CN114310421B - 一种加工中心自动换刀智能控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加工中心自动换刀智能控制系统，包括：主轴移动控制装置、刀库移动控制装置、定位系统和总控制系统；所述总控制系统连接所述主轴移动控制装置和刀库移动控制装置，通过总控制系统对主轴移动控制装置和刀库移动控制装置的参数进行控制，所述主轴移动控制装置对换刀过程中主轴的移动路径进控制，刀库移动控制装置对换刀过程中刀库的移动路径进行控制；所述定位系统定位在换刀过程中主轴和刀库之间的位置关系；所述总控制系统控制主轴和刀库移动到位后，控制换刀机械手进行自动换刀动作。

Description

一种加工中心自动换刀智能控制系统

技术领域

本发明涉及数控技术领域，具体涉及一种加工中心自动换刀智能控制系统。

背景技术

加工中心是从数控铣床发展而来的。与数控铣床的最大区别在于加工中心具有自动交换加工刀具的能力，通过在刀库上安装不同用途的刀具，可在一次装夹中通过自动换刀系统改变主轴上的加工刀具，实现多种加工功能，现有技术的加工中心的自动换刀系统中大多采用卡扣实现刀具与旋转装置相连，卡扣在多次使用中容易被磨损，使刀具与旋转装置相连不牢固，使刀具在加工中心机壳内掉落，影响加工中心的性能。并且现有技术不能实现自动换刀的智能化控制。

发明内容

本发明提供一种加工中心自动换刀智能控制系统，以解决现有技术中存在的上述问题。

本发明提供一种加工中心自动换刀智能控制系统，包括：主轴移动控制装置、刀库移动控制装置、定位系统和总控制系统；

所述总控制系统连接所述主轴移动控制装置和刀库移动控制装置，通过总控制系统对主轴移动控制装置和刀库移动控制装置的参数进行控制，所述主轴移动控制装置对换刀过程中主轴的移动路径进控制，刀库移动控制装置对换刀过程中刀库的移动路径进行控制；所述定位系统定位在换刀过程中主轴和刀库之间的位置关系；所述总控制系统控制主轴和刀库移动到位后，控制换刀机械手进行自动换刀动作。

优选的，主轴移动包括水平移动和竖直移动；刀库移动包括竖直移动和转动；

所述主轴移动控制装置包括主轴伺服电机控制系统和主轴移动路径控制系统；所述主轴移动路径控制系统控制主轴的移动路线以及优先级设定；所述优先级设定是当主轴需要水平和竖直移动时，先进行水平移动还是先进行竖直及移动；

所述刀库移动控制装置通过竖直移动伺服电机和转动伺服电机共同控制刀库的竖直移动和转动。

优选的，在刀库上设置有若干个刀位，每个刀位可放置一个刀具；每个刀位上设置有编号以及指示灯；所述编号用于刀库数据库记录每个刀具的位置所对应的编号；

所述指示灯连接所述总控制系统，按照换刀程序中写入换刀顺序，在执行换刀动作之前的30s内，所述总控制系统控制等待换刀的刀位上对应的指示灯点亮；换刀完成后，指示灯熄灭。

优选的，还包括刀具归位检测装置，所述刀具归位检测装置包括按压开关以及连接按压开关的检测电路，所述检测电路连接报警电路；所述刀具归为检测装置包括在刀位的下端设置按压开关，当换刀完成后，被换下的刀具放入相应的刀位时，通过刀具按压所述按压开关，所述按压开关闭合，检测电路检测到按压开关闭合状态，则不启动报警电路，若刀具放置不到位，则无法按压所述按压开关，所述检测电路检测到按压开关为开启状态，则启动报警电路，进行报警。

优选的，还包括通信模块和同步模块，所述通信模块基于无线通信技术将总控制系统的参数传输至加工中心相邻的自动换刀智能控制系统中；所述同步模块在接到所述总控制系统的同步指令后，启动数据同步功能，使同步功能通过所述通信模块完成；

所述总控制系统内的参数设置通过数据上传软件上传至云服务器，在所述云服务器上存储所有总控制系统中的参数设置，每个总控制系统设置有唯一编码，通过唯一编码记录该总控制系统中的参数设置；通过云服务器更改相应的总控制系统的参数设置。

