CN112692626A - 一种卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送装备及换刀方法 - Google Patents

一种卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送装备及换刀方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送装备及换刀方法，中央刀库刀具配送装备包括带防护装置的桁架，在所述桁架上设置有线性轨道，线性轨道上安装有轨道机械手，轨道机械手可沿线性轨道移动；在桁架的一侧设置有中央刀库货架，在桁架的另一侧并列设置有多台机床单机系统；在所述桁架的一端设置有提升机，提升机的下方内侧设置有刀具小车，刀具小车上设置有刀具托盘，刀具托盘上有两种刀柄刀位，分别适用于主轴用刀具和角铣头用刀具的放置。本发明装备及方法可极大提高卧式镗铣床生产线的刀具配送管理和换刀效率，节省人力和时间。

Description

一种卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送装备及换刀方法
技术领域
本发明具体涉及一种卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送装备及换刀方法，属于自动化加工领域，主要用于中型壳体数字化生产线多台数控卧式镗铣床刀具集中管理、自动化配送和自动换刀。
背景技术
数控卧式镗铣床是中型壳体数字化生产线的核心加工设备，负责中型壳体内外形及端面的加工，卧式镗铣床加工模式有主轴加工和角铣头加工，主轴加工与角铣头加工所用刀具刀柄型号不同，刀具不能通用。
目前，中型壳体数字化生产线卧式镗铣床加工前，机床操作者根据工艺规程所用刀具去工具室借刀并人工装配刀具，机床加工时根据数控程序所用刀具人工给机床换刀，换刀完成后进行人工对刀，并将对刀结果输入到机床数控系统。由于机床加工产品结构复杂，通常完成一个工序需要十多种刀具，执行数十个程序。机床所用部分刀具结构相似，尺寸不易人工区分，频繁地进行人工换刀和对刀数据录入机床数控系统，刀具装配及对刀过程造成机床停机等待的时间较长，刀具装配质量和对刀精度严重依赖操作者经验，生产现场多次出现由于刀具装配质量差和对刀后刀长设置错误导致的产品加工报废。机床加工完成后刀具留在操作者手中，用后的刀具无法及时回收回工具室，导致大量刀具浪费。
目前，国内现有镗铣床刀库仅支持一种类型刀柄，无法同时满足BT40和BT50类型刀具的换刀。国内现有镗铣床刀库及换刀机械手仅支持一种换刀姿态，无法同时满足主轴和角铣头多种换刀姿态。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送装备及换刀方法，目的是实现中央刀库系统对卧式镗铣床生产线多台机床统一进行刀具管理和自动化配送，并实现多种规格刀具的自动换刀。
本发明的技术方案为：一种卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送装备，包括带防护装置的桁架，在所述桁架上设置有线性轨道，线性轨道上安装有轨道机械手，轨道机械手可沿线性轨道移动；在桁架的一侧设置有中央刀库货架，在桁架的另一侧并列设置有多台机床单机系统。
进一步的，在所述轨道机械手上布置有暂存刀库。
进一步的，在所述机床单机系统上布置有缓存刀库和换刀机械手，所述缓存刀库设置在机床单机系统靠近桁架的一侧。
进一步的，在所述桁架的一端设置有提升机，提升机的下方内侧设置有刀具小车，刀具小车可进出提升机，刀具小车上通过销钉定位设置有刀具托盘，刀具托盘可通过提升机上升或下降；刀具托盘上刀柄朝上安装有刀具，刀具刀柄上安装有RFID芯片。
进一步的，在所述提升机的下侧安装有托盘刀位检测装置。
进一步的，在所述提升机上侧、中央刀库货架两侧及各机床单机系统均安装有RFID芯片读写器。
进一步的，所述刀具托盘、轨道机械手的暂存刀库、中央刀库货架和机床单机系统的缓存刀库均设置有两种规格刀位，分别适用于主轴用刀具和角铣头用刀具的放置。
进一步的，所述机床单机系统的缓存刀库侧面设置有角铣头状态检测装置，可检测机床属于主轴加工状态、角铣头不同朝向加工状态。
一种卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送及换刀方法，利用中央刀库管理软件系统控制上述配送装备，包括如下步骤：
