CN111571278A - 一种自动换刀系统及换刀方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于加工设备领域，公开了一种自动换刀系统及换刀方法，自动换刀系统包括主机，设有可沿竖直方向移动的至少一个电主轴及可移动至电主轴下方的工作台；刀盘座，设置于主机上，其上放置有摆放刀具的刀盘；换刀座，用于放置新刀具以及电主轴退下的旧刀具；抓刀机构，安装于主机上，用于将刀盘中的新刀具放置于换刀座，以及将换刀座上的旧刀具放置于刀盘；刀盘输送机构，可移动地置于主机的一侧，用于更换刀盘座上的刀盘，刀盘输送机构内放置有每个电主轴所需的刀盘。本发明的自动换刀系统，能够实现对加工设备的自动换刀，减少人工操作，降低出错概率，提高了加个设备的稼动率。

Description

一种自动换刀系统及换刀方法

技术领域

本发明涉及加工设备领域，尤其涉及一种自动换刀系统及换刀方法。

背景技术

在PCB行业，随着PCB钻孔机和铣边机等设备的逐步成熟，厂内加工规模的日益扩大，降低劳动力成本、提升自动化程度的需求被提上日程。自动化车间、无人车间的理念逐步渗透到实践中。

目前，在PCB钻孔机和铣边机等设备中，通常是通过增加设备上刀库容量，来减少换刀次数，进而减少人工操作，但是当换刀时，依旧需要人工换刀，无法实现自动化换刀，而且增加刀库容量，也会导致整个设备过于庞大。而且设备加工过程中，如果无备用新刀，则需要人工替换补齐，耗时耗力。此外，现有PCB钻孔机和铣边机的刀具排放在其工作台上，要更换刀具或者排列刀具时设备必须停机，之后将工作台移动至最前端，操作人员才能进行刀具的更换，降低了设备稼动率。因此，亟需一种能够实现自动换刀的系统。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动换刀系统及换刀方法，实现自动换刀，有效提高设备稼动率。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种自动换刀系统，包括主机，所述主机设有可沿竖直方向移动的至少一个电主轴以及可移动至所述电主轴下方的工作台，所述自动换刀系统还包括：

刀盘座，设置于所述主机上，其上放置有用于摆放刀具的刀盘；

换刀座，用于放置新刀具以及所述电主轴退下的旧刀具；

抓刀机构，安装于所述主机上，用于将所述刀盘中的新刀具放置于所述换刀座，以及将所述换刀座上的旧刀具放置于所述刀盘；

刀盘输送机构，可移动地置于所述主机的一侧，用于更换所述刀盘座上的刀盘，所述刀盘输送机构内放置有每个所述电主轴所需的刀盘。

作为优选，还包括刀库，所述刀盘输送机构能移动至所述刀库，所述刀库能够对所述刀盘输送机构上的刀盘进行刀具的回收和补充。

作为优选，所述刀盘输送机构包括放置所述刀盘的柜体，以及位于所述柜体上的第一机械手，所述第一机械手用于将所述柜体内的刀盘更换至所述刀盘座，以及将所述刀盘座上的刀盘更换至所述柜体。