优选的，所述刀库移动控制装置包括：双圆盘刀库；

所述双圆盘刀库包括位于外圈的第一圆盘刀库和位于内圈的第二圆盘刀库，所述第一圆盘刀库连接第一伺服电机、所述第二圆盘刀库连接第二伺服电机，通过第一伺服电机和第二伺服电机带动所述第一圆盘刀库和第二圆盘刀库转动；

所述第一圆盘刀库内存放有常规程序所需要的刀具；所述第二圆盘刀库内存放有备用刀具，所述备用刀具是当检测到主轴上的刀具发生磨损时，通过换刀程序通过第二圆盘刀库换上备用刀具。

优选的，当对刀仪检测出刀具出现磨损值超出阈值的情况时，在刀库中确定出所需要更换的刀具位置，通过所述第二伺服电机带动所述第二圆盘刀库转动，使第二圆盘刀库中所需要刀具转动到待更换刀具的位置，通过换刀机械手自动进行换刀操作；并将更换下来的磨损刀具放置在第二圆盘刀库相应刀位上。

优选的，所述定位系统包括第一定位系统和第二定位系统；

所述第一定位系统用于定位主轴移动的位置，所述第二定位系统用于定位刀库移动的位置；

所述第一定位系统包括第一警报系统，所述第二定位系统包括第二警报系统；

当所述第一定位系统检测到主轴移动的位置不符合要求时，启动所述第一警报系统，所述第一警报系统向外发出警报，并将警报信息发送至总控制系统，通过总控制系统对主轴的移动进行微调；或者，

当所述第二定位系统检测到刀库移动的位置不符合要求时，启动所述第二警报系统，所述第二警报系统向外发出警报，并将警报信息发送至总控制系统，通过总控制系统对刀库的移动进行微调。

优选的，所述总控制系统包括自动控制模型；

所述自动控制模型通过构建系统频域传递函数构建频域模型，并且根据频域传递函数确定主轴移动的数学模型和刀库移动的数学模型；在所述频域模型和所述数学模型的基础上，对所述主轴移动和刀库移动的目标位置与当前位置进行微调处理，使所述主轴和刀库均可精确移动至相应位置。

优选的，还包括路径优化模型，所述总控制系统根据所述路径优化模型为主轴移动路径设置移动参数；

所述路径优化模型包括：确定主轴的初始位置坐标和刀具的形状尺寸数据，以及确定自动换刀的位置的最终位置坐标，依据初始位置坐标和最终位置坐标确定出主轴移动的所有路线，对所有路线进行试运行，记录每条路线的运行时长，根据运行时长删除不合理路径，并对筛选出的合理路径进行微调优化处理，最终形成每个初始位置到最终位置的优化路径，当输入主轴的初始位置和最终位置时，基于所述路径优化模型确定出最优路线，并形成相应的移动参数。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明提供一种加工中心自动换刀智能控制系统，包括：主轴移动控制装置、刀库移动控制装置、定位系统和总控制系统；所述总控制系统连接所述主轴移动控制装置和刀库移动控制装置，通过总控制系统对主轴移动控制装置和刀库移动控制装置的参数进行控制，所述主轴移动控制装置对换刀过程中主轴的移动路径进控制，刀库移动控制装置对换刀过程中刀库的移动路径进行控制；所述定位系统定位在换刀过程中主轴和刀库之间的位置关系；所述总控制系统控制主轴和刀库移动到位后，控制换刀机械手进行自动换刀动作。

通过设置总控制系统，基于定位系统对刀库移动和主轴移动进行控制，并且当刀库和主轴移动到相应位置时，即可通过控制换刀机械手进行自动换刀动作，实现智能化自动化换刀控制。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例中一种加工中心自动换刀智能控制系统的结构示意图；

图2为本发明实施例中加工中心自动换刀设备的图片示意图；

图3为本发明实施例中加工中心自动换刀智能控制系统中的双圆盘刀库的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了一种加工中心自动换刀智能控制系统，请参照图1-图3，该智能控制系统包括：主轴移动控制装置、刀库移动控制装置、定位系统和总控制系统；

