專利名稱：一種加工中心刀庫的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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本實用新型涉及一種加工中心用的刀庫，尤其是一種借助儲刀盤的回轉(zhuǎn)來實現(xiàn)換刀的斗 笠式或傘形刀庫。
技術(shù)背景
已有斗笠式刀庫或傘形刀庫的儲刀盤回轉(zhuǎn)機構(gòu)多采用日內(nèi)瓦機構(gòu)，或凸輪滾銷機構(gòu)，用 可逆減速電機驅(qū)動。采用這兩種機構(gòu)，減速電機每轉(zhuǎn)一周，儲刀盤都要經(jīng)過停止、加速、恒 速、減速、停止的過程，停止周期占電機回轉(zhuǎn)一周的50。/。一60%，停止周期即定位對準(zhǔn)周 期，此時儲刀盤的任一刀位都被機械地鎖定在對準(zhǔn)主軸的位置上。這樣的機構(gòu)便于NC系統(tǒng) 的PLC用兩個輸出線、兩個輸入線進(jìn)行控制。兩個輸出線一為運行信號， 一為方向信號， 輸入線一為另位信號， 一為定位對準(zhǔn)信號。當(dāng)NC系統(tǒng)的PLC變運行信號為有效，使刀盤 開始回轉(zhuǎn)，同時對收到的定位對準(zhǔn)信號進(jìn)行計數(shù)，當(dāng)計數(shù)值達(dá)到時，立即關(guān)閉運行信號，電 機立即減速停車。因信號有延遲，電機減速停車也會沖過一定角度，為保證停車后的位置仍 位于停止區(qū)內(nèi)，即刀盤仍能準(zhǔn)確定位，停止周期要足夠大。所以靠馬氏機構(gòu)或凸輪滾銷機構(gòu) 來驅(qū)動刀盤，目的之一就是為實現(xiàn)有足夠大的停止區(qū)。以保證電機停車后不會沖出停止區(qū)， 保證儲刀盤鎖定在對準(zhǔn)主軸的位置上。
然而本機構(gòu)的缺點也在于此。必不可少的50%—60%的停止區(qū)，使刀盤運行每一刀位 都要停止一次，停止時間超過運行時間，而且每運行一個刀位都必須經(jīng)過加速一回轉(zhuǎn)—減速 的過程。如要換的刀相隔8—10個刀位，換刀要經(jīng)過8 — 10次反復(fù)的停止一加速一回轉(zhuǎn)一減 速一停止的過程，要花費大約6—10秒的時間，對于越來越快的機床運行速度，這實在是太 慢了
實用新型內(nèi)容
本實用新型是為避免上述現(xiàn)有技術(shù)所存在的缺點，提供一種換刀速度可以大大加快的加 工中心刀庫。
本實用新型解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
本實用新型的結(jié)構(gòu)特點是設(shè)置安裝在刀盤軸上、由伺服電機驅(qū)動回轉(zhuǎn)的可夾持N把刀 的刀盤，設(shè)置從機床數(shù)控系統(tǒng)接受刀盤目標(biāo)位置信號，并發(fā)送給伺服電機驅(qū)動器作為伺服電 機的運動控制信號的刀盤控制器，刀盤控制器具有刀號信息輸入接口，可以從機床NC數(shù)控 系統(tǒng)接受如下之一形式的刀盤目標(biāo)位置信號
M位二進(jìn)制信號，二進(jìn)制值為目標(biāo)刀號、
串行信號，串行碼值=目標(biāo)刀號、
脈沖串，脈沖數(shù)=目標(biāo)刀號、
變脈寬方波，脈寬-目標(biāo)刀號XK、
M-l位二進(jìn)制信號+方向信號，二進(jìn)制值=刀號增量、
