伺服電機驅動的換刀設備的製作方法

2023-05-23 22:19:26

本實用新型屬於數控工具機領域，具體提供一種伺服電機驅動的換刀設備。

背景技術：

目前刀庫都是通過異步電機安裝減速機帶動凸輪結構進行換刀，通過多個接近開關進行判定並進行信息反饋，例如有數刀的接近開關、刀套到位接近開關、機械手持刀接近開關、機械手復位接近開關等，由於接近開關的定位精度不高，如果數刀接近開關出現問題就會出現亂刀現象，如果機械手接近開關出現問題會有掉刀現象。

相應地，本領域需要一種新的換刀設備來解決上述問題。

技術實現要素：

為了解決現有技術中的上述問題，即為了解決現有換刀設備容易出現亂刀和掉刀的問題，本實用新型提供了一種伺服電機驅動的換刀設備，該換刀設備包括立柱、可旋轉地設置在所述立柱上的刀倉以及可旋轉地設置在所述立柱上的機械手，所述刀倉用於放置刀具，所述機械手用於更換刀具；所述立柱上設置有第一伺服電機，所述第一伺服電機用於驅動所述刀倉旋轉；所述換刀設備還包括第一編碼器，所述第一編碼器設置在所述第一伺服電機上，所述第一編碼器用於精確定位所述刀倉上每把刀具的位置。

在上述換刀設備的優選技術方案中，所述立柱上設置有第二伺服電機，所述第二伺服電機用於驅動所述機械手旋轉。

在上述換刀設備的優選技術方案中，所述換刀設備還包括第二編碼器，所述第二編碼器設置在所述所述第二伺服電機上，用於精確定位所述機械手的轉動位置。

在上述換刀設備的優選技術方案中，所述第一編碼器是絕對值編碼器。

在上述換刀設備的優選技術方案中，所述第一編碼器是編碼精度為23位的絕對值編碼器。

在上述換刀設備的優選技術方案中，所述第二編碼器是絕對值編碼器。

在上述換刀設備的優選技術方案中，所述第二編碼器是編碼精度為23位的絕對值編碼器。

在上述換刀設備的優選技術方案中，所述機械手是單臂雙爪迴轉式機械手。

在上述換刀設備的優選技術方案中，所述換刀設備通過所述立柱與數控工具機固定連接。

在上述換刀設備的優選技術方案中，所述換刀設備上設置有吊耳，所述吊耳用於吊裝所述換刀設備。

本領域技術人員能夠理解的是，在本實用新型的優選技術方案中，通過在立柱上設置驅動刀倉旋轉的第一伺服電機和驅動機械手旋轉的第二伺服電機，設置用於精確定位刀倉上每把刀具位置的第一編碼器和用於精確定位機械手換刀位置的第二編碼器，第一編碼器和第二編碼器優選地都是23位精度的絕對值編碼器，使得數控工具機在換刀時，不會出現掉刀和亂刀的現象，同時由於伺服電機的轉速可以分階段調節，使得數控工具機的換刀動作更加快速。

附圖說明

圖1是本實用新型的換刀設備的第一等軸側視圖；

圖2是本實用新型的換刀設備的第二等軸側視圖。

具體實施方式

下面參照附圖來描述本實用新型的優選實施方式。本領域技術人員應當理解的是，這些實施方式僅僅用於解釋本實用新型的技術原理，並非旨在限制本實用新型的保護範圍。例如，雖然說明書是結合附圖對圓盤型的刀庫即刀倉和單臂雙爪迴轉式機械手作為優選實施方式進行詳細說明的，但是很明顯本實用新型的技術原理適用於任何形式的刀庫和機械手組合，本領域技術人員可以根據需要對其作出調整，以便適應具體的應用場合。

需要說明的是，在本實用新型的描述中，術語「中心」、「上」、「下」、「左」、「右」、「豎直」、「水平」、「內」、「外」等指示的方向或位置關係的術語是基於附圖所示的方向或位置關係，這僅僅是為了便於描述，而不是指示或暗示所述裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構造和操作，因此不能理解為對本實用新型的限制。此外，術語「第一」、「第二」、「第三」僅用於描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

此外，還需要說明的是，在本實用新型的描述中，除非另有明確的規定和限定，術語「安裝」、「相連」、「連接」應做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內部的連通。對於本領域技術人員而言，可根據具體情況理解上述術語在本實用新型中的具體含義。

如圖1和圖2所示，本實用新型的換刀設備包括：立柱1、刀倉2、第一伺服電機3、機械手4和第二伺服電機5。優選地，機械手4採用單臂雙爪迴轉式機械手，機械手4的兩端設置有手爪41；刀倉2為圓盤型結構。刀倉2設置在立柱1的一側，機械手4設置在立柱1的另一側，並且當手爪41旋轉到刀倉2所在立柱1的的一側時，手爪41能夠從刀倉2上取下刀具或者將刀具放置到刀倉2上。

