CN203579290U - 自动换刀控制系统 - Google Patents

Abstract

一种自动换刀控制系统，用以控制一换刀机构进行自动化换刀操作，其包括：一感测编码器、一控制组件及一感应驱动器。感测编码器设于换刀机构内部且用以感测换刀机构的旋转角度，并获得一角度感测信号，控制组件通过输入模块与加工机械电性连接并接收一指令信号，及通过第一信号模块接收角度感测信号，及第二信号模块与打刀缸电性连接接收一定位信号并于判断后反馈一电磁阀信号予该打刀缸，上述各信号传输至主控模块进行判断并经输出模块输出控制信号，感应驱动器用以接收控制信号并控制换刀机构的驱动元件以进行换刀动作。本实用新型是通过控制组件实现自动化操作换刀程序的目的，并具有高精度的角度侦测反馈，以提升换刀的效率及准确度。

Description

自动换刀控制系统

技术领域

本实用新型是关于加工设备的自动控制系统，尤其是一种应用于换刀装置，且兼具自动化控制与高准确角度测定的自动换刀控制系统。

背景技术

一般复合式加工设备，特别针对具有换刀功能的加工机械，为了准确进行换刀动作与侦测旋转角度以利于加工程序进行，必须通过感测机构的设立来掌握换刀装置的旋转状态。换刀装置包括一驱动元件、一凸轮转轴及一打刀缸，通过该驱动元件驱使该凸轮转轴旋转，并控制该打刀缸动作到不同的动作定位点，以进行松刀或夹刀等动作。而该换刀装置并装设有该感测机构以随时侦测该打刀缸的旋转角度。该感测机构包括多个感测器以及一信号轮，该多个感测器分设于该信号轮上，并通过光电感测方式于该信号轮随该凸轮转轴旋转时，同步感应信号并将每一感测器的感应结果组合以得知当下信号轮的旋转角度。

然而，上述的感测机构虽可侦测与该凸轮转轴与该信号轮的旋转角度，但仍具有以下缺点：其一，由于该多个感测器需逐一安装于该信号轮，于组装上极为复杂与不便，且于每次执行感测工作前，必须准确调整校正每一个该感测器与该信号轮的距离，一但距离偏差即会严重影响侦测结果。其二，采用光电感测方式其角度反馈为有段反馈方式，其精确度低下，亦造成误判影响该打刀缸的动作。其三，该多个感测器仍易受到突波电压和电流损坏的影响而导致烧毁的问题产生，若该多个感测器烧毁无法即时侦测，除了影响该打刀缸的动作以外，严重时更会导致刀具的损坏；其四，该多个感测器仅可感测旋转角度，并回报予加工设备而无法自动依据角度差异而决定当前需进行的动作。

此外，于进行加工程序时，现场人员必须随时监控该感测机构所反馈的旋转角度显示，并于特定角度操作该打刀缸进行对应的夹刀、松刀等动作，而若采用如电脑数值控制(Computer Numerical Control,CNC)的加工机械，则必须由电控工程师自行撰写相关程序，但仍需现场人员根据反馈角度进行手动执行对应的动作程序。

故为了改善上述缺失，本实用新型创作人集结多年从事相关行业的经验，构思一种自动换刀控制系统，希望可解决上述缺失。

发明内容

本实用新型的一目的，旨在提供一种自动换刀控制系统，是应用于各式具有换刀机构的加工设备，其具有高精准度的角度检测与反馈，并通过角度的反馈与感应驱动器或伺服马达的转速控制，监控刀缸动作时间进而调校换刀机构与刀缸动作的同步性达到独立快速换刀的目的，针对反馈角度资讯执行对应的控制操作，可达到自动化控制并提高换刀效率、换刀速度及精确度，并具有异常处理机制，可提升加工程序运行的顺畅度与可靠度。

