CN111805280A - 一种自动换刀系统及换刀方法 - Google Patents

Abstract

本发明中公开了一种自动换刀系统及换刀方法，该自动换刀系统包括换刀机构和刀具夹持机构；换刀机构包括设置在电机转轴上的转子盘，转子盘上设置有电磁组件；刀具夹持机构包括用于装夹刀具的刀具盘，刀具盘靠近转子盘的一侧端面上设置有与电磁组件配合的衔铁盘；通过电磁组件的通断电控制可将刀具夹持机构连接到换刀机构上或与换刀机构之间脱离。本发明刀具更换方式自动化程度高，可以快速的更换刀具，能有效节约时间，提高加工效率；通过双向锥形孔定位，可以有效保证换刀后的重复定位精度，保证加工质量。

Description

一种自动换刀系统及换刀方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，尤其涉及一种自动换刀系统及换刀方法。

背景技术

工业机器人在雕刻、打磨以及去毛刺过程中，由于加工工艺的要求，需要频繁地更换刀具，如果手动换刀，每换一次刀具均需重新标定刀具TCP坐标系，浪费加工时间，大大降低了加工效率。现阶段常用工业机器人的负载能力大多仅为几十公斤到一百多公斤，并且负载越大对工业机器人运动性能的影响越大，而传统旋转刀具的换刀装置也并不适用工业机器人换刀。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的工业机器人更换刀具时效率较低的问题，提供一种自动换刀系统及换刀方法，实现刀具的自动更换。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

一种自动换刀系统，包括换刀机构和刀具夹持机构；

所述换刀机构包括设置在电机转轴上的转子盘，所述转子盘上设置有电磁组件；

所述刀具夹持机构包括用于装夹刀具的刀具盘，所述刀具盘靠近转子盘的一侧端面上设置有与电磁组件配合的衔铁盘；

通过电磁组件的通断电控制可将刀具夹持机构连接到换刀机构上或与换刀机构之间脱离。

进一步地，所述转子盘和刀具盘之间设置有用于刀具盘在转子盘上定位的第一定位部；所述第一定位部包括在转子盘上同轴设置的第一锥形孔和在刀具盘一侧端面上同轴设置的第一锥形台，所述第一锥形台与第一锥形孔之间配合设置。

进一步地，所述转子盘和刀具盘之间设置有用于刀具盘在转子盘上定位的第二定位部；所述第二定位部包括设置在电机转轴端部的第二锥形台和在第一锥形台端部同轴设置的第二锥形孔，所述第二锥形台伸入到第二锥形孔内，可与第二锥形孔之间配合设置。

进一步地，所述电磁组件为电磁线圈组件。

进一步地，所述转子盘一端设置有伸出到转子盘端面外的轴套，所述轴套套设在电机转轴上，位于转子盘的轴套一侧设置有定子盘，所述定子盘套设在轴套外，定子盘与轴套之间设置有轴承，所述电磁组件设置在定子盘上。

进一步地，所述刀具盘一侧设置有刀具安装部，所述刀具安装部上设置有与刀具夹头配合的锥形安装孔，所述刀具安装部端部设置有固定螺母。

进一步地，所述刀具盘上沿其轴线方向设置有通孔，所述通孔一端连通到锥形安装孔。

进一步地，所述转子盘或刀具盘上设置有摩擦片，所述摩擦片设置于转子盘和刀具盘之间。

本发明中还涉及一种基于自动换刀系统的换刀方法，包括以下步骤：

1)将多个安装有刀具的刀具盘放置到刀架上；

2)控制换刀机构移动，使换刀机构准确定位到待安装的刀具盘上方对应位置；

3)电磁组件通电，刀具盘在磁力的作用下连接到换刀机构上；

4)换刀时，控制换刀机构移动到刀架空位处，控制电磁组件断电，刀具盘从换刀机构上脱离，将刀具盘放置到刀架上；重复步骤2)-3)，即可实现加工过程中刀具的自动更换操作。

本发明所具有的有益效果：

(一)本发明换刀机构上的电磁线圈组件通电时产生磁力，将刀具盘吸附连接到转子盘上，在电磁线圈组件断电时，磁力消失刀具盘与换刀机构之间脱离，同时通过设置在换刀机构和刀具夹持机构之间的定位部件，对刀具盘在转子盘上的位置进行定位，实现自动换刀操作，换刀机构体积小、重量轻，刀具更换自动化程度高，可以实现刀具的快速更换，能有效节约时间，提高加工效率。

