CN115890343B - 一种机床断刀检测装置及机床断刀检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种机床断刀检测装置及机床断刀检测方法，涉及机床断刀检测领域，采用的方案是：包括安装板，安装板上设置有调整板，调整板连接有第一驱动气缸，第一驱动气缸能够驱动调整板沿刀具轴向方向移动，调整板上设置有激光传感器和控制器，激光传感器与控制器电连接，激光传感器发射出的激光能够被刀尖反射，激光传感器连接有第二驱动气缸，第二驱动气缸能够驱动激光传感器沿与刀具垂直的方向移动，控制器包括通讯模块，通讯模块能够向后台和/或机床控制系统发出断刀信息，通讯模块能够向控制器传输后台和/或机床控制系统传递的调整指令和检测指令。本发明能够准确判断是否断刀，并且适合多种数控机床使用。

Description

一种机床断刀检测装置及机床断刀检测方法

技术领域

本发明涉及机床断刀检测领域，尤其涉及一种机床断刀检测装置。

背景技术

智能化加工指大量采用自动化和智能化的生产线，包括多种数控机床及运输线，工人起到巡视、监督作用，这种加工形式特别适合大批量加工，是一种新的加工形势，能够解放大量的人力物力，以智能化设备来代替人工，节约企业成本，提高企业效益；但现有的数控机床例如立式加工中心上并没有加工刀具断刀的自动检测与报警功能，若刀具断裂或损坏，则会直接导致产品加工报废，同时若刀具损坏严重未发现，而继续进行加工作业，导致工件没有被加工就进入下一工序，还会导致机床刀座损坏，这加大了工人巡检和监督的工作量，为了解决此问题，现有技术中，一些机床会自带断刀报警功能，通常是监控主轴电机转动扭力来判断加工刀具是否断掉，能够快速响应断刀等异常产生的过大负载从而使机床及时停止并报警，但需要对机床增加软硬件，费用较高，改造成本较高，并不适合在生产工厂范围内大面积使用，直接影响企业的生产成本和效率。

因此，针对上述现有技术存在的现状，研发一种机床断刀检测装置及机床断刀检测方法是急需解决的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术中的不足，本发明提供了一种机床断刀检测装置及机床断刀检测方法，能够准确判断是否断刀，并且适合多种数控机床使用。

本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种机床断刀检测装置，包括安装板，所述安装板用于与机床壳体连接，所述安装板上设置有调整板，调整板连接有第一驱动气缸，所述第一驱动气缸能够驱动所述调整板沿刀具轴向方向移动，所述调整板上设置有激光传感器和控制器，所述激光传感器与所述控制器电连接，所述激光传感器发射出的激光能够被刀尖反射，所述激光传感器连接有第二驱动气缸，所述第二驱动气缸能够驱动所述激光传感器沿与刀具垂直的方向移动，所述控制器能够控制所述第一驱动气缸和所述第二驱动气缸伸缩，所述控制器包括通讯模块，所述通讯模块能够向后台和/或机床控制系统发出断刀信息，所述通讯模块能够向所述控制器传输后台和/或机床控制系统传递的调整指令和检测指令。通过将激光传感器设置成具有两种自由度的安装形式，一方面能够方便初次使用时进行调整匹配多种不同机床和刀具，避免安装干涉，另一方面能够在检测时激光传感器能够进行移动，形成矩形移动的轨迹，避免一点检测造成误判。

进一步的，所述第一驱动气缸设置在所述安装板上，所述调整板通过第一直线导轨设置在所述安装板上，所述第二驱动气缸设置在所述调整板上，所述激光传感器通过第二直线导轨安装在所述调整板上。通过第一直线导轨和第二直线导轨提高激光传感器的移动精度。

进一步的，保护壳通过所述第二直线导轨安装在所述调整板上，所述保护壳与所述第二驱动气缸的活塞杆连接，所述控制器设置在所述保护壳内部，所述激光传感器镶嵌式安装在所述保护壳外端。能够对激光传感器、控制器起到保护作用，防止冷却水等其他污物对本装置产生影响。

进一步的，所述保护壳外端还设置有出风室，所述出风室设置有出风口，所述出风口上设置有导风罩，所述导风罩能够向所述激光传感器导风，所述出风室内设置有电风扇，所述电风扇与所述控制器电连接。能够对激光传感器进行清理，避免附着物影响检测。

进一步的，还包括声光报警器，所述声光报警器安装在所述安装板上，所述声光报警器与所述控制器电连接。能够及时提醒在现场的巡检人员，与通讯模块通知后台和/或机床控制系统形成双保险。

