CN105750971B - 具有换刀功能的数值控制系统及其数值控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了具有换刀功能的数值控制系统及数值控制方法，包含数值控制装置、驱动装置和加工装置，加工装置的侦测器侦测刀具主轴于Z轴方向位置及刀具主轴旋转角度，并输出刀具主轴旋转角度与位置信息至数值控制装置，数值控制装置根据刀具主轴旋转角度计算出刀具主轴转速，由数值控制装置判断刀具主轴转速、位置及旋转角度后，产生判断讯号，由数值控制装置根据判断讯号规划刀具主轴转速、位置及旋转角度以进行换刀；在数值控制系统进行换刀时，可视刀具实际移动与旋转状况而决定是否停止沿Z轴垂直拉升，可大大减少换刀时间、增加产能及提升换刀效率。

Description

具有换刀功能的数值控制系统及其数值控制方法

技术领域

本发明涉及一种具有换刀功能的数值控制系统及其数值控制方法，属于数值控制系统技术领域。

背景技术

数值控制的工具机进行机械加工时，因应不同加工效果而需要利用不同功能的刀具进行加工，因此工具机中配置一换刀功能以达成此目的。然而，一般工具机进行换刀的过程中，将加工结束的刀具往上拉升至一定位检查点时，必定将刀具主轴上升的速度降至为0，用以确认刀具主轴的定位是否正确，确保后续刀具收回至刀库时，刀具可准确地卡合于刀库的卡栓，接着，当确认刀具主轴已定位后，刀具之上升速度再次从0开始加速并上升至换刀安全点，其代表刀具已确实收入刀库中，当换上另一刀具后，另一刀具往下降至定位检查点时，同样必须进行减速再加速的动作，故整体换刀过程到可进行加工的时间大幅增加，为此，缩短换刀时间为目前所需改善的问题。

针对缩短换刀时间的方式，目前多数是以改善工具机的机构形状所达成，然而，由于机构须依据各种不同的刀库进行设计，而非可通用的形式，工具机的成本因而增加。再者，机构的磨损会随着使用时间增加而产生，故换刀的过程中会有些许误差而导致换刀效率降低，以改良机构的方式缩短换刀时间相当有限。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种具有换刀功能的数值控制系统及其数值控制方法。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

具有换刀功能的数值控制系统，特点是：包含数值控制装置、驱动装置和加工装置，所述加工装置包括承载轴马达、与承载轴马达的一端电性连接的承载轴、一刀具主轴马达、一刀具主轴、一刀库转轴马达、与刀库转轴马达的一端电性连接的刀库转轴、与刀库转轴电性连接的刀库及一与刀具主轴电性连接的侦测器，驱动装置电性连接于数值控制装置、刀库转轴马达、刀具主轴马达及承载轴马达，刀库包含复数个刀具，承载轴电性连接至承载轴马达、刀具主轴及侦测器，刀具主轴连接于承载轴、刀具主轴马达、侦测器及刀具的其中之一，刀具主轴承载于承载轴上，侦测器电性连接至刀具主轴、承载轴、刀库转轴及数值控制装置，刀具主轴马达带动刀具主轴进行旋转，刀具主轴为沿一实体运动轴X、一实体运动轴Y或一实体运动轴Z运动，实体运动轴X、实体运动轴Y及实体运动轴Z为两两互相垂直，数值控制装置接收使用者所输入的一加工档案，并解析加工档案为一换刀指令，数值控制装置输出换刀指令至驱动装置，驱动装置通过换刀指令驱动刀具主轴马达带动刀具主轴的转速减速，且驱动装置通过换刀指令驱动承载轴马达带承载轴与该刀具主轴沿实体运动轴Z拉升，侦测器侦测刀具主轴的旋转角度与侦测承载轴的位置，并输出刀具主轴的旋转角度与承载轴的位置至数值控制装置，数值控制装置根据刀具主轴的旋转角度计算出刀具主轴的转速，数值控制装置根据承载轴的位置以判断刀具主轴的位置，数值控制装置判断刀具主轴的转速、位置及旋转角度后，产生一判断讯号，数值控制装置根据判断讯号规划刀具主轴的转速、位置及旋转角度以进行换刀。

