CN110682145A - 一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统，属于防撞刀技术领域。所述防撞刀装置包括按钮、触发机构、若干个检测机构和数控系统，其中，按钮固定在加工中心的机床上；触发机构通过传动机构与链轮轴连接，链式刀库转动到位时触发机构触发按钮；若干个检测机构分别设置在若干个刀套的外壁，用于检测对应刀套的变形情况；数控系统包括处理器，分别与按钮以及检测机构电连接；处理器与加工中心的主轴电连接，控制主轴换刀动作。本发明提供的一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统，通过将传感器安装在刀套的外表面，能够准确判断刀套的形态，进而推断出刀柄的空间姿态，由此控制主轴停止或继续工作，避免撞刀情况的发生和减小撞刀后果。

Description

一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统

技术领域

本发明涉及防撞刀技术领域，特别涉及一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统。

背景技术

作为各行业零件生产加工的关键设备，加工中心为保证高效高质的零件生产，应减少各部件故障发生率以具备足够高的可靠性。而链式刀库作为一种大容量刀库结构件，被广泛应用于加工中心，承担着自动换刀的重要任务。因此，其稳定运转是实现高效生产加工的必要前提。目前，带有链式刀库的加工中心在自动换刀时动作一般为：主轴定位--刀库前移到位时带动刀套取刀--主轴孔吹气并抬升松刀--刀库转动至下一刀位--主轴孔进气并下降取刀--刀库后移到位时带动刀套松刀。其中，刀库转动刀位是通过链轮绕自身回转轴的旋转带动刀盘转动，从而带动固定在刀盘上的刀套转换位置，实现装夹在刀套上的刀柄到达准确位置。对于刀柄准确到位，需要通过刀库转动到位以及刀套形态正常两方面保证。

在传统方式上，刀库是否转动到位是通过嵌入在刀库内的接近开关进行判断的；刀套形态是否正常是通过初次加工保证的。但伴随着机床在实际生产中的不断应用，刀库长期处于潮湿油气环境中，且刀套长期夹持着刀柄及刀具，承受载荷。因此，接近开关附近可能附着污物导致判断错误，刀套发生弯曲变形，最终导致刀库到位后刀柄的空间位置不正确，在自动换刀动作中的“主轴孔进气并下降取刀”这一环节中引起主轴与刀柄的碰撞，即产生撞刀现象。因此有必要通过改变刀库是否到位的检测方式并监测刀套的空间姿态，设计一种可用于链式刀库的防撞刀装置，以达到避免加工中心撞刀现象的发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统，以解决现有的机床在实际生产中，刀库长期处于潮湿油气环境中，且刀套长期夹持着刀柄及刀具，承受载荷易产生变形，最终导致刀库到位后刀柄的空间位置不正确，引起主轴与刀柄的碰撞，即发生撞刀现象的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统，所述防撞刀装置包括：

按钮，固定在加工中心的机床上；

触发机构，通过传动机构与链式刀库的链轮轴连接，链式刀库转动到位时所述触发机构触发所述按钮；

若干个检测机构，分别设置在链式刀库的若干个刀套的外壁，用于检测对应刀套的变形情况；

数控系统，包括处理器，分别与所述按钮以及所述检测机构电连接；

所述处理器与加工中心的主轴电连接，控制加工中心的主轴换刀动作。

可选的，所述传动机构包括：

第一齿轮，固定在链式刀库的链轮轴上，与链式刀库的链轮同轴设置；

第二齿轮，与所述第一齿轮啮合；

第一传动轴，转动设置在加工中心的机床上，且与所述第二齿轮固定连接；

第三齿轮，固定连接在所述第一传动轴上远离所述第二齿轮的一端；

第四齿轮，与所述第三齿轮啮合；

第二传动轴，与所述第四齿轮固定连接；

所述触发机构固定连接在所述第二传动轴上。

可选的，所述触发机构包括：

卡盘，固定在所述第二传动轴上；

滑槽，沿径向开在所述卡盘的侧壁；

弹簧，沿径向设置在所述滑槽内，所述弹簧的底端与所述滑槽的底部固定连接；

顶珠，设置在所述滑槽内，并与所述弹簧的顶端固定连接，所述顶珠能够在所述滑槽内沿径向滑动；

所述弹簧原长时，所述顶珠突出于所述卡盘的外缘。

可选的，所述卡盘的顶部和底部分别设有盖板和底盘，用于限制所述顶珠在所述滑槽内滑动时发生偏移。

可选的，所述检测机构均包括第一应变式传感器和第二应变式传感器，两个传感器均分别包括2枚应变片；其中，所述第一传感器中的2枚应变片贴放在对应刀套顶部外表面右侧，另外2枚应变片贴放在对应刀套底部外表面右侧；所述第二传感器中的2枚应变片贴放在对应刀套顶部外表面左侧，另外2枚应变片贴放在对应刀套底部外表面左侧；所属于第一应变式传感器和所述第二应变式传感器中的4枚应变片分别组成2个全桥电路，并分别和所述处理器电连接。

