CN110064955A - 一种模块化结构链式刀库与自动换刀控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种模块化结构链式刀库与自动换刀控制方法,包括机架、主控制器、直线机构、ATC自动换刀机构和ATC平移电机和虚拟主轴;ATC自动换刀机构包括ATC电机和由ATC电机驱动换刀的刀臂;机架对应直线机构上ATC自动换刀机构的运动方向排布有若干子模块刀仓;各个子模块刀仓内均具有相互独立的伺服电机、传感机构和单元控制器,子模块刀仓内的单元控制器分别通过总线接口和现场总线与主控制器线路连接并通过主控制器对各个子模块刀仓进行独立控制。本发明结构设计合理,在保证传动稳定性、精度和结构刚性的条件下,有效解决了刀库大容量的问题,并且有效提高了换刀效率。
Description
技术领域
本发明涉及链式刀库设计技术领域,尤其涉及一种模块化结构链式刀库与自动换刀控制方法。
背景技术
刀库系统是提供自动化加工过程中所需的储刀及换刀需求的一种装置,刀库的结构与换刀方法直接关系机床的加工范围及工作效率。随着社会科技的发展,机床功能的提高与效率的提升,对刀库容量、换刀速度的要求也在不断提升。
目前,传统链式刀库多采用单根链条尽可能多的布置刀具的方式实现刀具数量的最大化。但链条作为承载结构也作为传动机构,盲目的增加链条的长度会增加链条的负载,降低结构的刚性,影响使用寿命,传动稳定性、精度降低,同时过于复杂的结构也导致了换刀时间的增加。
发明内容
本发明要解决的技术问题是:为了克服现有技术之不足,本发明提供一种在保证传动稳定性、精度和结构刚性的条件下,解决刀库大容量问题,同时可有效提高换刀效率的一种模块化结构链式刀库与自动换刀控制方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种模块化结构链式刀库,包括机架和主控制器,所述的机架上固定有直线机构,所述直线机构上设有可沿直线机构运动的ATC自动换刀机构,所述的直线机构上还具有可驱动ATC自动换刀机构沿直线机构运动的ATC平移电机;所述的ATC自动换刀机构包括ATC 电机和由ATC电机驱动换刀的刀臂;所述的机架对应直线机构上ATC自动换刀机构的运动方向排布有若干子模块刀仓,所述的机架对应直线机构运动的其中一段侧方固定有用于夹持刀具并可供ATC自动换刀机构模拟换刀的虚拟主轴;各个子模块刀仓内均具有相互独立的伺服电机、传感机构和单元控制器,所述子模块刀仓内的单元控制器分别通过总线接口和现场总线与主控制器线路连接并通过主控制器对各个子模块刀仓进行独立控制。
为了便于各个子模块刀仓独立工作,互不影响,所述的直线机构位于子模块刀仓的外侧且与各个子模块刀仓的端面垂直,所述直线机构内设有齿条运送机构,所述的齿条运送机构一端与ATC平移电机传动连接。
进一步的,所述的子模块刀仓垂直于水平面呈竖直状态并与机架可调固定,各个子模块刀仓平行排布。与机架可调固定的子模块刀仓,则可实现单个子模块刀仓刀具容量的独立调配,只需在调配后,将子模块刀仓的换刀位置的高度调节到与ATC自动换刀机构的换刀位置高度相同即可。
每个子模块刀仓的传感机构包括在换刀位置固定的位置传感器,所述位置传感器与单元控制器信号连接。
一种模块化结构链式刀库的自动换刀控制方法,包括如上述的一种模块化结构链式刀库,若干子模块刀仓命名为第一刀仓、第二刀仓、第三刀仓、第四刀仓、第五刀仓……第N刀仓,并记录各子模块刀仓内刀具位置坐标,子模块刀仓的单元控制器接受主控制器的换刀信号,并对应判断目标刀具的刀仓位置,对对应的子模块刀仓进行寻刀,并将目标刀具放置到换刀位置,ATC平移电机带动ATC自动换刀机构位移至目标子模块刀仓并进行换刀,换下刀具由ATC平移电机带动ATC自动换刀机构位移至虚拟主轴处,并与虚拟主轴进行换刀,而后将更换后的刀具通过ATC平移电机带动ATC自动换刀机构位置至对应目标子模块刀仓,装入刀具,完成换刀动作。
上述自动换刀控制方法,具有如下具体换刀动作:
A、初始状态,ATC平移电机带动ATC自动换刀机构位于虚拟主轴处的待刀位,ATC自动换刀机构的刀臂处于伸出位置即原点位置;
B、主控制器向需换刀的子模块刀仓的单元控制器发出换刀信号,对应子模块刀仓内部寻刀至所选刀号并对所选刀号的刀执行倒刀动作,对应刀号的刀套倒出,对应子模块刀仓的单元控制器将倒刀信号传递至主控制器;
