专利名称：用于检测自动换刀装置中的拉杆的位置的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有自动刀具更换装置的摘刀单元，本发明更特别地涉及一种用于检测安装在摘刀单元(spindle unit)内的拉杆的位置的设备，其中在以主控制器可以检验该拉杆夹持的刀具的状态的方式，检测了拉杆的位置后，该设备将信号发送到主控制器。
背景技术：
为了利用配备在备用位置的新刀具自动更换旧刀具，在加工中心或者自动铣床上通常使用自动刀具更换装置。这种自动刀具更换装置包括抓手形的换刀臂，以迅速、准确执行更换工作。
加工中心是一种可以自动执行各种机加工的数控机床。加工中心具有自动刀具更换功能，而且可以在工件的至少两个平面上进行自动切削、钻孔或者镗孔。为了在短时间周期内实现这些各种各样的机加工，加工中心必须自动更换刀具。下面将参考图1说明设置在这种加工中心上的传统自动刀具更换装置的夹持操作和松开操作。
关于夹持操作，刀具9沿摘刀轴(spindle shaft)6的锥面进入摘刀轴6，这样，夹头10插入刀具9。然后，将压缩空气送到压缩空气入口2，以使活塞3和与该活塞3相连的推杆6向上移动。因为设置在摘刀轴6与拉杆单元7之间的碟形弹簧12的弹性偏置力，所以随着推杆5向上移动，安装在摘刀轴6内的拉杆单元7也向上移动。
因此，在拉杆单元7的端部形成的膨胀件8进入夹头10，以使夹头10膨胀。因此，夹头10牢固夹紧刀具9和摘刀轴6，从而夹持刀具9。
关于松开操作，将压缩空气送到压缩空气入口1，这样，因为压缩空气，活塞3向下移动。随着活塞3向下移动，与活塞3相连的推杆5也沿外壳4的导向面向下移动。
在推杆5向下移动时，推杆5的端部下推安装在摘刀单元6内的拉杆单元7，因此，拉杆单元7也向下移动。
随着拉杆单元7向下移动，已经膨胀的夹头10恢复其初始形状，因此，拉杆单元7的端部推动刀具9，从而松开刀具9。
最近，在将自动刀具更换装置安装在包括高频摘刀单元或者皮带驱动摘刀单元的机床的主轴上时，为了强有力拉动刀具或者包括锥柄的刀杆，在摘刀轴内设置拉杆单元，以使刀具或者刀杆牢固固定在摘刀轴的轴头。此时，在10mm的范围内，拉杆在摘刀轴的轴向移动，以拉动或者固定刀具。即，根据刀具的状态，在摘刀轴的轴向，在10mm的范围内，拉杆单元可以位于3个不同的位置，例如，前位、中位和后位。
在前位，拉杆单元释放刀具。由于刀具处于自由状态，所以可以根据用户的要求，使该刀具插入摘刀轴，或者使该刀具与摘刀轴分离。在中位，拉杆单元牢固地拉动刀具，然后，使该刀具固定到摘刀轴上。在后位，该刀具与摘刀轴分离，然后，拉杆单元返回其初始位置，而不夹持刀具。
为了通过检验刀具更换状态，使主控制器准备好进行下一个操作，而且为了可靠、安全进行机加工，必须将关于拉杆单元的3个不同位置的信息发送到主控制器。接近开关(proximity switch)广泛用作检查装置，用于获得关于拉杆单元的3个不同位置的信息。由于利用一个接近开关只能检测一个位置，所以为了获得关于拉杆单元的3个不同位置的信息，在摘刀单元上安装了3个接近开关。
然而，公开市场上市售的接近开关的尺寸太大，以致不能将该接近开关安装在摘刀单元的内部区域内。此外，在对应于拉杆单元的3个不同位置的10mm的范围内，难以安装3个接近开关。即使在摘刀单元内安装了3个接近开关，也要求利用可变位置固定装置调节这3个接近开关的位置，以精确安装这3个接近开关。此外，由于需要3条电缆线对这3个接近开关进行供电和信号传输，所以额外需要电缆线处理工作。
发明内容
因此，鉴于上述问题，设计了本发明，而且本发明的目的是提供一种用于检测拉杆单元的位置的设备，该拉杆单元安装在摘刀单元内，以通过检测该拉杆单元的位置，将拉杆单元的位置信息发送到主控制器。