串行信號+方向信號，串行碼值=刀號增量、
脈沖串+方向信號，脈沖數(shù)=刀號增量、
或變脈寬方波+方向信號，脈寬=刀號增量*&，
其中，M為3， 4, 5, 6時，最大刀位數(shù)分別為8， 16， 32， 64; & 回轉(zhuǎn)一個刀位所 需時間；刀號增i均為絕對值。
本實用新型的結(jié)構(gòu)特點也在于
刀盤控制器具有運動控制信號輸出接口，該接口輸出信號方式為下述兩者之一 一為正 反轉(zhuǎn)兩路脈沖信號，另一為一個脈沖信號加一個方向信號；所述脈沖信號均具有升頻和降頻 過程，脈沖總數(shù)與刀盤應(yīng)回轉(zhuǎn)的角度成正比。
刀盤控制器具有為設(shè)置刀盤速度、刀位數(shù)，以及設(shè)置從NC數(shù)控系統(tǒng)接受刀盤目標(biāo)位置 信號形式的參數(shù)設(shè)置裝置，參數(shù)設(shè)置裝置為跳線、或是DIP開關(guān)、或是按鍵及顯示器。
在刀盤控制器上裝有按鍵接口和控制刀盤左右回轉(zhuǎn)或回零的手動按鍵。
刀盤控制器上裝有一個刀盤反饋信號接口，在刀盤上同心地安裝有一個編碼盤， 一個傳 感器架角度可調(diào)整地安裝在刀盤軸上；傳感器架上裝有傳感器A和傳感器B，傳感器A所 對應(yīng)的編碼盤同心圓區(qū)域上，等分地制有N個特征點，傳感器A檢測到任一個特征點時發(fā) 出一個刀位對準(zhǔn)信號，該信號經(jīng)刀盤反饋信號接口反饋到刀盤控制器以校正刀盤每次回轉(zhuǎn)的 定位誤差；傳感器B所對編碼盤同心圓區(qū)域上，制有l(wèi)個特征點，傳感器B檢測到該點時 發(fā)出一個另位信號；該信號經(jīng)刀盤反饋信號接口反饋到刀盤控制器用以確定另號刀的位置， 所述N為刀位數(shù)。
所述用于驅(qū)動刀盤的伺服電機安裝在刀盤內(nèi)部并直接驅(qū)動刀盤或伺服電機安裝在刀盤 座上并通過傳動機構(gòu)與刀盤聯(lián)動，傳動機構(gòu)為齒輪付，或同步齒輪皮帶付，或蝸輪蝸桿付， 或它們的組合結(jié)構(gòu)。
本實用新型是以伺服電機直接，或通過減速機構(gòu)驅(qū)動刀盤回轉(zhuǎn)，在伺服電機驅(qū)動器和 NC系統(tǒng)之間加一個刀盤控制器，該控制器接受NC系統(tǒng)發(fā)來的有關(guān)刀盤目標(biāo)位置的信號， 并向伺服電機驅(qū)動器發(fā)出運動控制信號，控制其按就近選刀的方向，并按加速、高速回轉(zhuǎn)和 減速的規(guī)律運行，并保證刀盤停止時的位置與NC系統(tǒng)指令目標(biāo)位置準(zhǔn)確一致。與已有技術(shù)
相比，本實用新型的有益效果體現(xiàn)在
1、 本實用新型刀庫刀盤在接到NC系統(tǒng)發(fā)來的刀盤位置信號后，能一次完成加速，高 速回轉(zhuǎn)，減速，及準(zhǔn)確定位的過程。與采用馬氏機構(gòu)和凸輪機構(gòu)的己有技術(shù)相比，速度可加 快4一8倍，接近帶機械臂的圓盤式或鍵式刀庫的換刀速度，
2、 本實用新型機械結(jié)構(gòu)十分簡單，可靠性遠(yuǎn)高于已有圓盤式或鏈?zhǔn)降稁?，也高于己?的斗笠式刀庫。


圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本實用新型控制電路方框圖。
圖3為本實用新型刀盤控制器內(nèi)部電路框圖。
