用于工装夹具自动避让的控制系统的制作方法

本发明涉及机床加工技术领域，具体涉及用于工装夹具自动避让的控制系统。

背景技术：

在数控加工过程中，特别是大中型板形零件的数控加工，通常采用夹具来将待加工的工件固定在操作平台上，而加工过程中刀具运行至夹具附近时，为避免刀具与夹具相撞，通常需要先将机床停机，再人工将夹具搬开，待加工完该工段之后再停机，人工将夹具压紧，继续加工工作。而一个大型工件的固定往往需要设置多个夹具，每次刀具靠近夹具时都需要人工将夹具搬开来避让，这样势必造成加工中断，影响加工效率和加工质量，在目前的高速加工环境下，这种影响就更加突显出来。不仅加工效率不高，且人工装夹时的安全隐患也大大增加。因此，如何设置一种能够让夹具实现自动避让功能的控制系统，对于实现工件一次装夹完成加工，避免由于夹具位置影响而引起的二次加工所带来的工件定位的过程，大大提高工件加工效率，是本领域亟待解决的问题。

另外，机床加工领域还存在在另一个困扰技术人员多年的问题：虽然主轴厂家在生产时已经对主轴的轴承做了永久性润滑，但是当环境温度过低时(-10℃及以下)，例如我国东北地区每年11月份至次年4月份这段时间，低温下主轴直接高速运转，会影响甚至严重影响主轴轴承的使用寿命。虽然传统的工装夹具多会在使用手册中标明主轴所需的预热方式，但在实际操作中，工人往往为了节约时间，不进行主轴预热而是直接开始加工，没有保障可言，很容易对主轴轴承造成损坏。

中国发明专利(cn101382793b)公开了一种连续无中断数控加工板形零件的方法，把拉线位移传感器的位移信号反馈给随动夹具的控制系统，用示教方法记住避让压板的坐标位置，由随动夹具的控制系统实时采集拉线位移传感器的位移信号，并根据随动夹具上压板的长度来计算、分析夹具上的压板避让数控刀具的提前动作范围，控制夹具上的压板自动避让和压紧，对压板执行机构发出避让控制命令或夹紧命令。该发明利用拉线位移传感器采集要避让数控刀具的压板的坐标位置，采用示教方式，使刀具运动到压板避让数控刀具的提前动作范围内，由控制系统控制夹具上的压板执行机构让其自动避让。解决了数控加工刀具与压板相撞，需停机人工拆卸装夹压板，易出安全事故，影响加工效率和加工质量的问题。

中国实用新型专利(cn106624930a)公开了一种自动避让夹具装置，包括有多个夹具单元，所述夹具单元包括有底座，在底座上设有导轨，在导轨上设有可沿其滑动的滑块，在滑块上设有可将工件夹紧进行加工的夹具，在底座上还设有驱动滑块在导轨上来回滑动的驱动机构，所述夹具与驱动机构通过控制系统来控制其动作。该申请提供一种节省材料、效率高的自动避让夹具装置。

但是，上述两个专利公开的装置均是通过检测刀具运行位置和夹具(或压板)位置来控制实现夹具的自动避让，这样势必会需要在机床上设置复杂的检测装置，并分析检测装置的检测数据来做出避让决定，设备成本将大大提高。且上述专利均未关注到主轴在冬季或其它气温较低时间工作时需要提前预热的问题。

技术实现要素：

为解决现有的技术中夹具避让存在成本高、设备复杂等问题，并进而实现主轴强制预热，提高设备寿命，本发明提供了用于工装夹具自动避让的控制系统，具体技术方案如下：

一种用于工装夹具自动避让的控制系统，其特征在于，包括刀具模块、夹持模块和控制模块，所述刀具模块包括主轴和主轴刀具，所述主轴刀具设于主轴下方，与主轴固定连接，主轴带动主轴刀具运动；

所述夹持模块用于固定待加工的工件，包括夹具和夹具支撑，待加工的工件通过所述夹具固定，所述夹具支撑用于固定夹具，所述夹具包括自动避让夹具头，

所述控制模块包括plc控制器和计算机，所述plc控制器与计算机、主轴、自动避让夹具头连接。

优选地，所述控制模块用于控制所述自动避让夹头进行避让和恢复。

优选地，所述计算机内预设有与待加工工件和所述自动避让夹具头位置对应的m代码，所述m代码包括避让代码和恢复代码，当所述主轴刀具运行至自动避让夹具头位置时，计算机读取设定的避让代码并传递信号给plc控制器，plc控制器控制自动避让夹具头执行避让操作；当所述主轴刀具离开自动避让夹具头位置时，所述计算机读取设定的恢复代码并传递信号给plc控制器，plc控制器控制所述自动避让夹具头恢复原始夹紧状态。

其中，m代码是指辅助功能代码，m代码起到对机床的辅助控制作用，每一个m代码对应一个夹具，通过读取m代码可以实现各个夹具的避让。

优选地，所述避让操作包括滑动、滚动或翻转。

优选地，所述自动避让夹具头可以进行手动调节，用于在工件加工的调试阶段进行手动调节。初次设定m代码时，加工工件时如自动避让夹具头的避让操作不符合预期要求，需暂停加工，对自动避让夹具头进行手动调节，并完善初设的m代码。