进一步地，上述的具有换刀功能的数值控制系统，其中，所述数值控制装置包括：读取单元，其一端接收使用者所输入的加工档案；

程序解析单元，其一端连接至读取单元，其接收读取档案所输出的加工档案并解析为换刀指令；

计算单元，其一端连接至侦测器，其接收侦测器所输出的刀具主轴的旋转角度，并根据刀具主轴的旋转角度计算出刀具主轴的转速后输出；

判断单元，其一端连接至侦测器与计算单元的另一端，其接收侦测器所输出的刀具主轴的旋转角度、承载轴的位置及刀库转轴的转角，并接收计算单元所输出的刀具主轴的转速，判断单元根据承载轴的位置以判断刀具主轴的位置，判断单元判断刀具主轴的转速、位置及旋转角度与刀库转轴的旋转角度后，输出判断讯号；

动程规划单元，具有一第一端、一第二端、一第三端和一第四端，动程规划单元的第一端连接至判断单元的另一端，动程规划单元的第二端连接至程序解析单元的另一端，动程规划单元的第三端连接至驱动装置，动程规划单元的第四端连接至侦测器，动程规划单元的第二端接收程序解析单元所输出的换刀指令后进行动程规划，并输出一启动讯号至驱动装置，驱动装置根据启动讯号驱动刀具主轴马达带动刀具主轴的转速减速与承载轴马达带动承载轴沿实体运动轴Z垂直拉升，动程规划单元的第一端接收判断单元所输出的判断讯号，并根据判断讯号规划刀具主轴的转速及旋转角度与用以承载刀具主轴的承载轴位置。

更进一步地，上述的具有换刀功能的数值控制系统，其中，所述加工装置的侦测器包括：角度侦测单元，其具有一第一端、一第二端及一第三端，角度侦测单元的第一端电性连接至刀具主轴，角度侦测单元的第二端电性连接至判断单元的另一端，角度侦测单元的第三端电性连接至动程规划单元的第四端与计算单元，角度侦测单元用以侦测刀具主轴的旋转角度，并输出刀具主轴的旋转角度至判断单元与计算单元；

位置侦测单元，其一端电性连接至承载轴，其另一端电性连接至判断单元的另一端，位置侦测单元用以侦测承载轴的位置，并输出承载轴的位置至判断单元；

换刀侦测单元，其一端电性连接至刀库转轴，换刀侦测单元的另一端电性连接至判断单元，换刀侦测单元用以侦测刀库转轴的旋转角度并输出至判断单元。

本发明数值控制方法，其中，用以控制驱动装置与加工装置的刀具主轴，刀具主轴为沿一实体运动轴X、一实体运动轴Y或一实体运动轴Z运动，实体运动轴X、实体运动轴Y及实体运动轴Z两两互相垂直；

首先，输入一换刀指令；

降低刀具主轴的转速并将用以承载与连接刀具主轴的承载轴沿实体运动轴Z垂直拉升；

判断刀具主轴的转速是否为零；

然后，根据承载轴的位置判断刀具主轴的位置是否到达换刀安全点；

将承载轴持续沿实体运动轴Z垂直拉升；

进行换刀；

判断是否完成换刀；

将承载轴沿实体运动轴Z垂直下降；

最后，根据承载轴的位置判断刀具主轴的位置是否到达定位检查点。

再进一步地，上述的数值控制方法，其中，当判断刀具主轴的转速为零时，进一步判断刀具主轴的旋转角度是否达到一默认值，当判断刀具主轴的旋转角度已达默认值时，承载轴沿实体运动轴Z垂直拉升。

再进一步地，上述的数值控制方法，其中，当判断刀具主轴的旋转角度未达到默认值时，进一步根据承载轴的位置判断刀具主轴的位置是否到达定位检查点，当判断刀具主轴的位置未到达定位检查点时，进行刀具主轴旋转。

再进一步地，上述的数值控制方法，其中，当判断刀具主轴位置已到达定位检查点时，将承载轴停止沿实体运动轴Z垂直拉升并进行刀具主轴旋转。

再进一步地，上述的数值控制方法，其中，当判断刀具主轴的转速不为零时，则根据刀具主轴的位置是否到达定位检查点，当判断刀具主轴的位置已到达定位检查点时，将承载轴停止沿实体运动轴Z垂直拉升并降低刀具主轴的转速。

再进一步地，上述的数值控制方法，其中，当判断刀具主轴的位置未到达定位检查点时，降低刀具主轴的转速。

再进一步地，上述的数值控制方法，其中，当判断刀具主轴的位置未到达换刀安全点时，将承载轴持续沿实体运动轴Z垂直拉升。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

