CN111230597A - 一种带圆盘式刀库的龙门加工中心 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种带圆盘式刀库的龙门加工中心，其控制系统包括刀具选用模块，刀具选用模块包括摄影单元、比对单元、刀具录入单元和调用单元；摄影单元用以获取待加工品的信息，摄影单元通过对机床中的待加工品进行拍照以获取该待加工品的尺寸信息和材料信息；刀具录入单元用以储存刀具的信息，工作人员向刀具录入单元中输入刀库内各刀具的材料信息、硬度信息和加工精度信息；比对单元接收摄影单元的待加工品信息，比对单元将接收的待加工品信息与刀具录入单元储存的刀具信息相互比对，以对刀具录入单元储存的各刀具进行优先级编号；调用单元根据各刀具的优先级编号，依次调用各刀具。

Description

一种带圆盘式刀库的龙门加工中心
技术领域
本发明涉及数控机床技术领域，具体涉及一种带圆盘式刀库的龙门加工中心。
背景技术
当前，在大行程的龙门式的数控加工中心中，加工速度是考验一台机器的重要指标，而目前市面上的大型加工中心速度一般不会很高，特别是很多采用了斗笠式和直排式刀库的加工中心，因为受到体积、材料、结构等的因素，导致大型CNC加工速度缓慢，因为提高大型数控机床的加工精度和速度是本领域的重大难点，而在大型的数控机床当中，龙门式运动的结构是此类机床的特点，因为相比台面运动，体积更小、不占用过多的地方，在提高速度方面、很多硬性条件的东西已不能改变，但可以改变刀库的应用类型来提高换刀速度，从而提高加工速度，特别是对于更换刀具频繁的应用场合更是有必要。
发明内容
在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施例部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
为了克服现有技术中存在的问题，本发明提供一种带圆盘式刀库的龙门加工中心，其包括控制系统，所述控制系统包括刀具选用模块，所述刀具选用模块包括摄影单元、比对单元、刀具录入单元和调用单元；所述摄影单元用以获取待加工品的信息，所述摄影单元通过对机床中的待加工品进行拍照以获取所述待加工品的尺寸信息和材料信息；所述刀具录入单元用以储存刀具的信息，工作人员向所述刀具录入单元中输入刀库内各刀具的材料信息、硬度信息和加工精度信息；所述比对单元接收所述摄影单元的待加工品信息，所述比对单元将接收的待加工品信息与所述刀具录入单元储存的刀具信息相互比对，所述比对单元将根据比对结果对所述刀具录入单元储存的各刀具进行优先级编号；所述调用单元根据各刀具的优先级编号，依次调用各刀具。
进一步地，所述机床包括底座、龙门结构、Z轴结构、外壳钣金、所述刀库和所述控制系统，所述龙门结构位于所述底座上方并与所述底座滑动连接，所述Z轴结构位于所述龙门结构的横梁上并与所述龙门结构滑动连接，所述刀库位于所述龙门结构的一端，所述Z轴结构安装有助推气缸，以减少Z轴伺服电机负担并保证持久运行，所述外壳钣金位于所述底座的边缘上方并形成全包围结构，从而防止碎屑的飞溅。
进一步地，所述摄影单元包括照片采集部、照片切分部和照片比对部；所述照片采集部包括摄像机和辅助光源设备；所述摄像机设置在所述龙门结构上，所述摄像机用于对待加工品进行拍照；所述摄像单元还包括亮度传感器，所述亮度传感器设置在加工台附近，所述亮度传感器用以检测所述待加工品附近的实时亮度L’；所述亮度传感器与所述辅助光源设备电连接，所述辅助光源设备中储存有标准亮度L，若实时亮度小于标准亮度L，所述辅助光源设备打开，以保证所述摄像机在标准亮度L的前提下进行拍照；所述照片切分部对照片进行切分，所述照片切分部将照片切分成预设比例大小；所述照片比对部预先储存有预设比例大小的样品照片，且每张样品照片中包括对应的尺寸信息和材料信息；所述照片比对部通过照片比对获取样品照片的尺寸信息和材料信息，并建立刀具选用矩阵。
进一步地，刀具选用矩阵为F(a，b，c，d，e)；其中，a为位置编号，b为尺寸信息，c为材料信息，d为优先级等级，e为加工工艺；