进一步的，所述安装板上设置有磁力座，所述磁力座能够吸附在机床壳体上。方便本装置与机床的拆装，并且不需要对机床产生任何影响。

本发明还提供了一种机床断刀检测方法，采用上述的机床断刀检测装置，包括以下步骤：

S01：将所述机床断刀检测装置安装在机床壳体上；

S02：将刀具移动，使刀尖移动至预先设定的检测位置并存储此位置的坐标信息；

S03：调整所述激光传感器的位置，直到所述激光传感器向所述控制器发出检测到刀尖的信息；

S04：机床控制系统控制刀具在每个工步结束后均复位至检测位置；

S05：所述激光传感器开始检测，如果所述激光传感器在检测过程中能够接收到反射光线，所述控制器判断未断刀，机床控制系统正常执行加工步骤，否则，所述控制器判断断刀，所述通讯模块向机床控制系统和/或后台发出断刀信息，机床控制系统执行换刀动作并对刀；

S06：对刀完成后，使刀尖移动至预先设定的检测位置；

S07：循环步骤S03至S06，直到机床停止工作。

进一步的，所述S05包括以下步骤：

A、所述激光传感器开始发射激光；

B、如果所述激光传感器能够接收到反射光线，所述控制器判断未断刀，机床控制系统正常执行加工步骤，否则，所述激光传感器开始移动，移动轨迹为以初始位置为中心的矩形；

C、在移动过程，如果所述激光传感器能够接收到反射光线，所述控制器判断未断刀，机床控制系统正常执行加工步骤，否则，所述控制器判断断刀，所述通讯模块向机床控制系统和/或后台发出断刀信息，机床控制系统执行换刀动作并对刀。通过控制激光传感器沿矩形轨迹移动，能够防止刀具复位时，由于机床传动误差等原因，导致偏离检测位置一定范围，造成误判，进一步提高检测准确性。

进一步的，所述矩形的尺寸由根据激光光斑直径、刀具直径和机床传动误差决定，能够使所述激光移动产生的扫描范围覆盖刀尖的出现范围。进一步提高检测准确性。

进一步的，所述S05中，当所述控制器判断断刀时，所述声光报警器发出警报。能够与通讯模块的断刀通知形成双保险，提醒现场巡检人员。

从以上技术方案可以看出，本方法具有以下优点：

本发明提供了一种机床断刀检测装置及机床断刀检测方法，通过将激光传感器设置成具有两种自由度的安装形式，一方面能够方便初次使用时进行调整激光传感器的位置匹配多种不同机床和刀具，另一方面能够在检测时进行移动，形成矩形移动的轨迹，避免一点检测造成误判；通过第一驱动气缸和第二驱动气缸能够实现自动化调整，调整精度高；通过导风罩和电风扇能够对激光传感器进行清理防止污物影响检测；通过磁力座能够避免打孔安装，并且方便拆装。

附图说明

为了更清楚地说明本方法的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本方法的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本方法具体实施方式中机床断刀检测装置的结构示意图。

图2为本方法具体实施方式中机床断刀检测方法的流程图。

图中，1、磁力座，2、安装板，3、调整板，4、第二直线导轨，6、第一直线导轨，7、声光报警器，8、保护壳，9、第二驱动气缸，10、激光传感器，11、出风室，12、第一驱动气缸。

具体实施方式

为使得本方法的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本方法中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本方法一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。

如图1所示，本具体实施方式提供了一种机床断刀检测装置，包括安装板2、调整板3、激光传感器10和控制器；安装板2用于与机床壳体连接，安装板2上设置有第一直线导轨6，第一直线导轨6沿刀具轴向方向布置，第一直线导轨6上设置有调整板3，安装板2上设置有第一驱动气缸12，第一驱动气缸12的活塞杆与调整板3连接，第一驱动气缸12能够在调整时驱动调整板3移动，调整板3沿与刀具轴向平行的方向移动，调整板3上设置有第二直线导轨4，第二直线导轨4沿与刀具垂直方向布置，第二直线导轨4上设置有激光传感器10，调整板3上设置有第二驱动气缸9，第二驱动气缸9能够在调整和检测过程中驱动激光传感器10沿与刀具垂直的方向移动；激光传感器10与控制器电连接，激光传感器10发射出的激光能够被刀尖反射，通讯模块能够向后台和/或机床控制系统发出断刀信息，通讯模块能够向控制器传输后台和/或机床控制系统传递的调整指令和检测指令，第一驱动气缸12和第二驱动气缸9均与控制器电连接，使控制器控制第一驱动气缸12和第二驱动气缸9进行调整和检测，调整时，当控制器接收到激光传感器10发出的检测到刀尖的信息时，控制器控制第一驱动气缸12和第二驱动气缸9停止移动；为了防止机械加工产生的铁屑、冷却液等对激光传感器产生影响，控制器设置在保护壳8内部，保护壳8安装在第二直线导轨4上并与第二驱动气缸9的活塞杆连接，激光传感器10镶嵌式安装在保护壳8的外端；为了能够及时清理激光传感器10上的附着物，保护壳8外端的上下两侧均设置有出风室11，出风室11均设置有多个出风口，每个出风口上设置有导风罩，导风罩呈壳状结构，导风罩能够向激光传感器10导风，出风室11内设置有电风扇，电风扇与控制器电连接，控制器能够对电风扇的工作时长进行定时；第一驱动气缸和第二驱动气缸均采用伺服气缸，精度较高。

