CN111376095A - 工具机的自动换刀机构及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种工具机的自动换刀机构及控制方法，自动换刀机构包括：一基座；一刀盘，结合于该基座上，该刀盘上设有多个刀套；一刀盘马达，受控制以驱动该刀盘旋转；一换刀臂，设置于该刀盘的一侧；一换刀马达，受控制以驱动该换刀臂转动；一拉刀结构，用以带动其中一该刀套于一第一位置与一第二位置之间枢摆；一上位控制器，用以发出一第一命令以及一第二命令；一变频器，用以接收该第一命令以及该第二命令，并对应该第一命令输出一第一控制信号予刀盘马达，以及对应该第二命令输出一第二控制信号予该换刀马达。借以执行换刀作业并降低故障发生机率。

Description

工具机的自动换刀机构及其控制方法

技术领域

本发明是与工具机的换刀系统有关；特别是指一种工具机的自动换刀机构与控制方法。

背景技术

现有工具机的自动换刀机构是采用两组感应马达分别驱使其刀盘或换刀臂转动。而感应马达是通过所配置的剎车器来执行剎车、减速的动作，然而，使用剎车器易因磨损而使得转动后的刀盘或换刀臂定位不确实，徒增困扰。

为了改善上述剎车器的缺失，遂有中国台湾公告第M470720号新型专利技术的产生。该专利技术揭示使用一个变频器搭配两个继电器来各别驱使一刀仓(或称刀盘)马达或一自动换刀机构马达的作动，进而控制刀仓或换刀臂的转动。该专利技术虽然免除了使用剎车器所衍生的缺失，但是继电器的切换结构仍属机械作动原理。因此，当以继电器作为切换变频器与刀仓马达，或变频器与自动换刀机构马达之间的连通与否时，仍容易因各个继电器在长期执行切换动作后而有损坏或感应不良之虞，以至于变频器所输出的控制信号会受到杂讯干扰而有控制失效的情况发生。因此，该专利技术仍属未臻完善。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种工具机的自动换刀机构及其控制方法，由变频器直接控制刀盘马达与换刀马达，以降低信号传输时的杂讯干扰影响，具有精准执行控制的功效，并可降低故障发生，以及提高使用便利性。

缘以达成上述目的，本发明提供一种工具机的自动换刀机构，包括有：一基座；一刀盘，结合于该基座上，该刀盘上设有多个刀套；一刀盘马达，受控制以驱动该刀盘旋转；一换刀臂，设置于该刀盘的一侧；一换刀马达，受控制以驱动该换刀臂转动；一拉刀结构，用以带动其中一该刀套于一第一位置与一第二位置之间枢摆；一上位控制器，用以发出一第一命令以及一第二命令；一变频器，电性连接该刀盘马达、该换刀马达以及该上位控制器，该变频器具有一命令输入端口以及一命令输出端口，该命令输入端口与该上位控制器电性连接，用以接收该第一命令以及该第二命令；该命令输出端口与该刀盘马达以及该换刀马达电性连接；该变频器对应该第一命令输出一第一控制信号予该刀盘马达，以驱动该刀盘旋转；该变频器对应该第二命令输出一第二控制信号予该换刀马达，以驱动该换刀臂转动。

缘以达成上述目的，本发明提供一种工具机的自动换刀机构的控制方法，该自动换刀机构包括有：一刀盘，该刀盘上设有多个刀套；一刀盘马达，受控制以驱动该刀盘旋转；一换刀臂，设置于该刀盘的一侧；一换刀马达，受控制以驱动该换刀臂转动；一拉刀结构，用以带动其中一该刀套于一第一位置与一第二位置之间枢摆；一上位控制器；一变频器，电性连接该刀盘马达、该换刀马达以及该上位控制器；一刀套位置检知器，用以侦测该刀套的位置状态，并于该刀套位于该第一位置时，发出一第一检知信号，于该刀套位于该第二位置时，发出一第二检知信号；该控制方法包括有以下步骤：该上位控制器于发送一第一命令予该变频器之前，是判断是否接收到该第一检知信号，若该上位控制器接收到该第一检知信号，则输出该第一命令，若该上位控制器未接收到该第一检知信号，则不输出该第一命令；该变频器接收到该第一命令时，是对应输出一第一控制信号予该刀盘马达，以驱动该刀盘旋转。