所述摄影单元对所述待加工品设定X、Y、Z三个参考方向，在X、Y、Z三个方向上分别设有所述摄像机和所述辅助光源设备；所述照片比对部依次建立刀具选用矩阵F1(X1，b1，c，d1，e)；F2(Y2，b2，c，d2，e2)；F3(Z3，b3，c，d3，e)。
进一步地，所述刀具录入单元录入所述刀具的的材料信息、硬度信息和加工精度信息；所述刀具录入单元包括刀具预设矩阵，刀具预设矩阵为L(f，g，h)；其中，f表示刀具编号，g表示根据材料信息和硬度信息得出的所述刀具的可加工材料集合，h表示所述刀具可进行的加工工艺集合。
进一步地，刀具的可加工材料集合g包括多种材料信息，g＝{c1、c2、c3}；集合中c1、c2、c3分别代表不同的加工材料；刀具可进行的加工工艺集合h包括多种加工工艺信息，加工工艺信息包括所述刀具可执行的最大加工精度、加工时间和加工方式；h＝{e1、e 2、e 3}；集合中e1、e2、e3分别代表不同的加工工艺。
进一步地，当刀具预设矩阵Ln(f，g，h)与刀具选用矩阵Fn(an，bn，c，dn，e)对应时，刀具预设矩阵Ln中的加工材料集合g包含刀具选用矩阵Fn的材料信息c；刀具预设矩阵Ln中的加工工艺集合h包含刀具选用矩阵Fn的加工工艺e；dn＝f，式中，dn为优先级等级，f为刀具编号。
进一步地，所述调用单元根据所述刀具的优先级编号，由小到大依次调用所述刀具。
进一步地，当所述Z轴结构处于加工状态时，所述刀库把下一个优先级编号的所述刀具备好，当当前的加工程序完成，所述Z轴结构移动到靠近所述刀库预先在系统设置好的座标位置，此时，所述刀库的打刀机械手先把原来的刀具卸载掉，并换上预先备好的刀具。
进一步地，所述控制系统中设有预设加工时间单位T0，所述刀具的工作时间均为预设加工时间单位T0的整数倍；每过KT0时间后，所述摄影单元重新进行拍照；所述照片比对部将更新后采集到的尺寸信息b与更新前的尺寸信息b进行比对；若更新前后的尺寸信息相同，则证明加工效果不明显，此时，所述摄影单元将此时采集的图像信息发送到所述控制系统上的人机交互界面，所述人机交互界面向工作人员反映加工情况。
与现有技术相比，本发明具有如下优点：
控制系统包括刀具选用模块，刀具选用模块包括摄影单元、比对单元、刀具录入单元和调用单元；摄影单元用以获取待加工品的信息，摄影单元通过对机床中的待加工品进行拍照以获取该待加工品的尺寸信息和材料信息；刀具录入单元用以储存刀具的信息，工作人员向刀具录入单元中输入刀库内各刀具的材料信息、硬度信息和加工精度信息；比对单元接收摄影单元的待加工品信息，比对单元将接收的待加工品信息与刀具录入单元储存的刀具信息相互比对，以对刀具录入单元储存的各刀具进行优先级编号；调用单元根据各刀具的优先级编号，依次调用各刀具；上述各模块相互配合工作极大程度的提高了刀具的调用速度，节省了刀具的更换时间。
进一步地，调用单元根据各刀具的优先级编号，由小到大依次调用各刀具。当整个Z轴结构处于加工状态时，刀库把下一个优先级编号的刀具备好，当当前的加工程序完成，Z轴结构会移动到靠近刀库预先在系统设置好的座标位置，此时，刀库的打刀机械手会先把原来的刀具卸载掉，并马上换上预先备好的刀具。这样、就能加快加工速度，缩短加工时间；而采用直排或斗笠式的刀库，因为要先把原先刀具先放回原位置，才能移动到其它刀具座标点去打刀，这相对圆盘式刀库来说是一个缓慢的换刀过程，所以会延长加工时间，特别是换刀频繁的情况下，更突显出采用圆盘式刀库的优势。
进一步地，本发明所述的加工中心还具有加工效果评价功能；照片比对部将更新后采集到的尺寸信息b与更新前的尺寸信息b进行比对，以此来衡量加工效果；若更新前后的尺寸信息相同，则证明加工效果不明显，此时，摄影单元将此时采集的图像信息发送到控制系统7上的人机交互界面，人机交互界面向工作人员反映该加工情况。
附图说明
为了使本发明的优点更容易理解，将通过参考在附图中示出的具体实施方式更详细地描述上文简要描述的本发明。可以理解这些附图只描绘了本发明的典型实施方式，因此不应认为是对其保护范围的限制，通过附图以附加的特性和细节描述和解释本发明。
