一种数控机床智能换刀系统的制作方法

本发明涉及一种换刀系统，尤其是一种数控机床智能换刀系统，属于数控机床领域。

背景技术：

目前，数控机床的应用已经非常普遍，并且零件加工复杂度也越来越高，由于加工复杂度的增加就需要更多的刀具来完成，然而目前数控机床内部配备的盘式刀库总刀具数量比较受限制，一般40#的刀柄不超过24把，50#的刀柄不超过20把，这就涉及数控机床内部需要与外部经常存在换刀需求。

目前，通过人工的方式更换机床刀库的刀具并更新数控机床刀库里刀具信息，不仅繁琐，还经常出现刀库乱刀的情况，造成机床额外停工，严重时损坏刀具甚至机床主体。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。有鉴于此，本发明需要提供一种数控机床智能换刀系统，通过主控制模块的设计，可以实现对系统各个单元的集成控制管理及数据交换，实现换刀过程的自动识别、自动取放、自动装夹、自动更新刀具信息等，且较好地保证换刀速度和准确性。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种数控机床智能换刀系统，包括数控机床、储刀组件、取换刀组件、换刀控制系统；

所述数控机床内设有盘式刀库以及用于从盘式刀库中取放刀具的机床主轴；所述储刀组件、取换刀组件均设在所述数控机床的一侧，且间隔开设置，所述取换刀组件用于抓取位于储刀组件上的刀具并将该刀具送至数控机床内进行换刀；

所述换刀控制系统包括主控制模块、检测模块、数控机床换刀模块、取换刀执行模块、刀具识别模块；所述主控制模块设在所述数控机床上，所述检测模块设在所述储刀组件上，并将刀具到位信号发送至主控制模块；所述主控制模块与所述数控机床换刀模块、取换刀执行模块、刀具识别模块连接，以发送相应的动作指令来完成相应的换刀动作。

根据本发明的一个实施例，所述储刀组件包括支架、以及设在支架上的刀具托盘，所述刀具托盘上开设多个刀具卡槽，每个所述刀具卡槽内均可插接贴有编码唯一的rfid电子标签。

根据本发明的一个实施例，所述取换刀组件包括机械臂以及用于驱动机械臂运动的驱动机构，所述机械臂的执行末端设有第一夹爪和第二夹爪。

根据本发明的一个实施例，所述主控制模块包括第一接收单元、第一发送单元、判断单元、报警单元、记录单元。

根据本发明的一个实施例，所述主控制模块与所述数控机床换刀模块连接，用于根据接收到检测模块的信号并对所述数控机床换刀模块发出动作指令；所述数控机床换刀模块包括第二接收单元、第二发送单元、第二执行单元，所述第二执行单元用于控制机床主轴进行取刀以及控制数控机床执行开门或关门动作。

根据本发明的一个实施例，所述取换刀执行模块与所述主控制模块连接，所述取换刀执行模块包括用于接收主控制模块信号的第三接收单元、第三发送单元、与刀具识别模块配合使用的第三执行单元。

根据本发明的一个实施例，所述刀具识别模块为安装在机械臂上的读写器，所述读写器用于识别刀具上的电子标签，所述主控制模块与所述读写器连接。

根据本发明的一个实施例，所述主控制模块为分布式数控系统。

由于采用了上述技术方案，本发明取得的技术进步是：

本发明采用dnc系统进行换刀过程总体控制，由机械臂配合数控机床完成内外部换刀，实现刀具更换的自动识别、自动取放、自动更新刀库刀具信息，在刀具信息有误时由dnc系统发出报警，从而保证了换刀的准确性和效率。

在刀具配送到位后，数控机床智能换刀系统实现了由机床外部向机床内部的刀具更换，是智能化车间刀具自动配送系统的关键环节。

主控制模块用于实现数控机床、取换刀组件和刀具识别模块的控制管理及数据交换，对刀具识别信号进行判断，若发生错误信息则发出报警信号，另外对换刀整个过程实现全程记录；数控机床换刀模块接收主控制模块发送的各项指令，并完成相应换刀动作，同时向主控制模块反馈各动作完成信号；所述取换刀执行模块接收主控制模块的各项指令，并完成相应换刀动作，同时向主控制模块反馈各动作完成信号；所述刀具识别模块对刀具信息进行识别，并将识别信息反馈至主控制模块；本发明的技术方案系统逻辑简单，实现了数控机床刀具更换过程中对刀具自动识别，刀具内外部自动连续更换。