S1、外部刀具进中央刀库：将完成预调的刀具放置在刀具托盘刀位上，将刀具托盘安装到刀具小车上，把刀具小车推入提升机，提升机将刀具托盘提升到提升机上侧；轨道机械手依次抓取托盘上的刀具，并靠近提升机RFID读写器读取刀具RFID信息，然后装入轨道机械手暂存刀库；轨道机械手沿轨道移动到中央刀库货架刀具进出口位置，轨道机械手依次抓取刀具放入中央刀库货架；
S2、机床单机系统要刀：轨道机械手从中央刀库货架依次抓取机床单机系统发出的刀具需求单所需的刀具，经中央刀库货架RFID读写器读取刀具RFID信息，然后放入轨道机械手暂存刀库；轨道机械手沿轨道移动到各机床单机系统缓存刀库出入口位置，从暂存刀库依次抓取刀具移动到机床单机系统RFID读写器附近读取刀具RFID信息，接着装入机床单机系统缓存刀库，并将刀具信息写入机床刀具寄存器；
S3、机床单机系统换刀：卧式镗铣床数控系统自动识别机床换刀模式，中央刀库管理系统自动识别程序中刀具T号码，执行相应换刀模式的换刀指令，换刀机械手将缓存刀库中相应T号码刀具抓取与机床刀具进行交换，换刀机械手抓取卸下刀具移动到机床单机系统RFID读写器附件读取刀具RFID信息，接着装入机床单机系统缓存刀库；
S4、缓存刀库刀具回中央刀库：轨道机械手从缓存刀库架依次抓取刀具回库单所需刀具，经机床单机系统RFID读写器读取刀具RFID信息后装入轨道机械手暂存刀库；轨道机械手沿轨道移动到中央刀库货架刀具进出口位置，轨道机械手依次抓取刀具放入中央刀库货架；
S5、中央刀库刀具出库：轨道机械手根据还刀清单从中央刀库货架依次抓取刀具放入轨道机械手暂存刀库；轨道机械手沿轨道移动提升机附近，依次抓取暂存刀库内刀具经提升机RFID读写器读取刀具RFID信息，接着装入提升机上侧刀具托盘刀位，然后托盘由提升机下降到提升机下侧的刀具小车上，刀具小车携带刀具托盘被拉出提升机后还回工具室。
有益效果：本发明的卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送装备及换刀方法具备两种型号刀柄刀具的自动配送和自动换刀功能，中央刀库管理软件系统具备多种型号刀具的多刀库管理；机床单机系统具备主轴换刀、角铣头朝X正方向换刀、角铣头朝Y正方向换刀和角铣头朝Y负方向换刀四种换刀姿态检测和自动换刀的功能。本发明可极大提高卧式镗铣床生产线的刀具配送管理和换刀效率，节省人力和时间，进而提高产品质量。
附图说明
图1为本发明的卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送装备的组成结构示意图。
图2为本发明的中央刀库刀具配送装备中的刀具小车进入提升机的示意图。
图3为本发明的中央刀库刀具配送装备中的轨道机械手示意图。
图4为本发明的中央刀库刀具配送装备中的中央刀库货架示意图。
图5为本发明的中央刀库刀具配送装备中的机床单机系统示意图。
图6为本发明的中央刀库刀具配送装备中的桁架及防护装置示意图。
图7为本发明的中央刀库刀具配送装备的系统交互图。
图8为本发明的中央刀库刀具配送装备的网络拓扑图。
图中标记：1刀具托盘、2刀具小车、3提升机、4桁架、5轨道机械手、6中央刀库货架、7机床单机系统、8防护装置、51暂存刀库，71缓存刀库，72机床换刀机械手。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做更详细的说明。
如图1-6所示，卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送装备由刀具托盘1、刀具小车2、提升机3、桁架4、轨道机械手5、中央刀库货架6、多台并列的机床单机系统7和防护装置8组成。各个部件的布置方位参考图中的东南西北方向指示。