为达上述目的，本实用新型的自动换刀控制系统，是用以控制一加工机械进行自动化换刀操作，该加工机械设有一换刀机构，且该换刀机构包括一驱动元件、一凸轮箱与一打刀缸，该自动换刀控制系统包括：一感测编码器，设置于该换刀机构内且内部设有一感应元件，用以感测该换刀机构动作时的旋转角度，并获得一角度感测信号；一控制组件，与该感测编码器电讯连接，包括一输入模块、一第一信号模块、一第二信号模块、一主控模块及一输出模块，该输入模块是与该加工机械电性连接并接收来自该加工机械的一指令信号，该信号模块则用以接收该角度感测信号，该第二信号模块与该打刀缸电性连接而接收一定位信号，该指令信号、该角度感测信号及该定位信号是传输至该主控模块，以进行判断该驱动元件与该打刀缸需进行的动作，并经由该输出模块输出一控制信号操控该驱动元件，及通过该第二信号模块反馈一电磁阀信号至该打刀缸；及一感应驱动器，是与该控制组件电讯连接，接收该控制信号并控制该驱动元件的动作状态。

其中，该感测编码器内部设有一磁性元件并自该磁性元件延伸设有一连接轴，该连接轴与该凸轮箱连接并同步带动该磁性元件转动，使该感测元件测得旋转角度并产生该角度感测信号。

为了确实达到自动化控制目的，该主控模块设有一动作处理单元，供以判断于不同角度该驱动元件与该打刀缸的对应动作，且该主控模块设有一异常处理单元，供以判断该角度感测信号与该指令信号，为异常即运行一保护机制。

此外，该输出模块可输出一刀缸角度信号与一结束信号至该加工机械，以随时监控该换刀机构的角度位置与换刀动作的完成状态。

较佳者，该驱动元件为一感应式马达或伺服马达，如三相感应马达或同步伺服马达等，且该感应驱动器为一变频器或伺服驱动，以通过该感应驱动器准确操控该驱动元件，提升该驱动元件的效率与响应速度。

于另一实施态样中，本实用新型更具有一手持设定器，该控制组件并对应该手持设定器设有一监控模块，且该监控模块与该主控模块连通，该手持设定器与该控制组件是通过有线/无线方式连通，以供使用者远距传送该设定信号予该控制组件，且通过该监控模块发送一监控信号予该手持设定器以显示该加工机械的即时状况。

附图说明

图1为本实用新型较佳实施例的方块图。

图2为本实用新型较佳实施例感测编码器的示意图。

图3为本实用新型较佳实施例控制组件的示意图。

图4为本实用新型较佳实施例另一实施态样的方块图。

图5为本实用新型较佳实施例另一实施态样手持设定器的示意图。

附图标记说明：1-自动换刀控制系统;10-感测编码器;101-感应元件;102-磁性元件;103-连接轴;11-控制组件;111-输入模块;112-第一信号模块;113-第二信号模块;114-主控模块;1141-动作处理单元;1142-异常处理单元;115-输出模块;116-警示元件;117-监控模块;12-感应驱动器;13-手持设定器;131-显示屏幕;132-设定按钮;2-加工机械;20-换刀机构;201-驱动元件;202-凸轮箱;203-打刀缸。

具体实施方式

为使贵审查委员能清楚了解本实用新型的内容，仅以下列说明搭配图式，敬请参阅。

请参阅图1、2及3，其为本实用新型较佳实施例的方块图、感测编码器的示意图与控制组件的示意图。本实用新型的自动换刀控制系统1，设置于一加工机械2，并用以控制该加工机械2使其进行自动化换刀操作，该加工机械2并设有一换刀机构20，该换刀机构20包括一驱动元件201、一凸轮箱202与一打刀缸203，该自动换刀系统1包括一感测编码器10、一控制组件11及一感应驱动器12。

该感测编码器10设于该换刀机构20内部，并于该感测编码器10内设有一感应元件101，用以感测该换刀机构20动作时的旋转角度，并获得一角度感测信号，其中，该感测编码器10于内部更设有一磁性元件102，并自该磁性元件102向该感测编码器10外侧延伸设有一连接轴103，该连接轴103与该凸轮箱202连动，使该连接轴103可同步带动该磁性元件102，该感应元件101通过获得该磁性元件102的电压与磁场变化，进一步得知当下的旋转角度，并产生该角度感测信号，其中，该感测编码器10是通过自订高速串列通讯格式与通讯确认信号，可避免噪声干扰及提供断线保护，进而提升该自动换刀系统1的稳定性。特别一提的是，该感测编码器10设置于该换刀机构20内部，除易于组装外，其感应准确度不受该加工机械2运作时的震动或晃动影响，而该连接轴103可稳固地旋转并供予该感应元件101进行相关侦测，且该感应式编码器10是采无段反馈方式回馈信号，而可达到精确度高的功效。