附图说明

图1是本发明的数控机床的立体图；

图2是本发明的数控机床内部的主视图；

图3是本发明的数控机床内部的右视图；

图4是本发明的机械臂执行末端的局部图；

图5是本发明的刀具托盘的结构示意图；

图6是本发明的换刀控制系统的框架图；

附图标记：1-数控机床；11-盘式刀库；12-机床主轴；2-储刀组件；21-支架；22-刀具托盘；23-刀具卡槽；3-取换刀组件；31-机械臂；32-第一卡爪；33-第二卡爪；4-主控制模块；41-第一接收单元；42-第一发送单元；43-判断单元；44-报警单元；45-记录单元；5-数控机床换刀模块；51-第二接收单元；52-第二发送单元；53-第二执行单元；6-取换刀执行模块；61-第三接收单元；62-第二发送单元；63-第三执行单元；7-刀具识别模块。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1至图6所示，根据本发明的一个实施例，一种数控机床智能换刀系统，包括数控机床1、储刀组件2、取换刀组件3、换刀控制系统4；数控机床1内设有盘式刀库11以及用于从盘式刀库11中取放刀具的机床主轴12；储刀组件2、取换刀组件3均设在数控机床1的一侧，储刀组件2、取换刀组件3沿纵向方向间隔预定距离设置，取换刀组件3用于抓取位于储刀组件2上的刀具并将该刀具送至数控机床1内进行换刀；储刀组件2包括支架21、以及设在支架上的刀具托盘22，刀具托盘上开设多个刀具卡槽23，每个刀具卡槽内均可插接贴有编码唯一的rfid电子标签。

取换刀组件3包括机械臂31以及用于驱动机械臂运动的驱动机构（图中未示出），机械臂31的执行末端设有第一夹爪32和第二夹爪33，其中第一夹爪32和第二夹爪33配合完成从机床主轴上的取刀、上刀过程，机械臂31上设有刀具识别模块7，刀具识别模块7为安装在机械臂上的读写器，读写器用于识别刀具上的电子标签，主控制模块4与读写器连接，其中，读写器为reid读写器。

换刀控制系统包括主控制模块4、检测模块（图中未示出）、数控机床换刀模块5、取换刀执行模块6、刀具识别模块7；主控制模块4设在数控机床1上，检测模块设在储刀组件2上，并将刀具到位信号发送至主控制模块；主控制模块4与数控机床换刀模块5、取换刀执行模块6、刀具识别模块7连接，以发送相应的动作指令，来完成相应的换刀动作。

主控制模块4包括第一接收单元41、第一发送单元42、判断单元43、报警单元44、记录单元45，其中，主控制模块4采用分布式数控系统。

判断单元43用于判断机械臂31上的刀具是否为替换刀具以及机床主轴12上的刀具是否为正确的待替换刀具，若刀具信息正确，第一发送单元将对取换刀执行模块、数控机床换刀模块发送下一步动作指令，若刀具信息错误，第一发送单元对报警单元发出报警指示并中止换刀；记录单元用于记录全程换刀过程信息。

在本实施例中，替换刀具为刀具托盘中a2刀具，a2刀具经由机械臂上第二夹爪进行抓取，最终送至机床主轴上，完成a2刀具的上刀工序；待替换刀具为位于机床主轴上的a1刀具，替换过程中经由机械臂上的第一夹爪抓取完成下刀工序，并放置到刀具托盘中。在以下的描述过程中，均以来替换刀具为a2刀具，待替换刀具为a1刀具描述，但是并不仅限于此实施例，即，替换刀具也可以为a1刀具，待替换刀具为a2刀具，其实施过程与本实施例过程的操作过程一致。

