一种自动换刀装置及方法与流程

本发明涉及机械自动化技术领域，具体而言，涉及一种自动换刀装置及方法。

背景技术：

目前市场上，小型智能数控加工机床都是采用人工自主换刀，主要有以下几种缺点：浪费人力资源、花费更多的时间、在机床里面操作，危险系数增加。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种自动换刀装置，能够实现自动换刀。

本发明的另一目的在于提供一种自动换刀方法，能够实现自动换刀。

本发明是采用以下技术方案实现的：

一种自动换刀装置，包括控制装置和换刀设备，换刀设备包括刀具待换部和固定式刀库，固定式刀库包括多个刀具安装部，多个刀具安装部包括安装有目标刀具的第一刀具安装部和未安装目标刀具的第二刀具安装部；

控制装置，用于在获得换刀指令时，根据换刀指令控制刀具待换部上的待换刀具放入第二刀具安装部内；以及再控制第一刀具安装部内的目标刀具安装于刀具待换部上。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述固定式刀库位于刀具待换部的下方；

控制装置，用于根据换刀指令控制刀具待换部位于第二刀具安装部的上方；控制刀具待换部上的待换刀具放入第二刀具安装部内；

控制刀具待换部移动至第一刀具安装部的上方；以及再控制第一刀具安装部内的目标刀具安装于刀具待换部上。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述固定式刀库还包括刀库盖板和刀库底板，刀库盖板设置于刀库底板的上表面，每个刀具安装部包括贯穿刀库盖板和刀库底板的安装槽，安装槽的槽口位于刀库盖板和刀库底板的同一侧边；

控制装置，用于控制刀具待换部上的待换刀具从安装槽的槽口放入第二刀具安装部内；以及控制第一刀具安装部内的目标刀具从安装槽的槽口取出安装于刀具待换部上。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述安装槽从上到下依次包括第一限位槽、第二限位槽和第三限位槽，第二限位槽的槽口宽度大于第一限位槽的槽口和第三限位槽的槽口宽度，待换刀具和目标刀具均包括刀头和刀体，刀头从上到下依次包括主轴夹头、安装头、安装柱和限位块，刀体设置于限位块的远离安装柱的一端，安装头的横截面积和限位块的横截面积均大于安装柱的横截面积；

控制装置，用于控制刀具待换部上的待换刀具的安装柱从第一限位槽的槽口设置于第一限位槽内，限位块从第二限位槽的槽口设置于第二限位槽内，刀体从第三限位槽的槽口设置于第三限位槽内；

以及控制第一刀具安装部内的目标刀具的安装柱从第一限位槽的槽口取出，限位块从第二限位槽的槽口取出，刀体从第三限位槽的槽口取出。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述控制装置的控制方向包括相互垂直的X轴方向、Y轴方向以及与X轴和Y轴垂直的Z轴方向；

控制装置，用于根据换刀指令控制刀具待换部沿Z轴方向上升，再控制刀具待换部沿X轴的负方向运动使刀具待换部位于固定式刀库的正上方；

控制刀具待换部沿Y轴方向运动使刀具待换部位于第二刀具安装部的上方；

控制刀具待换部沿Z轴方向下降；

控制固定式刀库沿X轴的正方向运动使刀具待换部上的待换刀具放入第二刀具安装部内；

控制刀具待换部沿Z轴方向上升使待换刀具脱离刀具待换部；

控制刀具待换部沿Y轴方向运动使刀具待换部位于第一刀具安装部的上方；

控制刀具待换部沿Z轴方向下降使刀具待换部夹取目标刀具；

控制固定式刀库沿X轴的负方向运动使目标刀具脱离第一刀具安装部安装与刀具待换部。

一种自动换刀方法，适用于上述自动换刀装置的控制装置，方法包括：

根据换刀指令，控制装置将刀具待换部上的待换刀具移动至第二刀具安装部内；根据换刀指令，控制装置再将第一刀具安装部内的目标刀具安装于刀具待换部上。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述固定式刀库位于刀具待换部的下方，根据换刀指令，控制装置将刀具待换部上的待换刀具移动至位于第二刀具安装部内，包括：

控制装置根据换刀指令控制刀具待换移动至位于第二刀具安装部的上方；控制刀具待换部上的待换刀具放入第二刀具安装部内。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述根据换刀指令，控制装置将第一刀具安装部内的目标刀具安装于刀具待换部上，包括：