桁架4整体布置于机床单机系统7北侧，每台机床单机系统7布置有缓存刀库71和机床换刀机械手72，机床单机系统缓存刀库71北侧安装有带线性导轨的桁架4，桁架上侧安装有轨道机械手5可沿线性轨道移动，中央刀库货架6布置于桁架4北侧，桁架4西侧末端安装有提升机3。刀具托盘1放置于刀具小车2上侧并通过销钉与刀具小车2定位，刀具小车2可进入提升机3下侧进出口。刀具托盘1可通过提升机3上升或下降。提升机3下侧安装有托盘刀位检测装置，轨道机械手5布置有暂存刀库51，提升机上侧、中央刀库两侧及各机床单机系统均安装有RFID芯片读写器，刀具刀柄上安装有RFID芯片。刀具托盘、轨道机器手暂存刀库、中央刀库货架和机床缓存刀库刀位均有2种规格刀位，适用于主轴用刀具和角铣头用刀具的自动配送。机床单机系统缓存刀库侧面安装有角铣头状态检测装置，如图5所示，其中a、b、c、d、e为光电传感器，f为距离传感器，可检测机床属于主轴加工状态、角铣头朝X正方向加工状态或角铣头朝Y正方向加工状态，机床单机系统具备主轴换刀、角铣头朝X正方向换刀和角铣头朝Y正方向换刀、角铣头朝Y负方向换刀四种换刀姿态检测和自动换刀的功能，换刀模式与传感器状态对应关系见表1：
Figure BDA0002839333200000051
其中：
①主轴换刀模式：a传感器状态为1，b、c、d和e传感器状态为0，f距离传感器距离异常；
②角铣头X正向换刀：a和b传感器状态为1，c、d和e传感器状态为0，f距离传感器距离正常；
③角铣头Y正向换刀：a、b和e传感器状态为1，c和d传感器状态为0，f距离传感器距离正常；
④角铣头Y负向换刀：a、b和c传感器状态为1，d和e传感器状态为0，f距离传感器距离正常；
⑤主轴无刀：a、b、c、d、e传感器状态为0，f距离传感器距离异常。
整个配送装备受制造执行系统、中央刀库管理软件系统以及中央刀库调度与监控软件的控制，装备的系统交互图如图7，网络拓补图如图8所示，刀具配送和换刀流程如下：
(1)外部刀具进中央刀库
刀具配送人员根据生产线各卧式镗铣床刀具需求单进行刀具装配预调，将完成预调的刀具刀柄朝上放置在刀具小车1刀具托盘刀位上。刀具小车从托盘提升机2下侧出入口推入，提升机2内刀具检测装置自动检测托盘刀位占用/空闲状态。完成托盘刀位检测后托盘由提升机2提升到提升机2上侧。
轨道机械手5沿轨道移动到桁架西侧提升机附近依次抓取托盘上有刀刀位刀具，轨道机械手将抓取的刀具移动到提升机RFID读写器附近读取刀具RFID信息，刀具完成RFID信息读取后装入轨道机械手暂存刀库。
轨道机械手5沿轨道移动到中央刀库货架刀具进出口位置，轨道机械手依次抓取刀具放入中央刀库货架。
(2)机床单机系统要刀
机床单机系统操作者向中央刀库发送刀具需求单，轨道机械手沿轨道移动到中央刀库货架刀具进出口位置，从中央刀库货架依次抓取刀具需求单所需刀具，经中央刀库货架RFID读写器读取刀具RFID信息，然后放入轨道机械手暂存刀库。
轨道机械手沿轨道移动到各机床单机系统缓存刀库出入口位置，从轨道机械手暂存刀库依次抓取刀具移动到机床单机系统RFID读写器附近读取刀具RFID信息，刀具完成RFID信息读取后装入机床单机系统缓存刀库，并将刀具信息写入机床刀具寄存器。
(3)机床单机系统换刀
卧式镗铣床执行数控程序时，系统自动识别机床换刀模式，中央刀库管理系统自动识别程序中刀具T号码，执行相应机床换刀模式的换刀指令，换刀机械手将缓存刀库中相应T号码刀具抓取与机床刀具进行交换，换刀机械手抓取卸下刀具移动到缓存刀库RFID读写器附件读取刀具RFID信息，刀具完成RFID信息读取后装入机床单机系统缓存刀库。
(4)缓存刀库刀具回中央刀库
向中央刀库发送刀具回中央刀库清单，轨道机械手沿轨道移动到机床单机系统缓存刀库刀具进出口位置，从缓存刀库架依次抓取刀具回库单所需刀具移动到机床单机系统RFID读写器附近读取刀具RFID信息，刀具完成RFID信息读取后装入轨道机械手暂存刀库。
轨道机械手沿轨道移动到中央刀库货架刀具进出口位置，轨道机械手依次抓取刀具放入中央刀库货架。
(5)中央刀库刀具出库
卧式镗铣床操作者向中央刀库发送工位还刀清单，轨道机械手沿轨道移动到中央刀库货架刀具进出口位置，从中央刀库货架依次抓取刀具需求单所需刀具放入轨道机械手暂存刀库。
轨道机械手沿轨道移动到桁架西侧提升机附近依次抓取轨道机械手暂存刀库内刀具移动到提升机RFID读写器附近读取刀具RFID信息，刀具完成RFID信息读取后装入提升机上侧刀具托盘上侧。
出库刀具放入刀具托盘后，托盘由提升机下降到提升机下侧出入口位置刀具小车上，刀具配送人员取出带刀具托盘的刀具小车送回工具室。

Claims (9)

1.一种卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送装备，其特征在于：包括带防护装置的桁架，在所述桁架上设置有线性轨道，线性轨道上安装有轨道机械手，轨道机械手可沿线性轨道移动；在桁架的一侧设置有中央刀库货架，在桁架的另一侧并列设置有多台机床单机系统。
