一种数控机床换刀机械手及其控制方法和换刀方法技术

本发明专利技术公开了一种新型的数控机床换刀机械手及其控制方法和换刀方法，具体由机械手系统和控制系统组成。换刀机械手通过下支座安装在刀库和数控机床刀架之间，机械手步进电机和涡轮蜗杆减速器带动上支架上的中臂实现机械手在竖直平面内旋转；中臂上装有中臂气缸带动前臂滑道沿中臂方向伸缩来实现装卸刀动作；前臂滑道上装有前臂气缸带动前臂滑块沿前臂方向伸缩，配合前臂滑块上的手爪夹持气缸来实现抓刀动作；刀库通过刀库步进电机和涡轮蜗杆减速器来实现转动；机械手和刀库通过ＰＬＣ控制模块来控制；通过可移动掌上控制器来无线控制ＰＬＣ控制模块，其通信是通过可移动蓝牙模块和机械手蓝牙模块来实现。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种机械手换刀装置，是数控机床的辅助设备，具体地说是由气缸驱动的直线运动机构和步进电机驱动的旋转运动自动换刀机械手。
技术介绍
目前，很多中小型企业没有使用加工中心，换刀基本上靠人工；现有许多换刀装置 完全实现了换刀动作，但价格昂贵，且基本全部使用有线通信控制，还或多或少存在不适用 和不经济性(凸轮传动、微电脑控制、伺服电机、液压传动等)。对比现有的一些专利可以 明显看出这一点，根据中华人名共和国知识产权局专利检索可知，(1)专利名称立卧复合 式换刀装置(申请号200820014416. 9)，该技术提供了一种机加工设备的换刀装置， 包括支架和与支架转轴连接的水平转动体，水平转动油缸，回转油缸，定位油缸等结构。与 水平转动体轴连接有竖直转动提，在水平转动提上设有竖直转动油缸，回转油缸安装在竖 直转动提上，使机械手转动。该专利使用油缸驱动，使用以及维护成本较高，结构复杂，零件 较多，导致体积相对庞大。(2)专利名称凸轮式立卧两用换刀机械手(专利号03218445. X)，凸轮式立卧两用换刀机械手主要由凸轮机构、立卧转换机构、支撑部件、两个机械手、滑 动直线导轨、气缸、底版、伺服电动机等组成。使用伺服电动机带动凸轮机构中的轴转动，在 凸轮机构上设有两个从动件，一个从动件带动支撑部件中的底板，实现横向运动；另一个从 动件带动支撑部件中的底板，实现纵向移动。该专利使用凸轮机构和伺服电机，凸轮机构的 从动件承重较大，本身凸轮机构易磨损，精度降低快，机械手的使用寿命难以保证，且更换 或维护成本比较高；(3)专利名称机床自动换刀装置(申请号200720073669. 9)，是一种 机床自动换刀装置，包括由微电脑控制器控制的主轴、主轴下方连接的夹头、由多个刀座连 接成排的刀库，微电脑控制器动作。该专利控制部分采用微电脑控制器，控制成本较高，适 用于大型刀库的换刀，不适合少量刀具的频繁换刀的数控机床专用加工。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种适用刀具较少，但需频繁换刀的数控机床的自动换刀 机械手，且使用无线通信控制，气压传动，清洁便捷，易于扩展。对加工尺寸较大，工序比较 集中的零件来说，加工过程中需要频繁更换刀具时，自动换刀装置的成本很高，普通中小 企业很难接受；控制系统，有线通信存在连线多，易出故障，安装较繁琐，布线不便；管理复 杂，灵活性欠佳；不便于设备扩充。本专利技术克服了现有技术的不足。 本专利技术的数控机床换刀机械手通过下支座安装在刀库和数控机床刀架之间，使用 机械手步进电机和涡轮蜗杆减速器带动上支架上的中臂来实现机械手竖直平面内的旋转； 中臂上装有中臂气缸带动前臂滑道沿中臂方向伸縮来实现装卸刀动作；前臂滑道上装有前 臂气缸带动前臂滑块沿前臂方向伸縮，配合前臂滑块上的手爪夹持气缸来实现抓刀动作； 刀库通过刀库步进电机和涡轮蜗杆减速器来实现转动；机械手和刀库通过PLC控制模块 202来控制，PLC控制模块202与数控机床通过USB接口实现通信；通过可移动掌上控制器201来无线控制PLC控制模块202，其通信是通过可移动蓝牙模块和机械手蓝牙模块来实 现。 本专利技术的有益效果有 (1)将换刀机械手用于数控机床，可以减少安装、调整刀具的辅助工作时间，提高 制造企业特别是中小制造企业的生产效率，降低生产成本。 (2)本机械手相对于其它同类产品，制造成本较低，价格相对便宜，在当前中小企 业的迫切需求下，其应用前景非常广阔。 (3)机械手滑动部分采用直线导轨，1这样可以保证机械手的精确抓刀寿命，维护 成本低。 (4)控制系统采用了无线收发模块，去除了传统网络中的传输线缆，利用微波、射 频(RF)等无线技术构成网络，越空收发数据，这就解决了连线多，易出故障，安装较繁琐， 布线不便的问题； (5)控制系统具有良好的可扩展性，每增加一台数控设备，只需将一块下位无线数 据通信卡插入该数控设备通信串口即可实现通信，不必扩展主控计算机的通信接口 。附图说明 图1是数控机床换刀机械手换刀示意图 图2是数控机床换刀机械手总装图 图3是刀库总装图 图4是自动换刀系统流程图 图5是换刀机械手蓝牙控制原理图 图中，101、数控机床刀架；102、换刀机械手；103、刀库；1、下支座；2、上支座；3、中 臂；4、前臂滑道；5、中臂气缸；6、前臂滑块；7、前臂气缸；8、手爪支架；9、夹持气缸；10、手 爪关节一 ；11、手爪关节二 ；12、联轴器；13、涡轮蜗杆减速器；14、机械手步进电机；15、刀 套；16、刀盘；17、轴端固定件；18、中轴；19、减速器上盖；20、减速器支座；21、蜗轮；22、蜗 杆；202、PLC控制模块；203、机械手状态信号；204、机械手蓝牙模块；205、可移动蓝牙模块； 206、换刀控制信号；207、可移动掌上控制器控制端；208、控制信号输入/输出显示；具体实施例方式附图为本专利技术的具体实施例 下面结合附图对本专利技术的内容作进一步说明 参见图1所示，刀库103安放在数控机床床头箱上，数控机床换刀机械手102安放 在床头箱与数控机床刀架101之间；刀盘上的刀具平面、换刀机械手夹持面、刀架装刀平面 三者在同一平面内；数控机床刀架的装刀位置固定，刀库刀具换刀位置固定。 参见图2所示，下支座1安置在地面，上支座2安装在下支座1上，两者连接处加上 垫片，以实现机械手上下位置的微小调整；中臂3上装有中臂气缸5、前臂滑道4等部件，装 在上支座2上的旋转步进电机14经过涡轮蜗杆减速器13带动中臂3上前臂滑道4转动以 实现换到机械手在数控机床刀架101与刀库103之间163度的转动以实现取刀和装刀；整 个前臂部分连接在中臂3上，中臂3与前臂滑道4分别装有中臂气缸5和前臂气缸7，其中的滑动部分采用线性导轨并采用消隙调整换刀过程中换刀机械手相对数控机床刀架101、 刀库103的精度调整，从而达到准确换刀和避免与数控机床和刀库103等发生碰撞。 参考图3刀库总装图，步进电机驱动蜗杆22，通过蜗轮21带动刀盘16转动，由控 制系统根据机械手换刀需要和刀套16的位置决定正传或反转的度数，使选刀路径最短；由 PLC控制步进电机的转角和转速，用蜗轮蜗杆机构既起到减速作用，又可以起到制动刀盘定 位作用，克服刀盘16的转动惯性，保证安全准确取刀和放刀。 参见图4自动换刀系统流程图，(1)首先是启动PLC，复位，由刀架101触动请求换 刀信号；(2)PLC接到请求刀号信号进行判断目标位置和现在位置来确定最短路径，得出刀 库103的旋向；(3)驱动刀库步进电机带动刀库转动到所需刀具的位置；(4)驱动机械手步 进电机14转到刀库位置；(5)中臂气缸5动作，到达刀具夹持平面；(6)前臂气缸7动作，使 机械手爪中心线和刀具中心线重合；(7)夹持气缸9动作，夹住刀具；(8)中臂气缸5动作， 把刀具拔出刀盘；(9)机械手步进电机14动作，带动机械手转动到刀架位置。(10)中臂气 缸5动作，装刀；(ll)夹持气缸9动作，释放刀具；(12)前臂气缸7动作，使机械手爪中心线 脱离刀具中心线；(13)机械手步进电机14动作，回到初始位置。其他换刀动作类似，在此 不再赘述。 