本發(fā)明涉及一種換刀裝置及其控制方法，特別是一種斗笠式刀庫換刀裝置及其控制方法。

背景技術(shù)：

刀庫的可靠性和換刀的速度決定著加工中心的加工效率，因為一個復(fù)雜的零件，特別是螺孔比較多的情況下，需要頻繁換刀，如果是人工換刀的話效率肯定大打折扣，借助高效率的刀庫自動換刀，則可以事半功倍。斗笠式刀庫是加工中心常用的一種換刀裝配，斗笠式刀庫一般能存儲8～24把刀具，其結(jié)構(gòu)主要由步進(jìn)電機(jī)、鼓輪、分度盤、槽輪機(jī)構(gòu)等零部件組成。用步進(jìn)電機(jī)控制刀庫旋轉(zhuǎn)雖然精度較高，調(diào)試也方便，但操作起來比較復(fù)雜，價格相對較高，其穩(wěn)定性和可靠性較差，而且步進(jìn)電機(jī)的控制信號容易受到外界的干擾，容易存在誤差累積，因而定位精度不夠高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：提供的一種定位精度高、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便的斗笠式刀庫換刀裝置及其控制方法。

解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：一種斗笠式刀庫換刀裝置，包括刀盤、刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、多個刀架，所述的多個刀架均布在刀盤的圓周上，刀盤通過刀盤輪轂與刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置連接，所述的刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置包括棘輪、棘輪推動鎖止機(jī)構(gòu)，所述的棘輪通過刀盤輪轂與刀盤連接，棘輪的棘數(shù)與刀架的數(shù)量相同；所述的棘輪推動鎖止機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動缸、活塞連桿、棘輪推動機(jī)構(gòu)和棘輪鎖止機(jī)構(gòu)，活塞連桿與驅(qū)動缸的活塞的輸出端連接，活塞連桿還分別與棘輪推動機(jī)構(gòu)和棘輪鎖止機(jī)構(gòu)連接，棘輪推動機(jī)構(gòu)和棘輪鎖止機(jī)構(gòu)分別與棘輪連接。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述的棘輪推動機(jī)構(gòu)包括棘爪，該棘爪通過銷釘Ⅰ與活塞連桿的末端連接，棘爪與棘輪相棘合。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述的棘輪鎖止機(jī)構(gòu)包括槽輪分度盤、鎖緊塊、機(jī)架、套筒、鎖緊連桿，所述的槽輪分度盤固定在連軸上，并通過該連軸與棘輪連接，該槽輪分度盤的圓周上均布有數(shù)量與棘輪的棘數(shù)相同的分度槽；所述的鎖緊連桿的一端通過銷釘Ⅱ與活塞連桿連接，鎖緊連桿的另一端與鎖緊塊連接，所述的機(jī)架通過銷釘Ⅲ與套筒連接，套筒套接在鎖緊連桿上；所述的鎖緊塊與槽輪分度盤的分度槽相配合。

本發(fā)明的進(jìn)一步技術(shù)方案是：在對應(yīng)每個刀架的刀位點(diǎn)上還分別安裝有接近開關(guān)，在驅(qū)動缸的兩端分別安裝有兩個活塞感應(yīng)開關(guān)，接近開關(guān)和活塞感應(yīng)開關(guān)的輸出端與PLC的輸入端連接；所述的驅(qū)動缸還分別通過管道與電磁換向閥的輸出端連接，電磁換向閥的輸入電源與PLC的輸出端連接。

本發(fā)明的再進(jìn)一步技術(shù)方案是：所述的驅(qū)動缸為單作用氣壓缸，該驅(qū)動缸上分別設(shè)有進(jìn)氣口和出氣口，活塞連桿上套有復(fù)位彈簧；進(jìn)氣口和出氣口分別通過管道與電磁換向閥的輸出端連接。

本發(fā)明的另一技術(shù)方案是：一種斗笠式刀庫換刀裝置的控制方法，：該方法是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)先根據(jù)加工程序?qū)LC發(fā)出要換某個刀位的信號，PLC接收到控制信號后對電磁換向閥進(jìn)行控制，并控制驅(qū)動缸的活塞不斷的伸縮，使棘爪連續(xù)推動棘輪旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)到該刀位點(diǎn)后觸發(fā)安裝在刀位點(diǎn)上的接近開關(guān)，接近開關(guān)把觸發(fā)信號反饋給PLC，這時PLC立刻停止給電磁換向閥供電，驅(qū)動缸的活塞被復(fù)位彈簧推回初始位置，同時通過鎖緊塊對槽輪分度盤鎖緊，從而實現(xiàn)對刀盤進(jìn)行鎖緊，整個換刀過程結(jié)束。