作为优选，所述抓刀机构包括固定于所述主机上的横梁，以及相对于所述横梁可移动的第二机械手，所述第二机械手用于取放刀具于所述刀盘。

作为优选，所述电主轴设置有多个，所述第二机械手设置有一个，且所述第二机械手能沿第一方向移动，所述第一方向与所述电主轴的分布方向相同。

作为优选，在所述抓刀机构固定时，所述换刀座设置于所述刀盘座上；

或者，在所述刀盘座固定时，所述换刀座设置于所述工作台上；

或者，在所述抓刀机构和所述刀盘座均可移动时，所述换刀座设置于所述刀盘座或所述工作台上。

作为优选，还包括刀具检测机构，用于对所述新刀具和所述旧刀具进行刀检。

本发明还提供一种换刀方法，应用于上述的自动换刀系统，包括：

在主机发送更换刀盘的信息时，控制刀盘输送机构移动至刀盘座需要更换刀盘的位置，并对所述刀盘座上的刀盘进行更换；

在主机发送更换刀具的信息时，控制电主轴退下旧刀具至换刀座，控制抓刀机构从所述刀盘内抓取新刀具至所述换刀座；

控制电主轴抓取所述新刀具继续加工，并控制所述刀盘输送机构回收放置所述旧刀具的刀盘。

作为优选，还包括：

在放置新刀具或旧刀具至所述换刀座时，通过刀具检测机构对所述新刀具或所述旧刀具进行刀检。

作为优选，在所述刀盘输送机构回收放置所述旧刀具的刀盘之后，控制所述刀盘输送机构移动至刀库，进行刀具的回收和补充。

本发明的自动换刀系统，能够实现对加工设备的自动换刀，减少人工操作，降低出错概率，提高了加工设备的稼动率。

通过设置刀盘输送机构，能够自动实现对新刀具的补充以及对旧刀具的回收，解放了人力，而且也无需加工设备再增加刀库容量，降低了加个设备的制造成本。

通过抓刀机构和刀盘座中的至少一个沿主机移动，能够实现将电主轴上刀具的更换。而且通过抓刀机构和/或刀盘座的移动，可以在电主轴加个的同时，进行新刀具的补充，无需加工设备停机，进一步提高了加工设备的稼动率。

本发明通过设置刀库，将刀库与主机分离，可根据需要大幅度提高刀库的容量，而且能够实现多工位刀具的统一管理，可以实现新刀具、旧刀具集中位置摆放，从而方便自动化更换的管理，并且能够降低刀具管理成本。

附图说明

图1是本发明实施例一所述的自动换刀系统的立体结构示意图；

图2是本发明实施例一所述的自动换刀系统的主视图；

图3是本发明实施例一所述的自动换刀系统俯视图；

图4是本发明图1的A处放大示意图。

图中：

1、主机；11、第一横梁；

2、电主轴；3、工作台；

4、刀盘座；41、刀盘；

51、新刀座；52、旧刀座；53、备用刀座；

6、抓刀机构；61、横梁；62、第二机械手；

7、刀盘输送机构；71、柜体；72、第一机械手；

8、刀具检测机构；

9、换料机构；91、换料小车；92、换料底座；93、换料料仓。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实施例的描述中，术语“上”、“下”、“右”、等方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述和简化操作，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。此外，术语“第一”、“第二”仅仅用于在描述上加以区分，并没有特殊的含义。

实施例一

本实施例提供一种自动换刀系统，用于实现对加工刀具的自动更换以及回收，可参照图1-3，该自动换挡系统包括主机1、电主轴2、工作台3、刀盘座4、换刀座、抓刀机构6以及刀盘输送机构7，其中：

上述主机1可以是PCB钻孔机，也可以是PCB铣边机，还可以是对其他板材进行加工的加工设备。在主机1上设有可沿竖直方向移动(图1所示的Z向)的至少一个电主轴2，具体的，在主机1上设有第一横梁11，在该第一横梁11上设有至少一个电主轴2。该电主轴2上安装有刀具，能够对待加工板材进行加工(如安装钻头进行钻孔，或者安装切削刀具进行切削铣边等)，上述电主轴2能够沿竖直方向移动，以便实现对待加工板材的加工以及刀具的退下和更换。可选的，上述电主轴2还能够通过导轨沿第一横梁11移动，具体是沿图1所示的X方向往返移动，可实现对待加工板材的不同位置的加工。

示例性地，本实施例的上述电主轴2设置有多个，且多个电主轴2沿第一横梁11的长度方向(即X方向)等间距分布，能够实现同时加工多个待加工板材。

在主机1上还设有可移动的工作台3，具体的，该工作台3通过导轨相对于主机1移动，且移动方向优选为图1所示的Y方向。该工作台3的移动，一方面能够实现在主机1的一侧装载待加工板材，另一方面，能够将待加工板材移动至电主轴2下方，进行加工。需要说明的是，当电主轴2设置有多个时，上述工作台3能够实现装载多个待加工板材，并将待加工板材输送至多个电主轴2下方，以便电主轴2加工。

本实施例中，在主机1的一侧设置有换料机构9，其放置有待加工板材，而且能够将待加工板材放置于工作台3上。具体的，如图2所示，该换料机构9包括换料小车91，设置于换料小车91上的换料底座92，位于换料底座92上的换料料仓93，该换料料仓93相对于换料底座92可移动，在换料料仓93内放置有待加工板材。上述工作台3能够移动至换料料仓93处，换料料仓93将待加工板材放置于工作台3上。本实施例中，上述换料料仓93上可以设置机械手(图中未示出)，通过机械手来放置待加工板材于工作台3上。