控制刀具待换部移动至第一刀具安装部的上方；控制装置将第一刀具安装部内的目标刀具安装于刀具待换部上。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述控制装置的控制方向包括相互垂直的X轴方向、Y轴方向以及与X轴和Y轴垂直的Z轴方向；

控制装置根据换刀指令控制刀具待换移动至位于第二刀具安装部的上方，包括：，控制装置根据换刀指令控制刀具待换部沿Z轴方向上升，再控制刀具待换部沿X轴的负方向运动使刀具待换部位于固定式刀库的正上方，控制刀具待换部沿Y轴方向运动使刀具待换部位于第二刀具安装部的上方。

进一步地，本发明较佳的实施例中，上述控制刀具待换部上的待换刀具放入第二刀具安装部内，包括：控制装置控制刀具待换部沿Z轴方向下降，控制固定式刀库沿X轴的正方向运动使刀具待换部上的待换刀具放入第二刀具安装部内，控制刀具待换部沿Z轴方向上升使待换刀具脱离刀具待换部。

本发明的较佳实施例提供的自动换刀装置的有益效果是：此自动换刀装置通过控制装置的作用，能够将刀具待换部上的待换刀具放入第二刀具安装部内，再将第一刀具安装部内的目标刀具换在刀具待换部上，实现自动换刀的过程，节约人力的消耗，也提高使用安全性。

本发明提供的自动换刀方法的有益效果是：通过此自动换刀方法，配合上述自动换刀装置，将刀具待换部上的待换刀具放入第二刀具安装部内，再将第一刀具安装部内的目标刀具换在刀具待换部上，实现自动换刀的过程，节约人力的消耗，也提高使用安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图也属于本发明的保护范围。

图1为本发明实施例1提供的自动换刀装置的第一结构示意图；

图2为图1中方框处的放大图；

图3为本发明实施例1提供的刀具的结构示意图；

图4为本发明实施例1提供的固定式刀库与刀具的安装结构示意图；

图5为本发明实施例1提供的自动换刀装置的第二结构示意图；

图6为发明实施例1提供的自动换刀装置的使用步骤图。

图标：300－控制装置；400－换刀设备；410－刀具待换部；420－第一刀具安装部；430－第二刀具安装部；440－安装底座；310－第一电机；320－第二电机；330－第三电机；340－第四电机；100－固定式刀库；200－刀具；260－刀头；250－刀体；210－主轴夹头；220－安装头；230－安装柱；240－限位块；211－卡槽；110－刀库盖板；120－刀库底板；130－刀具安装部；140－刀架底座；150－安装槽；151－第一限位槽；152－第二限位槽；153－第三限位槽；131－刀具固定部；154－第四限位槽。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

实施例1

图1为本实施例提供的自动换刀装置的第一结构示意图，图2为图1中方框处的放大图。请一并参阅图1和图2，本实施例中，自动换刀装置包括控制装置300和换刀设备400，换刀设备400包括刀具待换部410和固定式刀库100，固定式刀库100包括多个刀具安装部130，多个刀具安装部130包括安装有目标刀具的第一刀具安装部420和未安装目标刀具的第二刀具安装部430。

控制装置300，用于在获得换刀指令时，根据换刀指令控制刀具待换部410上的待换刀具放入第二刀具安装部430内；以及再控制第一刀具安装部420内的目标刀具安装于刀具待换部410上。此自动换刀装置通过控制装置300的作用，能够将刀具待换部410上的待换刀具200放入第二刀具安装部430内，再将第一刀具安装部420内的目标刀具200换在刀具待换部410上，实现自动换刀的过程，节约人力的消耗，也提高使用安全性。

图3为本实施例提供的刀具200的结构示意图。请一并参阅图2和图3，本实施例中，刀具200包括刀头260和刀体250，刀头260从上到下依次包括主轴夹头210、安装头220、安装柱230和限位块240，刀体250设置于限位块240的远离安装柱230的一端，安装头220的横截面积和限位块240的横截面积均大于安装柱230的横截面积，将刀具200安装在固定式刀库100内的时候，安装柱230卡在固定式刀库100上，从而实现刀具200的安装。