由于采用上述結(jié)構(gòu)，本發(fā)明之斗笠式刀庫換刀裝置及其控制方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下有益效果：

1.定位精度高

由于本發(fā)明之斗笠式刀庫換刀裝置包括刀盤、刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、多個刀架，其中，刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置包括棘輪、棘輪推動鎖止機(jī)構(gòu)，棘輪通過刀盤輪轂與刀盤連接，棘輪的棘數(shù)與刀架的數(shù)量相同；棘輪推動鎖止機(jī)構(gòu)包括驅(qū)動缸、活塞連桿、棘輪推動機(jī)構(gòu)和棘輪鎖止機(jī)構(gòu)。工作時，通過驅(qū)動缸驅(qū)動活塞連桿伸縮運(yùn)動，帶動棘輪推動機(jī)構(gòu)推動刀盤轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)換刀。因而本發(fā)明避免了步進(jìn)電機(jī)容易存在的誤差累積，其定位精度較高，大大提高了系統(tǒng)換刀的效率。

2.穩(wěn)定性好：

在機(jī)械控制中，用機(jī)械機(jī)構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)的運(yùn)動永遠(yuǎn)都是最穩(wěn)定的。而本發(fā)明正用利用了純機(jī)械機(jī)構(gòu)中的棘輪、棘輪推動鎖止機(jī)構(gòu)即可實現(xiàn)推動刀盤轉(zhuǎn)動，沒有電氣控制過程中的干擾問題，其穩(wěn)定性較好。

3.可靠性能好：

由于本發(fā)明包括有棘輪鎖止機(jī)構(gòu)，該用于棘輪鎖止機(jī)構(gòu)保證換刀后使刀盤能夠鎖緊，使刀盤不發(fā)明偏移，保證下一次的可靠換刀，其可靠性能好。

4.結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便：

本裝置包括刀盤、刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置、多個刀架，其中刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置是通過三個轉(zhuǎn)動副推動刀盤旋轉(zhuǎn)和鎖止，結(jié)構(gòu)比較簡單，維護(hù)比較方便。

5.成本低：

本裝置只需要一個單作用氣壓缸，一個電磁換向閥、三個轉(zhuǎn)動副和一個移動副，相對于步進(jìn)控制系統(tǒng)中的步進(jìn)電機(jī)和步進(jìn)驅(qū)動器，其成本要降低很多。

6.方法簡單：

由于本換刀裝置是直接把氣缸的往復(fù)運(yùn)動來推動刀盤來實現(xiàn)的，在方法上只有對電磁換向閥的線圈進(jìn)行通斷供電即可，所以控制方法簡單。而步進(jìn)系統(tǒng)不僅要對步進(jìn)脈沖進(jìn)行精確控制，還要考慮對步進(jìn)電機(jī)的鎖定，所以程序的編寫會相對復(fù)雜，其控制方法比較復(fù)雜。

下面，結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明之斗笠式刀庫換刀裝置及其控制方法的技術(shù)特征作進(jìn)一步的說明。

附圖說明

圖1：實施例一所述本發(fā)明之斗笠式刀庫換刀裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖2：實施例一所述刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，

圖3：實施例一所述驅(qū)動缸與棘輪推動機(jī)構(gòu)之間的連接關(guān)系示意圖，

圖4：接近開關(guān)的安裝位置示意圖，

圖5：活塞感應(yīng)開關(guān)的安裝位置示意圖，

圖6：PLC的接線板示意圖。

在上述附圖中，各附圖標(biāo)記說明如下：

1-刀盤，

2-刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置，

21-棘輪，

22-棘輪推動鎖止機(jī)構(gòu)，

221-驅(qū)動缸，2211-進(jìn)氣口，2212-出氣口，

222-活塞連桿，

223-棘輪推動機(jī)構(gòu)，

2231-棘爪，2232-銷釘Ⅰ，

224-棘輪鎖止機(jī)構(gòu)，2241-槽輪分度盤，22411-分度槽，2242-鎖緊塊，2243-機(jī)架，2244-套筒，2245-鎖緊連桿，2246-銷釘Ⅱ，2247-銷釘Ⅲ，