圖4為本實用新型以高速伺服電機經(jīng)減速機構(gòu)驅(qū)動刀盤的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)號l刀庫座、2氣缸、3刀盤座、4刀盤軸、5軸承A、 6軸承B、 7刀盤、8伺 服電機、9編碼盤、IO傳感器架、ll傳感器A、 12光電傳感器B、 14伺服電機驅(qū)動器、15 刀盤控制器、17大齒輪、18小齒輪、19大同步輪、20小同步輪、21刀號信息輸入接口、 22手動按鍵接口、 23刀盤反饋信號接口、 24運動控制信號輸出接口、 25刀號顯示器接口、 26參數(shù)設(shè)置裝置。
以下通過具體實施方式
，并結(jié)合附圖對本實用新型作進(jìn)一步描述
具體實施方式
參見圖l，刀盤7通過A軸承5、 B軸承6安裝在刀盤軸4上，并可在其上自由轉(zhuǎn)動， 刀盤軸4垂直地畫定在刀盤座3上，刀盤座3通過直線軸承安裝在刀庫座1上并可由一個氣 缸2推動左右平移。 一個內(nèi)裝伺服電機8的外轉(zhuǎn)子安裝在刀盤7殼體內(nèi)孔中，其內(nèi)定子安裝 在刀盤軸4上，電機電纜穿過刀盤軸4中孔引出，接到一個伺服電機驅(qū)動器14上，這樣通 過控制驅(qū)動器的輸入信號就可控制刀盤7左右回轉(zhuǎn)及定位。
參見圖2，刀盤控制器15通過刀號信息輸入接口 21接受NC系統(tǒng)PLC發(fā)來的包含刀盤 目標(biāo)位置信息的信號，并向伺服電機驅(qū)動器14發(fā)出二路運動控制信號，控制刀盤按就近選 刀的方向，按加速，恒速，減速的規(guī)律運行，準(zhǔn)確達(dá)到目標(biāo)位置。刀盤控制器15還帶有手 動按鍵和刀號顯示器，以便手動操作刀盤左右轉(zhuǎn)或回另，以及用來選擇PLC信號方式和設(shè) 置刀盤最高轉(zhuǎn)速等。
圖2、圖3所示，刀盤上同心地安裝一個編碼盤9，在固定的刀盤軸4上安裝一個傳感 器架10，其上裝有A光電傳感器11和B光電傳感器12,編碼盤9與A光電傳感器11相對 的同心圓上制有與刀位一致的N個孔，這樣在每個刀位對準(zhǔn)主軸時，A光電傳感器ll將發(fā) 出一個到位對準(zhǔn)信號。該信號一面反饋到NC系統(tǒng)，供其判斷是否能進(jìn)行下一步的換刀動作，
以避免動作失誤和機構(gòu)損壞。該信號同時又通過刀盤反饋信號接口 23反饋到刀盤控制器， 以便在每次時刀盤回轉(zhuǎn)的終點校正定位誤差。
編碼盤9與B光電傳感器12相對的同心圓上制有一個孔，當(dāng)B光電傳感器12檢測到 該孔，會發(fā)出一個另位信號。該信號可供刀盤控制器和數(shù)控系統(tǒng)確認(rèn)刀盤上的零號刀位。
具體實施中，如圖4所示，可采用高速伺服電機經(jīng)由大齒輪17、小齒輪18、大同步輪 19和小同步輪20構(gòu)成的減速機構(gòu)驅(qū)動刀盤。也可以采用步進(jìn)電機和步進(jìn)驅(qū)動器用來代替伺 服電機和伺服驅(qū)動器。
開孔編碼盤與傳感器也可用鐵磁編碼盤和磁電傳感器、金屬編碼盤和接近開關(guān)等代替。 伺服或步進(jìn)電機驅(qū)動器14也可與刀盤控制器15做成一體。
具體工作方法
NC系統(tǒng)發(fā)給刀盤控制器的信號可以是刀盤絕對位置信號，也可以是相對位置信號加一 個方向控制信號。其信號形式可采用下列8種之一， 以16把刀的刀盤為例