可参照图2和图3，上述刀盘座4可移动地安装于主机1上，在该刀盘座4上安装有刀盘41，在刀盘41内摆放有刀具。示例性的，上述刀盘座4可以通过导轨来实现相对于主机1的移动。于本实施例中，上述刀盘座4能够沿Y方向移动，其能够将刀盘41内的刀具移动至电主轴2下方，并供电主轴2进行换刀操作。

本实施例中，如图4所示，在上述刀盘座4上设置有换刀座，该换刀座用放置待更换的新刀具以及电主轴2退下的旧刀具，具体的，该换刀座包括至少一个新刀座51和至少一个旧刀座52，其中新刀座51用于放置待更换的新刀具，旧刀座52用于放置电主轴2退下的旧刀具。更为优选的，本实施例的上述换刀座还可以设置一备用刀座53，该备用刀座53可以放置备用刀具，以便出现特殊情况时使用。

于本实施例中，上述刀盘座4能够带着换刀座移动至电主轴2下方，随后电主轴2下移将旧刀具退下并置于旧刀座52内，随后电主轴2移动至新刀座51处，将新刀座51内的新刀具装载上，并退回原位，等待加工。需要说明的是，本实施例的电主轴2为现有技术，不再对其结构赘述(电主轴是最近几年在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术，它与直线电机技术、高速刀具技术组合在一起。电主轴是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：电主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器以及换刀装置)。

如图1所示，上述抓刀机构6安装于主机1上，其用于将刀盘41中的新刀具放置于换刀座，以及将换刀座上的旧刀具放置于刀盘41。具体的，该抓刀机构6包括固定于主机1上的横梁61，以及相对于横梁61可移动的第二机械手62，其中横梁61沿X方向设置，且优选的与第一横梁11平行设置。第二机械手62能够在横梁61上沿第一方向(也就是X方向)移动，且能够相对于横梁61沿Z方向移动。第二机械手62在X方向以及Z方向的移动，同时配合刀盘座4的移动，使得第二机械手62能够移动至刀盘41的任意一个新刀具的位置处，随后将该新刀具抓起并置于新刀座51上。此外，当换刀座的旧刀座52上放置有旧刀具时，通过第二机械手62，能够将旧刀具放置在刀盘41上。

可以理解的，本实施例的上述第二机械手62还可以在X、Y、Z三个方向均可移动，同样能够实现对新刀具的抓取以及旧刀具的放置。

本实施例中，如图4所示，在刀盘座4上还设有刀具检测机构8，该刀具检测机构8用于对使用前的新刀具以及使用后的旧刀具进行刀检。该刀具检测机构8为现有技术中常见的刀具检测机构8，在此不再对其结构以及原理赘述。

可参照图1，上述刀盘输送机构7可移动地置于主机1的一侧，该刀盘输送机构7包括柜体71和第一机械手72，上述柜体71能够沿轨道移动，并且能够移动至主机1的一侧，在柜体71内放置多个刀盘41，每个刀盘41均摆放有刀具，且不同刀盘41的刀具对应于不同的电主轴2。当某个电主轴2对应的刀盘座4上的刀盘41需要进行更换时，柜体71能够移动至该刀盘座4所对应的位置处，随后进行刀盘41的更换(即装有新刀具的刀盘41更换掉刀盘座4上的刀盘41)。

上述第一机械手72用于将柜体71内的刀盘41更换至刀盘座4，其可以包括提升机构(图中未示出)以及机械手(图中未示出)，提升机构能够将位于柜体71内的刀盘41取出，并提升至预设高度(可以是与刀盘座4上的刀盘41平齐的高度)，随后由机械手抓取，并且将抓取的刀盘41至于刀盘座4上。需要说明的是，在机械手抓取新刀盘41于刀盘座4之前，机械手会先将刀盘座4上旧的刀盘41取出，并放置于柜体71。

本实施例中，可选的，上述刀盘输送机构7可以是AGV小车(即无人搬运车(Automated Guided Vehicle)。是指装备有电磁或光学等自动导引装置，能够沿规定的导引路径行驶，具有安全保护以及各种移载功能的运输车，AGV属于轮式移动机器人(WMR――Wheeled Mobile Robot)的范畴)，也可以是其他能够实现自动控制行走的输送机构。