225-復(fù)位彈簧，

3-刀架，4-刀盤輪轂， 5-電磁換向閥，6-PLC，7-連軸，8-刀柄，

X0～X7-接近開關(guān)，X10～X11-活塞感應(yīng)開關(guān)，Y0-電磁換向閥的繼電器線圈，

X0₀～X7₀ 、X10₀～X11₀分別為PLC的輸入端，Y0₁～Y3₁分別為PLC的輸出端。

具體實施例

實施例一：

圖1中公開的是一種斗笠式刀庫換刀裝置，包括刀盤1、刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置2、8個刀架3，所述的8個刀架3均布在刀盤1的圓周上，刀盤1通過刀盤輪轂4與刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置2連接，所述的刀盤旋轉(zhuǎn)驅(qū)動裝置2包括棘輪21、棘輪推動鎖止機(jī)構(gòu)22，所述的棘輪21通過刀盤輪轂4、連軸7與刀盤1連接，棘輪21的棘數(shù)與刀架3的數(shù)量相同；所述的棘輪推動鎖止機(jī)構(gòu)22包括驅(qū)動缸221、活塞連桿222、棘輪推動機(jī)構(gòu)223和棘輪鎖止機(jī)構(gòu)224，活塞連桿222與驅(qū)動缸221的活塞的輸出端連接，活塞連桿222還分別與棘輪推動機(jī)構(gòu)223和棘輪鎖止機(jī)構(gòu)224連接，棘輪推動機(jī)構(gòu)223和棘輪鎖止機(jī)構(gòu)224分別與棘輪21連接。

所述的棘輪推動機(jī)構(gòu)223包括棘爪2231，該棘爪2231通過銷釘Ⅰ2232與活塞連桿222的末端連接，棘爪2231與棘輪21棘合。由于棘爪2231是通過銷釘Ⅰ2232與活塞連桿222連接在一起形成第一轉(zhuǎn)動副，所以棘爪1231既可以上下運(yùn)動，也可以左右擺動，其目的是為了推動棘輪。

所述的棘輪鎖止機(jī)構(gòu)224用于保證換刀后使刀盤能夠鎖緊，使刀盤不發(fā)明偏移，保證下一次的可靠換刀。該棘輪鎖止機(jī)構(gòu)224包括槽輪分度盤2241、鎖緊塊2242、機(jī)架2243、套筒2244、鎖緊連桿2245，所述的槽輪分度盤2241固定在連軸7上，并通過該連軸7與棘輪21連接，該槽輪分度盤2241的圓周上均布有數(shù)量與棘輪21的棘數(shù)相同的分度槽22411；所述的鎖緊連桿2245的一端通過銷釘Ⅱ2246與活塞連桿222連接，鎖緊連桿2245的另一端與鎖緊塊2242連接，所述的機(jī)架2243通過銷釘Ⅲ2247與套筒2244連接，套筒2244套接在鎖緊連桿2245上；所述的鎖緊塊2242與槽輪分度盤2241的分度槽22411相配合。所述鎖緊連桿2245、銷釘Ⅱ2246、活塞連桿222形成第二轉(zhuǎn)動副；機(jī)架、套筒和銷釘Ⅲ2247構(gòu)成了第三轉(zhuǎn)動副；套筒2244、鎖緊連桿2245構(gòu)成移動副。

所述的驅(qū)動缸221為單作用氣壓缸，該驅(qū)動缸221上分別設(shè)有進(jìn)氣口2211和出氣口2212，氣體通過該進(jìn)氣口2211和出氣口2212分別進(jìn)入（或排出）驅(qū)動缸的上腔和驅(qū)動缸的下腔，控制活塞的上、下運(yùn)動；活塞連桿222上套有復(fù)位彈簧225，該復(fù)位彈簧225的作用主要是使活塞連桿伸回。

在驅(qū)動缸的活塞帶動活塞連桿和棘爪往下運(yùn)動的過程中，由于機(jī)架是固定不動的，通過第二轉(zhuǎn)動副和第三轉(zhuǎn)動副的作用使鎖緊塊脫離分度槽，從而使棘爪推動棘輪作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動；當(dāng)驅(qū)動缸的活塞帶動活塞連桿和棘爪往上運(yùn)動的過程中，由于第二轉(zhuǎn)動副和第三轉(zhuǎn)動副的作用使鎖緊塊進(jìn)到分度槽內(nèi)，鎖住槽輪分度盤，從而使旋轉(zhuǎn)運(yùn)動被鎖死。