该控制组件11是安装于该加工机械2的一控制箱内，且与该感测编码器10电讯连接，并包括一输入模块111、一第一信号模块112、一第二信号模块113、一主控模块114及一输出模块115，该输入模块111与该加工机械2电性连接并接收来自该加工机械2的一指令信号，如启动或关闭该加工机械2等动作指令，该第一信号模块112是用以接收来自该感测编码器10的该角度感测信号，该第二信号模块113则与该打刀缸203电性连接，用以接收来自该打刀缸203的一定位信号并判断动作时间，该指令信号、该角度感测信号与该定位信号是传输至该主控模块114，由该主控模块114判断该驱动元件与该打刀缸203于特定角度需进行的动作，并经由该输出模块115输出一控制信号，及通过该第二信号模块113反馈一电磁阀信号予该打刀缸203。其中，该主控模块114设有一动作处理单元1141，其用以于接收该角度感测信号后，根据各种操控模式加以判断在不同角度时该驱动元件201与该打刀缸203的对应动作与同步校正，如夹刀动作或松刀动作等，由此可使该打刀缸203输出快速且提升输出的角度精准度，以自动及准确快速地控制该加工机械2的加工制程。此外，该主控模块114更具有一异常处理单元1142，当该第一信号模块112与该输入模块111接分别收到该角度感测信号与该指令信号后是由该异常处理单元1142判断是否异常，为异常时即运行一保护机制，以即时自动处理错误状况并可通过该输出模块115回报，达到自动化管理的目的。如图3所示，其为该控制组件11的示意图，该控制组件11并对应该输入模块111、该第一信号模块112、该第二信号模块113及该输出模块115设有对应的连接口，以进行相关的信号传输。其中，该控制组件11是更设有多个警示元件116，较佳者该多个警示元件116为LED灯，用以显示该加工机械2及该换刀机构20目前的运行状况，且若出现异常状况时，该多个警示元件116亦可通过不同的显示方式提醒作业人员。

其中，该输出模块115更可输出一刀缸角度信号及一结束信号予该加工机械2，于该换刀机构20进行换刀动作时，该输出模块115是可即时传递该刀缸角度信号予该加工机械2，以供作业人员随时掌握该换刀机构的20状态，再者，于该换刀机构20完成换刀动作后，该输出模块115是传输该结束信号予该加工机械2，以供作业人员得知目前已完成换刀动作，由此使作业人员可随时监控整体制程。

该感应驱动器12是与该控制组件11电讯连接，用以接收该控制信号并控制该驱动元件201的动作状态，如该驱动元件201的转速与及正反转状态等，进而控制该打刀缸203的动作。其中，于本实施例中，该驱动元件201为一感应式马达如三相感应马达或一同步伺服马达，该感应驱动器12为一变频器或一伺服驱动器，当该感应驱动器12接收该控制信号后，并进一步调整该驱动元件201进行加速、减速及停止等动作，使该驱动元件201所驱动的凸轮箱202做对应动作，以达到更替刀具的目的并具有响应快与噪音低的优点。

应用时，当人员自该加工机械2输入启动指令后，即可通过该控制组件11驱动该换刀机构20动作，同时该感测编码器10同步侦测该凸轮箱202的旋转角度，并即时发出该角度感测信号予该控制组件11，该控制组件11并通过该主控模块114的该动作处理单元1141判断目前的该打刀缸203的输出状态，以及该驱动元件201的动作状态，自动化控制该换刀机构20，加速制程进行且具有极佳的系统稳定性，针对异常状况亦可通过该异常处理单元1142运行该保护机制，以确保该加工机械2的运作。

请继续参阅图4及5，其为本实用新型较佳实施例另一实施态样的方块图与手持设定器示意图，其中，本实用新型更具有一手持设定器13，该控制组件11并对应该手持设定器13设有一监控模块117，该监控模块117是与该主控模块114连通，该手持设定器13与该控制组件11是通过有线/无线方式连通，供使用者可于远距传送该设定信号至该控制组件11，且通过该监控模块117发送一监控信号予该手持设定器13以显示该加工机械2的即时状况，如该换刀机构20的状态与整体加工程序的进行状态等。