为了能够与通讯模块的通知功能形成双保险，本装置还包括声光报警器7，声光报警器7安装在安装板2上，声光报警器7与控制器电连接，当控制器判定断刀时，声光报警器7发出红光和声音的警报及时通知巡检工人。

为了方便拆装，并且与各种结构机床均能够匹配，安装板2四角处贯穿设置有磁力座1，磁力座1能够吸附在机床壳体上，通过转动磁力座1上的旋钮能够实现本装置与机床的吸附和分离。

本具体实施方式中的控制器能够从市场上的现有产品中获得。

如图2所示，本具体实施方式还提供了一种机床断刀检测方法，采用上述的机床断刀检测装置，具体包括以下步骤：

S01：将安装板通过磁力座吸附在机床壳体上；

S02：将刀具移动，使刀尖移动至预先设定的检测位置并存储此位置的坐标信息；

S03：控制第一驱动气缸和第二驱动气缸调整激光传感器的位置，直到激光传感器向控制器发出检测到刀尖的信息；

S04：机床控制系统控制刀具在每个工步结束后均复位至检测位置；

S05：激光传感器开始发射激光；

S06：如果激光传感器能够接收到反射光线，控制器判断未断刀，机床控制系统正常执行加工步骤，否则，激光传感器开始移动，移动轨迹为以与检测位置相对的初始位置为中心的矩形；

S07：在移动过程，如果激光传感器能够接收到反射光线，控制器判断未断刀，机床控制系统正常执行加工步骤，否则，控制器判断断刀，通讯模块向机床控制系统和/或后台发出断刀信息，机床控制系统执行换刀动作并对刀；

S08：对刀完成后，使刀尖移动至预先设定的检测位置；

S09：循环步骤S03至S08，直到机床停止工作。

在S09中，激光传感器在进行位置调整时，控制激光传感器先移动至S02中的与检测位置对应的初始位置再进行微调整，能够提高调整效率。

本检测方法的原理在于：

由于刀具断刀位置在刀尖上部某个位置，往往距离刀尖数个刀具直径的距离，将激光传感器与刀尖位置对应，并选用光斑直径小于刀具直径的激光，就能实现只要发生断刀，当刀具移动至初始检测位置时，刀尖不存在，就无法实现对光线的反射，激光传感器就无法接收到反射光线。

使激光传感器沿矩形轨迹移动后能够增加判断准确性的原因在于：

由于刀具在多次换刀过程中发生转动、机床传动误差的累加以及刀具为偏心结构等原因，无法保证每次进行断刀检测时都能使刀尖复位至初始设置的检测位置，这就导致刀具在未断刀状态下仍可能不反射光线造成控制器误判，另外，现有数控机床的传动误差范围在0.01~1mm之间，激光传感器的激光光斑范围为0.5~2mm（1米以内），选用激光时保证光斑直径大于误差带带宽，这样激光传感器的矩形移动轨迹就能覆盖刀尖所述可能出现的所有位置范围，再由于刀具断刀的位置高于刀尖至少一个刀具直径的位置，而传动误差远远小于刀具直径，因而刀具断口的位置范围不会与刀尖位置范围重叠，只要在移动时没有接收到反射光线即可判断断刀，提高了检判断准确性。

从以上具体实施方式中可以看出本方法具有以下有益效果：

1、通过将激光传感器10设置成具有两种自由度的安装形式，一方面能够方便初次使用时进行调整匹配多种不同机床和刀具，另一方面能够在检测时进行移动，形成矩形移动的轨迹，避免一点检测造成误判；