本发明的效果在于，透过变频器直接传输控制信号予刀盘马达或换刀马达的设计，可有效降低控制信号传输时的杂讯干扰影响。

附图说明

图1、2为一立体图，揭示本发明一实施例的工具机的自动换刀机构；

图3为前视图，揭示本实施例的第一检知器侦测到活动杆；

图4为前视图，揭示本实施例的第二检知器侦测到活动杆；

图5为示意图，揭示本实施例的工具机的自动换刀机构的架构；

图6至图9为本实施例的控制方法的流程图。

【符号说明】

[本发明]

100工具机的自动换刀机构

10基座

12刀盘 12a刀套

14刀盘马达

16传动结构

18拉刀结构 18a活动杆

20换刀臂

22换刀马达

24上位控制器 25控制箱

26变频器 27机盒

26a命令输入端口 26b命令输出端口 26c电源输入端口

26d刀套位置信号输入端口 26e换刀臂位置输入端口

28第一检知器 30第二检知器

32信号轮 34检知开关

1,2,3,4端子

E市电

OUT1第一输出端 OUT2第二输出端

S1第一检知信号 S2第二检知信号

S3第三检知信号

P1第一位置 P2第二位置

P3第三位置 P4第四位置

具体实施方式

为能更清楚地说明本发明，兹举一实施例并配合附图详细说明如后。请参图1至图5所示，为本发明一实施例的工具机的自动换刀机构100，包括有：一基座10、一刀盘12、一刀盘马达14、一拉刀结构18、一换刀臂20、一换刀马达22、一上位控制器24以及一变频器26。

该基座10可组装于一机架(图未示)上。该刀盘12是结合于该基座10上，并受刀盘马达14的驱动而可相对于该基座10转动，且该刀盘12设有多个刀套12a，于本实施例中，还包括有一传动结构16，设置于基座10上，该刀盘马达14是带动该传动结构16以驱动该刀盘12旋转；所述的刀套12a是沿着该刀盘12的周缘间隔设置，各刀套12a可供结合一刀具(图未示)。

其中，请配合图3及图4所示，位于该刀盘12最底缘位置的刀套12a是受设置于基座10的拉刀结构18的带动而可于一第一位置P1与一第二位置P2之间枢摆，当刀套12a位于该第一位置P1时属于备用位置，以收纳刀具，当刀套12a位于该第二位置P2时属于换刀位置，以准备更换刀具，例如可从刀套12a上取下刀具，或者将刀具放入刀套12a。而于本实施例中，由于刀盘12是直立地设置，且各个刀套12a是垂直于刀盘12的盘面设置的，因此，当刀套12a位于该第一位置P1时是呈水平状态；当刀套12a位于该第二位置P2时是呈垂直状态。但于其他应用上，例如刀盘是水平地设置，且刀套是垂直于刀盘的盘面设置时，当刀套位于第一位置时亦可能呈垂直状态，当刀套位于第二位置时亦可能呈水平状态，而不以上述说明为限。

进一步地，于本实施例中，所述的拉刀结构18包括有一活动杆18a，该活动杆18a供带动该刀套12a于第一位置P1与第二位置P2枢摆，并可在图3所示的一第三位置P3与图4所示的一第四位置P4之间往复移动。

该换刀臂20设置于该刀盘12的一侧，并与换刀马达22设置于基座10的后方，该换刀臂20连接该换刀马达22，并受该换刀马达22的驱动而可转动，以进行换刀作业。

该上位控制器24与该变频器26电性连接，该上位控制器24用以发出一第一命令以及一第二命令予该变频器26。于本实施例中，所述上位控制器24是设置于一控制箱25中，且所述上位控制器24可以是但不限于PLC。