图1为本发明所述的带圆盘式刀库的龙门加工中心的一种实施例整体结构示意图；
图2为本发明所述的带圆盘式刀库的龙门加工中心的刀具选用模块结构示意图。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，本发明实施方式可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明实施方式发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
为了彻底了解本发明实施方式，将在下列的描述中提出详细的结构。显然，本发明实施方式的施行并不限定于本领域的技术人员所熟习的特殊细节。本发明的较佳实施方式详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。
在本发明的描述中，术语“内侧”、“外侧”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参阅图1和图2所示，本发明提供了一种带圆盘式刀库的龙门加工中心，机床1包括底座2、龙门结构3、Z轴结构4、外壳钣金5、刀库6和控制系统7，龙门结构3位于底座2上方并滑动连接，Z轴结构4位于龙门结构3的横梁上并滑动连接，刀库6位于龙门结构3的一端，Z轴结构4安装有助推气缸8，以减少Z轴伺服电机负担并保证持久运行，外壳钣金5位于底座2的边缘上方并形成全包围结构，有效地防止了碎屑的飞溅。
具体而言，控制系统7包括刀具选用模块，刀具选用模块包括摄影单元、比对单元、刀具录入单元和调用单元；摄影单元用以获取待加工品的信息，摄影单元通过对机床1中的待加工品进行拍照以获取该待加工品的尺寸信息和材料信息；刀具录入单元用以储存刀具的信息，工作人员向刀具录入单元中输入刀库6内各刀具的材料信息、硬度信息和加工精度信息；比对单元接收摄影单元的待加工品信息，比对单元将接收的待加工品信息与刀具录入单元储存的刀具信息相互比对，以对刀具录入单元储存的各刀具进行优先级编号；调用单元根据各刀具的优先级编号，依次调用各刀具。
具体而言，摄影单元包括照片采集部、照片切分部和照片比对部；照片采集部包括摄像机和辅助光源设备；摄像机设置在龙门结构3上，摄像机用于对待加工品进行拍照；摄像单元还包括亮度传感器，亮度传感器设置在加工台附近，亮度传感器用以检测待加工品附近的实时亮度L’；亮度传感器与辅助光源设备电连接，辅助光源设备中储存有标准亮度L，若实时亮度小于标准亮度L，辅助光源设备打开，以保证摄像机在标准亮度L的前提下进行拍照；照片切分部对照片进行切分，以将照片切分成预设比例大小；照片比对部预先储存有该预设比例大小的样品照片，且每张样品照片中还包括对应的尺寸信息和材料信息。照片比对部通过照片比对获取与待加工品比对成功的样品照片的尺寸信息和材料信息，并建立刀具选用矩阵F。
具体而言，刀具选用矩阵为F(a，b，c，d，e)；其中，a为位置编号，b为尺寸信息，c为材料信息，d为优先级等级，e为加工工艺。
在本发明的一些实施例中，摄影单元对待加工品设定X、Y、Z三个参考方向，在X、Y、Z三个方向上分别设有摄像机和辅助光源设备；照片比对部依次建立刀具选用矩阵F1(X1，b1，c，d1，e)；F2(Y2，b2，c，d2，e2)；F3(Z3，b3，c，d3，e)。
具体而言，刀具录入单元录入各刀具的的材料信息、硬度信息和加工精度信息；刀具录入单元包括刀具预设矩阵L，刀具预设矩阵L为L(f，g，h)；其中，f表示刀具编号，g表示根据材料信息和硬度信息得出的该刀具的可加工材料集合，h表示该刀具可进行的加工工艺集合。
其中，刀具的可加工材料集合g包括多种材料信息，g＝{c1、c2、c3…….}；集合中c1、c2、c3分别代表各被加工材料，即待加工品中作为该刀具加工面的材料。刀具可进行的加工工艺集合h包括多种加工工艺信息，加工工艺信息包括该刀具可执行的最大加工精度、加工时间和加工方式；h＝{e1、e2、e 3…….}；集合中e1、e2、e3分别代表不同的加工工艺。
