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CN106181517A - 伺服电机驱动的换刀设备 - Google Patents

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CN106181517A
CN106181517A CN201610739472.8A CN201610739472A CN106181517A CN 106181517 A CN106181517 A CN 106181517A CN 201610739472 A CN201610739472 A CN 201610739472A CN 106181517 A CN106181517 A CN 106181517A
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项久鹏
郭志
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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automatic Tool Replacement In Machine Tools (AREA)

Abstract

本发明属于数控机床刀库领域，具体提供一种伺服电机驱动的换刀设备。本发明旨在解决现有刀库容易出现乱刀和掉刀现象的问题。本发明的伺服电机驱动的换刀设备包括设置在立柱上用于放置刀具的刀仓、设置在立柱上用于换刀的机械手、用于驱动刀仓旋转的第一驱动伺服电机和用于驱动机械手旋转的第二驱动伺服电机，进一步第一驱动伺服电机上设置有第一编码器，第二驱动伺服电机上设置有第二编码器。通过第一编码器和第二编码器能够精确定位刀仓上每把刀具的位置以及机械手的换刀位置，防止乱刀、掉刀现象的出现。

Description

伺服电机驱动的换刀设备
技术领域
本发明属于数控机床领域，具体提供一种伺服电机驱动的换刀设备。
背景技术
目前刀库都是通过异步电机安装减速机带动凸轮结构进行换刀，通过多个接近开关进行判定并进行信息反馈，例如有数刀的接近开关、刀套到位接近开关、机械手持刀接近开关、机械手复位接近开关等，由于接近开关的定位精度不高，如果数刀接近开关出现问题就会出现乱刀现象，如果机械手接近开关出现问题会有掉刀现象。
相应地，本领域需要一种新的换刀设备来解决上述问题。
发明内容
为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现有换刀设备容易出现乱刀和掉刀的问题，本发明提供了一种伺服电机驱动的换刀设备，该换刀设备包括立柱、可旋转地设置在所述立柱上的刀仓以及可旋转地设置在所述立柱上的机械手，所述刀仓用于放置刀具，所述机械手用于更换刀具；所述立柱上设置有第一伺服电机，所述第一伺服电机用于驱动所述刀仓旋转；所述换刀设备还包括第一编码器，所述第一编码器设置在所述第一伺服电机上，所述第一编码器用于精确定位所述刀仓上每把刀具的位置。
在上述换刀设备的优选技术方案中，所述立柱上设置有第二伺服电机，所述第二伺服电机用于驱动所述机械手旋转。
在上述换刀设备的优选技术方案中，所述换刀设备还包括第二编码器，所述第二编码器设置在所述所述第二伺服电机上，用于精确定位所述机械手的转动位置。
在上述换刀设备的优选技术方案中，所述第一编码器是绝对值编码器。
在上述换刀设备的优选技术方案中，所述第一编码器是编码精度为23位的绝对值编码器。
在上述换刀设备的优选技术方案中，所述第二编码器是绝对值编码器。
在上述换刀设备的优选技术方案中，所述第二编码器是编码精度为23位的绝对值编码器。
在上述换刀设备的优选技术方案中，所述机械手是单臂双爪回转式机械手。
在上述换刀设备的优选技术方案中，所述换刀设备通过所述立柱与数控机床固定连接。
在上述换刀设备的优选技术方案中，所述换刀设备上设置有吊耳，所述吊耳用于吊装所述换刀设备。
本领域技术人员能够理解的是，在本发明的优选技术方案中，通过在立柱上设置驱动刀仓旋转的第一伺服电机和驱动机械手旋转的第二伺服电机，设置用于精确定位刀仓上每把刀具位置的第一编码器和用于精确定位机械手换刀位置的第二编码器，第一编码器和第二编码器优选地都是23位精度的绝对值编码器，使得数控机床在换刀时，不会出现掉刀和乱刀的现象，同时由于伺服电机的转速可以分阶段调节，使得数控机床的换刀动作更加快速。
附图说明
图1是本发明的换刀设备的第一等轴侧视图；
图2是本发明的换刀设备的第二等轴侧视图。
具体实施方式
下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。例如，虽然说明书是结合附图对圆盘型的刀库即刀仓和单臂双爪回转式机械手作为优选实施方式进行详细说明的，但是很明显本发明的技术原理适用于任何形式的刀库和机械手组合，本领域技术人员可以根据需要对其作出调整，以便适应具体的应用场合。
需要说明的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1和图2所示，本发明的换刀设备包括：立柱1、刀仓2、第一伺服电机3、机械手4和第二伺服电机5。优选地，机械手4采用单臂双爪回转式机械手，机械手4的两端设置有手爪41；刀仓2为圆盘型结构。刀仓2设置在立柱1的一侧，机械手4设置在立柱1的另一侧，并且当手爪41旋转到刀仓2所在立柱1的的一侧时，手爪41能够从刀仓2上取下刀具或者将刀具放置到刀仓2上。