本发明通过侦测器侦测刀具主轴的旋转角度与侦测承载轴的位置，且数值控制装置判断刀具主轴的转速、位置及定位信息后，产生判断讯号，数值控制装置根据判断讯号规划刀具主轴的转速与旋转角度及承载轴的位置以进行换刀，在数值控制系统进行换刀时，可视刀具实际移动状况而决定是否停止垂直拉升，因而，大大减少换刀时间、增加产能及提升换刀效率。

附图说明

图1：本发明具有换刀功能的数值控制系统的示意图；

图2：本发明换刀路径示意图；

图3：本发明数值控制方法流程示意图。

具体实施方式

本发明设计一种具有换刀功能的数值控制系统，通过侦测器侦测刀具主轴的旋转角度，且数值控制装置判断刀具主轴的转速、位置及旋转角度后，产生判断讯号，数值控制装置根据判断讯号规划刀具主轴的转速与旋转角度及承载轴的位置以进行换刀，在数值控制系统进行换刀时，可视刀具实际移动状况而决定是否停止垂直拉升，因而达成减少换刀时间、增加产能及提升换刀效率的目的。

如图1所示，具有换刀功能的数值控制系统包含一数值控制装置1、一驱动装置2及一加工装置3，驱动装置2具有一第一端、一第二端、一第三端及一第四端，数值控制装置1具有一读取单元11、一程序解析单元12、一判断单元13、一动程规划单元14及一计算单元15，动程规划单元14具有一第一端、一第二端、一第三端及一第四端，加工装置3包含一承载轴马达31、一与该承载轴马达31的一端电性连接的承载轴32、一刀具主轴马达33、一刀具主轴34、一刀库转轴马达35、一与刀库转轴马达35的一端电性连接的刀库转轴36、一与刀库转轴36连接的刀库37及一与刀具主轴34电性连接的侦测器38，刀库37包含复数个刀具，本发明实施例的刀库37包含三个刀具371、372、373，刀库37所包含的刀具数量在此并不设限，侦测器38具有一角度侦测单元381、一位置侦测单元382及一换刀侦测单元383，角度侦测单元381具有一第一端、一第二端及一第三端，承载轴32具有一第一端、一第二端及一第三端，刀具主轴34具有一第一端、一第二端、一第三端及一第四端；其中，读取单元11的一端连接至程序解析单元12的一端，程序解析单元12的另一端连接至动程规划单元14的第二端，判断单元13的一端连接至动程规划单元14的第一端，判断单元13的另一端连接至计算单元15的一端与角度侦测单元381的第二端与位置侦测单元382的一端，动程规划单元14的第三端连接至驱动装置2的第一端，动程规划单元14的第四端连接至角度侦测单元381的第三端，驱动装置2的第二端电性连接至刀库转轴马达35，驱动装置2的第三端电性连接至刀具主轴马达33的一端，驱动装置2的第四端电性连接至承载轴马达31的一端，承载轴马达31的另一端连接至承载轴32的第一端，承载轴32的第二端连接至刀具主轴34的第二端，承载轴32的第三端电性连接至位置侦测单元382，刀具主轴34的第一端连接至刀具主轴马达33的另一端，刀具主轴34的第三端连接至刀具371，刀具主轴34的第四端电性连接至角度侦测单元381的第一端，角度侦测单元381的第二端电性连接至计算单元15与判断单元13，换刀侦测单元383的一端电性连接至刀库转轴36，换刀侦测单元383的另一端电性连接至判断单元13；其中，刀具主轴马达33带动刀具主轴34进行旋转，刀具主轴34系沿一实体运动轴X、一实体运动轴Y或一实体运动轴Z运动，实体运动轴X、实体运动轴Y及实体运动轴Z系两两互相垂直，如图2所示，刀具主轴34承载于承载轴32上，刀具主轴34系随着承载轴32沿实体运动轴Z上下移动而沿实体运动轴Z方向位移；角度侦测单元381用以实时侦测刀具主轴34的旋转角度，位置侦测单元382用以实时侦测承载轴32于实体运动轴Z的垂直方向的位置，换刀侦测单元383用以侦测刀库转轴36的转角。