所述总控制系统连接所述主轴移动控制装置和刀库移动控制装置，通过总控制系统对主轴移动控制装置和刀库移动控制装置的参数进行控制，所述主轴移动控制装置对换刀过程中主轴的移动路径进控制，刀库移动控制装置对换刀过程中刀库的移动路径进行控制；所述定位系统定位在换刀过程中主轴和刀库之间的位置关系；所述总控制系统控制主轴和刀库移动到位后，控制换刀机械手进行自动换刀动作。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是包括：主轴移动控制装置、刀库移动控制装置、定位系统和总控制系统；所述总控制系统连接所述主轴移动控制装置和刀库移动控制装置，通过总控制系统对主轴移动控制装置和刀库移动控制装置的参数进行控制，所述主轴移动控制装置对换刀过程中主轴的移动路径进控制，刀库移动控制装置对换刀过程中刀库的移动路径进行控制；所述定位系统定位在换刀过程中主轴和刀库之间的位置关系；所述总控制系统控制主轴和刀库移动到位后，控制换刀机械手进行自动换刀动作。

上述技术方案的有益效果为：通过设置总控制系统，基于定位系统对刀库移动和主轴移动进行控制，并且当刀库和主轴移动到相应位置时，即可通过控制换刀机械手进行自动换刀动作，实现智能化自动化换刀控制。

在另一实施例中，主轴移动包括水平移动和竖直移动；刀库移动包括竖直移动和转动；

所述主轴移动控制装置包括主轴伺服电机控制系统和主轴移动路径控制系统；所述主轴移动路径控制系统控制主轴的移动路线以及优先级设定；所述优先级设定是当主轴需要水平和竖直移动时，先进行水平移动还是先进行竖直及移动；

所述刀库移动控制装置通过竖直移动伺服电机和转动伺服电机共同控制刀库的竖直移动和转动。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是主轴移动包括水平移动和竖直移动；刀库移动包括竖直移动和转动；所述主轴移动控制装置包括主轴伺服电机控制系统和主轴移动路径控制系统；所述主轴移动路径控制系统控制主轴的移动路线以及优先级设定；所述优先级设定是当主轴需要水平和竖直移动时，先进行水平移动还是先进行竖直及移动；所述刀库移动控制装置通过竖直移动伺服电机和转动伺服电机共同控制刀库的竖直移动和转动。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案主轴移动包括水平移动和竖直移动；刀库移动包括竖直移动和转动；所述主轴移动控制装置包括主轴伺服电机控制系统和主轴移动路径控制系统；所述主轴移动路径控制系统控制主轴的移动路线以及优先级设定；所述优先级设定是当主轴需要水平和竖直移动时，先进行水平移动还是先进行竖直及移动；所述刀库移动控制装置通过竖直移动伺服电机和转动伺服电机共同控制刀库的竖直移动和转动。主轴可以水平移动和竖直移动，在两个方向都作移动控制设置，方便主轴的自动移动，根据主轴与刀库之间的距离设置相应的移动路径，并且刀库的移动也可以采用竖直方向移动以及转动，竖直方向移动与主轴竖直方向移动配合节省移动时长，节省换刀时间，提升换刀效率。

在另一实施例中，在刀库上设置有若干个刀位，每个刀位可放置一个刀具；每个刀位上设置有编号以及指示灯；所述编号用于刀库数据库记录每个刀具的位置所对应的编号；

所述指示灯连接所述总控制系统，按照换刀程序中写入换刀顺序，在执行换刀动作之前的30s内，所述总控制系统控制等待换刀的刀位上对应的指示灯点亮；换刀完成后，指示灯熄灭。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是在刀库上设置有若干个刀位，每个刀位可放置一个刀具；每个刀位上设置有编号以及指示灯；所述编号用于刀库数据库记录每个刀具的位置所对应的编号；所述指示灯连接所述总控制系统，按照换刀程序中写入换刀顺序，在执行换刀动作之前的30s内，所述总控制系统控制等待换刀的刀位上对应的指示灯点亮；换刀完成后，指示灯熄灭。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案在刀库上设置有若干个刀位，每个刀位可放置一个刀具；每个刀位上设置有编号以及指示灯；所述编号用于刀库数据库记录每个刀具的位置所对应的编号；所述指示灯连接所述总控制系统，按照换刀程序中写入换刀顺序，在执行换刀动作之前的30s内，所述总控制系统控制等待换刀的刀位上对应的指示灯点亮；换刀完成后，指示灯熄灭。通过设置编号的方式方便对刀具入刀库以及换刀过程中刀库移动的方式进行更方便管理，另外设置指示灯可以进一步提升人为监督管理环节，防止由于全自动化造成事故。因此，通过指示灯的方式，方便管理人员进行查看，当刀位没有刀具时，且该刀位的指示灯亮起时，说明某一环节发生了错误，应该及时对该错误进行制止并纠正。