优选地，所述控制系统还包括预热模块，所述预热模块包括预热控制装置，所述预热控制装置与所述plc控制器连接，用于对主轴进行自动预热，预热方法包括如下步骤：

步骤一：开机；

步骤二：检测主轴温度，如果主轴温度低于-10℃，则启动主轴预热提示功能；

步骤三：锁定机床自动加工功能，确保主轴无法移动；

步骤四：plc控制器传递命令给预热控制装置，预热控制装置控制主轴进行预热，先以低速运转10分钟，再以中高速运转10分钟，最后以高速运转10分钟；

步骤五：放开系统操作权限，解锁自动加工功能，开始后续加工。

优选地，所述步骤四中低速运转指转速为4000r/m-6000r/m，中高速运转指转速为11000r/m-13000r/m，高速运转指转速为23000r/m-25000r/m。

优选地，所述控制系统还包括安全模块，用于检测工作区域内是否有工作人员；

所述安全模块包括体重传感器和光幕，所述体重传感器设于工作区域下方，用于将体重信号传递给plc控制器，进而判断是否有工作人员在工作区域内，如果有，则机床不会启动；

所述光幕设于机床上方，用于传递信号给plc控制器，如果工作区域内有工作人员走动，干扰光幕，则机床不会启动。

优选地，还包括清洁模块，所述清洁模块与plc控制器连接，所述清洁模块设于主轴刀具与主轴的连接处，plc控制器控制清洁模块对该连接处进行定时清洁。

优选地，还包括报警模块和寿命管理模块，

所述报警模块与plc控制器连接，通过检测机床的电流波动来检测机床工作情况，发现异常时发出警报；

所述寿命管理模块与计算机连接，用于统计易损部件和机床的工作时间，判断是否需要更换或维修，当易损部件达到更换周期时发出提示，用于对易损部件寿命和机床寿命进行管理。

其中，刀库中装有多把刀具，通过寿命管理模块的检测，计算机的主界面可显示刀库状态。

其中，机床上的关键部件设有报警装置，当检测到关键设备异常时，可发出警报。

其中，机床包括多个串联设置的开关，所述开关均处于安全区域，当所有工作人员离开工作区域后，需要多个工作人员同时在安全区域按下开关时，机床才会启动，进一步保证工作人员的人身安全。

与现有技术相对比，本发明的有益效果如下：

(1)本发明提供的用于工装夹具自动避让的控制系统通过预设的m代码，针对不同的工件设置不同m代码，针对一批工件而言，只需要设计一次m代码即可进行一批样品的加工，无需在机床上设置过多检测装置，无需设置检测装置测定主轴运行位置，再分析检测装置的检测数据来做出避让决定，直接根据设定的m代码执行避让操作即可，可大大节约成本。另外，由于避让代码和恢复代码都直接输入到计算机中，可以一次输入多个不同的m代码，使用时根据工件结构直接调用即可，加工过程也更加方便。

(2)本发明中夹具的避让可以采用滑动、滚动或翻转多种方式，可以根据位置设置合适的避让方式，能适应各种工件位置需求。

(3)本发明提供的系统还包括预热模块，用于在特殊环境(温度过低时)下实现对主轴的强制预热，防止因工人不按规定操作对主轴造成损伤，并且设置预热过程分3个步骤，每个步骤限定了具体的转速，能够对主轴进行渐进预热，可以防止直接开机对主轴造成损伤，大大提高主轴寿命。

(4)本发明提供的系统还包括安全模块，通过重力感应和光幕照射两种方式同时对工作区域进行监控，判断是否有工作人员在工作区域内，从而保证操作人员的人身安全。

(5)本发明提供的系统还包括清洁模块，清洁模块用于对主轴和主轴刀具连接处进行清洁，由于机床工作时刀具与工件接触会产生大量碎屑等残渣，难免会有一部分进入刀具与主轴的连接处(实际是刀柄与主轴连接处)，因此设置清洁模块大有必要，可以实现定时清洁，保证主轴刀具正常运作。

(6)本发明提供的系统还包括报警模块和寿命管理模块，用于对机床的工作状态和易损部件状况进行监测，当发现异常时会发出警报或提示。并且所寿命管理模块能够将机床和易损部件的寿命上传至计算机，供后续查看。

附图说明

图1为本发明实施例提供的机床主视图；

图2为本发明实施例提供的机床右视图。

附图中标记的具体含义如下：

1：主轴；2：主轴刀具；3：自动避让夹具头；4：夹具支撑；5：光幕。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明提供的用于工装夹具自动避让的控制系统及其操作方式进行具体说明。

如图1所示，本发明提供的用于工装夹具自动避让的控制系统包括刀具模块、夹持模块和控制模块，刀具模块包括主轴1和主轴刀具2，主轴刀具2设于主轴1下方，并与主轴1固定连接，通过主轴1带动主轴刀具2运动；夹持模块用于固定待加工的工件，包括夹具和夹具支撑4，待加工的工件通过夹具固定，夹具支撑4用于固定夹具，夹具包括自动避让夹具头3，控制模块包括plc控制器和计算机，plc控制器与计算机、主轴1、自动避让夹具头3连接。该控制模块用于控制自动避让夹头进行避让和恢复，该避让可以包括滑动、滚动或翻转等多种方式。