为了实现上述目的，提供了一种用于检测自动刀具更换装置的拉杆单元的位置的设备，该刀具更换装置包括拉杆单元；以及摘刀单元，用于容纳该拉杆单元，以使该拉杆单元容易夹持刀具，该拉杆单元的位置检测设备包括铁心，安装在拉杆单元的后部外围部分；线圈部分，围绕铁心的外圆部分缠绕而且是空心圆柱形的，具有预定厚度和预定长度；LC振荡器，连接到该线圈部分，用于产生根据线圈部分的电感值变化的频率信号；以及位置检测部分，连接到该LC振荡器，以通过根据LC振荡器产生的频率信号检测拉杆单元的位置，将拉杆单元的位置信息发送到主控制器。
根据本发明的优选实施例，位置检测部分包括计数器，用于在每个预定时间周期内的每个循环，对LC振荡器产生的频率信号重复计数；存储部分，用于存储对应于拉杆单元的3个不同位置的每个预定单位时间的频率信号的第一计数值；以及微型计算机，用于将存储在该存储部分内的第一计数值与通常由计数器发送的、每个预定单位时间的振荡信号的第二计数值进行比较，从而检测拉杆单元的当前位置。
根据本发明的优选实施例，安装在构成自动刀具更换装置的摘刀单元内的拉杆单元在其前面夹持刀具。在拉杆单元的后部形成延伸杆。设置延伸杆，以围绕其外圆部分稳定安装磁心。如果拉杆单元的外径尺寸适合安装磁心，则不要求设置延伸杆。
围绕延伸杆的外圆部分安装磁心，而且围绕该铁心的外圆部分设置圆柱形线圈部分。线圈部分连接到LC振荡器，作为LC振荡器的一部分。将LC振荡器产生的可变频率信号发送到位置检测部分，以使位置检测部分检测拉杆单元的当前位置。该位置检测部分将拉杆单元的位置信息发送到主控制器，因此，主控制器可以精确控制自动刀具更换装置的操作。
根据下面结合附图所做的详细说明，本发明的上述以及其他目的、特征和优点更加显而易见，附图包括图1是示出传统自动刀具更换装置的结构的原理图；图2是示出根据本发明第一实施例的自动刀具更换装置的拉杆单元的结构的示意图，其中“A”表示夹持刀具的拉杆单元，“B”表示拉杆单元松开刀具情况下的拉杆单元，以及“C”表示未持有刀具情况下的夹紧的拉杆单元；图3是示出根据本发明第一实施例安装在拉杆单元的后位的位置检测装置的原理图；以及图4是示出根据本发明第二实施例和第三实施例安装在拉杆单元的后位的位置检测装置的示意图。
具体实施例方式
现在详细说明本发明的优选实施例。
在下面对本发明所做的说明中，如果对在此引入的公知功能和配置所做的详细说明可能导致本发明的主题非常模糊不清，则省略详细说明它们。
下面将参看
本发明的优选实施例。
图1是示出传统自动刀具更换装置的结构的原理图，而图2是示出根据本发明第一实施例的自动刀具更换装置的拉杆单元的结构的示意图，其中“A”表示夹持刀具的拉杆单元，“B”表示拉杆单元松开刀具情况下的拉杆单元，以及“C”表示未持有刀具情况下的夹紧的拉杆单元。此外，图3是示出安装在拉杆单元的后部的位置检测装置的原理图。
参考图2和3，刀具夹持在拉杆单元50的前面，该拉杆单元50是自动刀具更换装置的一部分。延伸杆52形成在拉杆单元50的后部，而且从其伸出。由高磁导率的磁性部件构成的铁心54与延伸杆52的外圆表面密切配合。因此，延伸杆52和铁心54与拉杆单元50整体形成在一起，以使它们一起向上移动和向下移动。
围绕铁心54设置线圈部分56。线圈部分56是空心圆柱形的，而且线圈部分56的电感值根据铁心54的位置发生变化。LC振荡器58连接到线圈部分56，从而产生频率信号，该频率信号根据线圈部分56的电感值发生变化。LC振荡器58与位置检测部分60耦合。
位置检测部分60设置了计数器64，用于对LC振荡器58产生的频率信号进行计数。位置检测部分60包括存储部分68，用于存储在拉杆单元50位于3个不同位置，即，拉杆单元50的夹持位置、松开位置以及刀具释放位置时，LC振荡器58产生的频率信号的计数值。