在另一实施例中，还包括刀具归位检测装置，所述刀具归位检测装置包括按压开关以及连接按压开关的检测电路，所述检测电路连接报警电路；所述刀具归为检测装置包括在刀位的下端设置按压开关，当换刀完成后，被换下的刀具放入相应的刀位时，通过刀具按压所述按压开关，所述按压开关闭合，检测电路检测到按压开关闭合状态，则不启动报警电路，若刀具放置不到位，则无法按压所述按压开关，所述检测电路检测到按压开关为开启状态，则启动报警电路，进行报警。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是还包括刀具归位检测装置，所述刀具归位检测装置包括按压开关以及连接按压开关的检测电路，所述检测电路连接报警电路；所述刀具归为检测装置包括在刀位的下端设置按压开关，当换刀完成后，被换下的刀具放入相应的刀位时，通过刀具按压所述按压开关，所述按压开关闭合，检测电路检测到按压开关闭合状态，则不启动报警电路，若刀具放置不到位，则无法按压所述按压开关，所述检测电路检测到按压开关为开启状态，则启动报警电路，进行报警。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案还包括刀具归位检测装置，所述刀具归位检测装置包括按压开关以及连接按压开关的检测电路，所述检测电路连接报警电路；所述刀具归为检测装置包括在刀位的下端设置按压开关，当换刀完成后，被换下的刀具放入相应的刀位时，通过刀具按压所述按压开关，所述按压开关闭合，检测电路检测到按压开关闭合状态，则不启动报警电路，若刀具放置不到位，则无法按压所述按压开关，所述检测电路检测到按压开关为开启状态，则启动报警电路，进行报警。由于刀库可以上下移动以及转动，当刀具不能完全归位刀库时，则可能发生在刀库移动时刀具脱落的问题，因此，通过设置刀具归位检测装置，防止在换刀完成后，刀具不能按照要求进入刀库，造成危险情况的发生。

在另一实施例中，还包括通信模块和同步模块，所述通信模块基于无线通信技术将总控制系统的参数传输至加工中心相邻的自动换刀智能控制系统中；所述同步模块在接到所述总控制系统的同步指令后，启动数据同步功能，使同步功能通过所述通信模块完成；

所述总控制系统内的参数设置通过数据上传软件上传至云服务器，在所述云服务器上存储所有总控制系统中的参数设置，每个总控制系统设置有唯一编码，通过唯一编码记录该总控制系统中的参数设置；通过云服务器更改相应的总控制系统的参数设置。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是还包括通信模块和同步模块，所述通信模块基于无线通信技术将总控制系统的参数传输至加工中心相邻的自动换刀智能控制系统中；所述同步模块在接到所述总控制系统的同步指令后，启动数据同步功能，使同步功能通过所述通信模块完成；所述总控制系统内的参数设置通过数据上传软件上传至云服务器，在所述云服务器上存储所有总控制系统中的参数设置，每个总控制系统设置有唯一编码，通过唯一编码记录该总控制系统中的参数设置；通过云服务器更改相应的总控制系统的参数设置。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案还包括通信模块和同步模块，所述通信模块基于无线通信技术将总控制系统的参数传输至加工中心相邻的自动换刀智能控制系统中；所述同步模块在接到所述总控制系统的同步指令后，启动数据同步功能，使同步功能通过所述通信模块完成；所述总控制系统内的参数设置通过数据上传软件上传至云服务器，在所述云服务器上存储所有总控制系统中的参数设置，每个总控制系统设置有唯一编码，通过唯一编码记录该总控制系统中的参数设置；通过云服务器更改相应的总控制系统的参数设置。设置通信模块和同步模块是为了节省控制数据管理时间，例如堕胎自动换刀设备所需要的参数均一致的情况下，现有技术一般是通过硬件U盘将其中一台换刀设备上的数据拷贝之后，再导入其他设备中，这种操作可能会造成数据复制粘贴过程发生错误的问题，并且上述操作浪费操作人员时间和精力，采用本实施例提供的方案通过通信模块和同步模块，即可实现自动同步的设置，节省时间和精力。