待换刀具和目标刀具的结构相似，即待换刀具和目标刀具的刀头260的结构一致，刀体250的结构根据具体情况进行设置。但刀体250均能够安装进入固定式刀库100内。

安装头220的外径和限位块240的外径均大于安装柱230的外径，即安装头220的横截面积和限位块240的横截面积均大于安装柱230的横截面积。通过此设置方式，使限位块240能够更加容易卡设在固定式刀库100上，使刀具200的安装效果更好。

本实施例中，主轴夹头210为圆柱形，且主轴夹头210上有圆柱形的卡槽211。安装头220为类似圆柱形结构，主体为圆柱形结构，其外径比主轴夹头210和安装柱230的外径都要大，并且，安装头220的两端具有伸出圆柱形结构的夹取部，以便夹取刀具200进行更换、放置和安装。

安装柱230为圆柱形结构，安装柱230的外径小于安装头220的外径，限位块240也为圆柱形结构，限位块240的外径大于安装柱230的外径，即安装头220、安装柱230和限位块240形成一个类似绕线盘的结构。以便后续限位块240卡设在固定式刀库100上，便于刀具200的安装。

刀体250为长条形的圆柱形结构，刀体250的外径与夹头的外径大致相同，是刀具200的外形更加美观。类似的实施方式也可以是：刀体250的结构根据需要刀具200的类型进行设置。只要能够安装在固定式刀库100上即可。

换刀设备400还包括安装底座440，刀具待换部410和固定式刀库100均设置于安装底座440，且固定式刀库100位于刀具待换部410的下方，控制装置300，用于根据换刀指令控制刀具待换部410位于第二刀具安装部430的上方；控制刀具待换部410上的待换刀具放入第二刀具安装部430内；控制刀具待换部410移动至第一刀具安装部420的上方；以及再控制第一刀具安装部420内的目标刀具200安装于刀具待换部410上，从而进行换刀。

图4为本实施例提供的固定式刀库100与刀具200的安装结构示意图。请一并参阅图2和图4，本实施例中，固定式刀库100还包括刀库盖板110和刀库底板120，刀库盖板110设置于刀库底板120的上表面，每个刀具安装部130包括贯穿刀库盖板110和刀库底板120的安装槽150，安装槽150的槽口位于刀库盖板110和刀库底板120的同一侧边；控制装置300，用于控制刀具待换部410上的待换刀具从安装槽150的槽口放入第二刀具安装部430内；以及控制第一刀具安装部420内的目标刀具从安装槽150的槽口取出安装于刀具待换部410上。

安装槽150从上到下依次包括第一限位槽151、第二限位槽152和第三限位槽153，第二限位槽152的槽口宽度大于第一限位槽151的槽口和第三限位槽153的槽口宽度，需要安装刀具200时，使刀具200从安装槽150的槽口处进入，并向内部移动，从而使刀具200进入安装槽150内部，由于第二限位槽152的槽口宽度大于第一限位槽151的槽口和第三限位槽153的槽口宽度，刀具200可以在第一限位槽151和第三限位槽153上卡住，即安装头220用于设置于第一限位槽151，限位块240用于设置于第二限位槽152，刀体250用于设置于第三限位槽153，从而进行刀具200的存放。

控制装置300，用于控制刀具待换部410上的待换刀具的安装柱230从第一限位槽151的槽口设置于第一限位槽151内，限位块240从第二限位槽152的槽口设置于第二限位槽152内，刀体250从第三限位槽153的槽口设置于第三限位槽153内；以及控制第一刀具200安装部420内的目标刀具200的安装柱230从第一限位槽151的槽口取出，限位块240从第二限位槽152的槽口取出，刀体250从第三限位槽153的槽口取出。

进一步地，第二限位槽152远离槽口的槽深大于第一限位槽151远离槽口的槽深和第三限位槽153远离槽口的槽深深度。即第二限位槽152的深度大于第一限位槽151的深度，第二限位槽152的深度大于第三限位槽153的深度，第一限位槽151、第二限位槽152和第三限位槽153均为U形结构，且开口朝向同侧，第二限位槽152的横截面积大于第一限位槽151的横截面积，第二限位槽152的横截面积大于第三限位槽153的横截面积，使第二限位槽152内能够设置横截面积较大的限位块240。由于第一限位槽151和第三限位槽153的作用，使限位块240卡设在第二限位槽152内。