具体而言，比对单元调取摄影单元中的刀具选用矩阵，工作人员通过控制系统7对刀具选用矩阵中的优先级等级进行预设。
在本发明的一些实施例中，该待加工品包括刀具选用矩阵F1(X1，b1，c，d1，e)；F2(Y2，b2，c，d2，e2)；F3(Z3，b3，c，d3，e)；工作人员设定该加工品的加工顺序为先加工Y方向，再加工X方向，最后加工Z方向；此时，比对单元设定优先级等级d2＝1，优先级等级d1＝2，优先级等级d3＝3。该待加工品的刀具选用矩阵包括：F1(X1，b1，c，2，e)；F2(Y2，b2，c，1，e2)；F3(Z3，b3，c，3，e)。比对单元跟据上述刀具选用矩阵选择相应的刀具，并将刀具选用矩阵中的优先级等级d的取值赋值给该刀具的刀具预设矩阵中的刀具编号f。
具体而言，当某刀具预设矩阵Ln(f，g，h)与刀具选用矩阵Fn(an，bn，c，dn，e)对应时，刀具预设矩阵Ln中的加工材料集合g包含刀具选用矩阵Fn的材料信息c；刀具预设矩阵Ln中的加工工艺集合h包含刀具选用矩阵Fn的加工工艺e；此时，dn＝f，式中，dn为优先级等级，f为刀具编号。
具体而言，调用单元根据各刀具的优先级编号，由小到大依次调用各刀具。当整个Z轴结构4还处于加工状态时，刀库6把下一个优先级编号的刀具备好，当当前的加工程序完成，Z轴结构4会移动到靠近刀库6预先在系统设置好的座标位置，此时，刀库6的打刀机械手会先把原来的刀具卸载掉，并马上换上预先备好的刀具。
具体而言，刀库6的每个存放刀具的刀槽内均设有接触开关(图中未示出)，当刀具每执行一次离开刀槽-返回刀槽这一流程后，调用单元移除该刀具的优先级编号。在本发明中，控制系统7中还设有预设加工时间单位T0，每个刀具的工作时间均为该预设加工时间单位T0的整数倍；每过KT0时间后，摄影单元重新进行拍照从而更新待加工品的尺寸信息和材料信息。其中，参数K的取值取决于刀具的工作时间。
具体而言，照片比对部还将更新后采集到的尺寸信息b与更新前的尺寸信息b进行比对，以此来衡量加工效果；若更新前后的尺寸信息相同，则证明加工效果不明显，此时，摄影单元将此时采集的图像信息发送到控制系统7上的人机交互界面，人机交互界面向工作人员反映该加工情况。
除非另有定义，本文中所使用的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在限制本发明。本文中出现的诸如“部件”等术语既可以表示单个的零件，也可以表示多个零件的组合。本文中出现的诸如“安装”、“设置”等术语既可以表示一个部件直接附接至另一个部件，也可以表示一个部件通过中间件附接至另一个部件。本文中在一个实施方式中描述的特征可以单独地或与其它特征结合地应用于另一个实施方式，除非该特征在该另一个实施方式中不适用或是另有说明。
本发明已经通过上述实施方式进行了说明，但应当理解的是，上述实施方式只是用于举例和说明的目的，而非意在将本发明限制于所描述的实施方式范围内。本领域技术人员可以理解的是，根据本发明的教导还可以做出更多种的变型和修改，这些变型和修改均落在本发明所要求保护的范围以内。

Claims (10)

1.一种带圆盘式刀库的龙门加工中心，其特征在于，包括控制系统，所述控制系统包括刀具选用模块，所述刀具选用模块包括摄影单元、比对单元、刀具录入单元和调用单元；所述摄影单元用以获取待加工品的信息，所述摄影单元通过对机床中的待加工品进行拍照以获取所述待加工品的尺寸信息和材料信息；所述刀具录入单元用以储存刀具的信息，工作人员向所述刀具录入单元中输入刀库内各刀具的材料信息、硬度信息和加工精度信息；所述比对单元接收所述摄影单元的待加工品信息，所述比对单元将接收的待加工品信息与所述刀具录入单元储存的刀具信息相互比对，所述比对单元将根据比对结果对所述刀具录入单元储存的各刀具进行优先级编号；所述调用单元根据各刀具的优先级编号，依次调用各刀具。