1,絕對位置信號 (另加一根起動信號線)a. 4位二進(jìn)制并行，二進(jìn)制值=目標(biāo)刀號5線
b. 二進(jìn)制串行， 二進(jìn)制值=目標(biāo)刀號2-3線
c.脈沖串， 脈沖數(shù)=目標(biāo)刀號2線
d.變脈寬方波， 脈寬與目標(biāo)刀號成正比2線
2，相對位置信號 (另加一根方向控制線)e. 3位二進(jìn)制并行，二進(jìn)制值=刀號增量4線
f. 二進(jìn)制串行， 二進(jìn)制值-刀號增量2線
g.脈沖串， 脈沖數(shù)=刀號增量2線
h.變脈寬方波，脈寬與刀號增量成正比2線
如采用絕對位置信號，NC系統(tǒng)PLC過程將簡化為只需把加工程序中的Tn—即目標(biāo)刀 號發(fā)給刀盤控制器，但刀盤控制器收到該信號后必須計算目標(biāo)刀號和所記憶的當(dāng)前刀號之差 值，即刀號增量。刀號增量的絕對值應(yīng)小于刀位數(shù)N之半，否則說明不符合就近選刀的原 則，應(yīng)改變刀號塌量的符號，并調(diào)整刀號增量的值為(N-刀號增量)。然后按調(diào)整后的刀號增 量計算伺服驅(qū)動器運行總步數(shù)，并分配加速段，恒速段，減速段的步數(shù)，最后按升頻，恒頻， 降頻的規(guī)律向伺服驅(qū)動器發(fā)出一個脈沖串和一個方向信號。脈沖總數(shù)等于所計算出的運行總 步數(shù)。方向信號的電平和調(diào)整后刀號增量的符號對應(yīng)。上述信號形式^傳輸速度最快，但 占PLC 口線較多，信號形式b，c, d，只需一或兩根口線，但用PLC實現(xiàn)速度較慢，導(dǎo)致從PLC 發(fā)出信號到刀盤起動之間有些延時。如在乎該延時對換刀速度的影響，可另加一起動信號線，在刀盤運行前預(yù)先傳送目標(biāo)刀號，而在需要刀盤運行時，發(fā)一個起動信號立即起動刀盤回轉(zhuǎn)。 這正好適合加工程序"Tn M06"的格式，當(dāng)讀到Tn時即把目標(biāo)刀號發(fā)給刀盤控制器，而執(zhí) 行M06后，要先執(zhí)行一系列動作，如主軸準(zhǔn)停，主軸升到還刀位置，刀庫推進(jìn)，松刀，主 軸再升到換刀位置等以后，才能發(fā)起動信號使刀盤回轉(zhuǎn)。
如采用相對位置信號，PLC需要發(fā)一個方向信號和一個刀號增量信號。即PLC要按加 工程序指定的目標(biāo)刀號(Tn)和所記憶的當(dāng)前刀號計算出帶符號的刀號增量，并判斷是否符 合就近選刀的原則，如不符，則要改變刀號增量的符號，并調(diào)整刀號增量的值為(N-刀號增 量)。最后發(fā)給刀盤控制器的刀號增量信號是上述調(diào)整后刀號增量的絕對值，方向信號的電 平和調(diào)整后刀號墦量的符號對應(yīng)。
刀盤控制器一收到PLC發(fā)來的刀號增量信號和方向信號可立即起動伺服電機，并執(zhí)行 加速過程。如采用f，g，h信號形式，刀號增量信號的后續(xù)部分可在加速段接受完畢，并及時 計算出伺服電機運行總步數(shù)和減速段步數(shù)，正確控制刀盤運行，減速，準(zhǔn)停的過程。