(二)本发明采用锥形孔与锥形台配合的双重定位结构，可有效保证刀具盘在换刀机构上安装定位的重复定位精度，保证加工质量。

(三)本发明采用同轴设置的锥形孔、锥形台结构配合定位，电机和转动部分采用花键轴传动，保证重心位置，防止旋转抖动，提高加工旋转速度。

(四)本发明刀具盘在锥形安装孔底部设置可对刀具进行定位的定位端面，刀具安装时可对刀具进行定位，方便换刀后，依据刀具长度，计算刀具长度差值，可实现对刀具加工参数的自动补偿。

附图说明

图1为本发明自动换刀系统结构示意图。

图2为本发明自动换刀系统中刀具盘结构示意图。

图中：1-电机、2-第一挡块、3-电机转轴、4-轴承、5-定子盘、6-电磁线圈组件、7-转子盘、701-轴套、8-衔铁盘、9-摩擦片、10-刀具盘、11-第二挡块、12-锁紧螺母、13-固定螺母、14-锥形安装孔、15-刀具夹头、16-刀具、17-第二锥形台、18-第二锥形孔、19-锁紧垫圈、20-第一锥形台、21-第一锥形孔、23-通孔、24-定位端面。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

如图1所示的一种自动换刀系统，包括换刀机构和刀具夹持机构；换刀机构包括设置在电机转轴3上的转子盘7，转子盘7上设置有电磁组件；电子转轴采用花键轴，可更好地适用于刀具加工过程中高速旋转的要求。刀具夹持机构包括用于装夹刀具的刀具盘10，刀具盘10靠近转子盘7的一侧端面上设置有与电磁组件配合的衔铁盘8；通过电磁组件的通断电控制可将刀具夹持机构连接到换刀机构上或与换刀机构之间脱离。

电磁组件通电时产生磁力吸附衔铁盘8，从而将刀具盘10吸附上来并与转子盘7连接；电磁组件断电时磁力消失，刀具盘10与转子盘7分离；刀具盘10可用于装夹刀具，因此通过自动吸附和分离刀具盘10即可完成刀具的更换，这种刀具更换方式自动化程度高，可以快速的更换刀具，能有效节约时间，提高加工效率。

本实施例中电磁组件为电磁线圈组件6。转子盘7一端设置有伸出到转子盘7端面外的轴套701，轴套701套设在电机1转轴上，位于转子盘7的轴套701一侧设置有定子盘5，定子盘5套设在轴套701外，定子盘5与轴套701之间设置有轴承4，电磁线圈组件6设置在定子盘5上。定子盘5与转子盘7相对旋转，将电磁线圈组件6设置在定子盘5上，保证电磁线圈组件6可以连接到电源实现通、断电的控制。

如图1所示，本实施例中电机转轴3上端设置有第一挡块2，电机转轴3下端依次设置有第二挡块11、锁紧垫圈19和锁紧螺母12，第二挡块11、锁紧垫圈19和锁紧螺母12设置在第一锥形孔21的小孔端内，转子盘7设置在第一挡块2和第二挡块11之间。第一挡块2和第二挡块11对转子盘7起到限位的作用，锁紧垫圈19和锁紧螺母12进一步增强对转子盘7的限位固定作用。

如图1和图2所示，转子盘7和刀具盘10之间设置有用于刀具盘10在转子盘7上定位的第一定位部；第一定位部包括在转子盘7上同轴设置的第一锥形孔21和在刀具盘10一侧端面上同轴设置的第一锥形台20，第一锥形台20与第一锥形孔21之间配合设置。转子盘7和刀具盘10之间设置有用于刀具盘10在转子盘7上定位的第二定位部；第二定位部包括设置在电机1转轴端部的第二锥形台17和在第一锥形台20端部同轴设置的第二锥形孔18，第二锥形台17伸入到第二锥形孔18内，可与第二锥形孔18之间配合设置。电磁组件通电时，在对刀具盘10的吸附过程中，转子盘和刀具盘之间通过第一定位部和第二定位部分别配合定位，通过采用这种双向锥形孔双重定位方式，可以有效保证刀具盘更换过程中定位安装的重复精度，从而保证加工质量。

进一步地，刀具盘10一侧设置有刀具安装部，刀具安装部上设置有与刀具夹头15配合的锥形安装孔14，刀具安装部端部设置有固定螺母13。刀具安装时，将刀具安装到刀具夹头上，所述刀具夹头为与锥形安装孔配合的锥形结构，然后将刀具夹头安装到锥形安装孔内，通过固定螺母与刀具安装部之间螺纹连接，将刀具夹头固定安装到刀具盘的刀具安装部。

