CN103481099B - 一种安全防撞的数控加工中心换刀控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明基于数控加工中心开放的平台，提供了一种安全防撞的数控加工中心换刀控制方法，在刀库上靠近换刀点的位置安装接近开关，对换刀过程中坐标轴的移动倍率进行钳制，并对坐标轴的换刀扭矩进行实时监控，有效保障了换刀动作的安全进行，可控性好，使换刀故障率大幅降低，有利于提高数控加工中心的加工效率和使用寿命。

Description

一种安全防撞的数控加工中心换刀控制方法

技术领域

本发明涉及一种数控加工中心的控制方法，尤其是涉及一种安全防撞的数控加工中心换刀控制方法。

背景技术

近些年，随着数控加工中心的不断发展，越来越多的复合型设备在加工中心得到运用。刀库是传统机床和数控加工中心的重要区别标志，作为最普遍的配置在数控加工中心上得到使用。刀库，是加工中心储存刀具的设备，按结构主要分为盘式、链式、矩阵式等。刀库是加工中心运行过程中使用最为频繁的设备之一。配置刀库的加工中心，可快速有效地更换主轴上的刀具，免除了人工手动换刀的步骤，能够极大提升加工中心的自动化程度。因此，刀库在高端加工中心中已成为常见的配置设备，也是操作者经常使用的对象，它在数控机床使用中的重要性不言而喻。正是因为高频率地使用刀库，造成刀库结构件、液压管路、阀组等的老化磨损，遗留了不少安全隐患。采用传统的方法进行换刀，特别是在使用存在安全隐患的刀库时，易发生刀具与刀具或刀具与换刀机构等的碰撞，造成刀具、刀库机械手、甚至是加工中心本身的损坏，更严重的造成人身安全事故。因此，开发安全有效的换刀控制方法就显得非常重要，以提高换刀动作的安全性，更好地保护操作者和加工中心，避免损失。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种能够有效保障换刀动作安全进行的安全防撞的数控加工中心换刀控制方法，采用该方法后，数控加工中心换刀动作的可控性增强，换刀故障率大幅降低，有利于提高数控加工中心的加工效率和使用寿命。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种安全防撞的数控加工中心换刀控制方法，包括以下步骤：

1)首先在刀库上靠近换刀点的位置安装接近开关，并设定对X轴进行安全换刀的安全上限扭矩Mx和对Z轴进行安全换刀的安全上限扭矩Mz；

2)确定待换刀的目标刀套及其位置；

3)将机床开机，然后使X轴和Z轴返回至参考点，再完成刀库回零动作，并使机床处于正常工作状态，之后通过刀库上安装的接近开关对主轴上是否有刀具进行确认，若接近开关发出信号，说明主轴上有刀具，则应先中止换刀动作，将刀盘转动到该刀具相对应的刀套位置，然后人工排除故障进行手动还刀，再进行下步步骤；若接近开关没有发出信号，说明主轴上没有刀具，则直接进行下步步骤；

4)发出换刀指令，使X轴和Z轴移动至换刀等待点，并使主轴松开；转动刀盘，当刀盘转动到目标刀套位置后使其停止转动，然后将X轴和Z轴以10～15％的钳制倍率从换刀等待点移动至换刀点位置，移动过程中对X轴和Z轴的换刀扭矩进行实时监控，若X轴的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mx或Z轴的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mz，则机床发出报警，此时应先停止换刀动作，将X轴和Z轴从换刀区域手动移出，排除故障后重新发出换刀指令并重复本步骤的其它操作，直至X轴的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时Z轴的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz后，再进行下步步骤；若X轴的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时Z轴的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz，则直接进行下步步骤；