继续参阅图1和图2，第一伺服电机3安装在立柱1的上端(图1和图2中所示立柱1的上端)，并且第一伺服电机3能够驱动刀仓2旋转；第二伺服电机5安装在机械手4的上方(图1和图2中所示机械手4的上端)，并且第二伺服电机5能够驱动机械手4旋转。由于伺服电机采用闭环系统进行控制，即伺服电机本身具备发出脉冲的功能，当伺服电机接收到控制系统发送的1个脉冲时，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，并且伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，使得第一伺服电机3能够准确地控制刀仓2旋转的角度和速度，使得第二伺服电机5能够对应地准确控制机械手4旋转的角度和速度。
优选地，第一伺服电机3上设置有第一编码器(图中未示出)。第一编码器用于精确地定位刀仓2上每把刀具的位置，防止出现定位误差。更优选地，第一编码器采用具有23位精度的绝对值编码器，或者本领域技术人员可以根据具体情况采用其他形式和定位精度的编码器，只要保证刀仓2上的刀具能够被精确定位而不会出现乱刀现象即可。
优选地，第二伺服电机5上设置有第二编码器(图中未示出)。第二编码器用于精确地定位机械手4的换刀位置，防止机械手4出现定位误差。更优选地，第二编码器采用具有23位精度的绝对值编码器，或者本领域技术人员可以根据具体情况采用其他形式和定位精度的编码器，只要保证机械手4能够被精确定位而不会出现掉刀现象即可。
如图1和图2所示，立柱1上设置有螺纹孔，使得立柱1能够通过螺栓固定到数控机床上，或者本领域的技术人员也可以采用其他连接方式，例如，直接将立柱1固定到地面上并使其与数控机床保持一个合适的距离，以便于刀具的更换。进一步，立柱1上还设置有吊耳11，吊耳11用于吊装换刀设备，以便于换刀设备的安装和移动。
综上所述，当机床需要换刀时，控制系统通过第一编码器获得目标刀具距离当前换刀位置的角度距离，进而向第一伺服电机3发出换刀指令，使得第一伺服电机3正转或反转(朝目标刀具与换刀位置夹角较小的方向转动)，当目标刀具旋转到换刀位置时，第一伺服电机3停止转动；此时第二伺服电机5驱动机械手4旋转，当机械手4旋转到换刀位置时第二伺服电机5停止转动，手爪41从刀仓2上将目标刀具取下并抓紧，进而第二伺服电机5驱动机械手4旋转使目标刀具旋转至机床主轴处并将目标刀具安装到机床主轴上。
本领域技术人员能够理解的是，驱动刀仓2旋转使得目标刀具到达换刀位置的旋转方向也可以是一个，以便于控制系统进行控制。
需要说明的是，第一伺服电机3和第二伺服电机5从开始转动到停止转动，都是通过控制系统发出的脉冲信号进行控制，并将自身产生的脉冲信号反馈给控制系统，以此来使刀仓2和机械手4转动到位。第一编码器只是对刀仓2上的每一把刀具的位置进行精确标记，并将刀具位置信息反馈给控制系统。第二编码器只是对机械手4的换刀位置进行精确标记，并将机械手4的换刀位置反馈给控制系统。因此，第一伺服电机3、第一编码器、第二伺服电机5和第二编码器的使用代替了现有技术中的接近开关，使得刀仓2和机械手4在旋转时能够快速、准确地更换刀具。或者本领域技术人员也可以通过第一编码器监测刀仓2上的目标刀具旋转、到位情况，通过第二编码器监测机械手4的旋转、到位情况。
本领域技术人员能够理解的是，由于伺服电机的转速可以控制，具有较大的转矩以及较好的制动效果，所以在刀仓2上的目标刀具到达换刀位置之前，第一伺服电机3可以以较快的转速转动，当目标刀具接近换刀位置时，第一伺服电机3再进行减速；在机械手4到达换刀位置之前，第二伺服电机5也可以以较快的转速转动，当机械手4接近目标刀具时，第二伺服电机再进行减速。
至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种伺服电机驱动的换刀设备，其特征在于，所述换刀设备包括立柱、可旋转地设置在所述立柱上的刀仓以及可旋转地设置在所述立柱上的机械手，所述刀仓用于放置刀具，所述机械手用于更换刀具；
所述立柱上设置有第一伺服电机，所述第一伺服电机用于驱动所述刀仓旋转；
所述换刀设备还包括第一编码器，所述第一编码器设置在所述第一伺服电机上，所述第一编码器用于精确定位所述刀仓上每把刀具的位置。
2.根据权利要求1所述的伺服电机驱动的换刀设备，其特征在于，所述立柱上设置有第二伺服电机，所述第二伺服电机用于驱动所述机械手旋转。
3.根据权利要求2所述的伺服电机驱动的换刀设备，其特征在于，所述换刀设备还包括第二编码器，所述第二编码器设置在所述第二伺服电机上，用于精确定位所述机械手的转动位置。
4.根据权利要求3所述的伺服电机驱动的换刀设备，其特征在于，所述第一编码器是绝对值编码器。
5.根据权利要求4所述的伺服电机驱动的换刀设备，其特征在于，所述第一编码器是编码精度为23位的绝对值编码器。
6.根据权利要求5所述的伺服电机驱动的换刀设备，其特征在于，所述第二编码器是绝对值编码器。
7.根据权利要求6所述的伺服电机驱动的换刀设备，其特征在于，所述第二编码器是编码精度为23位的绝对值编码器。
8.根据权利要求7所述的伺服电机驱动的换刀设备，其特征在于，所述机械手是单臂双爪回转式机械手。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的伺服电机驱动的换刀设备，其特征在于，所述换刀设备通过所述立柱与数控机床固定连接。
10.根据权利要求9所述的伺服电机驱动的换刀设备，其特征在于，所述换刀设备上设置有吊耳，所述吊耳用于吊装所述换刀设备。
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