每个刀具安装部130安装一个刀具200，当需要将刀具200放置在刀具安装部130内的时候，将刀具200移动到刀具安装部130的侧面，然后将刀具200向刀具安装部130内移动，使刀具200的安装头220位于第一限位槽151的上方，设置在刀库盖板110的上端，第一限位槽151设置在刀库盖板110上，安装柱230从第一限位槽151的槽口进入第一限位槽151内，限位块240从第二限位槽152的槽口进入第二限位槽152内，刀体250从第三限位槽153的槽口进入第三限位槽153内，第二限位槽152和第三限位槽153都设置在刀库底板120上，实现刀具200的安装。

优选地，固定式刀库100还包括刀架底座140，刀架底座140设置于刀库底板120的下表面。刀架底座140的设置，在刀体250较长的时候，也能够方便地设置刀具200。

每个刀具安装部130还包括刀具固定部131，刀具固定部131设置于刀库底板120的下表面，且刀具固定部131设置于刀架底座140的靠近安装槽150的槽口一侧，刀具固定部131设置有第四限位槽154，第四限位槽154与安装槽150连通且第四限位槽154的槽口与安装槽150的槽口方向一致，第四限位槽154的槽口宽度小于第二限位槽152的槽口宽度。

即将刀体250的较多部位设置在第四限位槽154内，方便刀体250的安装，并且对刀体250进行保护，方便刀具200的储存。本实施例中，刀具固定部131为圆柱部和翻遍部，翻遍部与刀库底板120通过螺钉连接，以便刀具固定部131的安装，圆柱部设置在翻遍部的远离刀库底板120的一端，在圆柱部和翻遍部一起设置第四限位槽154，即、第一限位槽151、第二限位槽152、第三限位槽153和第四限位槽154均连通，以便进行刀具200的安装。

第四限位槽154的远离槽口的槽深小于第二限位槽152的远离槽口的槽深深度。第四限位槽154的形状与第三限位槽153的形状一致，优选地，第一限位槽151、第三限位槽153和第四限位槽154的横截面积一致，第二限位槽152的横截面积大于第一限位槽151的横截面积，以便对刀具200进行安装。

本实施例中，刀具安装部130有多个、可以为四个或五个或六个，根据固定式刀库100的具体情况进行设置，使固定式刀库100可以储存多把刀具200。

控制装置300的控制方向包括相互垂直的X轴方向、Y轴方向以及与X轴和Y轴垂直的Z轴方向；控制装置300，用于根据换刀指令控制刀具待换部410沿Z轴方向上升，再控制刀具待换部410沿X轴的负方向运动使刀具待换部410位于固定式刀库100的正上方；控制刀具待换部410沿Y轴方向运动使刀具待换部410位于第二刀具安装部430的上方；控制刀具待换部410沿Z轴方向下降；控制固定式刀库100沿X轴的正方向运动使刀具待换部410上的待换刀具200放入第二刀具安装部430内；控制刀具待换部410沿Z轴方向上升使待换刀具200脱离刀具待换部410；控制刀具待换部410沿Y轴方向运动使刀具待换部410位于第一刀具安装部420的上方；控制刀具待换部410沿Z轴方向下降使刀具待换部410夹取目标刀具200；控制固定式刀库100沿X轴的负方向运动使目标刀具200脱离第一刀具安装部420安装与刀具待换部410，从而实现整个换刀过程。

图5为本实施例提供的自动换刀装置的第二结构示意图；图6为发明实施例1提供的自动换刀装置的使用步骤图。请一并参阅图1－图6，本实施例中，控制装置300包括控制中心和控制电机，控制电机包括第一电机310、第二电机320、第三电机330和第四电机340，第一电机310用于控制刀具待换部410沿Z轴方向运动，第二电机320用于控制刀具待换部410沿X轴方向运动，第三电机330用于控制刀具待换部410沿Y轴方向运动，第四电机340用于控制固定式刀库100沿X轴方向运动。

控制中心接收到换刀指令以后，发出第一信号，第一信号控制第一电机310运转，使刀具待换部410沿Z轴上升，刀具待换部410上升的高度可以是先在控制中心进行设置，上升固定的高度，也可以是在刀具待换部410需要上升的位置设置传感器，传感器接收到信号以后，将信号传递给控制中心，代表刀具待换部410上升到位，下述的移动是否到位也可以由上述方法进行确定。刀具待换部410上升到固定位置以后，控制中心发出第二信号，第二信号控制第二电机320运转，使刀具待换部410沿X轴的负方向运动使刀具待换部410位于固定式刀库100的正上方。