C、主控制器控制ATC平移电机带动ATC自动换刀机构平移至对应子模块刀仓处进行抓刀,抓刀完成后,ATC自动换刀机构的刀臂缩回,ATC平移电机带动 ATC自动换刀机构平移至待刀位,并与虚拟主轴进行换刀,夹持虚拟主轴上换下的刀具后回归待刀位;
D、主控制器控制ATC自动换刀机构的刀臂缩回,ATC平移电机带动ATC自动换刀机构平移至对应子模块刀仓,ATC自动换刀机构的刀臂伸出,向子模块刀仓装入虚拟主轴上换下刀具,ATC平移电机带动ATC自动换刀机构回归待刀位,完成整个换刀动作。
优选的,所述的与虚拟主轴进行换刀时,ATC自动换刀机构的未夹持刀具一端的刀臂伸出,向虚拟主轴平移并抓取虚拟主轴上夹持的刀具,抓刀到位后,刀臂缩回,并旋转180°,刀臂上夹持从子模块刀仓抓取刀具的一端伸出,将从子模块刀仓抓取的刀具装至虚拟主轴上,ATC平移电机带动ATC自动换刀机构平移至待刀位。
本发明的有益效果是,本发明提供的一种模块化结构链式刀库与自动换刀控制方法,结构设计合理,在保证传动稳定性、精度和结构刚性的条件下,有效解决了刀库大容量的问题,并且有效提高了换刀效率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明最优实施例的立体图。
图2是本发明最优实施例的主视图。
图3是本发明最优实施例的俯视图。
图4是本发明最优实施例的右视图。
图5是本发明最优实施例中自动换刀控制方法控制系统结构示意图。
图6是本发明最优实施例具体换刀动作的示意图。
图中 1、机架 2、子模块刀仓 3、ATC电机 4、ATC自动换刀机构 5、刀臂 6、虚拟主轴 7、ATC平移电机 8、齿条运动机构 9、线性导轨 a、虚拟主轴换刀位 b、待刀位 c、子模块刀仓换刀位。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图,仅以示意方式说明本发明的基本结构,因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1所示的一种模块化结构链式刀库,是本发明最优实施例,包括机架1、主控制器、若干子模块刀仓2、ATC自动换刀机构4、ATC平移电机7和虚拟主轴6。
机架1可通过矩形方钢组合形成,并通过应力分析进行刚性测算,保证机架1具有良好的支撑性,能为换刀提供稳固的基础。
所述的机架1上固定有直线机构,直线机构可优选为线性导轨9,也可根据需要设计为其他。所述线性导轨9上设有可沿线性导轨9运动的ATC自动换刀机构4,所述的ATC自动换刀机构4包括ATC电机3和由ATC电机3驱动换刀的刀臂5。
所述的线性导轨9上还具有可驱动ATC自动换刀机构4沿线性导轨9运动的ATC平移电机7。所述线性导轨9内设有齿条运动机构8,所述的齿条运送机构一端与ATC平移电机7传动连接,ATC自动换刀机构4则固定在齿条运送机构上由ATC平移电机7传动控制平移。ATC平移电机7动作,则可带动齿条运送机构的齿条动作,实现固定在齿条上的ATC自动换刀机构4的平移动作。
所述的机架1对应线性导轨9上ATC自动换刀机构4的运动方向排布有若干子模块刀仓2。为了便于各个子模块刀仓2独立工作,互不影响,所述的线性导轨9位于子模块刀仓2的外侧且与各个子模块刀仓2的端面垂直。各个子模块刀仓2内均具有相互独立的伺服电机、传感机构和单元控制器,所述子模块刀仓2内的单元控制器分别通过总线接口和现场总线与主控制器线路连接并通过主控制器对各个子模块刀仓2进行独立控制。每个子模块刀仓2的传感机构包括在换刀位置固定的位置传感器,所述位置传感器与单元控制器信号连接。
所述的子模块刀仓2垂直于水平面呈竖直状态并与机架1可调固定,各个子模块刀仓2平行排布。与机架1可调固定的子模块刀仓2,则可实现单个子模块刀仓2刀具容量的独立调配,只需在调配后,将子模块刀仓2的换刀位置的高度调节到与ATC自动换刀机构4的换刀位置高度相同,使得倒刀位置位于同一高度即可。
所述的机架1对应线性导轨9运动的其中一段侧方固定有用于夹持刀具并可供ATC自动换刀机构4模拟换刀的虚拟主轴6。