5)使主轴夹紧，将X轴和Z轴以10～15％的钳制倍率移动并返回至换刀等待点，移动过程中对X轴和Z轴的换刀扭矩进行实时监控，若X轴的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mx或Z轴的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mz，则机床发出报警，此时应先停止换刀动作，将X轴和Z轴从换刀区域手动移出，排除故障后重新发出换刀指令并重复步骤4)和本步骤中的其它操作，直至X轴的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时Z轴的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz后，再进行换刀；若X轴的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时Z轴的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz，则直接进行换刀。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明安全防撞的数控加工中心换刀控制方法，在刀库上靠近换刀点的位置安装接近开关，如果由于人为因素或刀库程序数据储存错误等原因导致换刀前主轴刀套上仍有刀具，根据接近开关发出的报警信号，应先中止换刀动作，人工排除故障进行手动还刀，再进行下步换刀动作，即必须先还旧刀，才能换新刀，从而有效避免撞刀危险。

本发明方法对换刀过程中X轴和Z轴的移动倍率进行钳制，这样机床坐标轴在进入换刀区域时可自动减速，其移动倍率被设置为安全速度，使换刀时坐标轴慢速移动，从而主轴上的刀具能够在无干涉区域运行，并且即使出现刀库与机床发生碰撞的极端情形时，坐标轴的慢速移动也能保证对设备较小的冲击力，将设备的损失降至最低。

本发明方法对X轴进行安全换刀的安全上限扭矩Mx和对Z轴进行安全换刀的安全上限扭矩Mz进行事先设定，同时对坐标轴移动过程中X轴和Z轴的换刀扭矩进行实时监控，这样当机床坐标轴靠近换刀点位置时，如果因刀库位置不正、倾斜等异常情况而导致X轴的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mx或Z轴的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mz时，机床即发出报警，应先停止换刀动作，使各坐标轴停止移动，换刀机构停在当前位置，从而换刀机构得到有效保护。

综上，本发明基于数控加工中心开放的平台，提供了一种安全防撞的数控加工中心换刀控制方法，在刀库上靠近换刀点的位置安装接近开关，对换刀过程中坐标轴的移动倍率进行钳制，并对坐标轴移动过程中的换刀扭矩进行实时监控，有效保障了换刀动作的安全进行，可控性好，使换刀故障率大幅降低，有利于提高数控加工中心的加工效率和使用寿命。

具体实施方式

以下结合实施例对本发明作进一步详细描述。

以配置有圆盘刀库(刀具容量为24把)的数控立车为例，现拟对其3号刀进行换刀，其换刀控制方法包括以下步骤：

1)首先在刀库上靠近换刀点的位置安装接近开关，并设定对X轴进行安全换刀的安全上限扭矩Mx和对Z轴进行安全换刀的安全上限扭矩Mz，将Mx和Mz均设定为3N·m；

2)确定待换刀的3号刀套的位置；

3)将机床开机，然后使X轴和Z轴返回至参考点，再完成刀库回零动作，并使机床处于正常工作状态，之后通过刀库上安装的接近开关对主轴上是否有刀具进行确认，若接近开关发出信号，说明主轴上有刀具，例如2号刀，则先中止换刀动作，将刀盘转动到2号刀套位置，人工排除故障进行手动还刀，再进行下步换刀动作，即必须先还旧刀(即2号刀)，再进行后续的换新刀(即3号刀)操作，以有效避免撞刀危险；若经确认发现接近开关没有发出信号，说明此时主轴上没有刀具，直接进入下步步骤；

4)发出T3M6换刀指令，使Z轴以100％的快移倍率移动至坐标零点，并使X轴以100％的快移倍率移动至坐标-600mm位置(即换刀等待点)，主轴定向完成，使主轴松开；转动刀盘，当刀盘转动到3号刀套位置后停止转动，然后将X轴以15％的钳制倍率移动至坐标-890.67mm位置(即换刀点X轴坐标)，并使Z轴先以15％的钳制倍率移动至-350.87mm位置(即到位前100mm的位置)，再以10％的钳制倍率移动至-450.87mm位置(即换刀点Z轴坐标)，对X轴和Z轴的移动倍率进行钳制后，换刀时坐标轴能够慢速移动，即使出现刀库与机床发生碰撞的极端情形时，坐标轴的慢速移动也能保证较小的冲击力，将设备的损失降至最低；另外，对移动过程中X轴和Z轴的换刀扭矩进行实时监控，若X轴的换刀扭矩超过3N·m或Z轴的换刀扭矩超过3N·m，则机床发出报警，此时先停止换刀动作，将X轴和Z轴从换刀区域手动移出，排除故障后重新发出T3M6换刀指令并重复本步骤的其它操作，直至X轴的换刀扭矩小于3N·m，同时Z轴的换刀扭矩小于3N·m后，再进行下步步骤；若X轴的换刀扭矩小于3N·m，同时Z轴的换刀扭矩小于3N·m，则直接进行下步步骤；