繼續參閱圖1和圖2，第一伺服電機3安裝在立柱1的上端(圖1和圖2中所示立柱1的上端)，並且第一伺服電機3能夠驅動刀倉2旋轉；第二伺服電機5安裝在機械手4的上方(圖1和圖2中所示機械手4的上端)，並且第二伺服電機5能夠驅動機械手4旋轉。由於伺服電機採用閉環系統進行控制，即伺服電機本身具備發出脈衝的功能，當伺服電機接收到控制系統發送的1個脈衝時，就會旋轉1個脈衝對應的角度，從而實現位移，並且伺服電機每旋轉一個角度，都會發出對應數量的脈衝，使得第一伺服電機3能夠準確地控制刀倉2旋轉的角度和速度，使得第二伺服電機5能夠對應地準確控制機械手4旋轉的角度和速度。

優選地，第一伺服電機3上設置有第一編碼器(圖中未示出)。第一編碼器用於精確地定位刀倉2上每把刀具的位置，防止出現定位誤差。更優選地，第一編碼器採用具有23位精度的絕對值編碼器，或者本領域技術人員可以根據具體情況採用其他形式和定位精度的編碼器，只要保證刀倉2上的刀具能夠被精確定位而不會出現亂刀現象即可。

優選地，第二伺服電機5上設置有第二編碼器(圖中未示出)。第二編碼器用於精確地定位機械手4的換刀位置，防止機械手4出現定位誤差。更優選地，第二編碼器採用具有23位精度的絕對值編碼器，或者本領域技術人員可以根據具體情況採用其他形式和定位精度的編碼器，只要保證機械手4能夠被精確定位而不會出現掉刀現象即可。

如圖1和圖2所示，立柱1上設置有螺紋孔，使得立柱1能夠通過螺栓固定到數控工具機上，或者本領域的技術人員也可以採用其他連接方式，例如，直接將立柱1固定到地面上並使其與數控工具機保持一個合適的距離，以便於刀具的更換。進一步，立柱1上還設置有吊耳11，吊耳11用於吊裝換刀設備，以便於換刀設備的安裝和移動。

綜上所述，當工具機需要換刀時，控制系統通過第一編碼器獲得目標刀具距離當前換刀位置的角度距離，進而向第一伺服電機3發出換刀指令，使得第一伺服電機3正轉或反轉(朝目標刀具與換刀位置夾角較小的方向轉動)，當目標刀具旋轉到換刀位置時，第一伺服電機3停止轉動；此時第二伺服電機5驅動機械手4旋轉，當機械手4旋轉到換刀位置時第二伺服電機5停止轉動，手爪41從刀倉2上將目標刀具取下並抓緊，進而第二伺服電機5驅動機械手4旋轉使目標刀具旋轉至工具機主軸處並將目標刀具安裝到工具機主軸上。

本領域技術人員能夠理解的是，驅動刀倉2旋轉使得目標刀具到達換刀位置的旋轉方向也可以是一個，以便於控制系統進行控制。

需要說明的是，第一伺服電機3和第二伺服電機5從開始轉動到停止轉動，都是通過控制系統發出的脈衝信號進行控制，並將自身產生的脈衝信號反饋給控制系統，以此來使刀倉2和機械手4轉動到位。第一編碼器只是對刀倉2上的每一把刀具的位置進行精確標記，並將刀具位置信息反饋給控制系統。第二編碼器只是對機械手4的換刀位置進行精確標記，並將機械手4的換刀位置反饋給控制系統。因此，第一伺服電機3、第一編碼器、第二伺服電機5和第二編碼器的使用代替了現有技術中的接近開關，使得刀倉2和機械手4在旋轉時能夠快速、準確地更換刀具。或者本領域技術人員也可以通過第一編碼器監測刀倉2上的目標刀具旋轉、到位情況，通過第二編碼器監測機械手4的旋轉、到位情況。

本領域技術人員能夠理解的是，由於伺服電機的轉速可以控制，具有較大的轉矩以及較好的制動效果，所以在刀倉2上的目標刀具到達換刀位置之前，第一伺服電機3可以以較快的轉速轉動，當目標刀具接近換刀位置時，第一伺服電機3再進行減速；在機械手4到達換刀位置之前，第二伺服電機5也可以以較快的轉速轉動，當機械手4接近目標刀具時，第二伺服電機再進行減速。

至此，已經結合附圖所示的優選實施方式描述了本實用新型的技術方案，但是，本領域技術人員容易理解的是，本實用新型的保護範圍顯然不局限於這些具體實施方式。在不偏離本實用新型的原理的前提下，本領域技術人員可以對相關技術特徵作出等同的更改或替換，這些更改或替換之後的技術方案都將落入本實用新型的保護範圍之內。