本专利技术控制系统采用蓝牙通信和PLC控制技术，该系统包括一个控制数控机床换 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种数控机床换刀机械手，其特征在于，由换刀机械手系统和数控系统组成，换刀机械手系统由数控机床刀架１０１、换刀机械手１０２和刀库１０３组成；刀库１０３安放在数控机床床头箱上，换刀机械手１０２安放在床头箱与数控机床刀架１０１之间，刀盘上的刀具平面、换刀机械手夹持面、刀架装刀平面三者在同一平面内，数控机床刀架的装刀位置固定，刀库刀具换刀位置固定；换刀机械手１０２由下支座１、上支座２、中臂３、前臂滑道４、中臂气缸５、前臂滑块６、前臂气缸７、手爪支架８、夹持气缸９、手爪关节一１０、手爪关节二１１、联轴器１２、涡轮蜗杆减速器１３和机械手步进电机１４组成；下支座１安置在地面，上支座２安装在下支座１上，两者连接处加上垫片；中臂３上装有中臂气缸５、前臂滑道４等部件，装在上支座２上的机械手步进电机１４经过涡轮蜗杆减速器１３带动中臂３上前臂滑道４转动；整个前臂部分连接在中臂３上，中臂３与前臂滑道４分别装有中臂气缸５和前臂气缸７，其中的滑动部分采用线性导轨并采用消隙调整换刀过程中换刀机械手相对数控机床刀架１０１、刀库１０３的精度调整；刀库１０３由刀套１５、刀盘１６、轴端固定件１７、中轴１８、减速器上盖１９、减速器支座２０、蜗轮２１和蜗杆２２组成；机械手步进电机１４驱动蜗杆２２，通过蜗轮２１带动刀盘１６转动，由控制系统根据机械手换刀需要和刀套１６的位置决定正传或反转的度数，使选刀路径最短；由ＰＬＣ控制步进电机的转角和转速；数控系统统包括一个控制换刀机械手１０２的ＰＬＣ控制模块２０２、一个与ＰＬＣ控制模块２０２直连的机械手蓝牙模块２０４、一个可移动掌上控制器控制端２０７、一个与可移动掌上控制器控制端２０７直连的可移动蓝牙模块２０５；可移动蓝牙模块遵循埃里克森公司的蓝牙协议；所述机械手蓝牙模块２０４是由存储器２０４．１、激振器２０４．３、机械手蓝牙控制器２０４．２、接收／发送器２０４．３组成。...

【技术特征摘要】
一种数控机床换刀机械手，其特征在于，由换刀机械手系统和数控系统组成，换刀机械手系统由数控机床刀架101、换刀机械手102和刀库103组成；刀库103安放在数控机床床头箱上，换刀机械手102安放在床头箱与数控机床刀架101之间，刀盘上的刀具平面、换刀机械手夹持面、刀架装刀平面三者在同一平面内，数控机床刀架的装刀位置固定，刀库刀具换刀位置固定；换刀机械手102由下支座1、上支座2、中臂3、前臂滑道4、中臂气缸5、前臂滑块6、前臂气缸7、手爪支架8、夹持气缸9、手爪关节一10、手爪关节二11、联轴器12、涡轮蜗杆减速器13和机械手步进电机14组成；下支座1安置在地面，上支座2安装在下支座1上，两者连接处加上垫片；中臂3上装有中臂气缸5、前臂滑道4等部件，装在上支座2上的机械手步进电机14经过涡轮蜗杆减速器13带动中臂3上前臂滑道4转动；整个前臂部分连接在中臂3上，中臂3与前臂滑道4分别装有中臂气缸5和前臂气缸7，其中的滑动部分采用线性导轨并采用消隙调整换刀过程中换刀机械手相对数控机床刀架101、刀库103的精度调整；刀库103由刀套15、刀盘16、轴端固定件17、中轴18、减速器上盖19、减速器支座20、蜗轮21和蜗杆22组成；机械手步进电机14驱动蜗杆22，通过蜗轮21带动刀盘16转动，由控制系统根据机械手换刀需要和刀套16的位置决定正传或反转的度数，使选刀路径最短；由PLC控制步进电机的转角和转速；数控系统统包括一个控制换刀机械手102的PLC控制模块202、一个与PLC控制模块202直连的机械手蓝牙模块204、一个可移动掌上控制器控制端207、一个与可移动掌上控制器控制端207直连的可移动蓝牙模块205；可移动蓝牙模块遵循埃里克森公司的蓝牙协议；所述机械手蓝牙模块204是由存储器204.1、激振器204.3、机械手蓝牙控制器204.2、接收/发送器204.3组成。2. —种控制根据权利要求1所述的数控机床换刀机械手的方法，其特征在于，当PLC 控制模块202与可移动掌上控制器201进行蓝牙通信时，先把换刀机械手102的...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾寄南，吕纪威，张庆峰，郑立斌，牛军燕，周正强，师二产，
申请(专利权)人：江苏齐航数控机床有限责任公司，江苏大学，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]