀点位置；
根据所述检测信息进行二次判断，确定与所述主轴上的刀具对应的位置是否有刀；
当与所述主轴上的刀具对应的位置仍然没有刀时，控制所述主轴沿Z轴向下运动至所述换刀点位置；
控制所述刀库抓刀；
控制所述主轴松刀，并控制所述主轴沿Z轴向上运动至所述主轴与所述刀具分离。
可选的，所述控制器还用于当所述首次判断或所述二次判断的结果为与所述主轴上的刀具对应的位置有刀时，控制所述主轴停止运动，并发出报警信息。
可选的，所述传感器为光电开关。
本发明的目的是提供一种数控机床，能够避免撞刀事故。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种数控机床，所述数控机床包括：刀库、所述的还刀回库的装置。
可选的，所述刀库为斗笠式刀库。
可选的，所述还刀回库的装置的传感器固定设置在所述刀库上，用于检测表征所述斗笠式刀库中与所述主轴上的刀具对应的刀套内是否有刀的检测信息。
本发明的目的是提供一种还刀回库的方法，能够避免撞刀事故。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种还刀回库的方法，所述方法用于所述的装置或用于所述的数控机床，所述方法包括：
获取表征刀库中与所述主轴上的刀具对应的位置是否有刀的检测信息；
根据所述检测信息首次判断与主轴上的刀具对应的位置是否有刀，获得首次判断结果；
当所述首次判断结果表示与主轴上的刀具对应的位置没有刀时，
控制主轴沿Z轴向上运动到安全位置，并控制所述主轴执行定向动作且保持定向状态；
控制所述刀库向所述主轴侧平移至换刀点位置；
根据所述检测信息再次判断与所述主轴上的刀具对应的位置是否有刀，获得二次判断结果；
当所述二次判断结果表示与所述主轴上的刀具对应的位置没有刀时，控制所述主轴沿Z轴向下运动至所述换刀点位置；
控制所述刀库抓刀；
控制所述主轴松刀，并控制所述主轴沿Z轴向上运动至所述主轴与所述刀具分离。
可选的，当所述首次判断结果或所述二次判断结果表示与所述主轴上的刀具对应的位置有刀时，控制所述主轴停止运动，并发出报警信息。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明提供的还刀回库的装置、方法及数控机床，对应刀库设置有用于实时检测与主轴上的刀具对应的位置是否有刀的传感器，控制器会实时获取传感器的检测信号。在还刀回库过程中，控制器首先根据传感器的检测信号进行首次判断，当确定与主轴上的刀具对应的位置没有刀时，控制器控制主轴沿Z轴向上运动到安全位置；当刀库平移至换刀点位置后，控制器根据传感器的实时检测信号再次进行判断，当确定对应位置仍然没有刀时，控制器才会控制主轴和刀库完成还刀回库的动作。在还刀回库过程中，如果由于人为因素或是刀库误动作使与主轴上的刀具对应的位置有刀，控制器将会根据传感器的实时检测信号控制主轴停止还刀回库的动作。因此，本发明提供的还刀回库的装置、方法及数控机床，能够有效避免撞刀事故的发生。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明实施例2中传感器的安装位置示意图；
图2为本发明实施例2中还刀回库时主轴和刀库的位置示意图；
图3为本发明实施例3的流程图；
图4为本发明实施例4的流程图；
图5为本发明实施例4中宏程序的梯形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种还刀回库的装置、方法及数控机床，能够有效避免撞刀事故的发生。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
实施例1：
一种还刀回库的装置，所述装置与刀库连接，所述装置包括：