该变频器26电性连接该刀盘马达14、该换刀马达22以及该上位控制器24，且该变频器26具有一命令输入端口26a以及一命令输出端口26b，该命令输入端口26a与该上位控制器24连接，用以接收该第一命令和该第二命令，该命令输出端口26b与该刀盘马达14以及该换刀马达22电性连接。该变频器26可对应该第一命令输出一第一控制信号予该刀盘马达14，以驱动该刀盘12旋转；以及对应该第二命令输出一第二控制信号予该换刀马达22，以驱动该换刀臂20转动。于本实施例中，所述变频器26是设置于一机盒27中，该机盒27邻近于刀盘马达14，另外，于其他应用上，变频器26亦可设置于其他位置，而不以设置于机盒27中为限制。

于本实施例中，所述命令输入端口26a包括有端子1,2,3,4，端子1用于输入第一命令中用以控制刀盘12正转的命令，端子2用于输入第一命令中用以控制刀盘12反转的命令，端子3用于输入第二命令中用以控制换刀臂20正转的命令，端子4用于输入第二命令中用以控制换刀臂20反转的命令。

进一步地，所述的变频器26还包括有一电源输入端口26c，该电源输入端口26c供与一外部电源连接，用以自该外部电源接收一电能，例如于本实施例中，电源输入端口26c是连接一市电E，该变频器26可接收该市电E并由命令输出端口26b输出具有特定频率的控制信号予刀盘马达14、换刀马达22。

于本实施例中，所述命令输出端口26b包括有一第一输出端OUT1以及一第二输出端OUT2，该第一输出端OUT1与该刀盘马达14连接，所述变频器26于接收到第一命令时，是通过第一输出端OUT1输出第一控制信号予刀盘马达14，以驱动刀盘12转动，于接收到第二命令时，是通过第二输出端OUT2输出第二控制信号予换刀马达22，以驱动换刀臂20转动。进一步地，于本实施例中，所述的第一控制信号与第二控制信号的输出电压是高于该市电E的电压。

透过上述设计，本发明的工具机的自动换刀机构100可透过变频器26直接传输控制信号予刀盘马达或换刀马达，而可有效降低传输控制信号时的杂讯干扰影响，借以提升信号传输时的准确率。

另外，于一实施例中，所述自动换刀机构100还包括有一刀套位置检知器，与上位控制器24、变频器26电性连接，该刀套位置检知器用以侦测刀套12a的位置状态，并于刀套12a位于该第一位置P1时，发出一第一检知信号S1，于刀套12a位于第二位置P2时，发出一第二检知信号。于本实施例中，所述刀套位置检知器包括有一第一检知器28以及一第二检知器30，该第一检知器28与该第二检知器30设置于基座10的前侧，且邻近于活动杆18a，于本实施例中，该第一检知器28与该第二检知器30可以是但不限于光感应器，请配合图3所示，该第一检知器28在一该刀套12a位于第一位置P1，即该拉刀结构18的该活动杆18a位于第三位置P3时，因侦测到前方的活动杆18a而产生一第一检知信号S1；请配合图4所示，该第二检知器30在所选定的刀套12a受该拉刀结构18带动而枢摆至倒立状的第二位置P2时，该第二检知器30侦测到上移至该第四位置P4的活动杆18a并产生一第二检知信号S2。

请配合图5所示，于一实施例中，上位控制器24与第一检知器28与第二检知器30电性连接，用以接收该第一检知信号S1与第二检知信号S2；所述的变频器26具有一刀套位置信号输入端口26d，与该第一检知器28与第二检知器30电性连接，用以接收该第一检知信号S1与第二检知信号S2。

请配合图6至图8所示，本实施例的工具机支自动换刀机构的控制方法包括有以下步骤：

首先，于上位控制器24发送第一命令予变频器26之前，是判断是否接收到第一检知信号S1，若上位控制器24接收到第一检知信号S1，则输出第一命令，若上位控制器24未接收到第一检知信号S1，则不输出该第一命令。