刀具待换部410平移到固定位置以后，控制中心发出第三信号，第三信号控制第三电机330运转，使刀具待换部410沿Y轴方向运动，使刀具待换部410位于第二刀具安装部430的上方，控制中心发出第四信号，第四信号控制第一电机310运转，使刀具待换部410沿Z轴下降，控制中心发出第五信号，第五信号控制第四电机340运转，使固定式刀库100沿X轴的正方向运动使刀具待换部410上的待换刀具200的安装柱230从第一限位槽151的槽口进入第一限位槽151内，限位块240从第二限位槽152的槽口进入第二限位槽152内，刀体250从第三限位槽153的槽口和第四限位槽154的槽口进入第三限位槽153和第四限位槽154内，使待换刀具200进入第二刀具安装部430内。

控制中心发出第六信号，第六信号控制第一电机310运转，使刀具待换部410沿Z轴方向上升，由于限位块240的作用，使待换刀具200卡在第二刀具安装部430内，使待换刀具200脱离刀具待换部410，实现脱刀。

控制中心发出第七信号，第七信号控制第三电机330运转，第三电机330控制刀具待换部410沿Y轴方向移动，使刀具待换部410位于第一刀具安装部420的上方。控制中心发出第八信号，第八信号控制第一电机310运转，第一电机310控制刀具待换部410沿Z轴方向下降，使刀具待换部410夹取目标刀具，即刀具待换部410夹住安装头220。控制中心发出第九信号，第九信号控制第四电机340运转，第四电机340控制固定式刀库100沿X轴负方向运动，使目标刀具200的安装柱230从第一限位槽151的槽口移出，限位块240从第二限位槽152的槽口移出，刀体250从第三限位槽153的槽口和第四限位槽154的槽口移出，实现目标刀具200的取用，最终实现自动换刀。

实施例2

本实施例提供了一种自动换刀的方法，使用实施例1提供的自动换刀装置，自动换刀方法是根据换刀指令，控制装置300将刀具待换部410上的待换刀具移动至第二刀具安装部430内；根据换刀指令，控制装置300再将第一刀具安装部420内的目标刀具安装于刀具待换部410上。

优选地，根据换刀指令，控制装置300将刀具待换部410上的待换刀具移动至位于第二刀具安装部430内，包括：控制装置300根据换刀指令控制刀具待换部410移动至位于第二刀具安装部430的上方；控制刀具待换部410上的待换刀具放入第二刀具安装部430内。

优选地，根据换刀指令，控制装置300将第一刀具安装部420内的目标刀具安装于刀具待换部410上，包括：控制刀具待换部410移动至第一刀具安装部420的上方；控制装置300将第一刀具安装部420内的目标刀具安装于刀具待换部410上。

优选地，控制装置300的控制方向包括相互垂直的X轴方向、Y轴方向以及与X轴和Y轴垂直的Z轴方向，

控制装置300根据换刀指令控制刀具待部410换移动至位于第二刀具安装部430的上方，包括：控制装置300根据换刀指令控制刀具待换部410沿Z轴方向上升，再控制刀具待换部410沿X轴的负方向运动使刀具待换部410位于固定式刀库100的正上方，控制刀具待换部410沿Y轴方向运动使刀具待换部410位于第二刀具安装部430的上方。

控制刀具待换部410上的待换刀具放入第二刀具安装部430内，包括：控制装置300控制刀具待换部410沿Z轴方向下降，控制固定式刀库100沿X轴的正方向运动使刀具待换部410上的待换刀具放入第二刀具安装部430内，控制刀具待换部410沿Z轴方向上升使待换刀具脱离刀具待换部410。

控制刀具待换部410移动至第一刀具安装部420的上方，包括：控制刀具待换部410沿Y轴方向运动使刀具待换部410位于第一刀具安装部420的上方。

控制装置300将第一刀具安装部420内的目标刀具安装于刀具待换部410上，包括：控制刀具待换部410沿Z轴方向下降使刀具待换部410夹取目标刀具；控制固定式刀库100沿X轴的负方向运动使目标刀具脱离第一刀具安装部420安装于刀具待换部410，从而实现整个换刀过程。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。