一种数控机床自适应快速换刀方法、系统及存储介质与流程

本发明涉及数控机床自动换刀控制，尤其涉及一种数控机床自适应快速换刀方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、数控机床通常配置刀库和换刀机械手，以根据加工程序完成主轴与刀库之间的刀具交换。由于不同刀具在重量等负载特性方面存在差异，换刀机械手在交换不同刀具时所承受的负载也不同，换刀速度会直接影响机床的换刀效率和运行安全。

2、现有换刀方式中，部分机床通常按照较重刀具对应的安全条件统一设定机械手运行速度，使较轻刀具也按照相同的较低速度完成交换，容易增加不必要的换刀时间。也有部分方式由操作人员预先判断刀具重量或重量等级并录入数控系统，再根据录入结果选择对应的机械手运行速度，但该方式较依赖人工判断和数据输入的准确性。

3、当数控系统不能根据当前刀具的实际负载特性自动确定相匹配的机械手运行速度时，通常只能在换刀效率和换刀安全之间进行保守取舍。统一采用较低速度会限制轻载刀具的换刀效率，而人工分类或录入错误又可能使较重刀具采用不适宜的较高运行速度，从而增加换刀冲击、夹持不稳定或刀具掉落的风险。

4、此外，在多刀具连续加工过程中，刀具负载信息还需要与具体刀具保持稳定对应。若刀具负载数据与刀号之间缺少可靠关联，或者正常换刀时仍需反复进行人工判断和参数设置，容易增加数据维护工作，并影响不同换刀过程中的参数调用一致性。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术中的难以根据刀具实际负载特性自动确定相匹配的机械手运行速度，导致换刀效率与换刀安全性难以兼顾，且依赖人工判断和录入刀具负载信息问题，而提出的一种数控机床自适应快速换刀方法、系统及存储介质。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种数控机床自适应快速换刀方法，应用于换刀机械手由变频电机或伺服电机驱动的数控机床，包括如下步骤：

3、在待建档刀具安装于数控机床的主轴后，通过可编程机床控制器获取所述待建档刀具对应的刀号，并控制用于驱动所述主轴旋转的主轴电机由停止状态启动至预设检测转速；

4、获取所述主轴电机由停止状态启动至所述预设检测转速过程中的主轴电机负载信号，并确定所述主轴电机负载信号在所述启动过程中的负载最大值；

5、将所述负载最大值与预先存储的负载分类数据进行比较，根据比较结果确定所述待建档刀具对应的刀具负载类别，并将所述刀具负载类别与所述刀号对应存储；

6、预先建立不同刀具负载类别与不同机械手运行速度之间的对应关系，其中，较低刀具负载类别对应的机械手运行速度高于较高刀具负载类别对应的机械手运行速度；

7、在执行换刀时，通过所述可编程机床控制器根据待交换刀具的刀号读取对应的刀具负载类别，并根据所述对应关系确定与所述刀具负载类别对应的目标机械手运行速度；

8、按照所述目标机械手运行速度控制所述换刀机械手执行刀具交换。

9、本发明还提供一种数控机床自适应快速换刀系统，包括主轴、用于驱动所述主轴旋转的主轴电机、主轴驱动器、数控系统、刀具数据存储单元、机械手驱动器以及换刀机械手，所述机械手驱动器为变频驱动器或伺服驱动器；

10、所述数控系统包括可编程机床控制器，所述可编程机床控制器被配置为：

11、在待建档刀具安装于所述主轴后，获取所述待建档刀具对应的刀号，并控制所述主轴电机由停止状态启动至预设检测转速；

12、获取所述主轴电机在由停止状态启动至所述预设检测转速过程中的主轴电机负载信号，并确定所述主轴电机负载信号的负载最大值；

13、根据所述负载最大值与预先存储的负载分类数据的比较结果确定所述待建档刀具的刀具负载类别，并将所述刀具负载类别与所述刀号对应存储于所述刀具数据存储单元；

14、在执行换刀时，根据待交换刀具的刀号读取对应的刀具负载类别，根据预先建立的刀具负载类别与机械手运行速度之间的对应关系确定目标机械手运行速度，并通过所述机械手驱动器按照所述目标机械手运行速度驱动所述换刀机械手执行刀具交换。

15、本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被数控机床的数控系统执行时，使所述数控系统执行上述的数控机床自适应快速换刀方法。

16、本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

17、本发明获取主轴电机启动过程中的负载信息，根据所述负载信息确定刀具负载类别，将所述刀具负载类别与刀号对应存储，并在换刀时根据待交换刀具的刀号读取对应类别以确定机械手运行速度，能够减少人工判断和录入，并使不同负载刀具匹配相应的换刀速度，从而兼顾换刀效率和换刀安全性。

18、本发明将刀具负载类别与刀号建立关联，并在刀具完成建档后的正常换刀过程中根据刀号直接读取已存储的刀具负载类别，能够减少同一刀具重复判断和重复设置换刀参数，适用于多刀具连续加工场景。

19、本发明根据主轴电机启动过程中的负载最大值与预设的负载分类数据确定刀具负载类别，并将分类结果写入与相应刀号对应的数据区域，能够使刀具负载分类具有明确的数据依据，并提高刀具类别与具体刀具对应关系的可靠性。

20、本发明根据不同刀具负载类别调用对应的机械手运行速度等级，并由可编程机床控制器控制机械手驱动器按照相应速度等级运行，能够提高不同换刀过程中的运行参数调用一致性，并减少人工调整机械手运行参数的操作。

1.一种数控机床自适应快速换刀方法，其特征在于，应用于换刀机械手由变频电机或伺服电机驱动的数控机床，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的数控机床自适应快速换刀方法，其特征在于，所述负载分类数据包括至少一个负载分类阈值，所述至少一个负载分类阈值将主轴电机负载划分为至少两个负载区间，每一所述负载区间对应一个刀具负载类别；

3.根据权利要求2所述的数控机床自适应快速换刀方法，其特征在于，所述刀具负载类别按照刀具负载由小至大的顺序划分为至少两个等级；

4.根据权利要求3所述的数控机床自适应快速换刀方法，其特征在于，所述可编程机床控制器将确定得到的刀具负载类别写入数控系统中与所述刀号对应的数据存储区域，以建立所述刀号与所述刀具负载类别之间的关联关系。

5.根据权利要求4所述的数控机床自适应快速换刀方法，其特征在于，对于已经建立所述关联关系的刀具，在正常加工过程执行换刀时，所述可编程机床控制器根据待交换刀具的刀号从所述数据存储区域读取对应的刀具负载类别，并根据所读取的刀具负载类别调用对应的机械手运行速度。

6.根据权利要求5所述的数控机床自适应快速换刀方法，其特征在于，所述机械手运行速度以多个速度等级预先存储于数控系统中；

7.一种数控机床自适应快速换刀系统，其特征在于，包括主轴、用于驱动所述主轴旋转的主轴电机、主轴驱动器、数控系统、刀具数据存储单元、机械手驱动器以及换刀机械手，所述机械手驱动器为变频驱动器或伺服驱动器；

8.根据权利要求7所述的数控机床自适应快速换刀系统，其特征在于，所述数控系统中预先存储有多个机械手运行速度等级；

9.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被数控机床的数控系统执行时，使所述数控系统执行权利要求1至6任一项所述的数控机床自适应快速换刀方法。