于后，若变频器26接收到第一命令时，是对应输出第一控制信号给刀盘马达14，以驱动刀盘12旋转。

进一步地，于变频器26收到第一命令时，或是输出第一控制信号时，是进一步判断变频器26是否有收到第一检知信号S1，若该变频器26有接收到第一检知信号S1，则控制刀盘马达14以一第一速度运转，若未收到第一检知信号S1，则控制刀盘马达14以一第二速度运转，其中该第一速度高于该第二速度。于本实施例中，当变频器26有收到第一检知信号S1时，该变频器26是输出频率较高的第一控制信号给刀盘马达14，以使刀盘马达14以较高速的第一速度运转；当变频器26未收到第一检知信号S1时，该变频器26是输出频率较低的第一控制信号给刀盘马达14，以使刀盘马达14以较低速的第二速度运转。

于后，当刀盘马达14以第一速度驱动刀盘12旋转到定位时，该上位控制器24是发出一第一停止命令予变频器26，当变频器26收到该第一停止命令时，是对应输出一控制信号，以控制该刀盘马达14停止运转。另外，当刀盘马达14是以第二速度驱动刀盘12旋转时，是进一步侦测、判断刀套12a是否位于水平状态(第一位置P1)，例如可由变频器26侦测是否接收到第一检知信号S1，若是，则表示刀套12a处于第一位置P1(水平状态)，或者刀套12a已正常作动至第一位置，于后，变频器14将持续侦测刀盘马达14是否正常运转，例如可通过判断刀盘马达14的运转时间是否超出一警示值，若是，则表示刀盘马达14运转过久发生异常，则变频器26将发出一警报讯息，该警报讯息可通知上位控制器24，并于上位控制器24接收到该警报讯息时，发出第一停止命令予变频器26，以使变频器26控制刀盘马达14停止运转；另外，于一实施例中，该警报讯息可一并通报予维修人员，以进行后续的故障排除；另外，于一实施例中，于该变频器26发出警报讯息时，可不通知上位控制器24，并径行控制刀盘马达14停止运转，或者，于一实施例中，可在通知上位控制器24该警报讯息时，一并控制刀盘马达14停止运转。

另外，当刀盘12在正常操作之下旋转至定位时，例如在刀盘马达14预定的运转时间之内控制刀盘12旋转至定位，且运转时间没有超出警示值，该上位控制器24是发出一第一停止命令予变频器26，当变频器26收到该第一停止命令时，是对应输出一控制信号，以控制该刀盘马达14停止运转。另外，当刀套12a仍然未处于水平状态，则控制刀盘马达14停止，并通报刀盘马达14卡住停止异常。

于一实施例中，较佳者，所述的刀套位置检知器是同时发送第一检知信号S1给上位控制器24与变频器26。透过上述设计，于上位控制器24发出第一命令以控制刀盘马达14旋转时，进一步由变频器26判断刀套位置状态，并根据变频器26是否有接收到第一检知信号S1来控制刀盘马达14运转的速度，可有效降低命令或信号丢失时误操作的风险。举例而言，当在控制刀盘12旋转时，若刀套12a位置异常，致使刀套位置检知器不会发出第一检知信号S1，此时，即使变频器26已经收到第一命令而即将控制刀盘马达14运转，由于变频器26会进一步接收刀套位置检知器的信号来决定所要控制的刀盘马达14的运转速度，因为变频器26没有收到第一检知信号S1，因此会控制刀盘马达14以相较低速的第二速度运转，因此，刀盘12会以较缓慢的速度旋转，而若是在这段时间，刀套12a已经复归到第一位置P1，则变频器26可接收到第一检知信号S1，而可控制刀盘12以第一速度运转，而若是刀套12a仍然没有复归到第一位置P1，而与工具机的其他元件产生碰撞，也会因为刀盘12是以较低的速度运转，而可即时剎停，而可降低刀套或其他元件损坏的风险。

另外，当上位控制器24收到第二检知信号S2时，表示所选定的刀套12a以受拉刀结构18的带动而移动至第二位置P2而可准备进行换刀，此时，上位控制器24可输出第二命令予变频器26，该变频器26是对应该第二命令而输出第二控制信号予换刀马达22，以驱动换刀臂20转动以执行换刀作业。