通过第一驱动气缸12和第二驱动气缸9能够实现自动化调整，调整精度高；

2、通过导风罩和电风扇能够对激光传感器10进行清理防止污物影响检测；

3、通过磁力座1能够避免打孔安装，并且方便拆装；

4、通过在检测时，控制激光传感器10沿矩形轨迹移动能够避免在刀尖偏移检测位置较大情况下造成误判。

本方法的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“上”、“下”、“外侧”、“内侧”等（如果存在）是用于区别位置上的相对关系，而不必给予定性。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本方法的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本方法。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本方法的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本方法将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (7)

1.一种机床断刀检测方法，其特征在于，采用机床断刀检测装置，所述机床断刀检测装置，包括安装板（2），所述安装板（2）用于与机床壳体连接，所述安装板（2）上设置有调整板（3），调整板（3）连接有第一驱动气缸（12），所述第一驱动气缸（12）能够驱动所述调整板（3）沿刀具轴向方向移动，所述调整板（3）上设置有激光传感器（10）和控制器，所述激光传感器（10）与所述控制器电连接，所述激光传感器（10）发射出的激光能够被刀尖反射，所述激光传感器（10）连接有第二驱动气缸（9），所述第二驱动气缸（9）能够驱动所述激光传感器（10）沿与刀具垂直的方向移动，所述控制器能够控制所述第一驱动气缸（12）和所述第二驱动气缸（9）伸缩，所述控制器包括通讯模块，所述通讯模块能够向后台和/或机床控制系统发出断刀信息，所述通讯模块能够向所述控制器传输后台和/或机床控制系统传递的调整指令和检测指令；

包括以下步骤：

S01：将所述机床断刀检测装置安装在机床壳体上；

S02：将刀具移动，使刀尖移动至预先设定的检测位置并存储此位置的坐标信息；

S03：调整所述激光传感器的位置，直到所述激光传感器向所述控制器发出检测到刀尖的信息；

S04：机床控制系统控制刀具在每个工步结束后均复位至检测位置；

S05：包括以下步骤：

A、所述激光传感器开始发射激光；

B、如果所述激光传感器能够接收到反射光线，所述控制器判断未断刀，机床控制系统正常执行加工步骤，否则，所述激光传感器开始移动，移动轨迹为以初始位置为中心的矩形，所述矩形的尺寸由根据激光光斑直径、刀具直径和机床传动误差决定，能够使所述激光移动产生的扫描范围覆盖刀尖的出现范围；

C、在移动过程，如果所述激光传感器能够接收到反射光线，所述控制器判断未断刀，机床控制系统正常执行加工步骤，否则，所述控制器判断断刀，所述通讯模块向机床控制系统和/或后台发出断刀信息，机床控制系统执行换刀动作并对刀；

S06：对刀完成后，使刀尖移动至预先设定的检测位置；

S07：循环步骤S03至S06，直到机床停止工作。

2.如权利要求1所述的机床断刀检测方法，其特征在于，所述第一驱动气缸（12）设置在所述安装板（2）上，所述调整板（3）通过第一直线导轨（6）设置在所述安装板（2）上，所述第二驱动气缸（9）设置在所述调整板（3）上，所述激光传感器（10）通过第二直线导轨（4）安装在所述调整板（3）上。

3.如权利要求2所述的机床断刀检测方法，其特征在于，保护壳（8）通过所述第二直线导轨（4）安装在所述调整板（3）上，所述保护壳（8）与所述第二驱动气缸（9）的活塞杆连接，所述控制器设置在所述保护壳（8）内部，所述激光传感器（10）镶嵌式安装在所述保护壳（8）外端。

4.如权利要求3所述的机床断刀检测方法，其特征在于，所述保护壳（8）外端还设置有出风室（11），所述出风室（11）设置有出风口，所述出风口上设置有导风罩，所述导风罩能够向所述激光传感器（10）导风，所述出风室（11）内设置有电风扇，所述电风扇与所述控制器电连接。

5.如权利要求2所述的机床断刀检测方法，其特征在于，还包括声光报警器（7），所述声光报警器（7）安装在所述安装板（2）上，所述声光报警器（7）与所述控制器电连接。

6.如权利要求5所述的机床断刀检测方法，其特征在于，所述安装板（2）上设置有磁力座（1），所述磁力座（1）能够吸附在机床壳体上。

7.如权利要求6所述的机床断刀检测方法，其特征在于，所述S05中，当所述控制器判断断刀时，所述声光报警器发出警报。

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