本发明提供的一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统，通过将传感器安装在刀套的外表面，能够准确判断刀套的形态，进而推断出装夹于刀套上的刀柄的空间姿态，由此控制主轴停止或继续工作，避免撞刀情况的发生和减小撞刀后果。

附图说明

图1是本发明提供的一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统工作原理示意图；

图2是本发明提供的一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统的俯视图；

图3是本发明提供的一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统的仰视图；

图4是本发明提供的一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统的主视图；

图5是图4中A-A截面剖视图；

图6是本发明提供的一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统的左视图；

图7是第一传感器或第二传感器中的4个应变片组成的全桥电路；

图8是处理器与按钮以及主轴连接的原理框图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

本发明提供了一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统，其结构如图1所示。所述防撞刀装置包括按钮10、触发机构、若干个检测机构和数控系统，其中，所述按钮10固定在加工中心的机床上；所述触发机构通过传动机构与链式刀库的链轮轴20连接，链式刀库转动到位时所述触发机构触发所述按钮10；若干个所述检测机构分别设置在链式刀库的若干个刀套21的外壁，用于检测对应刀套21的变形情况；所述数控系统包括处理器12，分别与所述按钮10以及所述检测机构电连接；所述处理器12与加工中心的主轴25电连接，请参照图8，控制加工中心的主轴25换刀动作。

具体地，请参照图4和图6，所述传动机构包括第一齿轮13、第二齿轮14、第一传动轴15、第三齿轮16、第四齿轮17和第二传动轴18，所述第一齿轮13固定在链式刀库的链轮轴20上，与链式刀库的链轮23同轴设置；所述第二齿轮14与所述第一齿轮13啮合；所述第一传动轴15转动设置在加工中心的机床上，且与所述第二齿轮14固定连接；所述第三齿轮16固定连接在所述第一传动轴15上远离所述第二齿轮14的一端；所述第四齿轮17与所述第三齿轮16啮合；所述第二传动轴18与所述第四齿轮17固定连接；所述触发机构固定连接在所述第二传动轴18上。

请参照图5，所述触发机构包括卡盘19、滑槽30、弹簧31和顶珠32，所述卡盘19固定在所述第二传动轴18上；所述滑槽30沿径向开在所述卡盘19的侧壁；所述弹簧31沿径向设置在所述滑槽30内，所述弹簧31的底端与所述滑槽30的底部固定连接；所述顶珠32设置在所述滑槽30内，并与所述弹簧31的顶端固定连接，所述顶珠32能够在所述滑槽30内沿径向滑动；所述弹簧31处于原长时，所述顶珠32突出于所述卡盘19的外缘。所述卡盘19的顶部和底部分别设有盖板33和底盘34，用于限制所述顶珠32在所述滑槽30内滑动时发生偏移。所述按钮10固定在加工中心的机床上，且紧贴所述卡盘19的外缘设置，当链式刀库在正确刀位时，所述顶珠32的位置恰与所述按钮10的位置重合，处于按下所述按钮10状态，当刀库转动时，所述卡盘19带动所述顶珠32转动并从所述按钮10处经过时，所述按钮10挤压所述顶珠32，由于力的作用与反作用，所述所述弹簧31通过所述顶珠32对所述按钮10施加压力，触发所述按钮10。故所述卡盘19每转动一圈所述触发机构触发所述按钮10一次，并将信号传递给所述处理器12，表示刀库转动到位。所述触发机构通过传动机构带动，采用大传动比方式控制，能够有效避免刀库未转动到位时所述按钮10被误触情况的发生。

请参照图2和图3，所述检测机构均包括第一应变式传感器35和第二应变式传感器36，两个传感器均包括4枚应变片；其中，所述第一传感器35中的2枚应变片贴放在对应刀套21顶部外表面右侧，另外2枚应变片贴放在对应刀套21底部外表面右侧；所述第二传感器36中的2枚应变片贴放在对应刀套21顶部外表面左侧，另外2枚应变片贴放在对应刀套21底部外表面左侧；所属于第一应变式传感器35和所述第二应变式传感器36中的4枚应变片分别组成2个全桥电路，并分别和所述处理器12电连接，请参照图7。2个全桥电路分别将输出电压值传输至所述数控系统。根据刀套使用要求，即允许的变形要求，分别设定2个全桥电路所允许的两个最大设定电压值。当2个全桥电路的输出电压值均未超过对应的最大设定电压值时，表示刀套21的形态正常，装夹于其上的刀柄26的空间姿态正确，允许自动换刀；当2个全桥电路的输出电压中其中任何一个值超过对应的最大设定电压值时，表示刀套的形态异常，装夹于其上的刀柄26的空间姿态不正确，不允许用于自动换刀；并在数控系统中对2各全桥电路的输出电压进行求差处理，并设定当第一应变式传感器35对应的全桥电路的输出电压值大于第二应变式传感器36对应的全桥电路的输出电压值时，差值为正，反之为负，通过所述处理器12对差值的正负进行判断，可判定刀套21的具体形态。（左侧弯曲严重或右侧弯曲严重）。