此外，请配合图5所示，于一实施例中，所述自动换刀机构100还包括有一信号轮32以及一检知开关34，该信号轮32是随着换刀臂20的转动而改变旋转角度，该检知开关34侦测信号轮32的转动角度并产生一第三检知信号S3。于本实施例中，所述检知开关34是与上位控制器24以及变频器26电性连接，并可输出第三检知信号S3予上位控制器24以及变频器26。该变频器26具有一换刀臂位置输入端口26e，与该检知开关34连接，用以接收该第三检知信号S3。

请配合图9所示，在变频器26接收到第二命令时，是基于是否接收到第三检知信号S3来决定换刀马达的运转速度，当变频器26有接收到第三检知信号S3时，是控制换刀马达22以一第三速度运转，若变频器26未收到第三检知信号S3时，则控制换刀马达22以一第四速度运转，其中第三速度高于第四速度。于本实施例中，当变频器26有收到第三检知信号S3时，该变频器26是输出频率较高的第二控制信号给换刀马达22，以使换刀马达22以较高速的第三速度运转；当变频器26未收到第三检知信号S3时，该变频器26是输出频率较低的第二控制信号给刀盘马达14，以使换刀马达22以较低速的第四速度运转。

另外，于一实施例中，当上位控制器24未接收到第三检知信号S3时，例如由原先有接收到第三检知信号S3的状态变更为未接收到第三检知信号S3的状态时，上位控制器24则不输出第二命令，或者停止输出第二命令。另外，更进一步地，于一实施例中，上位控制器24将进一步通知变频器26，以使变频器26控制换刀马达22以第四速度运转直到上位控制器24对变频器26所发出的命令停止为止。

透过上述设计，于上位控制器24发出第二命令以控制换刀马达22旋转时，进一步由变频器26判断换刀臂20位置状态，并根据变频器26是否有接收到第三检知信号S3来控制换刀马达22运转的速度，可有效降低命令或信号丢失时误操作的风险。亦即，当变频器26有接收到第三检知信号S3时，可有效掌握换刀臂20位置，而可以相较高速的第三速度控制换刀臂20旋转，而若变频器26没有接收到第三检知信号S3时，则以相较低速的第四速度控制换刀臂20旋转。

透过上述设计，本发明的控制方法可由上位控制器与变频器双重确认刀套位置与换刀臂位置，而透过此机制，即使在上位控制器发送命令给变频器后，若发生检知信号丢失情形时，变频器仍可驱动刀盘马达、换刀马达作动，并以较低速运转的方式进行换刀作业。

以上所述仅为本发明可行实施例而已，举凡应用本发明说明书及权利要求书所为的等效变化，理应包含在本发明的专利范围内。

Claims (12)

1.一种工具机的自动换刀机构，其特征在于，其包括有：

一基座；

一刀盘，结合于该基座上，该刀盘上设有多个刀套；

一刀盘马达，受控制以驱动该刀盘旋转；

一换刀臂，设置于该刀盘的一侧；

一换刀马达，受控制以驱动该换刀臂转动；

一拉刀结构，用以带动其中一该刀套于一第一位置与一第二位置之间枢摆；

一上位控制器，用以发出一第一命令以及一第二命令；

一变频器，电性连接该刀盘马达、该换刀马达以及该上位控制器，该变频器具有一命令输入端口以及一命令输出端口，该命令输入端口与该上位控制器电性连接，用以接收该第一命令以及该第二命令；该命令输出端口与该刀盘马达以及该换刀马达电性连接；该变频器对应该第一命令输出一第一控制信号予该刀盘马达，以驱动该刀盘旋转；该变频器对应该第二命令输出一第二控制信号予该换刀马达，以驱动该换刀臂转动。

2.根据权利要求1所述的工具机的自动换刀机构，其特征在于，还包括有一刀套位置检知器，用以侦测该刀套的位置状态，并于该刀套位于该第一位置时，发出一第一检知信号，于该刀套位于该第二位置时，发出一第二检知信号；该上位控制器与该刀套位置检知器电性连接，用以接收该第一检知信号以及该第二检知信号，若该上位控制器接收到该第一检知信号，则输出该第一命令，若该上位控制器未接收到该第一检知信号，则不输出该第一命令。