进一步的，本实施例的自动换刀系统还包括刀库(图中未示出)，该刀库能够根据不同电主轴2所需的刀具信息，自动排列刀具于该电主轴2对应的刀盘41上，并且能够将装好刀具的刀盘41置于刀盘输送机构7内。上述刀库还可以包括一备用刀库，该备用刀库也能够实现刀盘输送机构7上新刀具的补充和更换。

上述刀库还可以根据主机1发送的刀盘41上的刀具信息(如新刀具数量、新刀具类型等)，合理补充排布刀盘输送机构7上的刀盘41上的新刀具。此外，刀库还具有分类和研磨机构，其能对旧刀具进行分类，判断是否可继续修理使用，如果可以继续修理使用，则对旧刀具进行研磨，降低了刀具管理成本。

本实施例还提供一种换刀方法，该换刀方法应用于上述的自动换刀系统，具体的，该方法包括：

当主机1发送的更换刀盘41的信息时，控制刀盘输送机构7移动至刀盘座4需要更换刀盘41的位置，并对刀盘座4上的刀盘41进行更换。

当主机1发送的更换刀具的信息时，控制电主轴2退下旧刀具至换刀座，控制抓刀机构6从刀盘41内抓取新刀具至换刀座。

在放置新刀具或旧刀具至换刀座时，通过刀具检测机构8对新刀具或旧刀具进行刀检。

控制电主轴2移动至换刀座的新刀座处，抓取装载新刀具，随后退回原位，继续进行加工，同时刀盘座4移动至刀盘输送机构7旁，刀盘输送机构7回收放置旧刀具的刀盘41。

在刀盘输送机构7回收放置旧刀具的刀盘41之后，控制刀盘输送机构7移动至刀库，进行新刀具的回收和补充。

具体的，上述换刀方法应用于上述自动换刀系统时，当主机1检测到当前刀盘座4上的刀盘41的新刀具数量低于预设数量时，会进行预警，此时刀库将新刀具摆放至刀盘输送机构7上的刀盘41上，随后控制刀盘输送机构7移动至刀盘座4的刀盘41位置处，通过第一机械手72将该刀盘座4的刀盘41取出，并将柜体71内的刀盘41(放置有新刀具)取出放置于刀盘座4上。

当该刀盘41对应的电主轴2处于加工状态时，抓刀机构6的第二机械手62可在电主轴2工作的同时，将下一把更换的新刀具取出，并放置于刀具检测机构8处进行刀检，在刀检合格后，将该新刀具放置于换刀座的新刀座51上。当电主轴2当前装载的刀具寿命到达，此时工作台3向换料机构9一侧移动，随后刀盘座4向电主轴2下方移动，并最终使得换刀座的旧刀座52置于电主轴2下方，电主轴2向下移动并将旧刀具退下，并置于旧刀座52内。随后电主轴2移动至新刀座51处，并将新刀座51内的新刀具装载上，并移动至原位。在电主轴2上移的过程中，刀盘座4向远离电主轴2的方向移动并最终移动至主机1的边缘处，当此时的刀盘座4上的刀盘41内新刀具数量不够时，刀盘输送机构7根据需要对刀盘座4上的刀盘41进行更换。

在刀盘41更换完成后，上述刀盘输送机构7移动至刀库，刀库对其上的刀盘41内的旧刀具进行检测分类和研磨，并对该刀盘41进行新刀具的补充，以备后续使用。

本实施例的上述自动换刀系统及换刀方法，能够实现对加工设备的自动换刀，减少人工操作，降低出错概率，提高了加个设备的稼动率。此外，本实施例通过刀盘输送机构7，可以对每个电主轴2对应的刀盘41进行更换，提前排刀，能够统一对多个电主轴2对应的刀盘41上的刀具进行管理，新、旧刀具可以集中摆放，从而减少了换刀的频率，提高了效率。

实施例二

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例中，抓刀机构是可移动的，而刀盘座是固定与主机上不可移动的。即本实施例中，上述抓刀机构的横梁相对于主机可沿Y方向移动，同时第二机械手能够在横梁上沿第一方向(也就是X方向)移动，且相对于横梁能够沿Z方向移动。上述刀盘座固定设置于主机上，其仅具有放置刀盘的作用。

在本实施例中，换刀座并未设置于刀盘座上，而是设置在工作台上，当电主轴需要进行刀具更换时，工作台移动至刀盘座处，随后抓刀机构的第二机械手将刀盘座上的新刀具抓取并放置在换刀座的新刀座上，之后工作台退回使换刀座位于电主轴正下方，电主轴下移进行旧刀具的退下以及新刀具的装载。