在另一实施例中，所述刀库移动控制装置包括：双圆盘刀库；

所述双圆盘刀库包括位于外圈的第一圆盘刀库和位于内圈的第二圆盘刀库，所述第一圆盘刀库连接第一伺服电机、所述第二圆盘刀库连接第二伺服电机，通过第一伺服电机和第二伺服电机带动所述第一圆盘刀库和第二圆盘刀库转动；

所述第一圆盘刀库内存放有常规程序所需要的刀具；所述第二圆盘刀库内存放有备用刀具，所述备用刀具是当检测到主轴上的刀具发生磨损时，通过换刀程序通过第二圆盘刀库换上备用刀具。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述刀库移动控制装置包括：双圆盘刀库；所述双圆盘刀库包括位于外圈的第一圆盘刀库和位于内圈的第二圆盘刀库，所述第一圆盘刀库连接第一伺服电机、所述第二圆盘刀库连接第二伺服电机，通过第一伺服电机和第二伺服电机带动所述第一圆盘刀库和第二圆盘刀库转动；所述第一圆盘刀库内存放有常规程序所需要的刀具；所述第二圆盘刀库内存放有备用刀具，所述备用刀具是当检测到主轴上的刀具发生磨损时，通过换刀程序通过第二圆盘刀库换上备用刀具。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述刀库移动控制装置包括：双圆盘刀库；所述双圆盘刀库包括位于外圈的第一圆盘刀库和位于内圈的第二圆盘刀库，所述第一圆盘刀库连接第一伺服电机、所述第二圆盘刀库连接第二伺服电机，通过第一伺服电机和第二伺服电机带动所述第一圆盘刀库和第二圆盘刀库转动；所述第一圆盘刀库内存放有常规程序所需要的刀具；所述第二圆盘刀库内存放有备用刀具，所述备用刀具是当检测到主轴上的刀具发生磨损时，通过换刀程序通过第二圆盘刀库换上备用刀具。

第一圆盘刀库内存储的刀具一般是在加工过程的程序设置中已经固定的，何时更换哪种刀具都在加工程序中已经设置好了，在执行换刀程序时，通过总控制系统即可对第一圆盘刀库的移动以及转动进行控制，将所需要换的刀具移动并转动到指定位置，方便换刀机械手进行换刀动作。另外第二圆盘刀库是在刀具正常工作过程中，发现刀具有磨损且需要更换时所采用的刀库，也称为备用刀库，该刀库的刀具是根据加工经验，哪些刀具容易发生磨损，或者某一加工工件对哪种刀具的磨损较大，则可以将相应的刀具设置为备用刀具，放置在第二圆盘刀库内。第一圆盘刀库和第二圆盘刀库是分别控制的，两个刀库的竖直移动同步，但转动时，可以不同步，即当有需求时，可以只有第一圆盘刀库转动，或者只有第二圆盘刀库转动。因此，本实施例提供了应急方案，避免在加工过程中发生应急事故而没有应急方案造成的加工程序中断等问题。

不管是第一圆盘刀库还是第二圆盘刀库，都是采用伺服电机进行控制的，而针对伺服电机的控制响应时间，是基于下述公式对伺服电机的控制系统响应时间进行控制：

其中，u(k)为响应时间，k为采样序号，为自然数，k＝0,12…；K_p为比例系数，T为采样周期，T_i为积分时间常数，T_d为微分时间常数，e(k)为第k次计算的误差值，e(k-1)为第k-1次计算的误差值，e(j)为第j次计算的误差值，j＝1,2,…k。