如图2所示换刀路径图，读取单元11的一端接收使用者所输入的加工档案并输出至程序解析单元12，程序解析单元12将加工档案解析为换刀指令并输出至动程规划单元14进行动程规划，动程规划单元14输出一启动讯号至驱动装置2，驱动装置2根据启动讯号驱动刀具主轴马达33带动刀具主轴34的转速减速且驱动承载轴马达31带动承载轴32沿实体运动轴Z垂直拉升，角度侦测单元381与位置侦测单元382同时分别将所侦测刀具主轴34的停止旋转后的旋转角度与承载轴32的位置输出至判断单元13，角度侦测单元381另将所侦测的刀具主轴34的旋转角度输出至计算单元15，计算单元15根据刀具主轴34的旋转角度计算出刀具主轴34的转速后输出至判断单元13，判断单元13接收角度侦测单元381所输出的刀具主轴34的旋转角度、位置侦测单元382所输出的承载轴32位置及计算单元15所输出的刀具主轴34的转速后，判断单元13根据承载轴32的位置以判断刀具主轴34的位置，且判断单元13判断刀具主轴34的转速、位置及旋转角度后，输出判断讯号至动程规划单元14进行动程规划。

判断单元13接收角度侦测单元381所输出的刀具主轴34的旋转角度、位置侦测单元382所输出的承载轴32位置及计算单元15所输出的刀具主轴34的转速后，判断单元13先判断刀具主轴34的转速是否为0，当判断单元13判断刀具主轴34的转速为0，则判断单元13进一步判断刀具主轴34的旋转角度是否达到一默认值，即判断刀具主轴34是否完成定位，当判断单元13判断刀具主轴34的旋转角度已达默认值，代表刀具主轴34已完成定位，则判断单元13输出判断讯号至动程规划单元14，动程规划单元14根据判断讯号规划承载轴32的位置，并输出驱动讯号至驱动装置2，驱动装置2根据驱动讯号驱动承载轴马达31带动承载轴32往沿实体运动轴Z垂直方向拉升，也因此承载与连接于承载轴32的刀具主轴34也同时沿实体运动轴Z方向拉升，接着，位置侦测单元382侦测拉升后承载轴32的位置并输出承载轴32的位置至判断单元13，判断单元13根据承载轴32的位置判断刀具主轴34是否到达换刀安全点B，若判断单元13根据承载轴32的位置判断刀具主轴34已到达换刀安全点B，则输出判断讯号至动程规划单元14，动程规划单元14根据判断讯号规划刀库转轴36的转速并输出驱动讯号至驱动装置2，驱动装置2根据驱动讯号驱动刀库转轴马达35带动刀库转轴36转动，将刀具371更换为刀具372，刀具主轴34连接至刀具372，完成换刀后，换刀侦测单元383侦测刀库转轴36是否完成换刀，并输出刀库转轴36的转动角度至判断单元13，判断单元13判断是否完成换刀，并输出判断讯号至动程规划单元14，动程规划单元14根据判断讯号规划承载刀具主轴34的承载轴32的位置，并输出驱动讯号至驱动装置2，驱动装置2根据驱动讯号驱动承载轴马达31带动承载轴32沿实体运动轴Z往下降，承载与连接于承载轴32的刀具主轴34同时也沿实体运动轴Z往垂直方向下降，接着，位置侦测单元382侦测承载轴32的位置，并输出所侦测到的承载轴32的位置至判断单元13，判断单元13根据承载轴32的位置判断刀具主轴34是否到达定位检查点C，若判断单元13判断刀具主轴34已到达定位检查点C，则代表换刀流程结束，则判断单元13输出判断讯号至动程规划单元14规划承载轴32的位置并输出驱动讯号至驱动装置2，驱动装置2根据驱动讯号驱动承载轴马达31带动承载轴32沿实体运动轴Z往下降，承载与连接于承载轴32连接的刀具主轴34同时也继续沿实体运动轴Z往下降并开始转动，最后移动至下一个加工定位点；此外，当判断单元13判断刀具主轴34的位置未到达换刀安全点B，则输出判断讯号至动程规划单元14规划承载轴32的位置并输出驱动讯号至驱动装置2，驱动装置2根据驱动讯号驱动承载轴马达31带动承载轴32持续沿实体运动轴Z往上拉升直到刀具主轴34到达换刀安全点B；再者，当已完成换刀后，承载轴32沿实体运动轴Z往下降且刀具主轴34未到达定位检查点C，则承载轴32持续沿实体运动轴Z往下降直到刀具主轴34到达定位检查点C。