本实施例中，上述刀盘座上的刀盘更换方式与实施例一相同，不再赘述。

实施例三

本实施例与实施例一的区别在于，本实施例的抓刀机构和刀盘座均可移动时，换刀座设置于刀盘座或工作台上。当换刀座至于刀盘座上时，本实施例的换刀方法以及刀盘更换方式与实施例一相同；当换刀座至于工作台上时，本实施例可以采用实施例二所述的换刀方法以及刀盘更换方式。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动换刀系统，包括主机(1)，所述主机(1)设有可沿竖直方向移动的至少一个电主轴(2)以及可移动至所述电主轴(2)下方的工作台(3)，其特征在于，所述自动换刀系统还包括：

刀盘座(4)，设置于所述主机(1)上，其上放置有用于摆放刀具的刀盘(41)；

换刀座，用于放置新刀具以及所述电主轴(2)退下的旧刀具；

抓刀机构(6)，安装于所述主机(1)上，用于将所述刀盘(41)中的新刀具放置于所述换刀座，以及将所述换刀座上的旧刀具放置于所述刀盘(41)；

刀盘输送机构(7)，可移动地置于所述主机(1)的一侧，用于更换所述刀盘座(4)上的刀盘(41)，所述刀盘输送机构(7)放置有每个所述电主轴(2)所需的刀盘(41)。

2.根据权利要求1所述的自动换刀系统，其特征在于，还包括刀库，所述刀盘输送机构(7)能移动至所述刀库，所述刀库能够对所述刀盘输送机构(7)上的所述刀盘(41)进行刀具的回收和补充。

3.根据权利要求1所述的自动换刀系统，其特征在于，所述刀盘输送机构(7)包括放置所述刀盘(41)的柜体(71)，以及位于所述柜体(71)上的第一机械手(72)，所述第一机械手(72)用于将所述柜体(71)内的刀盘(41)更换至所述刀盘座(4)，以及将所述刀盘座(4)上的刀盘(41)更换至所述柜体(71)。

4.根据权利要求1所述的自动换刀系统，其特征在于，所述抓刀机构(6)包括固定于所述主机(1)上的横梁(61)，以及相对于所述横梁(61)可移动的第二机械手(62)，所述第二机械手(62)用于取放刀具于所述刀盘(41)。

5.根据权利要求4所述的自动换刀系统，其特征在于，所述电主轴(2)设置有多个，所述第二机械手(62)设置有一个，且所述第二机械手(62)能沿第一方向移动，所述第一方向与所述电主轴(2)的分布方向相同。

6.根据权利要求1所述的自动换刀系统，其特征在于，在所述抓刀机构(6)固定时，所述换刀座设置于所述刀盘座(4)上；

或者，在所述刀盘座(4)固定时，所述换刀座设置于所述工作台(3)上；

或者，在所述抓刀机构(6)和所述刀盘座(4)均可移动时，所述换刀座设置于所述刀盘座(4)或所述工作台(3)上。

7.根据权利要求1-6任一所述的自动换刀系统，其特征在于，还包括刀具检测机构(8)，用于对所述新刀具和所述旧刀具进行刀检。

8.一种换刀方法，应用于权利要求1-7任一所述的自动换刀系统，其特征在于，包括：

在主机(1)发送更换刀盘(41)的信息时，控制刀盘输送机构(7)移动至刀盘座(4)需要更换刀盘(41)的位置，并对所述刀盘座(4)上的刀盘(41)进行更换；

在主机(1)发送更换刀具的信息时，控制电主轴(2)退下旧刀具至换刀座，控制抓刀机构(6)从所述刀盘(41)内抓取新刀具至所述换刀座；

控制电主轴(2)抓取所述新刀具继续加工，并控制所述刀盘输送机构(7)回收放置所述旧刀具的刀盘(41)。

9.根据权利要求8所述的换刀方法，其特征在于，还包括：

在放置新刀具或旧刀具至所述换刀座时，通过刀具检测机构(8)对所述新刀具或所述旧刀具进行刀检。

10.根据权利要求8所述的换刀方法，其特征在于，在所述刀盘输送机构(7)回收放置所述旧刀具的刀盘(41)之后，控制所述刀盘输送机构(7)移动至刀库，进行刀具的回收和补充。

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