存储部分68和计数器64连接到微型计算机66。微型计算机66将存储在存储部分68内的计数值与计数器64的当前频率计数值进行比较，从而检测拉杆单元50的当前位置。主控制器70连接到微型计算机66，以便微型计算机66将拉杆单元50的位置信息发送到主控制器70。收到拉杆单元50的位置信息后，根据拉杆单元50的位置，主控制器70控制自动刀具更换装置的操作。
下面将说明根据本发明优选实施例的拉杆单元50的位置检测操作。
首先，在拉杆单元50夹持刀具时，拉杆单元50向上移动，以使铁心54进一步进入线圈部分56内，因此，铁心54几乎容纳在线圈部分56内，如图2中的“A”所示。相反，在拉杆单元50松开刀具时，拉杆单元50向下移动，以使铁心54从线圈部分56稍许退出，如图2中的“B”所示。此外，如果在拉杆单元50完全释放刀具时，拉杆单元50夹紧，则拉杆单元50向上移动得最多，以使铁心54完全容纳在线圈部分56内。
因此，如上所述，铁心54相对于线圈部分56的位置可以根据夹持单元50的3个位置，即，在拉杆单元50夹持刀具时，在拉杆单元50松开刀具时以及在拉杆单元50a完全释放刀具时，发生变化。
连接到线圈部分56的LC振荡器58产生的振荡频率的值可以根据铁心相对于线圈部分56的位置发生变化。LC振荡器58产生的振荡频率信号施加到位置检测部分60的计数器64。
因此，计数器64对频率信号进行计数，然后，将计数值发送到微型计算机66。微型计算机66将计数器64发送的计数值与存储在存储部分68内的计数值进行比较，从而确定是刀具被拉杆单元50夹持/松开，还是被拉杆单元50完全释放。此外，根据上述确定，微型计算机66将相应信号发送到主控制器70。
根据位置检测部分60的微型计算机66发送的信号，主控制器70控制自动刀具更换装置的操作。
根据图4所示的本发明的第二和第三实施例，除了上述微型计算机66、存储部分68以及计数器64，本发明的位置检测部分60还包括用于将频率信号变换为电压信号的F/V变换器72。在这种情况下，利用F/V变换器72将LC振荡器58产生的振荡信号变换为电压信号，然后，根据该电压信号检测拉杆单元50的位置。
例如，通过A/D变换器73，微型计算机66读取该电压信号，从而检测拉杆单元50的位置。此外，电压比较器74将各电压信号互相进行比较，从而检测拉杆单元50的位置。
如果采用A/D变换器73，则利用F/V变换器72将拉杆单元50位于预定位置时产生的频率信号变换为电压信号，然后，通过A/D变换器73，微型计算机66使该电压信号存储到存储部分68内。在拉杆单元50工作时，微型计算机66将存储在存储部分68内的电压值与对应于拉杆单元50的当前位置的电压值进行比较，从而检测拉杆单元50的位置。
为了实现其中微型计算机66通过A/D变换器73读取电压信号以检测拉杆单元50的位置的本发明的第二实施例，该位置检测部分可以包括F/V变换器72，用于将频率信号变换为电压信号；A/D变换器73，用于将电压信号的模拟值变换为数字值；存储部分68，用于存储对应于拉杆单元50的3个位置的电压值；以及微型计算机66，用于通过将存储在存储部分68内的电压值与通过F/V变换器72送到其的电压值进行比较，检测拉杆单元50的当前位置。
如果采用电压比较器74，则通过利用可变电阻器75对预定电压信号进行分压，设置预定电压信号，以将该预定电压信号与拉杆单元50处于预定位置时产生的电压信号进行比较。然后，在拉杆单元50工作时，将预定电压信号与所产生的对应于拉杆单元50的当前位置的电压值进行比较，从而检测拉杆单元50的位置。根据该实施例，可以减少为了管理微型计算机或者存储部分而设置软件所需的成本。
为了实现其中利用电压比较器74将各电压信号互相进行比较，以检测拉杆单元50的位置的本发明的第三实施例，该位置检测部分可以包括F/V变换器72，用于将频率信号变换为电压信号；至少两个可变电阻器75，用于设置几个电压信号，以将该电压信号与拉杆单元50处于预定位置时产生的电压信号进行比较；电压比较器74，用于将可变电阻器75的电压值与F/V变换器72供给的当前电压值进行比较；以及鉴别器76，用于根据上述比较结果，检测拉杆单元50的位置。