当判断单元13判断刀具主轴34的转速不为0，则判断单元13进一步判断刀具主轴34是否到达定位检查点A，若判断刀具主轴34已到达定位检查点A，则判断单元13输出判断讯号至动程规划单元14，动程规划单元14根据判断单元规划承载轴32的位置与刀具主轴34的转速并输出驱动讯号至驱动装置2，驱动装置2根据驱动讯号驱动承载轴马达21停止带动承载轴32沿实体运动轴Z垂直拉升，也因此与承载轴32连接的刀具主轴34停止沿实体运动轴Z垂直拉升，并降低刀具主轴34的转速，接着，角度侦测单元381将经过转速减速的刀具主轴34的旋转角度输出至计算单元15计算转速，计算单元15将所计算的转速输出至判断单元13，判断单元13再次判断刀具主轴34的转速是否0；当判断单元13判断刀具主轴34未到达定位检查点A，则判断单元13输出判断讯号至动程规划单元14，动程规划单元14根据判断单元13规划刀具主轴34的转速并输出驱动讯号至驱动装置2，驱动装置2根据驱动讯号驱动刀具主轴马达33，使刀具主轴34的转速降低，且角度侦测单元381将经过减速的刀具主轴34的旋转角度输出至计算单元15，计算单元15将刀具主轴34的旋转角度计算出刀具主轴34的转速后输出至判断单元13，则判断单元13再次判断刀具主轴34的转速是否0。

当判断单元13已判断刀具主轴34的转速为0，且判断单元13判断刀具主轴34的旋转角度未达到默认值时，意即刀具主轴34未完成定位时，则判断单元13进一步判断刀具主轴34的位置是否到达定位检查点A，如判断单元13判断刀具主轴34的位置已到达定位检查点A，则判断单元13输出判断讯号至动程规划单元14，动程规划单元14根据判断讯号规划刀具主轴34的位置与旋转角度，并输出驱动讯号至驱动装置2，驱动装置2根据驱动讯号驱动承载轴马达31将承载轴32停止沿实体运动轴Z向上拉升，且驱动装置2根据驱动讯号驱动刀具主轴马达33带动刀具主轴34的旋转，角度侦测单元381将所侦测的已经过定位的刀具主轴34的旋转角度输出至判断单元13，判断单元13再次判断刀具主轴34的旋转角度是否达到默认值，意即判断刀具主轴34是否完成定位；当判断单元13已判断刀具主轴34的转速为0，且判断单元13判断刀具主轴34的旋转角度未达到默认值时，则判断单元13进一步判断刀具主轴34的位置是否到达定位检查点A，如判断单元13判断刀具主轴34的位置未到达定位检查点A，则判断单元13输出判断讯号至动程规划单元14，动程规划单元14根据判断讯号规划刀具主轴34的旋转角度，并输出驱动讯号至驱动装置2，驱动装置2根据驱动讯号驱动刀具主轴马达33带动刀具主轴34的旋转，角度侦测单元381将所侦测的已经过定位的刀具主轴34的旋转角度输出至判断单元13，判断单元13再次判断刀具主轴34的旋转角度是否达到默认值，意即判断刀具主轴34是否完成定位。

如图3所示具，数值控制方法的具体流程步骤为：

步骤S1:使用者输入的加工档案至读取单元11并输出至程序解析单元12，程序解析单元12将加工档案解析为换刀指令并输出至动程规划单元14进行动程规划。

步骤S2:动程规划单元14输出启动讯号至驱动装置2，驱动装置2根据启动讯号驱动刀具主轴马达33带动刀具主轴34的转速减速且驱动承载轴马达31带动承载轴32沿实体运动轴Z垂直拉升，角度侦测单元381与位置侦测单元382分别同时将所侦测刀具主轴34的旋转角度与承载轴32的位置输出至判断单元13，角度侦测单元381另将所侦测到的刀具主轴34的旋转角度输出至计算单元15以计算刀具主轴34的旋转角度，计算单元15将所计算的刀具主轴34的旋转角度输出至判断单元13。

步骤S3:判断单元13先判断刀具主轴34的转速是否为0，当判断单元13判断刀具主轴34的转速为0，则执行步骤S4。

步骤S4:判断单元13进一步判断刀具主轴34的旋转角度是否达到默认值，即判断刀具主轴34是否完成定位，当判断单元13判断刀具主轴34已达默认值，即刀具主轴34已完成定位，则执行步骤S5。