主轴，用于夹持刀具；
传感器，对应所述刀库设置，用于检测表征所述刀库中与所述主轴上的刀具对应的位置是否有刀的检测信息，本实施例中，传感器为光电开关；
控制器，分别与所述传感器、所述主轴和所述刀库连接，用于
根据所述检测信息进行首次判断，确定与所述主轴上的刀具对应的位置是否有刀；
当与所述主轴上的刀具对应的位置没有刀时，控制所述主轴沿Z轴向上运动到安全位置，并控制所述主轴完成定向动作且保持定向状态，继续执行还刀回库的动作；与所述主轴上的刀具对应的位置有刀时，控制所述主轴停止运动，即结束还刀回库的动作，并发出报警信息；
控制所述刀库向所述主轴侧平移至换刀点位置；
根据所述检测信息进行二次判断，确定与所述主轴上的刀具对应的位置是否有刀；
当与所述主轴上的刀具对应的位置仍然没有刀时，控制所述主轴沿Z轴向下运动至所述换刀点位置，继续执行还刀回库的动作；与所述主轴上的刀具对应的位置有刀时，控制所述主轴停止运动，即结束还刀回库的动作，并发出报警信息；
控制所述刀库抓刀；
控制所述主轴松刀，并控制所述主轴沿Z轴向上运动至所述主轴与所述刀具分离。
本实施例中，在还刀回库过程中，如果由于人为因素或是刀库误动作使与主轴上的刀具对应的位置有刀，控制器将会根据传感器的实时检测信号控制主轴停止还刀回库的动作，并发出报警信号。因此，本发明提供的还刀回库的装置能够有效避免撞刀事故的发生。
实施例2：
如图1和图2所示，一种数控机床，所述数控机床包括：刀库1和实施例1中的还刀回库的装置，所述还刀回库的装置包括主轴2、传感器3和控制器4，其中控制器4未在图中显示。
本实施例中，所述刀库1为斗笠式刀库，还刀回库的装置的传感器4固定设置在刀库1上，用于检测表征斗笠式刀库1中与主轴2上的刀具对应的刀套内是否有刀的检测信息。
实施例3：
如图3所示，一种还刀回库的方法，本实施例中的方法用于实施例1的装置或用于实施例2中的数控机床，所述方法包括：
步骤11：获取表征刀库中与所述主轴上的刀具对应的位置是否有刀的检测信息；
步骤12：根据所述检测信息首次判断与主轴上的刀具对应的位置是否有刀，获得首次判断结果；
当所述首次判断结果表示与主轴上的刀具对应的位置没有刀时，执行步骤13；否则，执行步骤14；
步骤13：控制主轴沿Z轴向上运动到安全位置，并控制所述主轴执行定向动作且保持定向状态；
步骤14：控制所述主轴停止运动，结束还刀回库动作，并发出报警信息；
步骤15：控制所述刀库向所述主轴侧平移至换刀点位置；
步骤16：根据所述检测信息再次判断与所述主轴上的刀具对应的位置是否有刀，获得二次判断结果；
当所述二次判断结果表示与主轴上的刀具对应的位置有刀时，执行步骤14；否则，执行步骤17；
步骤17：控制所述主轴沿Z轴向下运动至所述换刀点位置；
步骤18：控制所述刀库抓刀；
步骤19：控制所述主轴松刀，并控制所述主轴沿Z轴向上运动至所述主轴与所述刀具分离。
本实施例中，控制器会实时获取传感器的检测信号。在还刀回库过程中，控制器首先根据传感器的检测信号进行首次判断，当确定与主轴上的刀具对应的位置没有刀时，控制器控制主轴沿Z轴向上运动到安全位置；当刀库平移至换刀点位置后，控制器根据传感器的实时检测信号再次进行判断，当确定对应位置仍然没有刀时，控制器才会控制主轴和刀库完成还刀回库的动作。因此，能够有效避免撞刀事故的发生。
实施例4：
由于宏程序在处理和编程上的方便性，在利用PMC实现刀库动作时，结合宏程序进行，可以大大的节省PMC编程的内容，减少工作量，使用宏程序同时还可以加强可读性，在时序的处理上，可以避免类似梯形图中的复杂处理，而是利用程序的执行顺序方便的完成，下面以PMC结合宏程序来实施本发明的方法，如图4所示，斗笠式刀库的还刀回库过程和换刀过程如下：