所述伺服电机的响应时间越短，越节省换刀时间，提升换刀效率。

在另一实施例中，当对刀仪检测出刀具出现磨损值超出阈值的情况时，在刀库中确定出所需要更换的刀具位置，通过所述第二伺服电机带动所述第二圆盘刀库转动，使第二圆盘刀库中所需要刀具转动到待更换刀具的位置，通过换刀机械手自动进行换刀操作；并将更换下来的磨损刀具放置在第二圆盘刀库相应刀位上。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是当对刀仪检测出刀具出现磨损值超出阈值的情况时，在刀库中确定出所需要更换的刀具位置，通过所述第二伺服电机带动所述第二圆盘刀库转动，使第二圆盘刀库中所需要刀具转动到待更换刀具的位置，通过换刀机械手自动进行换刀操作；并将更换下来的磨损刀具放置在第二圆盘刀库相应刀位上。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案当对刀仪检测出刀具出现磨损值超出阈值的情况时，在刀库中确定出所需要更换的刀具位置，通过所述第二伺服电机带动所述第二圆盘刀库转动，使第二圆盘刀库中所需要刀具转动到待更换刀具的位置，通过换刀机械手自动进行换刀操作；并将更换下来的磨损刀具放置在第二圆盘刀库相应刀位上。

在另一实施例中，所述定位系统包括第一定位系统和第二定位系统；

所述第一定位系统用于定位主轴移动的位置，所述第二定位系统用于定位刀库移动的位置；

所述第一定位系统包括第一警报系统，所述第二定位系统包括第二警报系统；

当所述第一定位系统检测到主轴移动的位置不符合要求时，启动所述第一警报系统，所述第一警报系统向外发出警报，并将警报信息发送至总控制系统，通过总控制系统对主轴的移动进行微调；或者，

当所述第二定位系统检测到刀库移动的位置不符合要求时，启动所述第二警报系统，所述第二警报系统向外发出警报，并将警报信息发送至总控制系统，通过总控制系统对刀库的移动进行微调。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述定位系统包括第一定位系统和第二定位系统；所述第一定位系统用于定位主轴移动的位置，所述第二定位系统用于定位刀库移动的位置；所述第一定位系统包括第一警报系统，所述第二定位系统包括第二警报系统；当所述第一定位系统检测到主轴移动的位置不符合要求时，启动所述第一警报系统，所述第一警报系统向外发出警报，并将警报信息发送至总控制系统，通过总控制系统对主轴的移动进行微调；或者，当所述第二定位系统检测到刀库移动的位置不符合要求时，启动所述第二警报系统，所述第二警报系统向外发出警报，并将警报信息发送至总控制系统，通过总控制系统对刀库的移动进行微调。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述定位系统包括第一定位系统和第二定位系统；所述第一定位系统用于定位主轴移动的位置，所述第二定位系统用于定位刀库移动的位置；所述第一定位系统包括第一警报系统，所述第二定位系统包括第二警报系统；当所述第一定位系统检测到主轴移动的位置不符合要求时，启动所述第一警报系统，所述第一警报系统向外发出警报，并将警报信息发送至总控制系统，通过总控制系统对主轴的移动进行微调；或者，当所述第二定位系统检测到刀库移动的位置不符合要求时，启动所述第二警报系统，所述第二警报系统向外发出警报，并将警报信息发送至总控制系统，通过总控制系统对刀库的移动进行微调。

在另一实施例中，所述总控制系统包括自动控制模型；

所述自动控制模型通过构建系统频域传递函数构建频域模型，并且根据频域传递函数确定主轴移动的数学模型和刀库移动的数学模型；在所述频域模型和所述数学模型的基础上，对所述主轴移动和刀库移动的目标位置与当前位置进行微调处理，使所述主轴和刀库均可精确移动至相应位置。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是所述总控制系统包括自动控制模型；所述自动控制模型通过构建系统频域传递函数构建频域模型，并且根据频域传递函数确定主轴移动的数学模型和刀库移动的数学模型；在所述频域模型和所述数学模型的基础上，对所述主轴移动和刀库移动的目标位置与当前位置进行微调处理，使所述主轴和刀库均可精确移动至相应位置。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案所述总控制系统包括自动控制模型；所述自动控制模型通过构建系统频域传递函数构建频域模型，并且根据频域传递函数确定主轴移动的数学模型和刀库移动的数学模型；在所述频域模型和所述数学模型的基础上，对所述主轴移动和刀库移动的目标位置与当前位置进行微调处理，使所述主轴和刀库均可精确移动至相应位置。