步骤S5:判断单元13输出判断讯号至动程规划单元14，动程规划单元14根据判断讯号规划承载轴32的位置，并输出驱动讯号至驱动装置2，驱动装置2根据驱动讯号驱动承载轴马达31带动承载轴32沿实体运动轴Z拉升，刀具主轴34随着承载轴32拉升而沿实体运动轴Z拉升，位置侦测单元382侦测拉升后的承载轴32的位置并输出承载轴32的位置至判断单元13，接着，执行步骤S6。

步骤S6:判断单元13判断刀具主轴34的位置是否到达换刀安全点B，若判断单元13判断刀具主轴34的位置已到达换刀安全点B，输出判断讯号至动程规划单元14，并执行步骤S7，若判断单元13判断刀具主轴34的位置未到达换刀安全点B，则再次执行步骤S5，重复步骤S5与S6直到刀具主轴34的位置到达换刀安全点B。

步骤S7:动程规划单元14根据判断讯号规划刀库转轴36的转速并输出驱动讯号至驱动装置2，驱动装置2根据驱动讯号驱动刀库转轴马达35带动刀库转轴36转动，将刀具371更换为刀具372，刀具主轴34连接至刀具372。

步骤S8:换刀侦测单元383侦测刀库转轴36是否完成换刀，并输出刀库转轴36的转动角度至判断单元13，判断单元13判断是否完成换刀，若判断已完成换刀，则输出判断讯号至动程规划单元14，动程规划单元14根据判断讯号规划承载刀具主轴34的承载轴32的位置，并输出驱动讯号至驱动装置2，另一方面，若判断单元13判断未完成换刀，则再次执行步骤S7，重复执行步骤S7～S8直到判断单元13判断已完成换刀。

步骤S9:驱动装置2根据驱动讯号驱动承载轴马达31带动承载轴32沿实体运动轴Z下降，承载与连接于承载轴32的刀具主轴34同时也沿实体运动轴Z下降。

步骤S10:位置侦测单元382侦测承载轴32的位置，并输出所侦测到的承载轴32的位置至判断单元13，判断单元13根据承载轴32的位置判断刀具主轴34的位置是否到达定位检查点C，若判断单元13判断刀具主轴34的位置已到达定位检查点C，则代表换刀流程结束，若判断单元13判断刀具主轴34未到达刀具定位检查点C，则重复步骤S9与S10直到刀具主轴34的位置到达定位检查点C。

步骤S11:判断单元13输出判断讯号至动程规划单元14规划承载轴32的位置并输出驱动讯号至驱动装置2，驱动装置2根据驱动讯号驱动承载轴马达31带动承载轴32沿实体运动轴Z往下降，承载与连接于的刀具主轴34同时也继续沿实体运动轴Z往下降并开始转动。

最后，执行步骤S12:刀具主轴34移动至下一个加工定位点。

此外，当步骤S3的判断刀具主轴34的转速不为0，则执行步骤S13。

步骤S13:判断刀具主轴34的位置是否到达定位检查点A，若判断刀具主轴34的位置已到达定位检查点A，则判断单元13输出判断讯号至动程规划单元14，动程规划单元14根据判断单元13规划承载轴32的位置与刀具主轴34的转速并输出驱动讯号至驱动装置2，接着，执行步骤S14。

步骤S14:驱动装置2根据驱动讯号驱动承载轴马达31停止带动承载轴32沿实体运动轴Z拉升，接着，也因此承载与连接于承载轴32的刀具主轴34停止沿实体运动轴Z拉升，接着，执行步骤S15。

步骤S15:降低刀具主轴34的转速，角度侦测单元381将经过减速的刀具主轴34的旋转角度输出至计算单元15计算转速，计算单元15将所计算的转速输出至判断单元13，接着，再次执行步骤S3，即判断单元13再次判断刀具主轴34的转速是否0。

当步骤S13的判断刀具主轴34的位置已到达定位检查点A，则判断单元13输出判断讯号至动程规划单元14，动程规划单元14根据判断单元规划刀具主轴34的转速并输出驱动讯号至驱动装置2，接着，直接执行步骤S15，进行刀具主轴转速的减速。