一种模块化结构链式刀库的自动换刀控制方法,包括如上述的一种模块化结构链式刀库,若干子模块刀仓2可如图5所示命名为第一刀仓、第二刀仓、第三刀仓、第四刀仓、第五刀仓,并记录各子模块刀仓2内刀具位置坐标,子模块刀仓2的单元控制器接受主控制器的换刀信号,并对应判断目标刀具的刀仓位置,对对应的子模块刀仓2进行寻刀,并将目标刀具放置到换刀位置,ATC 平移电机7带动ATC自动换刀机构4位移至目标子模块刀仓2并进行换刀,换下刀具由ATC平移电机7带动ATC自动换刀机构4位移至虚拟主轴6处,并与虚拟主轴6进行换刀,而后将更换后的刀具通过ATC平移电机7带动ATC自动换刀机构4位置至对应目标子模块刀仓2,装入刀具,完成换刀动作。
上述自动换刀控制方法,如图6所示,按图中①-⑦的箭头所示顺序进行动作,到达⑦位置后旋转180°后,按此序号的倒序动作至序号①结束。具有如下具体换刀动作:
A、初始状态,ATC平移电机7带动ATC自动换刀机构4位于虚拟主轴6处的待刀位,ATC自动换刀机构4的刀臂5处于伸出位置即原点位置;
B、主控制器向需换刀的子模块刀仓2的单元控制器发出换刀信号,对应子模块刀仓2内部寻刀至所选刀号并对所选刀号的刀执行倒刀动作,对应刀号的刀套倒出,对应子模块刀仓2的单元控制器将倒刀信号传递至主控制器;
C、主控制器控制ATC平移电机7带动ATC自动换刀机构4平移至对应子模块刀仓2处进行抓刀,抓刀完成后,ATC自动换刀机构4的刀臂5缩回,ATC平移电机7带动ATC自动换刀机构4平移至待刀位,ATC自动换刀机构4的未夹持刀具一端的刀臂5伸出,向虚拟主轴6平移并抓取虚拟主轴6上夹持的刀具,抓刀到位后,刀臂5缩回,并旋转180°,刀臂5上夹持从子模块刀仓2抓取刀具的一端伸出,将从子模块刀仓2抓取的刀具装至虚拟主轴6上,ATC平移电机7带动ATC自动换刀机构4平移至待刀位;
D、主控制器控制ATC自动换刀机构4的刀臂5缩回,ATC平移电机7带动 ATC自动换刀机构4平移至对应子模块刀仓2,ATC自动换刀机构4的刀臂5伸出,向子模块刀仓2装入虚拟主轴6上换下刀具,ATC平移电机7带动ATC自动换刀机构4回归待刀位,完成整个换刀动作。
在上述提供的一种模块化结构链式刀库与自动换刀控制方法中,刀仓采用模块化设计,可根据总体刀仓的容量调配子模块刀仓2的数量,可大大提高刀具容量。单个子模块刀仓2结构储刀量较小,寻刀换刀速度快。而单独设计的子模块刀仓2,在ATC平移电机7动作前,即可在对应刀仓内将所寻刀具运送至换刀位,可有效缩减换刀时间,提高换刀效率。通过单独设置的子模块刀仓2,在解决刀具数量的同时,保证了刀库结构的刚度、稳定性、精度和换刀效率。
同时,子模块刀仓2的排布也可沿直线导轨按需分布,可充分提高单位占地面积下的刀具布置量,根据机床实际布置空间,提高空间利用率,便于根据客户需求进行个性化定制组合。
以上述依据本发明的理想实施例为启示,通过上述的说明内容,相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内,进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容,必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。
Claims (7)
1.一种模块化结构链式刀库,其特征在于:包括机架(1)和主控制器,所述的机架(1)上固定有直线机构,所述直线机构上设有可沿直线机构运动的ATC自动换刀机构(4),所述的直线机构上还具有可驱动ATC自动换刀机构(4)沿直线机构运动的ATC平移电机(7);所述的ATC自动换刀机构(4)包括ATC电机(3)和由ATC电机(3)驱动换刀的刀臂(5);所述的机架(1)对应直线机构上ATC自动换刀机构(4)的运动方向排布有若干子模块刀仓(2),所述的机架(1)对应直线机构运动的其中一段侧方固定有用于夹持刀具并可供ATC自动换刀机构(4)模拟换刀的虚拟主轴(6);各个子模块刀仓(2)内均具有相互独立的伺服电机、传感机构和单元控制器,所述子模块刀仓(2)内的单元控制器分别通过总线接口和现场总线与主控制器线路连接并通过主控制器对各个子模块刀仓(2)进行独立控制。
2.如权利要求1所述的一种模块化结构链式刀库,其特征在于:所述的直线机构位于子模块刀仓(2)的外侧且与各个子模块刀仓(2)的端面垂直,所述直线机构内设有齿条运送机构,所述的齿条运送机构一端与ATC平移电机(7)传动连接。
3.如权利要求2所述的一种模块化结构链式刀库,其特征在于:所述的子模块刀仓(2)垂直于水平面呈竖直状态并与机架(1)可调固定,各个子模块刀仓(2)平行排布。