步骤401：斗笠式刀库在正常状态下，当操作者输入“M06Txx”换刀指令时，即检测到TF信号上升沿时，系统会根据之前的刀库数据信息检查目前主轴上刀具号是否与指令刀号“xx”相同，若相同则执行步骤409；不相同则执行步骤402；
步骤402：判断主轴刀号是否为“0”，若为“0”则执行步骤406；若不为“0”则执行步骤403；
步骤403：刀库检测当前刀套与主轴上刀号是否相等，若是，执行步骤404，否则，刀盘旋转至刀套刀号等于主轴上刀号，执行步骤404；
步骤404：判断当前刀套是否为空刀套，若是，执行步骤405，即直接进行下一步还刀动作，若否，终止换刀程序；
步骤405：主轴沿Z轴方向返回第一参考点位置，主轴执行M19主轴定向动作，并保持定向状态移动至第二参考点；刀库向主轴侧平行移动至换刀点位置，到达换刀点位置后向PLC发出到位信号，系统检测到信号后会发出松刀指令和松刀吹气指令，松刀指令完成后会输出松刀到位信号，当PLC检测到松刀到位信号后会发出Z轴返回第一参考点的指令，完成还刀入库动作；
步骤406：系统判断换刀指令“M06Txx”里“xx”是否为“0”，若为“0”则执行步骤409，否则执行步骤407；
步骤407：刀盘旋转至“xx”号刀套，判断当前刀套号是否为所需“xx”号刀，若是，则停止旋转，执行步骤408，否则继续旋转至当前刀套号为所需“xx”号刀的位置，执行步骤408；
步骤408：主轴执行松刀指令和松刀吹气指令，并沿Z轴由第一参考点向第二参考点位置移动，到达第二参考点后，执行夹刀指令并停止松刀吹气。同时向PLC输出夹刀到位信号。检测到夹刀到位信号后，刀库平行移动远离主轴，完成扣刀上主轴动作，解除主轴定向；
步骤409：处理刀库信号，更新主轴刀号数据表；
步骤410：结束换刀。
本实施例在还刀回库前，增加光电感应开关即传感器来判断还刀回刀库的刀套内是否有刀。有刀的情况下光电开关会被接通，即使系统默认空刀位允许还刀，关电开关检测开关信号会优先处理换刀信号，立刻中断换刀动作，同时发出报警信息。换刀宏程序中，利用#1000～#1002宏变量对应PMC信号G54的相应位，可直接的和PMC进行联系，给本方案提供了很大的便利性。当光电感应开关被遮挡输出信号X2.1会被接通，PMC内部继电器信号G54.0导通，通过FANUC PMC和系统宏变量之间的联系，此时宏变量#1000的值会变成“1”。当宏变量#1000＝1是换刀宏程序会自动跳转至N3000，从而使换刀动作停止，即不再进行还刀回库动作，并发出“MAG POT NOT EMPTY”报警信息，避免撞刀事故的发生。
本实施的宏程序如下：
宏程序中，利用#1000～#1002宏变量对应PMC信号G54的相应位，可直接的和PMC进行联系，极大的方便了处理。当光电感应开关被遮挡输出信号X2.1会被接通，PMC内部继电器信号G54.0导通，通过FANUC PMC和系统宏变量之间的联系，此时宏变量#1000的值会变成“1”。当宏变量#1000＝1是换刀宏程序会自动跳转至N3000，从而使换刀动作停止(不再进行还刀回库动作)，并发出“MAG POT NOT EMPTY”报警信息，避免撞刀事故的发生。
宏程序相关变量解释
#1000(G54#0)：判断刀盘待刀位置上是否有刀，若有刀则#1000＝1；
M代码定义：
M80：刀库旋转使能(通知PMC，可以执行换刀动作了)；
M81：刀库向右(靠近主轴)；
M87：松刀，吹气；
M88：刀库旋转完毕；
M86：刀具夹紧；
M82：刀盘向左(远离主轴)；
数据表含义：
D0：主轴当前刀号(初始状态时默认主轴上无刀，即D0＝0)；
系统参数设定要求：
设定P6001#5＝1(使用T代码调用O9000宏程序)