一個實用的刀盤控制器為適應(yīng)不同NC系統(tǒng)和不同機床的要求，應(yīng)內(nèi)裝有多種信號接收 方式，供用戶選擇采用其中一種。還應(yīng)使用戶能設(shè)置刀盤最高速度和設(shè)置刀位數(shù)量，這就需 要加一個參數(shù)設(shè)置裝置26，它可以是跳線、DIP開關(guān)、按鍵和顯示器等多種形式。另外刀盤 控制器上還應(yīng)帶有手動控制刀盤左轉(zhuǎn)，右轉(zhuǎn)，回另等的按鍵接口 22和按鍵。另外可加一個 刀號顯示接口 25和一個顯示器以顯示當(dāng)前刀號。按鍵和顯示器也可用于設(shè)置刀盤速度、設(shè) 置刀位數(shù)量和選擇信號方式，所以有了按鍵和顯示器也可把參數(shù)設(shè)置裝置26省略。
刀盤控制器具有一個運動控制信號輸出接口 24，用以控制伺服驅(qū)動器14，控制信號可 以是脈沖串方式，也可以是模擬方式。前者需要兩根控制線， 一為脈沖線， 一為方向線，或 一為正向脈沖線， 一位反向脈沖線。后者需一根控制線，即士0 10V電平信號。電平的正 負(fù)控制轉(zhuǎn)向，電平的高低控制轉(zhuǎn)速。但另需多根反饋線接到一個編碼器，該編碼器與伺服電 機軸或刀盤機械相連。
伺服電機及驅(qū)動器，在一定的條件下，如有電子干擾等，會發(fā)生少量偏移。長時間運行 后，該偏移會積累到影響換刀系統(tǒng)運行。所以為確保刀盤完成回轉(zhuǎn)后，刀盤裝刀位與主軸始 終準(zhǔn)確對準(zhǔn)，本實用新型在刀盤控制器上增加一個刀盤反饋信號接口 23，并在刀盤上同心 地安裝一個編碼盤，在固定的刀盤軸上安裝一個傳感器架，其上裝有光電傳感器，編碼盤與 光電傳感器相對的同心圓上制有與刀位一致的N個孔，這樣在每個刀位對準(zhǔn)主軸時，光電 傳感器將發(fā)出一個到位對準(zhǔn)信號。該信號有兩個用途，1、反饋到NC系統(tǒng)，除非該信號有效，NC系統(tǒng)不能進(jìn)行下一步換刀動作，如刀庫推進(jìn) 還刀，或主軸下降抓刀，從而可避免動作失誤和機構(gòu)損壞。
2、通過接口刀盤反饋信號接口 23反饋到刀盤控制器15可用來及時校正刀盤回轉(zhuǎn)終點 的位置。
該刀盤編碼盤上還有一個同心圓，其上只有一個孔，另外一個光電傳感器來檢測該孔， 并發(fā)出一個位信號。有了該信號，刀盤控制器和數(shù)控系統(tǒng)就可以確認(rèn)刀盤上那個刀位是O號 或1號。
權(quán)利要求1、一種加工中心刀庫，其特征是設(shè)置安裝在刀盤軸(4)上、由伺服電機(8)驅(qū)動回轉(zhuǎn)的可夾持N把刀的刀盤(7)，設(shè)置從機床數(shù)控系統(tǒng)接受刀盤目標(biāo)位置信號，并發(fā)送給伺服電機驅(qū)動器(14)作為伺服電機(8)的運動控制信號的刀盤控制器(15)，所述刀盤控制器(15)具有刀號信息輸入接口(21)，可以從機床NC數(shù)控系統(tǒng)接受如下之一形式的刀盤目標(biāo)位置信號M位二進(jìn)制信號，二進(jìn)制值為目標(biāo)刀號、串行信號，串行碼值＝目標(biāo)刀號、脈沖串，脈沖數(shù)＝目標(biāo)刀號、變脈寬方波，脈寬＝目標(biāo)刀號×K、M-1位二進(jìn)制信號+方向信號，二進(jìn)制值＝刀號增量、串行信號+方向信號，串行碼值＝刀號增量、脈沖串+方向信號，脈沖數(shù)＝刀號增量、或變脈寬方波+方向信號，脈寬＝刀號增量*K，其中，M為3，4，5，6時，最大刀位數(shù)分別為8，16，32，64；K＜＜回轉(zhuǎn)一個刀位所需時間；刀號增量均為絕對值。