3.根据权利要求2所述的工具机的自动换刀机构，其特征在于，其中该变频器与该刀套位置检知器电性连接，用以接收该第一检知信号，于该变频器接收该第一命令时，是判断是否接收到该第一检知信号，若有接收到该第一检知信号，则控制该刀盘马达以一第一速度运转，若未收到该第一检知信号，则控制该刀盘马达以一第二速度运转，其中该第一速度高于该第二速度。

4.根据权利要求3所述的工具机的自动换刀机构，其特征在于，其中于控制该刀盘马达以该第二速度运转后，于该上位控制器接收到该第一检知信号之后，若该上位控制器发出一第一停止命令予该变频器或是该变频器发出一报警讯息，则控制该刀盘马达停止运转。

5.根据权利要求1所述的工具机的自动换刀机构，其特征在于，还包括有一信号轮以及一检知开关，该信号轮是随着该换刀臂的转动而改变旋转角度，该检知开关侦测该信号轮的转动角度并产生一第三检知信号；该上位控制器与该检知开关连接，用以接收该第三检知信号。

6.根据权利要求5所述的工具机的自动换刀机构，其特征在于，其中该变频器与该检知开关电性连接，用以接收该第三检知信号；于该变频器接收到该第二命令时，是判断是否接收到该第三检知信号，若有接收到该第三检知信号，则控制该换刀马达以一第三速度运转，若未接收到该第三检知信号，则控制该换刀马达以一第四速度运转，其中该第三速度高于该第四速度。

7.一种工具机的自动换刀机构的控制方法，其特征在于，该自动换刀机构包括有：一刀盘，该刀盘上设有多个刀套；一刀盘马达，受控制以驱动该刀盘旋转；一换刀臂，设置于该刀盘的一侧；一换刀马达，受控制以驱动该换刀臂转动；一拉刀结构，用以带动其中一该刀套于一第一位置与一第二位置之间枢摆；一上位控制器；一变频器，电性连接该刀盘马达、该换刀马达以及该上位控制器；一刀套位置检知器，用以侦测该刀套的位置状态，并于该刀套位于该第一位置时，发出一第一检知信号，于该刀套位于该第二位置时，发出一第二检知信号；该控制方法包括有以下步骤：

A、该上位控制器于发送一第一命令予该变频器之前，是判断是否接收到该第一检知信号，若该上位控制器接收到该第一检知信号，则输出该第一命令，若该上位控制器未接收到该第一检知信号，则不输出该第一命令；

B、该变频器接收到该第一命令时，是对应输出一第一控制信号予该刀盘马达，以驱动该刀盘旋转。

8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，还包括有：

C、于该变频器接收到该第一命令时，是判断是否接收到该第一检知信号，若该变频器有接收到该第一检知信号，则控制该刀盘马达以一第一速度运转，若未收到该第一检知信号，则控制该刀盘马达以一第二速度运转，其中该第一速度高于该第二速度。

9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，还包括有：

D、于控制该刀盘马达以该第二速度运转后，于该上位控制器接收到该第一检知信号之后，若该上位控制器发出一第一停止命令予该变频器或是该变频器发出一警报讯息，则该变频器控制该刀盘马达停止运转。

10.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，其中该刀套位置检知器是同时发送该第一检知信号予该上位控制器以及该变频器。

11.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，其中该自动换刀机构包括有一信号轮以及一检知开关，该信号轮是随着该换刀臂的转动而改变旋转角度，该检知开关侦测该信号轮的转动角度并产生一第三检知信号；该控制方法还包括有以下步骤：

该上位控制器接收到该第三检知信号时，则输出一第二命令予该变频器；

该变频器接收到该第二命令时，是对应输出一第二控制信号予该换刀马达，以控制该换刀臂旋转。

12.根据权利要求11所述的控制方法，其特征在于，还包括有以下步骤：

该变频器接收到该第二命令时，是判断是否接收到该第三检知信号，若有接收到该第三检知信号，则控制该换刀马达以一第三速度运转，若未接收到该第三检知信号，则控制该换刀马达以一第四速度运转，其中该第三速度高于该第四速度。

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