在锥形安装孔底部设置可对刀具进行定位的定位端面24，在刀具盘上安装刀具时，通过定位端面对刀具端部进行定位，从而可根据刀具本身的长度计算刀具之间的长度差值，实现换刀后对刀具参数的自动补偿，从而不需要对更换后的刀具进行重新定位和标定。

进一步地，刀具盘10上沿其轴线方向设置有通孔23，通孔23一端连通到锥形安装孔14；通孔的设置可起到对刀具进行散热排气的作用。

如图1所示，转子盘7或刀具盘10上设置有摩擦片9，摩擦片9设置于转子盘7和刀具盘10之间。摩擦片9可以提高转子盘7与刀具盘10之间的摩擦力，在刀具盘10随转子盘7高速旋转时，提高刀具盘10转动的稳定性，进一步保证加工精度。

实施例2

该自动换刀系统的换刀机构通常安装在机器人上，多个安装有刀具的刀具盘安装在刀架上，通过控制机器人的运动及换刀机构可实现对刀具的自动更换，具体步骤如下：

加工过程中需要换刀时，通过机器人控制换刀机构移动，使换刀机构准确定位到刀架上可放置刀具盘的空位处，控制电磁线圈组件断电，刀具盘10在重力的作用下从换刀机构上脱离，将刀具盘10放置到刀架上。

然后控制换刀机构移动到待更换的刀具盘10上方对应位置；控制电磁线圈组件通电，刀具盘10在磁力的作用下连接到换刀机构上；即完成自动换刀。

换刀后，选用预先设置好刀具参数的相应刀具号进行后续的加工。

本发明的说明书和附图被认为是说明性的而非限制性的，在本发明基础上，本领域技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中一些技术特征做出一些替换和变形，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自动换刀系统，其特征在于，包括换刀机构和刀具夹持机构；

所述换刀机构包括设置在电机转轴上的转子盘，所述转子盘上设置有电磁组件；

所述刀具夹持机构包括用于装夹刀具的刀具盘，所述刀具盘靠近转子盘的一侧端面上设置有与电磁组件配合的衔铁盘；

通过电磁组件的通断电控制可将刀具夹持机构连接到换刀机构上或与换刀机构之间脱离。

2.根据权利要求1所述的自动换刀系统，其特征在于，所述转子盘和刀具盘之间设置有用于刀具盘在转子盘上定位的第一定位部；所述第一定位部包括在转子盘上同轴设置的第一锥形孔和在刀具盘一侧端面上同轴设置的第一锥形台，所述第一锥形台与第一锥形孔之间配合设置。

3.根据权利要求2所述的自动换刀系统，其特征在于，所述转子盘和刀具盘之间设置有用于刀具盘在转子盘上定位的第二定位部；所述第二定位部包括设置在电机转轴端部的第二锥形台和在第一锥形台端部同轴设置的第二锥形孔，所述第二锥形台伸入到第二锥形孔内，可与第二锥形孔之间配合设置。

4.根据权利要求1所述的自动换刀系统，其特征在于，所述电磁组件为电磁线圈组件。

5.根据权利要求1或4所述的自动换刀系统，其特征在于，所述转子盘一端设置有伸出到转子盘端面外的轴套，所述轴套套设在电机转轴上，位于转子盘的轴套一侧设置有定子盘，所述定子盘套设在轴套外，定子盘与轴套之间设置有轴承，所述电磁组件设置在定子盘上。

6.根据权利要求1所述的自动换刀系统，其特征在于：所述刀具盘一侧设置有刀具安装部，所述刀具安装部上设置有与刀具夹头配合的锥形安装孔，所述刀具安装部端部设置有固定螺母。

7.根据权利要求6所述的自动换刀系统，其特征在于：所述锥形安装孔内设置有可对刀具进行定位的定位端面。

8.根据权利要求6所述的自动换刀系统，其特征在于：所述刀具盘上沿其轴线方向设置有通孔，所述通孔一端连通到锥形安装孔。

9.根据权利要求1所述的自动换刀系统，其特征在于：所述转子盘或刀具盘上设置有摩擦片，所述摩擦片设置于转子盘和刀具盘之间。

10.基于权利要求1-9中自动换刀系统的换刀方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将多个安装有刀具的刀具盘放置到刀架上；

2)控制换刀机构移动，使换刀机构准确定位到待安装的刀具盘上方对应位置；

3)电磁组件通电，刀具盘在磁力的作用下连接到换刀机构上；

4)换刀时，控制换刀机构移动到刀架空位处，控制电磁组件断电，刀具盘从换刀机构上脱离，将刀具盘放置到刀架上；重复步骤2)-3)，即可实现加工过程中刀具的自动更换操作。

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