在另一实施例中，还包括路径优化模型，所述总控制系统根据所述路径优化模型为主轴移动路径设置移动参数；

所述路径优化模型包括：确定主轴的初始位置坐标和刀具的形状尺寸数据，以及确定自动换刀的位置的最终位置坐标，依据初始位置坐标和最终位置坐标确定出主轴移动的所有路线，对所有路线进行试运行，记录每条路线的运行时长，根据运行时长删除不合理路径，并对筛选出的合理路径进行微调优化处理，最终形成每个初始位置到最终位置的优化路径，当输入主轴的初始位置和最终位置时，基于所述路径优化模型确定出最优路线，并形成相应的移动参数。

上述技术方案的工作原理为：本实施例采用的方案是还包括路径优化模型，所述总控制系统根据所述路径优化模型为主轴移动路径设置移动参数；所述路径优化模型包括：确定主轴的初始位置坐标和刀具的形状尺寸数据，以及确定自动换刀的位置的最终位置坐标，依据初始位置坐标和最终位置坐标确定出主轴移动的所有路线，对所有路线进行试运行，记录每条路线的运行时长，根据运行时长删除不合理路径，并对筛选出的合理路径进行微调优化处理，最终形成每个初始位置到最终位置的优化路径，当输入主轴的初始位置和最终位置时，基于所述路径优化模型确定出最优路线，并形成相应的移动参数。

上述技术方案的有益效果为：采用本实施例提供的方案还包括路径优化模型，所述总控制系统根据所述路径优化模型为主轴移动路径设置移动参数；所述路径优化模型包括：确定主轴的初始位置坐标和刀具的形状尺寸数据，以及确定自动换刀的位置的最终位置坐标，依据初始位置坐标和最终位置坐标确定出主轴移动的所有路线，对所有路线进行试运行，记录每条路线的运行时长，根据运行时长删除不合理路径，并对筛选出的合理路径进行微调优化处理，最终形成每个初始位置到最终位置的优化路径，当输入主轴的初始位置和最终位置时，基于所述路径优化模型确定出最优路线，并形成相应的移动参数。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种加工中心自动换刀智能控制系统，其特征在于，包括：主轴移动控制装置、刀库移动控制装置、定位系统和总控制系统；

所述总控制系统连接所述主轴移动控制装置和刀库移动控制装置，通过总控制系统对主轴移动控制装置和刀库移动控制装置的参数进行控制，所述主轴移动控制装置对换刀过程中主轴的移动路径进控制，刀库移动控制装置对换刀过程中刀库的移动路径进行控制；所述定位系统定位在换刀过程中主轴和刀库之间的位置关系；所述总控制系统控制主轴和刀库移动到位后，控制换刀机械手进行自动换刀动作；

所述刀库移动控制装置包括：双圆盘刀库；

所述双圆盘刀库包括位于外圈的第一圆盘刀库和位于内圈的第二圆盘刀库，所述第一圆盘刀库连接第一伺服电机、所述第二圆盘刀库连接第二伺服电机，通过第一伺服电机和第二伺服电机带动所述第一圆盘刀库和第二圆盘刀库转动；

所述第一圆盘刀库内存放有常规程序所需要的刀具；所述第二圆盘刀库内存放有备用刀具，所述备用刀具是当检测到主轴上的刀具发生磨损时，通过换刀程序通过第二圆盘刀库换上备用刀具；

当对刀仪检测出刀具出现磨损值超出阈值的情况时，在刀库中确定出所需要更换的刀具位置，通过所述第二伺服电机带动所述第二圆盘刀库转动，使第二圆盘刀库中所需要刀具转动到待更换刀具的位置，通过换刀机械手自动进行换刀操作；并将更换下来的磨损刀具放置在第二圆盘刀库相应刀位上；