4.如权利要求3所述的一种模块化结构链式刀库,其特征在于:每个子模块刀仓(2)的传感机构包括在换刀位置固定的位置传感器,所述位置传感器与单元控制器信号连接。
5.一种模块化结构链式刀库的自动换刀控制方法,其特征在于:包括如权利要求1-4中任意一项所述的一种模块化结构链式刀库,若干子模块刀仓(2)命名为第一刀仓、第二刀仓、第三刀仓、第四刀仓、第五刀仓……第N刀仓,并记录各子模块刀仓(2)内刀具位置坐标,子模块刀仓(2)的单元控制器接受主控制器的换刀信号,并对应判断目标刀具的刀仓位置,对对应的子模块刀仓(2)进行寻刀,并将目标刀具放置到换刀位置,ATC平移电机(7)带动ATC自动换刀机构(4)位移至目标子模块刀仓(2)并进行换刀,换下刀具由ATC平移电机(7)带动ATC自动换刀机构(4)位移至虚拟主轴(6)处,并与虚拟主轴(6)进行换刀,而后将更换后的刀具通过ATC平移电机(7)带动ATC自动换刀机构(4)位置至对应目标子模块刀仓(2),装入刀具,完成换刀动作。
6.如权利要求5所述的一种模块化结构链式刀库的自动换刀控制方法,其特征在于:具有如下具体换刀动作:
A、初始状态,ATC平移电机(7)带动ATC自动换刀机构(4)位于虚拟主轴(6)处的待刀位,ATC自动换刀机构(4)的刀臂(5)处于伸出位置即原点位置;
B、主控制器向需换刀的子模块刀仓(2)的单元控制器发出换刀信号,对应子模块刀仓(2)内部寻刀至所选刀号并对所选刀号的刀执行倒刀动作,对应刀号的刀套倒出,对应子模块刀仓(2)的单元控制器将倒刀信号传递至主控制器;
C、主控制器控制ATC平移电机(7)带动ATC自动换刀机构(4)平移至对应子模块刀仓(2)处进行抓刀,抓刀完成后,ATC自动换刀机构(4)的刀臂(5)缩回,ATC平移电机(7)带动ATC自动换刀机构(4)平移至待刀位,并与虚拟主轴(6)进行换刀,夹持虚拟主轴(6)上换下的刀具后回归待刀位;
D、主控制器控制ATC自动换刀机构(4)的刀臂(5)缩回,ATC平移电机(7)带动ATC自动换刀机构(4)平移至对应子模块刀仓(2),ATC自动换刀机构(4)的刀臂(5)伸出,向子模块刀仓(2)装入虚拟主轴(6)上换下刀具,ATC平移电机(7)带动ATC自动换刀机构(4)回归待刀位,完成整个换刀动作。
7.如权利要求6所述的一种模块化结构链式刀库的自动换刀控制方法,其特征在于:所述的与虚拟主轴(6)进行换刀时,ATC自动换刀机构(4)的未夹持刀具一端的刀臂(5)伸出,向虚拟主轴(6)平移并抓取虚拟主轴(6)上夹持的刀具,抓刀到位后,刀臂(5)缩回,并旋转180°,刀臂(5)上夹持从子模块刀仓(2)抓取刀具的一端伸出,将从子模块刀仓(2)抓取的刀具装至虚拟主轴(6)上,ATC平移电机(7)带动ATC自动换刀机构(4)平移至待刀位。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
CB02 | Change of applicant information |
Address after: No.12 workshop, 377 Wuyi South Road, Wujin national high tech Industrial Development Zone, Changzhou City, Jiangsu Province 213000 Applicant after: Jiangsu Desu Intelligent Machinery Co.,Ltd. Address before: No.12 workshop, 377 Wuyi South Road, Wujin national high tech Industrial Development Zone, Changzhou City, Jiangsu Province 213000 Applicant before: CHANGZHOU DESU MACHINERY Co.,Ltd. |
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CB02 | Change of applicant information | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
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