按实际要求设定Z轴P1240(第一参考点位置)和P1241(第二参考点位置参数)
第一参考点为主轴抓刀等待位，第二参考点为刀库扣刀位。
如图5所示，增加X2.1输入信号点检测，当X2.1接通G54#0＝1接通，K21.1为PLCKeep Relay功能开关。
增加光电位置开关，来检测在主轴还刀时确保刀盘对应位置为没有刀具，避免发生误动作。本实施例中，对光电感应开关的要求如下表1所示。
表1光电感应开关性能要求
| 名称 | 输出形态 | 工作电压 | 检出距离 | 应答时间 |
| 光电感应开关 | PNPNO | DC24V | 300mm | ＜5ms |
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (8)
1.一种还刀回库的装置，其特征在于，所述装置与刀库连接，所述装置包括：
主轴，用于夹持刀具；
传感器，对应所述刀库设置，用于检测表征所述刀库中与所述主轴上的刀具对应的位置是否有刀的检测信息；
控制器，分别与所述传感器、所述主轴和所述刀库连接，用于
根据所述检测信息进行首次判断，确定与所述主轴上的刀具对应的位置是否有刀；
当与所述主轴上的刀具对应的位置没有刀时，
控制所述主轴沿Z轴向上运动到安全位置，并控制所述主轴完成定向动作且保持定向状态；
控制所述刀库向所述主轴侧平移至换刀点位置；
根据所述检测信息进行二次判断，确定与所述主轴上的刀具对应的位置是否有刀；
当与所述主轴上的刀具对应的位置仍然没有刀时，控制所述主轴沿Z轴向下运动至所述换刀点位置；
控制所述刀库抓刀；
控制所述主轴松刀，并控制所述主轴沿Z轴向上运动至所述主轴与所述刀具分离。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制器还用于当所述首次判断或所述二次判断的结果为与所述主轴上的刀具对应的位置有刀时，控制所述主轴停止运动，并发出报警信息。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述传感器为光电开关。
4.一种数控机床，其特征在于，所述数控机床包括：刀库、权利要求1～3任一项所述的还刀回库的装置。
5.根据权利要求4所述的数控机床，其特征在于，所述刀库为斗笠式刀库。
6.根据权利要求5所述的数控机床，其特征在于，所述还刀回库的装置的传感器固定设置在所述刀库上，用于检测表征所述斗笠式刀库中与所述主轴上的刀具对应的刀套内是否有刀的检测信息。
7.一种还刀回库的方法，其特征在于，所述方法用于权利要求1～3中任一项所述的装置或用于权利要求4～6中任一项所述的数控机床，所述方法包括：
获取表征刀库中与所述主轴上的刀具对应的位置是否有刀的检测信息；
根据所述检测信息首次判断与主轴上的刀具对应的位置是否有刀，获得首次判断结果；
当所述首次判断结果表示与主轴上的刀具对应的位置没有刀时，
控制主轴沿Z轴向上运动到安全位置，并控制所述主轴执行定向动作且保持定向状态；
控制所述刀库向所述主轴侧平移至换刀点位置；
根据所述检测信息再次判断与所述主轴上的刀具对应的位置是否有刀，获得二次判断结果；
当所述二次判断结果表示与所述主轴上的刀具对应的位置没有刀时，控制所述主轴沿Z轴向下运动至所述换刀点位置；
控制所述刀库抓刀；
控制所述主轴松刀，并控制所述主轴沿Z轴向上运动至所述主轴与所述刀具分离。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，当所述首次判断结果或所述二次判断结果表示与所述主轴上的刀具对应的位置有刀时，控制所述主轴停止运动，并发出报警信息。
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