其中，还包括通信模块和同步模块，所述通信模块基于无线通信技术将总控制系统的参数传输至加工中心相邻的自动换刀智能控制系统中；所述同步模块在接到所述总控制系统的同步指令后，启动数据同步功能，使同步功能通过所述通信模块完成；

所述总控制系统内的参数设置通过数据上传软件上传至云服务器，在所述云服务器上存储所有总控制系统中的参数设置，每个总控制系统设置有唯一编码，通过唯一编码记录该总控制系统中的参数设置；通过云服务器更改相应的总控制系统的参数设置。

2.根据权利要求1所述的一种加工中心自动换刀智能控制系统，其特征在于，主轴移动包括水平移动和竖直移动；刀库移动包括竖直移动和转动；

所述主轴移动控制装置包括主轴伺服电机控制系统和主轴移动路径控制系统；所述主轴移动路径控制系统控制主轴的移动路线以及优先级设定；所述优先级设定是当主轴需要水平和竖直移动时，先进行水平移动还是先进行竖直及移动；

所述刀库移动控制装置通过竖直移动伺服电机和转动伺服电机共同控制刀库的竖直移动和转动。

3.根据权利要求1所述的一种加工中心自动换刀智能控制系统，其特征在于，在刀库上设置有若干个刀位，每个刀位可放置一个刀具；每个刀位上设置有编号以及指示灯；所述编号用于刀库数据库记录每个刀具的位置所对应的编号；

所述指示灯连接所述总控制系统，按照换刀程序中写入换刀顺序，在执行换刀动作之前的30s内，所述总控制系统控制等待换刀的刀位上对应的指示灯点亮；换刀完成后，指示灯熄灭。

4.根据权利要求3所述的一种加工中心自动换刀智能控制系统，其特征在于，还包括刀具归位检测装置，所述刀具归位检测装置包括按压开关以及连接按压开关的检测电路，所述检测电路连接报警电路；所述刀具归为检测装置包括在刀位的下端设置按压开关，当换刀完成后，被换下的刀具放入相应的刀位时，通过刀具按压所述按压开关，所述按压开关闭合，检测电路检测到按压开关闭合状态，则不启动报警电路，若刀具放置不到位，则无法按压所述按压开关，所述检测电路检测到按压开关为开启状态，则启动报警电路，进行报警。

5.根据权利要求1所述的一种加工中心自动换刀智能控制系统，其特征在于，所述定位系统包括第一定位系统和第二定位系统；

所述第一定位系统用于定位主轴移动的位置，所述第二定位系统用于定位刀库移动的位置；

所述第一定位系统包括第一警报系统，所述第二定位系统包括第二警报系统；

当所述第一定位系统检测到主轴移动的位置不符合要求时，启动所述第一警报系统，所述第一警报系统向外发出警报，并将警报信息发送至总控制系统，通过总控制系统对主轴的移动进行微调；或者，

当所述第二定位系统检测到刀库移动的位置不符合要求时，启动所述第二警报系统，所述第二警报系统向外发出警报，并将警报信息发送至总控制系统，通过总控制系统对刀库的移动进行微调。

6.根据权利要求1所述的一种加工中心自动换刀智能控制系统，其特征在于，所述总控制系统包括自动控制模型；

所述自动控制模型通过构建系统频域传递函数构建频域模型，并且根据频域传递函数确定主轴移动的数学模型和刀库移动的数学模型；在所述频域模型和所述数学模型的基础上，对所述主轴移动和刀库移动的目标位置与当前位置进行微调处理，使所述主轴和刀库均可精确移动至相应位置。

7.根据权利要求1所述的一种加工中心自动换刀智能控制系统，其特征在于，还包括路径优化模型，所述总控制系统根据所述路径优化模型为主轴移动路径设置移动参数；

所述路径优化模型包括：确定主轴的初始位置坐标和刀具的形状尺寸数据，以及确定自动换刀的位置的最终位置坐标，依据初始位置坐标和最终位置坐标确定出主轴移动的所有路线，对所有路线进行试运行，记录每条路线的运行时长，根据运行时长删除不合理路径，并对筛选出的合理路径进行微调优化处理，最终形成每个初始位置到最终位置的优化路径，当输入主轴的初始位置和最终位置时，基于所述路径优化模型确定出最优路线，并形成相应的移动参数。

Images