2.根据权利要求1所述的带圆盘式刀库的龙门加工中心，其特征在于，所述机床包括底座、龙门结构、Z轴结构、外壳钣金、所述刀库和所述控制系统，所述龙门结构位于所述底座上方并与所述底座滑动连接，所述Z轴结构位于所述龙门结构的横梁上并与所述龙门结构滑动连接，所述刀库位于所述龙门结构的一端，所述Z轴结构安装有助推气缸，以减少Z轴伺服电机负担并保证持久运行，所述外壳钣金位于所述底座的边缘上方并形成全包围结构，从而防止碎屑的飞溅。
3.根据权利要求2所述的带圆盘式刀库的龙门加工中心，其特征在于，所述摄影单元包括照片采集部、照片切分部和照片比对部；所述照片采集部包括摄像机和辅助光源设备；所述摄像机设置在所述龙门结构上，所述摄像机用于对待加工品进行拍照；所述摄像单元还包括亮度传感器，所述亮度传感器设置在加工台附近，所述亮度传感器用以检测所述待加工品附近的实时亮度L’；所述亮度传感器与所述辅助光源设备电连接，所述辅助光源设备中储存有标准亮度L，若实时亮度小于标准亮度L，所述辅助光源设备打开，以保证所述摄像机在标准亮度L的前提下进行拍照；所述照片切分部对照片进行切分，所述照片切分部将照片切分成预设比例大小；所述照片比对部预先储存有预设比例大小的样品照片，且每张样品照片中包括对应的尺寸信息和材料信息；所述照片比对部通过照片比对获取样品照片的尺寸信息和材料信息，并建立刀具选用矩阵。
4.根据权利要求3所述的带圆盘式刀库的龙门加工中心，其特征在于，刀具选用矩阵为F(a，b，c，d，e)；其中，a为位置编号，b为尺寸信息，c为材料信息，d为优先级等级，e为加工工艺；
所述摄影单元对所述待加工品设定X、Y、Z三个参考方向，在X、Y、Z三个方向上分别设有所述摄像机和所述辅助光源设备；所述照片比对部依次建立刀具选用矩阵F1(X1，b1，c，d1，e)；F2(Y2，b2，c，d2，e2)；F3(Z3，b3，c，d3，e)。
5.根据权利要求4所述的带圆盘式刀库的龙门加工中心，其特征在于，所述刀具录入单元录入所述刀具的的材料信息、硬度信息和加工精度信息；所述刀具录入单元包括刀具预设矩阵，刀具预设矩阵为L(f，g，h)；其中，f表示刀具编号，g表示根据材料信息和硬度信息得出的所述刀具的可加工材料集合，h表示所述刀具可进行的加工工艺集合。
6.根据权利要求5所述的带圆盘式刀库的龙门加工中心，其特征在于，刀具的可加工材料集合g包括多种材料信息，g＝{c1、c2、c3}；集合中c1、c2、c3分别代表不同的加工材料；刀具可进行的加工工艺集合h包括多种加工工艺信息，加工工艺信息包括所述刀具可执行的最大加工精度、加工时间和加工方式；h＝{e1、e2、e3}；集合中e1、e2、e3分别代表不同的加工工艺。
7.根据权利要求6所述的带圆盘式刀库的龙门加工中心，其特征在于，当刀具预设矩阵Ln(f，g，h)与刀具选用矩阵Fn(an，bn，c，dn，e)对应时，刀具预设矩阵Ln中的加工材料集合g包含刀具选用矩阵Fn的材料信息c；刀具预设矩阵Ln中的加工工艺集合h包含刀具选用矩阵Fn的加工工艺e；dn＝f，式中，dn为优先级等级，f为刀具编号。
8.根据权利要求7所述的带圆盘式刀库的龙门加工中心，其特征在于，所述调用单元根据所述刀具的优先级编号，由小到大依次调用所述刀具。
9.根据权利要求8所述的带圆盘式刀库的龙门加工中心，其特征在于，当所述Z轴结构处于加工状态时，所述刀库把下一个优先级编号的所述刀具备好，当当前的加工程序完成，所述Z轴结构移动到靠近所述刀库预先在系统设置好的座标位置，此时，所述刀库的打刀机械手先把原来的刀具卸载掉，并换上预先备好的刀具。
10.根据权利要求4所述的带圆盘式刀库的龙门加工中心，其特征在于，所述控制系统中设有预设加工时间单位T0，所述刀具的工作时间均为预设加工时间单位T0的整数倍；每过KT0时间后，所述摄影单元重新进行拍照；所述照片比对部将更新后采集到的尺寸信息b与更新前的尺寸信息b进行比对；若更新前后的尺寸信息相同，则证明加工效果不明显，此时，所述摄影单元将此时采集的图像信息发送到所述控制系统上的人机交互界面，所述人机交互界面向工作人员反映加工情况。
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