数控机床换刀模块5与主控制模块连4接，主控制模块4接到检测模块的信号后，对数控机床换刀模块5发出动作指令，数控机床换刀模块5包括第二接收单元51、第二发送单元52、第二执行单元53，第二执行单元用于控制机床主轴进行取刀以及控制数控机床执行开门或关门动作。

即，当检测模块检测到刀具托盘22配送到位的信号后，并将此信号传输至主控制模块4，主控制模块4生成机床主轴12从盘式刀库11中取下a1刀具的动作指令，并将该动作指令发送至数控机床换刀模块5，数控机床换刀模块5接收到主控制模块取a1刀具的指令后，机床主轴12将a1刀具从盘式刀库11中取下，并将取刀完成信号反馈至主控制模块4，主控制模块4接收到取刀完成信号后，生成数控机床开门指令，并将该指令发送至数控机床换刀模块5，数控机床换刀模块5接收到开门指令后，数控机床执行开门动作，并将开门完成信号反馈至主控制模块4，主控制模块4接收到开门完成信号后，生成换刀指令，并将该指令发送给取换刀执行模块6。

取换刀执行模块6与主控制模块4连接，取换刀执行模块6包括用于接收主控制模块信号的第三接收单元61、第三发送单元62、与刀具识别模块配合使用的第三执行单元63。

即，取换刀执行模块6接收到前往刀具托盘22取a2刀具指令后，机械臂31上的第二夹爪33移动至刀具托盘22上刀位上方，并将第二夹爪33到位信息反馈至主控制模块4，同时读写器通过刀具识别模块7将刀具识别信息反馈至主控制模块4；主控制模块4接收到刀具识别模块7反馈的刀具信息后，判断刀位上的刀具是否为a2刀具，若刀具信息不一致，则主控制模块4发出报警，换刀中止，若刀具信息一致，则主控制模块4生成第二夹爪取刀33指令，并将该指令发送至取换刀执行模块6。

取换刀执行模块6接收到取刀指令后，第二夹爪33执行从刀位上取a2刀具动作，并将取刀完成信号反馈至主控制模块4。

主控制模块4接收到第二夹爪33取刀完成信号后，生成机械臂31前往机床主轴指令，并将该指令发送至取换刀执行模块6。

取换刀执行模块6接收到前往机床主轴12指令后，机械臂31上的第一夹爪32移动至机床主轴12所在位置，并将到位信号反馈至主控制模块4，同时读写器通过刀具识别模块将刀具识别信息反馈至主控制模块4。

主控制模块4接收到刀具识别模块7反馈的刀具信息后，判断机床主轴12上的刀具是否为a1刀具，若刀具信息不一致，则主控制模块4发出报警，换刀中止，若刀具信息一致，则主控制模块4生成第一夹爪取刀指令，并将该指令发送至取换刀执行模块6。

取换刀执行模块6接收到取刀指令后，第一夹爪32执行取刀动作，并将取刀完成信号反馈至主控制模块4。

主控制模块4接收到取刀完成反馈信号后，生成第二夹爪33上刀指令，并将该指令发送至取换刀执行模块6。

取换刀执行模块接收到上刀指令后，第二夹爪将a2刀具送至机床主轴，上刀完成后将上刀完成信号反馈至主控制模块4。

主控制模块4接收到上刀完成反馈信号后，生成第一夹爪32前往刀具托盘22放刀指令，并将该指令发送至取换刀执行模块6。

取换刀执行模块6接收到刀具托盘22放刀信号后，机械臂31执行该动作，第一夹爪32将a1刀具放至刀具卡槽23中，并且机械臂31归位，将归位信号反馈至主控制模块4。

同时，机床主轴12将a1送至盘式刀库11中。

主控制模块4接收到机械臂31归位反馈信号后，判断是否需要继续更换其它刀具，若需要继续更换，则重复上述程序，直至所有刀具更换完毕，若刀具已经更换完毕，则主控制模块向数控机床换刀系统发送机床关门指令，换刀完成，主控制模块记录换刀各个步骤并更新机床盘式刀库刀具信息。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。