假设所述第一齿轮13的齿数为a，所述第二齿轮14的齿数为b，所述第三齿轮16的齿数为c，所述第四齿轮17的齿数为d，则所述传动机构的传动比为i=(b·d)/(a·c)；假设链式刀库的刀盘24与链轮23的传动比为m；假设链式刀库的刀盘24上共有n个均布的刀套21，相邻的两个刀盘24之间的夹角为360°/n，即当链式刀库每转动至相邻到位时，且视为换刀一次，所述刀盘24转动360°/n；令n=i*m，则可实现链式刀库每换刀一次，所述卡盘19转动一圈，并按动一次所述按钮10，将触发信号发送给所述处理器。通过合理选择、分配传动机构的齿轮传动比、链式刀库的链传动比以及刀套21的数量，实现每当所述按钮10触发依次，所述链式刀库换刀一次。

工作原理如图1所示，当链式刀库转动到指定刀位时，触发按钮信号，同时，2个全桥电路的电压值均未超过设定值时，数控系统判定链式刀库转动至正确刀位，且该刀位上装夹的刀柄26具有正确的空间姿态，自动换刀可执行“主轴25孔进气并下降取刀”这一动作；而一旦按钮信号未触发或者2个全桥电路的输出电压值中任何一个超过设定值中，有一条件发生，则终止自动换刀，并进行报警。当按钮信号被错误触发时，同时2个全桥电路的电压值均未超过设定值，主轴25在下降取刀时，存在撞刀的风险。当主轴25端面与刀柄26锥部接触时，即撞刀刚发生时，刀套21由于受到主轴25下降压迫刀柄26产生的压力时，必定产生弯曲变形；刀套的弯曲变形引起2个全桥电路的输出电压发生变化，当两个电压值中某一个超过设定值，传递信号给所述处理器12，数控系统则终止主轴25的下降动作，及时中断撞刀行为，减小撞刀产生的后果影响。

本发明通过监测刀套21形态的变化过程，可准确判断是否已产生撞刀行为，撞刀行为发生时，能够及时停止主轴25的运动，以减小撞刀后果。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统，其特征在于，所述防撞刀装置包括：

按钮（10），固定在加工中心的机床上；

触发机构，通过传动机构与链式刀库的链轮轴（20）连接，链式刀库转动到位时所述触发机构触发所述按钮（10）；

若干个检测机构，分别设置在链式刀库的若干个刀套（21）的外壁，用于检测对应刀套（21）的变形情况；

数控系统，包括处理器（12），分别与所述按钮（10）以及所述检测机构电连接；

所述处理器（12）与加工中心的主轴（25）电连接，控制加工中心的主轴（25）换刀动作。

2.如权利要求1所述的一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统，其特征在于，所述传动机构包括：

第一齿轮（13），固定在链式刀库的链轮轴（20）上，与链式刀库的链轮（23）同轴设置；

第二齿轮（14），与所述第一齿轮（13）啮合；

第一传动轴（15），转动设置在加工中心的机床上，且与所述第二齿轮（14）固定连接；

第三齿轮（16），固定连接在所述第一传动轴（15）上远离所述第二齿轮（14）的一端；

第四齿轮（17），与所述第三齿轮（16）啮合；

第二传动轴（18），与所述第四齿轮（17）固定连接；

所述触发机构固定连接在所述第二传动轴（18）上。

3.如权利要求2所述的一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统，其特征在于，所述触发机构包括：

卡盘（19），固定在所述第二传动轴（18）上；

滑槽（30），沿径向开在所述卡盘（19）的侧壁；

弹簧（31），沿径向设置在所述滑槽（30）内，所述弹簧（31）的底端与所述滑槽（30）的底部固定连接；

顶珠（32），设置在所述滑槽（30）内，并与所述弹簧（31）的顶端固定连接，所述顶珠（32）能够在所述滑槽（30）内沿径向滑动；

所述弹簧（31）原长时，所述顶珠（32）突出于所述卡盘（19）的外缘。

4.如权利要求3所述的一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统，其特征在于，所述卡盘（19）的顶部和底部分别设有盖板（33）和底盘（34），用于限制所述顶珠（32）在所述滑槽（30）内滑动时发生偏移。

5.如权利要求1所述的一种用于加工中心链式刀库的防撞刀系统，其特征在于，所述检测机构均包括第一应变式传感器（35）和第二应变式传感器（36），两个传感器均包括4枚应变片；其中，所述第一传感器（35）中的2枚应变片贴放在对应刀套（21）顶部外表面右侧，另外2枚应变片贴放在对应刀套（21）底部外表面右侧；所述第二传感器（36）中的2枚应变片贴放在对应刀套（21）顶部外表面左侧，另外2枚应变片贴放在对应刀套（21）底部外表面左侧；所属于第一应变式传感器（35）和所述第二应变式传感器（36）中的4枚应变片分别组成2个全桥电路，并分别和所述处理器（12）电连接。

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