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工中心刀庫，其特征是所述刀盤控制器(15)具有運動控 制信號輸出接口 (24)，該接口輸出信號方式為下述兩者之一 一為正反轉(zhuǎn)兩路脈沖信號， 另一為一個脈沖信號加一個方向信號；所述脈沖信號均具有升頻和降頻過程，脈沖總數(shù)與刀 盤應(yīng)回轉(zhuǎn)的角度成正比。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工中心刀庫，其特征在于所述刀盤控制器(15)具有為設(shè) 置刀盤速度、刀位數(shù)，以及設(shè)置從NC數(shù)控系統(tǒng)接受刀盤目標(biāo)位置信號形式的參數(shù)設(shè)置裝置(26)，所述參數(shù)設(shè)置裝置(26)為跳線、或是DIP開關(guān)、或是按鍵及顯示器。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工中心刀庫，其特征是在所述刀盤控制器(15)上裝有按 鍵接口 (22)和控制刀盤左右回轉(zhuǎn)或回零的手動按鍵。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工中心刀庫，其特征是所述刀盤控制器(15)上裝有一個 刀盤反饋信號接口 (23),在刀盤(7)上同心地安裝有一個編碼盤(9)， 一個傳感器架(10) 角度可調(diào)整地安裝在刀盤軸(4)上；傳感器架(10)上裝有傳感器A (11)和傳感器B (12)， 傳感器A(11)所對應(yīng)的編碼盤(9)同心圓區(qū)域上，等分地制有N個特征點，傳感器A(ll) 檢測到任一個特征點時發(fā)出一個刀位對準(zhǔn)信號，該信號經(jīng)刀盤反饋信號接口 (23)反饋到刀 盤控制器(15)以校正刀盤每次回轉(zhuǎn)的定位誤差；傳感器B (12)所對編碼盤同心圓區(qū)域上， 制有l(wèi)個特征點，傳感器B(12)檢測到該點時發(fā)出一個另位信號；該信號經(jīng)刀盤反饋信號接口 (23)反餓到刀盤控制器(15)用以確定另號刀的位置，所述N為刀位數(shù)。
6、根據(jù)權(quán)利要求1所述的加工中心刀庫，其特征是所述用于驅(qū)動刀盤(7)的伺服電機 (8)安裝在刀盤(7)內(nèi)部并直接驅(qū)動刀盤(7);或伺服電機(8)安裝在刀盤座(1)上并 通過傳動機構(gòu)與刀盤(7)聯(lián)動，所述傳動機構(gòu)為齒輪付，或同步齒輪皮帶付，或蝸輪蝸桿 付，或它們的組合結(jié)構(gòu)。
專利摘要一種加工中心刀庫，采用伺服電機直接驅(qū)動刀盤回轉(zhuǎn)，并用一個刀盤控制器接受NC系統(tǒng)發(fā)來含有刀盤目標(biāo)位置信息的信號，并控制伺服驅(qū)動器和伺服電機以就近選刀方向，以加速、高速、減速的運動規(guī)律驅(qū)動刀盤快速回轉(zhuǎn)，一步到位，準(zhǔn)確對準(zhǔn)。提高了刀庫的換刀速度。刀盤上裝有附加編碼盤和傳感器，其發(fā)出的對準(zhǔn)信號供NC系統(tǒng)避免換刀動作失誤和機構(gòu)損壞。并供刀盤控制器校正定位誤差。
文檔編號G05B19/18GK201075175SQ20072003941
公開日2008年6月18日 申請日期2007年6月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月6日
發(fā)明者邵文遠(yuǎn) 申請人:邵文遠(yuǎn)