2.根据权利要求1所述的一种卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送装备，其特征在于：在所述轨道机械手上布置有暂存刀库。
3.根据权利要求1所述的一种卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送装备，其特征在于：在所述机床单机系统上布置有缓存刀库和换刀机械手，所述缓存刀库设置在机床单机系统靠近桁架的一侧。
4.根据权利要求1所述的一种卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送装备，其特征在于：在所述桁架的一端设置有提升机，提升机的下方内侧设置有刀具小车，刀具小车可进出提升机，刀具小车上通过销钉定位设置有刀具托盘，刀具托盘可通过提升机上升或下降；刀具托盘上刀柄朝上安装有刀具，刀具刀柄上安装有RFID芯片。
5.根据权利要求4所述的一种卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送装备，其特征在于：在所述提升机的下侧安装有托盘刀位检测装置。
6.根据权利要求1或4所述的一种卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送装备，其特征在于：在所述提升机上侧、中央刀库货架两侧及各机床单机系统均安装有RFID芯片读写器。
7.根据权利要求1或2或3或4所述的一种卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送装备，其特征在于：所述刀具托盘、轨道机械手的暂存刀库、中央刀库货架和机床单机系统的缓存刀库均设置有两种规格刀位，分别适用于主轴用刀具和角铣头用刀具的放置。
8.根据权利要求3所述的一种卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送装备，其特征在于：所述机床单机系统的缓存刀库侧面设置有角铣头状态检测装置，可检测机床属于主轴加工状态、角铣头不同朝向加工状态。
9.一种卧式镗铣床生产线中央刀库刀具配送及换刀方法，利用中央刀库管理软件系统控制上述权利要求1-8所述配送装备，包括如下步骤：
S1、外部刀具进中央刀库：将完成预调的刀具放置在刀具托盘刀位上，将刀具托盘安装到刀具小车上，把刀具小车推入提升机，提升机将刀具托盘提升到提升机上侧；轨道机械手依次抓取托盘上的刀具，并靠近提升机RFID读写器读取刀具RFID信息，然后装入轨道机械手暂存刀库；轨道机械手沿轨道移动到中央刀库货架刀具进出口位置，轨道机械手依次抓取刀具放入中央刀库货架；
S2、机床单机系统要刀：轨道机械手从中央刀库货架依次抓取机床单机系统发出的刀具需求单所需的刀具，经中央刀库货架RFID读写器读取刀具RFID信息，然后放入轨道机械手暂存刀库；轨道机械手沿轨道移动到各机床单机系统缓存刀库出入口位置，从暂存刀库依次抓取刀具移动到机床单机系统RFID读写器附近读取刀具RFID信息，接着装入机床单机系统缓存刀库，并将刀具信息写入机床刀具寄存器；
S3、机床单机系统换刀：卧式镗铣床数控系统自动识别机床换刀模式，中央刀库管理系统自动识别程序中刀具T号码，执行相应换刀模式的换刀指令，换刀机械手将缓存刀库中相应T号码刀具抓取与机床刀具进行交换，换刀机械手抓取卸下刀具移动到机床单机系统RFID读写器附件读取刀具RFID信息，接着装入机床单机系统缓存刀库；
S4、缓存刀库刀具回中央刀库：轨道机械手从缓存刀库架依次抓取刀具回库单所需刀具，经机床单机系统RFID读写器读取刀具RFID信息后装入轨道机械手暂存刀库；轨道机械手沿轨道移动到中央刀库货架刀具进出口位置，轨道机械手依次抓取刀具放入中央刀库货架；
S5、中央刀库刀具出库：轨道机械手根据还刀清单从中央刀库货架依次抓取刀具放入轨道机械手暂存刀库；轨道机械手沿轨道移动提升机附近，依次抓取暂存刀库内刀具经提升机RFID读写器读取刀具RFID信息，接着装入提升机上侧刀具托盘刀位，然后托盘由提升机下降到提升机下侧的刀具小车上，刀具小车携带刀具托盘被拉出提升机后还回工具室。
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