上述的驅(qū)動缸221的進(jìn)氣口2211和出氣口2212分別通過管道與電磁換向閥5的輸出端連接，電磁換向閥5的輸入端與PLC6連接，使驅(qū)動缸的活塞的伸縮運(yùn)動由電磁換向閥的換向進(jìn)行控制。

為了使換刀裝置能和機(jī)床的數(shù)控系統(tǒng)配合控制，在對應(yīng)每個刀架3的刀位點(diǎn)上還分別安裝有接近開關(guān)X0～X7，本實施例里，所述的刀位點(diǎn)是槽輪分度盤2241的分度槽22411，在驅(qū)動缸221的兩端分別安裝有兩個活塞感應(yīng)開關(guān)X10～X11，活塞感應(yīng)開關(guān)的作用是感應(yīng)活塞伸出和縮回的兩個極限位置。在PLC6的接線板上，X0₀～X7₀ 、X10₀～X11₀分別為PLC的輸入端，Y0₁～Y3₁分別為PLC的輸出端；所述的接近開關(guān)X0～X7和活塞感應(yīng)開關(guān)X10～X11的輸出端與PLC6的輸入端X0₀～X7₀ 、X10₀～X11₀連接， PLC的輸出端Y0₁與電磁換向閥的的輸入電源連接。PLC通過編好的程序?qū)斎攵诉M(jìn)行信號采樣，當(dāng)采樣到所要更換刀具的刀位點(diǎn)時，發(fā)出控制信號到輸出端，控制電磁換向閥繼電器線圈的得電，從而控制驅(qū)動缸的活塞不斷伸縮，直到所要選定的刀位點(diǎn)，然后停止旋轉(zhuǎn)并鎖定，最后更換刀具。

作為本實施例一的一種變換，所述的刀架3數(shù)量也可以不是8個，而是更多或更少。

作為本實施例一的又一種變換，所述的刀位點(diǎn)還可以是對應(yīng)每個刀位的棘輪的棘，或還可以是對應(yīng)每個刀位的刀架。

實施例二：

一種斗笠式刀庫換刀裝置的控制方法，該方法是機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)先根據(jù)加工程序?qū)LC6發(fā)出要換某個刀位的信號，PLC6接收到控制信號后對電磁換向閥5進(jìn)行控制，并控制驅(qū)動缸221的活塞不斷的伸縮，使棘爪2231連續(xù)推動棘輪21旋轉(zhuǎn)，當(dāng)轉(zhuǎn)到該刀位點(diǎn)后觸發(fā)安裝在刀位點(diǎn)上的接近開關(guān)，接近開關(guān)把觸發(fā)信號反饋給PLC6，這時PLC6立刻停止給電磁換向閥5供電，驅(qū)動缸221的活塞被復(fù)位彈簧225推回初始位置，同時通過鎖緊塊2242對槽輪分度盤2241鎖緊，從而實現(xiàn)對刀盤進(jìn)行鎖緊，整個換刀過程結(jié)束。

具體過程如下：

機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)先根據(jù)加工程序?qū)LC6發(fā)出要換某個刀位的信號，PLC6接收到控制信號后對電磁換向閥5進(jìn)行左右換向控制，并控制驅(qū)動缸221的活塞不斷的伸縮，使棘爪2231連續(xù)推動棘輪21旋轉(zhuǎn)，棘輪21的轉(zhuǎn)動會帶動著槽輪分度盤、刀庫輪轂和刀盤一起同步旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)到該刀位點(diǎn)后觸發(fā)安裝在刀位點(diǎn)上的接近開關(guān)，接近開關(guān)把觸發(fā)信號反饋給PLC6，這時PLC6立刻停止給電磁換向閥5供電，驅(qū)動缸221的活塞被復(fù)位彈簧225推回初始位置，同時通過鎖緊塊2242對槽輪分度盤2241鎖緊，從而實現(xiàn)對刀盤進(jìn)行鎖緊，使整個旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)固定在所要換刀的位置，接下來機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)對PLC發(fā)出信號指令，PLC使主軸箱進(jìn)行卸刀、裝刀的換刀控制，完成一個換刀的過程。換刀裝置再等待機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)和PLC發(fā)出的換刀指令，進(jìn)行下一個換刀動作。