从上面的说明可以看出，根据本发明，空心线圈部分设置在拉杆单元的后部，而与拉杆单元整体形成的延伸杆以这样的方式容纳在空心线圈部分内，以致该延伸杆与拉杆单元一起向上移动和向下移动。此外，磁心安装在延伸杆的外部，因此，磁心也与拉杆单元一起向上移动和向下移动。因此，线圈部分的电感值根据磁心发生变化，因此，LC振荡器产生的振荡频率也发生变化。利用LC振荡器的振荡频率的变化，本发明获得了拉杆单元的位置信息。
尽管结合当前认为最切实的优选实施例对本发明进行了说明，但是，显然，本发明并不局限于所公开的实施例和附图，相反，本发明意在覆盖属于所附权利要求所述本发明实质范围的各种修改和变更。
权利要求
1.一种用于检测夹持刀具的自动刀具更换装置的拉杆单元的位置的设备，该刀具更换装置包括拉杆单元；以及摘刀单元，用于容纳该拉杆单元，以使该拉杆单元容易夹持刀具，该拉杆单元的位置检测设备包括铁心，安装在拉杆单元的后部外围部分；线圈部分，围绕铁心的外圆部分缠绕而且是空心圆柱形的，具有预定厚度和预定长度；LC振荡器，连接到该线圈部分，用于产生根据线圈部分的电感值变化的频率信号；以及位置检测部分，连接到该LC振荡器，以通过根据LC振荡器产生的频率信号检测拉杆单元的位置，将拉杆单元的位置信息发送到主控制器。
2.根据权利要求1所述的位置检测设备，其中与拉杆单元的后部整体形成延伸杆，而且围绕延伸杆的外圆部分安装由磁性材料构成的铁心。
3.根据权利要求1所述的位置检测设备，其中位置检测部分包括计数器，用于在每个预定时间周期内的每个循环，对LC振荡器产生的频率信号重复计数；存储部分，用于存储对应于拉杆单元的3个不同位置的每个预定单位时间的频率信号的第一计数值；以及微型计算机，用于将存储在该存储部分内的第一计数值与通常由计数器发送的、每个预定单位时间的振荡信号的第二计数值进行比较，从而检测拉杆单元的当前位置。
4.根据权利要求1所述的位置检测设备，其中位置检测部分包括F/V变换器，用于将频率信号变换为电压信号；A/D变换器，用于将电压信号的模拟值变换为数字值；存储部分，用于存储对应于拉杆单元的3个位置的第一电压值；以及微型计算机，用于通过将存储在该存储单元内的第一电压值与通过F/V变换器送到其的第二电压值进行比较，检测拉杆单元的当前位置。
5.根据权利要求1所述的位置检测设备，其中位置检测部分包括F/V变换器，用于将频率信号变换为电压信号；至少两个可变电阻器，用于设置几个电压信号，以将该电压信号与拉杆单元处于预定位置时产生的电压信号进行比较；电压比较器，用于将可变电阻器的电压值与F/V变换器供给的当前电压值进行比较；以及鉴别器，用于根据该比较结果，检测拉杆单元的位置。
全文摘要
本发明公开了一种用于检测安装在摘刀单元内的拉杆单元的位置的设备。该设备是用于更换机床的摘刀单元上的刀具的自动刀具更换装置的一部分。在检测到拉杆的位置后，该设备将信号发送到主控制器，以使该主控制器检查拉杆单元夹持的刀具的状态。拉杆单元安装在构成自动刀具更换装置的摘刀单元内，而且在其前部夹持刀具。铁心安装在拉杆单元的后部外围部分，而圆柱形的线圈部分围绕铁心的外圆部分缠绕，这样设置LC振荡电路，以致该LC振荡电路包括作为其一部分的线圈部分。LC振荡电路的振荡频率根据磁性材料构成的铁心的位置发生变化，因此，根据LC振荡电路的振荡频率，该设备检测拉杆单元的位置。位置检测部分将拉杆单元的当前位置信息发送到主控制器，以使主控制器检测拉杆单元的当前位置。
文档编号B23Q3/157GK1829585SQ200480022029
公开日2006年9月6日 申请日期2004年2月13日 优先权日2003年7月28日
发明者玄泳珍 申请人:梨园株式会社