此外，当步骤S4的判断单元13判断刀具主轴34的旋转角度未达默认值，意即判断刀具主轴34未完成定位，则执行步骤S16。

步骤S16:判断单元13进一步判断刀具主轴34的位置是否到达定位检查点A，如判断单元13判断刀具主轴34的位置已到达定位检查点A，则执行步骤S17。

步骤S17:判断单元13输出判断讯号至动程规划单元14，动程规划单元14根据判断讯号规划承载轴32的位置与刀具主轴34的旋转角度，并输出驱动讯号至驱动装置2，驱动装置2根据驱动讯号驱动承载轴马达31将承载轴停止沿实体运动轴Z向上拉升，接着，执行步骤S18。

步骤18:驱动装置2根据驱动讯号驱动刀具主轴马达33带动刀具主轴34的旋转，角度侦测单元381将所侦测的已经过定位的刀具主轴34的旋转角度输出至判断单元13，接着，再次执行步骤S4。

当步骤16的判断刀具主轴34的位置未到达定位检查点A，则直接执行步骤S18，即判断单元13输出判断讯号至动程规划单元14，动程规划单元14根据判断讯号规划刀具主轴34的旋转角度，并输出驱动讯号至驱动装置2，驱动装置2根据驱动讯号驱动刀具主轴马达33带动刀具主轴34的旋转，意即进行刀具主轴的定位，角度侦测单元381将所侦测的已经过定位的刀具主轴34的旋转角度输出至判断单元13，接着，再次执行步骤S4。

综上所述，本发明通过侦测器侦测刀具主轴的旋转角度与承载轴的位置，且数值控制装置判断刀具主轴的转速、位置及定位信息后，产生判断讯号，数值控制装置根据判断讯号规划刀具主轴的转速与旋转角度及承载轴的位置以进行换刀，在数值控制系统进行换刀时，可视刀具主轴实际移动状况与刀具主轴的定位状态而决定是否停止垂直拉升，因而达成减少换刀时间、增加产能及提升换刀效率的目的。

需要说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施方式，并非用以限定本发明的权利范围；同时以上的描述，对于相关技术领域的专门人士应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在申请专利范围中。

Claims (9)

1.具有换刀功能的数值控制系统，其特征在于：包含数值控制装置、驱动装置和加工装置，所述加工装置包括承载轴马达、与承载轴马达的一端电性连接的承载轴、一刀具主轴马达、一刀具主轴、一刀库转轴马达、与刀库转轴马达的一端电性连接的刀库转轴、与刀库转轴电性连接的刀库及一与刀具主轴电性连接的侦测器，驱动装置电性连接于数值控制装置、刀库转轴马达、刀具主轴马达及承载轴马达，刀库包含复数个刀具，承载轴电性连接至承载轴马达、刀具主轴及侦测器，刀具主轴连接于承载轴、刀具主轴马达、侦测器及刀具的其中之一，刀具主轴承载于承载轴上，侦测器电性连接至刀具主轴、承载轴、刀库转轴及数值控制装置，刀具主轴马达带动刀具主轴进行旋转，刀具主轴为沿一实体运动轴X、一实体运动轴Y或一实体运动轴Z运动，实体运动轴X、实体运动轴Y及实体运动轴Z为两两互相垂直，数值控制装置接收使用者所输入的一加工档案，并解析加工档案为一换刀指令，数值控制装置输出换刀指令至驱动装置，驱动装置通过换刀指令驱动刀具主轴马达带动刀具主轴的转速减速，且驱动装置通过换刀指令驱动承载轴马达带承载轴与该刀具主轴沿实体运动轴Z拉升，侦测器侦测刀具主轴的旋转角度与侦测承载轴的位置，并输出刀具主轴的旋转角度与承载轴的位置至数值控制装置，数值控制装置根据刀具主轴的旋转角度计算出刀具主轴的转速，数值控制装置根据承载轴的位置以判断刀具主轴的位置，数值控制装置判断刀具主轴的转速、位置及旋转角度后，产生一判断讯号，数值控制装置根据判断讯号规划刀具主轴的转速、位置及旋转角度以进行换刀；

所述加工装置的侦测器包括：角度侦测单元，其具有一第一端、一第二端及一第三端，角度侦测单元的第一端电性连接至刀具主轴，角度侦测单元的第二端电性连接至判断单元的另一端，角度侦测单元的第三端电性连接至动程规划单元的第四端与计算单元，角度侦测单元用以侦测刀具主轴的旋转角度，并输出刀具主轴的旋转角度至判断单元与计算单元；