5)使主轴夹紧，使X轴以15％的钳制倍率移动并返回至坐标-600mm位置，同时对移动过程中X轴和Z轴的换刀扭矩进行实时监控，若X轴的换刀扭矩超过3N·m或Z轴的换刀扭矩超过3N·m，则机床发出报警，此时先停止换刀动作，将X轴和Z轴从换刀区域手动移出，排除故障后重新发出T3M6换刀指令并重复步骤4)和本步骤中的其它操作，直至X轴的换刀扭矩小于3N·m，同时Z轴的换刀扭矩小于3N·m后，再进行换刀；若X轴的换刀扭矩小于3N·m，同时Z轴的换刀扭矩小于3N·m，则直接进行换刀。

以上实施例中，刀库上靠近换刀点的位置安装有接近开关，坐标轴的移动倍率被钳制为低速，且坐标轴移动过程中换刀扭矩被实时监控，这些措施有效保障了换刀动作的安全进行，避免了人员和设备的许多不必要的损失，使换刀故障率大幅降低，有利于提高数控加工中心的加工效率和使用寿命。

Claims (1)

1.一种安全防撞的数控加工中心换刀控制方法，其特征在于包括以下步骤：

1)首先在刀库上靠近换刀点的位置安装接近开关，并设定对X轴进行安全换刀的安全上限扭矩Mx和对Z轴进行安全换刀的安全上限扭矩Mz；

2)确定待换刀的目标刀套及其位置；

3)将机床开机，然后使X轴和Z轴返回至参考点，再完成刀库回零动作，并使机床处于正常工作状态，之后通过刀库上安装的接近开关对主轴上是否有刀具进行确认，若接近开关发出信号，说明主轴上有刀具，则应先中止换刀动作，将刀盘转动到该刀具相对应的刀套位置，然后人工排除故障进行手动还刀，再进行下步步骤；若接近开关没有发出信号，说明主轴上没有刀具，则直接进行下步步骤；

4)发出换刀指令，使X轴和Z轴移动至换刀等待点，并使主轴松开；转动刀盘，当刀盘转动到目标刀套位置后使其停止转动，然后将X轴和Z轴以10～15％的钳制倍率从换刀等待点移动至换刀点位置，移动过程中对X轴和Z轴的换刀扭矩进行实时监控，若X轴的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mx或Z轴的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mz，则机床发出报警，此时应先停止换刀动作，将X轴和Z轴从换刀区域手动移出，排除故障后重新发出换刀指令并重复本步骤的其它操作，直至X轴的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时Z轴的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz后，再进行下步步骤；若X轴的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时Z轴的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz，则直接进行下步步骤；

5)使主轴夹紧，将X轴和Z轴以10～15％的钳制倍率移动并返回至换刀等待点，移动过程中对X轴和Z轴的换刀扭矩进行实时监控，若X轴的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mx或Z轴的换刀扭矩超过其安全上限扭矩Mz，则机床发出报警，此时应先停止换刀动作，将X轴和Z轴从换刀区域手动移出，排除故障后重新发出换刀指令并重复步骤4)和本步骤中的其它操作，直至X轴的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时Z轴的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz后，再进行换刀；若X轴的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mx，同时Z轴的换刀扭矩小于其安全上限扭矩Mz，则直接进行换刀。