其中，如图5所示，该手持设定器13具有一显示屏幕131与多个设定按钮132，该显示屏幕131可提示使用者相关数值，且使用者是可通过该多个设定按钮132进行操控相关的参数设定，参数的数值亦可显示于该显示屏幕131。

本实用新型的自动换刀控制系统1，是通过该控制组件11提供自动化的控制方式，通过该主控模块114可自动完成该换刀机构20的操控动作且具有高稳定性系统，不须自行撰写对应控制程序以节省加工的前置作业，相较于传统感测系统仅有资讯反馈与显示等功能，本实用新型更具有自动化操控的优点。再者，该感测编码器10为非接触绝对型编码器，并通过该磁性元件102旋转时的变化作为感测依据，除了组装更换容易外，不须于每次重启时调整与归零校正，且具有高精确度的感测效果。此外，该感应驱动器12可有效控制该驱动元件201的动作方式，相较传统利用电源开启与否的电机方式控制，或通过电磁煞车方式调整该驱动元件201的转速及加速减速等，是具有响应快与效率高的优点。

以上所述者，仅为本实用新型的较佳实施例而已，并非用以限定本实用新型实施的范围；故在不脱离本实用新型的精神与范围下所作的均等变化与修饰，皆应涵盖于本实用新型的专利范围内。

Claims (9)

1.一种自动换刀控制系统，其特征在于，是用以控制一加工机械进行自动化换刀操作，该加工机械设有一换刀机构，且该换刀机构包括一驱动元件、一凸轮箱与一打刀缸，该自动换刀控制系统包括：

一感测编码器，设置于该换刀机构内部且于该感测编码器内设有一感应元件，用以感测该换刀机构动作时的旋转角度，并获得一角度感测信号；

一控制组件，与该感测编码器电讯连接，包括一输入模块、一第一信号模块、一第二信号模块、一主控模块及一输出模块，该输入模块与该加工机械电性连接并接收来自该加工机械的一指令信号，该第一信号模块则用以接收该角度感测信号，该第二信号模块与该打刀缸电性连接而接收一定位信号，该指令信号、该角度感测信号及该定位信号是传输至该主控模块，以进行判断该驱动元件与该打刀缸需进行的动作，并经由该输出模块输出一控制信号操控该驱动元件，及通过该第二信号模块反馈一电磁阀信号至该打刀缸；及

一感应驱动器，是与该控制组件电讯连接，接收该控制信号并控制该驱动元件的动作状态，以进行换刀动作。

2.根据权利要求1所述的自动换刀控制系统，其特征在于，该感测编码器内部设有一磁性元件并自该磁性元件延伸设有一连接轴，该连接轴与该凸轮箱连接并同步带动该磁性元件转动，使该感测元件测得旋转角度并产生该角度感测信号。

3.根据权利要求2所述的自动换刀控制系统，其特征在于，该主控模块设有一动作处理单元，供以判断于不同角度该驱动元件与该打刀缸的对应动作与同步校正。

4.根据权利要求3所述的自动换刀控制系统，其特征在于，该主控模块设有一异常处理单元，供以判断该角度感测信号与该指令信号，为异常即运行一保护机制。

5.根据权利要求4所述的自动换刀控制系统，其特征在于，该输出模块输出一刀缸角度信号与一结束信号至该加工机械，以随时监控该换刀机构的角度位置与换刀动作的完成状态。

6.根据权利要求1或5所述的自动换刀控制系统，其特征在于，更具有一手持设定器，该控制组件并对应该手持设定器设有一监控模块，且该监控模块与该主控模块连通，该手持设定器与该控制组件是通过有线/无线方式连通，以供使用者远距传送该设定信号予该控制组件，且通过该监控模块发送一监控信号予该手持设定器以显示该加工机械的即时状况。

7.根据权利要求6所述的自动换刀控制系统，其特征在于，该手持设定器具有一显示屏幕及多个设定按钮。

8.根据权利要求1所述的自动换刀控制系统，其特征在于，该驱动元件为一感应式马达或一同步伺服马达。

9.根据权利要求1所述的自动换刀控制系统，其特征在于，该感应驱动器为一变频器或一伺服驱动器。

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