位置侦测单元，其一端电性连接至承载轴，其另一端电性连接至判断单元的另一端，位置侦测单元用以侦测承载轴的位置，并输出承载轴的位置至判断单元；

换刀侦测单元，其一端电性连接至刀库转轴，换刀侦测单元的另一端电性连接至判断单元，换刀侦测单元用以侦测刀库转轴的旋转角度并输出至判断单元。

2.根据权利要求1所述的具有换刀功能的数值控制系统，其特征在于：所述数值控制装置包括：读取单元，其一端接收使用者所输入的加工档案；

程序解析单元，其一端连接至读取单元，其接收读取档案所输出的加工档案并解析为换刀指令；

计算单元，其一端连接至侦测器，其接收侦测器所输出的刀具主轴的旋转角度，并根据刀具主轴的旋转角度计算出刀具主轴的转速后输出；

判断单元，其一端连接至侦测器与计算单元的另一端，其接收侦测器所输出的刀具主轴的旋转角度、承载轴的位置及刀库转轴的转角，并接收计算单元所输出的刀具主轴的转速，判断单元根据承载轴的位置以判断刀具主轴的位置，判断单元判断刀具主轴的转速、位置及旋转角度与刀库转轴的旋转角度后，输出判断讯号；

动程规划单元，具有一第一端、一第二端、一第三端和一第四端，动程规划单元的第一端连接至判断单元的另一端，动程规划单元的第二端连接至程序解析单元的另一端，动程规划单元的第三端连接至驱动装置，动程规划单元的第四端连接至侦测器，动程规划单元的第二端接收程序解析单元所输出的换刀指令后进行动程规划，并输出一启动讯号至驱动装置，驱动装置根据启动讯号驱动刀具主轴马达带动刀具主轴的转速减速与承载轴马达带动承载轴沿实体运动轴Z垂直拉升，动程规划单元的第一端接收判断单元所输出的判断讯号，并根据判断讯号规划刀具主轴的转速及旋转角度与用以承载刀具主轴的承载轴位置。

3.利用权利要求1所述系统实现数值控制方法，其特征在于：用以控制驱动装置与加工装置的刀具主轴，刀具主轴为沿一实体运动轴X、一实体运动轴Y或一实体运动轴Z运动，实体运动轴X、实体运动轴Y及实体运动轴Z两两互相垂直；

首先，输入一换刀指令；

降低刀具主轴的转速并将用以承载与连接刀具主轴的承载轴沿实体运动轴Z垂直拉升；

判断刀具主轴的转速是否为零；

然后，根据承载轴的位置判断刀具主轴的位置是否到达换刀安全点；

将承载轴持续沿实体运动轴Z垂直拉升；

进行换刀；

判断是否完成换刀；

将承载轴沿实体运动轴Z垂直下降；

最后，根据承载轴的位置判断刀具主轴的位置是否到达定位检查点。

4.根据权利要求3所述的数值控制方法，其特征在于：当判断刀具主轴的转速为零时，进一步判断刀具主轴的旋转角度是否达到一默认值，当判断刀具主轴的旋转角度已达默认值时，承载轴沿实体运动轴Z垂直拉升。

5.根据权利要求3所述的数值控制方法，其特征在于：当判断刀具主轴的旋转角度未达到默认值时，进一步根据承载轴的位置判断刀具主轴的位置是否到达定位检查点，当判断刀具主轴的位置未到达定位检查点时，进行刀具主轴旋转。

6.根据权利要求3所述的数值控制方法，其特征在于：当判断刀具主轴位置已到达定位检查点时，将承载轴停止沿实体运动轴Z垂直拉升并进行刀具主轴旋转。

7.根据权利要求3所述的数值控制方法，其特征在于：当判断刀具主轴的转速不为零时，则根据刀具主轴的位置是否到达定位检查点，当判断刀具主轴的位置已到达定位检查点时，将承载轴停止沿实体运动轴Z垂直拉升并降低刀具主轴的转速。

8.根据权利要求3所述的数值控制方法，其特征在于：当判断刀具主轴的位置未到达定位检查点时，降低刀具主轴的转速。

9.根据权利要求3所述的数值控制方法，其特征在于：当判断刀具主轴的位置未到达换刀安全点时，将承载轴持续沿实体运动轴Z垂直拉升。