本发明提供的技术方案中，计算机内预设有与待加工工件和自动避让夹具头3位置对应的m代码，m代码包括避让代码和恢复代码，当主轴刀具2靠近自动避让夹具头3位置时，计算机识别避让代码并传递信号给plc控制器，plc控制器控制自动避让夹具头3进行避让，当主轴刀具2离开自动避让夹具头3位置时，计算机识别恢复代码并传递信号给plc控制器，plc控制器控制自动避让夹具头3恢复原始夹紧状态。

其中，m代码是指辅助功能代码，m代码起到对机床的辅助控制作用，每一个m代码对应一个自动避让夹具头3，通过读取m代码可以实现各个自动避让夹具头3的避让和恢复。

本实施例中指定每个m代码为具体某个自动避让夹具头3的专属动作指令，根据工件结构和自动避让夹具头3位置为每个自动避让夹具头3设置对应的m代码，根据自动避让夹具头3顺序分别记为m1、m2、m3……mn，每一个工件对应设置一套m代码。机床开始工作时，主轴刀具2运动，当根据设定路径和运行速度运行至第一个自动避让夹具头3附近时，计算机读取控制第一个自动避让夹具头3避让的m代码，发送避让指令给plc控制器，plc控制器控制第一个自动避让夹具头3进行避让操作，当主轴刀具2加工完第一个自动避让夹具头3位置附近的工件离开后，计算机读取控制第一个自动避让夹具头3恢复的m代码，发送恢复指令给plc控制器，plc控制器控制第一个自动避让夹具头3进行恢复操作。此时主轴刀具2继续按照设定的路径和运行速度向前运行加工工件，后续靠近和离开的自动避让夹具头3均由plc控制器控制并按照计算机内预存的m代码执行相应操作，无需在机床上设置多余摄像头检测主轴刀具2运行位置。

本发明提供的系统还包括预热模块，预热模块包括预热控制装置，预热控制装置与plc控制器连接，用于对主轴1进行自动预热，具体预热方法包括如下步骤：

步骤一：开机；

步骤二：检测主轴1温度，如果主轴1温度低于-10℃，则启动主轴1预热提示功能；

步骤三：锁定机床自动加工功能，确保主轴1无法运动；

步骤四：plc控制器传递命令给预热控制装置，预热控制装置控制主轴1进行预热，先以低速运转10分钟，再以中高速运转10分钟，最后以高速运转10分钟；

步骤五：放开系统操作权限，解锁自动加工功能，开始后续加工。

步骤四中低速运转是指转速为5000r/m，中高速运转是指转速为12000r/m，高速运转是指转速为24000r/m。

如图2所示，本发明提供的系统还包括安全模块，用于检测工作区域内是否有工作人员；安全模块包括体重传感器和光幕5，体重传感器设于工作区域下方，用于将体重信号传递给plc控制器，进而判断是否有工作人员在工作区域内，如果有，则机床不会启动；光幕5设于机床上方，用于传递信号给plc控制器，如果工作区域内有工作人员走动，干扰光幕5，则机床不会启动。

另外，本发明提供的系统还包括清洁模块，清洁模块与plc控制器连接，清洁模块设于主轴刀具2与主轴1的连接处，plc控制器控制清洁模块对该连接处进行定时清洁。本发明提供的系统还包括检测探头，检测探头与计算机连接，用于检测待加工的工件具体结构，检测后自动调用计算机内预存的相应的m代码，无需人工选择m代码。本发明提供的系统还包括报警模块，报警模块与plc控制器连接，通过检测机床的电流波动来检测机床工作情况，发现异常时发出警报。本发明提供的系统还包括寿命管理模块，寿命管理模块与计算机连接，用于统计易损部件和机床的工作时间，判断是否需要更换或维修，当易损部件达到更换周期时发出提示，用于对易损部件寿命和机床寿命进行管理。

本发明提供的用于工装夹具自动避让的控制系统运行方法包括如下步骤：

s1：将预设的m代码输入计算机内，每一批工件对应一个m代码；

s2：装夹，对待加工的工件进行定位，定位后工作人员将工件装夹固定在夹具上；

s3：主轴1预热，具体预热通过前述预热模块进行；

s4：预热完毕后，主轴1转动带动主轴刀具2运动，对工件进行加工，根据设定，计算机读取相应的m代码，并传递信号给plc控制器，m代码包括避让代码和恢复代码，当主轴刀具2运行至自动避让夹具头位置时，计算机读取设定的避让代码并传递信号给plc控制器，plc控制器控制自动避让夹具头3执行避让操作；当主轴刀具2离开自动避让夹具头3位置时，计算机读取设定的恢复代码并传递信号给plc控制器，plc控制器控制自动避让夹具头3恢复原始夹紧状态。

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，均包含在本发明的保护范围之内。