[发明专利]一种智能型数控机床换刀机械手及其操作方法

说明书

技术领域

 本发明涉及一种机械手换刀装置，具体是涉及一种智能型数控机床换刀机械手及其操作方法，是数控机床的辅助设备，具体地说是由气缸驱动的直线运动机构和步进电机驱动的旋转运动自动换刀机械手。

背景技术

目前，很多中小型企业没有使用加工中心，换刀基本上靠人工；现有许多换刀装置完全实现了换刀动作，但价格昂贵，且基本全部使用有线通信控制，还或多或少存在不适用和不经济性(凸轮传动、微电脑控制、伺服电机、液压传动等)。对比现有的一些专利可以明显看出这一点，根据中华人名共和国知识产权局专利检索可知，(1)专利名称：立卧复合式换刀装置(申请号：200820014416．9)，该实用新型提供了一种机加工设备的换刀装置，包括支架和与支架转轴连接的水平转动体，水平转动油缸，回转油缸，定位油缸等结构。与水平转动体轴连接有竖直转动提，在水平转动提上设有竖直转动油缸，回转油缸安装在竖直转动提上，使机械手转动。该专利使用油缸驱动，使用以及维护成本较高，结构复杂，零件较多，导致体积相对庞大。(2)专利名称：凸轮式立卧两用换刀机械手(专利号：03218445．

x)，凸轮式立卧两用换刀机械手主要由凸轮机构、立卧转换机构、支撑部件、两个机械手、滑动直线导轨、气缸、底版、伺服电动机等组成。使用伺服电动机带动凸轮机构中的轴转动，在凸轮机构上设有两个从动件，一个从动件带动支撑部件中的底板，实现横向运动；另一个从动件带动支撑部件中的底板，实现纵向移动。该专利使用凸轮机构和伺服电机，凸轮机构的从动件承重较大，本身凸轮机构易磨损，精度降低快，机械手的使用寿命难以保证，且更换或维护成本比较高；(3)专利名称：机床自动换刀装置(申请号：200720073669．9)，是一种机床自动换刀装置，包括由微电脑控制器控制的主轴、主轴下方连接的夹头、由多个刀座连接成排的刀库，微电脑控制器动作。该专利控制部分采用微电脑控制器，控制成本较高，适用于大型刀库的换刀，不适合少量刀具的频繁换刀的数控机床专用加工。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用刀具较少，但需频繁换刀的一种智能型数控机床换刀机械手及其操作方法，且使用无线通信控制，气压传动，清洁便捷，易于扩展。对加工尺寸较大，工序比较集中的零件来说，加工过程中需要频繁更换刀具时，自动换刀装置的成本很高，普通中小企业很难接受；控制系统，有线通信存在连线多，易出故障，安装较繁琐，布线不便；管理复杂，灵活性欠佳；不便于设备扩充。本发明克服了现有技术的不足。

    本发明的一种智能型数控机床换刀机械手及其操作方法通过下支座安装在刀库和数控机床刀架之间，使用机械手步进电机和涡轮蜗杆减速器带动上支架上的中臂来实现机械手竖直平面内的旋转；中臂上装有中臂气缸带动前臂滑道沿中臂方向伸缩来实现装卸刀动作；前臂滑道上装有前臂气缸带动前臂滑块沿前臂方向伸缩，配合前臂滑块上的手爪夹持气缸来实现抓刀动作；刀库通过刀库步进电机和涡轮蜗杆减速器来实现转动；机械手和刀库通过PLC控制模块202来控制，PLC控制模块202与数控机床通过usB接口实现通信；通过可移动掌上控制器20l来无线控制PLC控制模块202，其通信是通过可移动蓝牙模块和机械手蓝牙模块来实现。

    本发明的有益效果有：

    (1)将换刀机械手用于数控机床，可以减少安装、调整刀具的辅助工作时间，提高制造企业特别是中小制造企业的生产效率，降低生产成本。

    (2)本机械手相对于其它同类产品，制造成本较低，价格相对便宜，在当前中小企业的迫切需求下，其应用前景非常广阔。

    (3)机械手滑动部分采用直线导轨，l这样可以保证机械手的精确抓刀寿命，维护成本低。

    (4)控制系统采用了无线收发模块，去除了传统网络中的传输线缆，利用微波、射频(RF)等无线技术构成网络，越空收发数据，这就解决了连线多，易出故障，安装较繁琐，布线不便的问题；

    (5)控制系统具有良好的可扩展性，每增加一台数控设备，只需将一块下位无线数据通信卡插入该数控设备通信串口即可实现通信，不必扩展主控计算机的通信接口。

附图说明     

    图l是一种智能型数控机床换刀机械手换刀示意图

    图2是一种智能型数控机床换刀机械手总装图

    图3是刀库总装图

    图4是自动换刀系统流程图

    图5是换刀机械手蓝牙控制原理图