一种雕刻机的自动换刀装置及换刀方法与流程

1.本发明涉及一种雕刻机的自动换刀装置及换刀方法。


背景技术：

2.石雕作为一门艺术，是石材与雕刻艺术的完美结合，具有悠久的历史。石雕的发展记录了世界文明的发展，展现了精湛的民间技艺，是一种历史文化的传承。此外，石雕还具有很高的经济价值，加工完成的石雕艺术品与原石相比其价值可能会有百倍甚至千倍的提升。近年来随着生活水平的提高，石材制品越来越多地被用于园林及建筑装饰行业，人们对石雕制品的需求出现前所未有的增长，市场对异型石材制品的种类、形状和精度的要求也越来越高。
3.石雕的加工方式大致可以分为三种：全手工雕刻、半自动化雕刻以及全自动化雕刻。全手工雕刻的加工方法所需劳动强度大、加工效率低。目前大多数石材雕刻企业采用全手工加工配合半自动化加工，在保证加工质量的基础上大幅度节省了人力劳动，提高了加工效率，但仍存在时间长、质量不稳定及危害加工人员身体健康等问题。近年来，传统的石雕加工方法面临诸多困境，整个石雕行业出现雕刻人员紧张的现象。随着制造技术不断升级，越来越多的企业开始尝试全自动雕刻方法。
4.近年来越来越多的工业机器人投入到石材加工领域，可以实现对石材进行雕刻、锯切、铣削和搬运等操作。相对以上两种设备，石材加工机器人具有较高的自由度数，可以在三维空间内实现位置和姿态的任意转换，大大拓宽了其加工范围。如中国申请号为201810297301.3、专利名称为一种机器人雕刻加工立体异型石材的方法及系统的发明专利，其采用六轴串联机器人配合旋转工作台，再结合相应的软件实现对立体异型石材的雕刻加工。
5.然而六轴机械臂在进行石材雕刻的过程中需要针对不同加工阶段使用不同的刀具，频繁的进行刀具的更换，现有的石材雕刻六轴机器人人工换刀需从刀具库中人工取出刀具，再将六轴机械臂调整至一定位置再手动开关气阀进行刀具更换，未实现刀具库与六轴机械臂联动不利于自动化的生产过程。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种雕刻机的自动换刀装置及换刀方法，其克服了背景技术所存在的不足。本发明解决其技术问题所采用的技术方案之一是：
7.一种雕刻机的自动换刀装置，它包括六轴机械臂和刀具库，所述六轴机械臂设有主轴，所述刀具库包括支架、若干个可存储刀具的刀具工位和至少一个可拆卸主轴上刀具的卸刀工位，所述刀具工位和卸刀工位均设置在支架上，若主轴上未设置刀具，则六轴机械臂带动主轴移动至对应的刀具工位处进行刀具安装；若主轴上设置有刀具，则六轴机械臂带动主轴移动至卸刀工位进行卸刀操作后再移动至对应的刀具工位处进行刀具安装。
8.一较佳实施例之中：刀具包括上下依次连接的拉丁、连接部和刀柄，所述拉丁与主
轴可分离的连接，所述刀具工位设置有定位块，定位块设置有第一连接配合部，通过连接部与第一连接配合部可分离的连接配合以将刀具定位在刀具工位处。
9.一较佳实施例之中：所述连接部呈环形，在环形连接部外周设置有上下贯穿的内凹槽，所述第一连接配合部包括具有开口且呈弧形的第一定位凹槽，且在第一定位凹槽槽壁处设置有第一凸块，所述连接部靠抵在第一定位凹槽处且第一凸块与内凹槽相插接配合以对刀具进行周向限位。
10.一较佳实施例之中：所述第一定位凹槽的开口端处设置有第一直插脚，所述连接部的外周还设有横向延伸的横向凹槽，所述第一直插脚卡入横向凹槽内以对刀具进行轴向限位。
11.一较佳实施例之中：所述内凹槽设有两个且对称布置；所述横向凹槽横向贯通连接部的外周且与内凹槽相连通；所述第一直插脚设有两个且分别位于第一定位凹槽开口处的两个端部。
12.一较佳实施例之中：所述卸刀工位设置有卸刀块，所述卸刀块设置有第二连接配合部，通过连接部与第二连接配合部可分离的连接配合以将刀具定位在卸刀工位处。
13.一较佳实施例之中：还包括遮盖组件，该遮盖组件包括盖体和盖体驱动电机，所述盖体驱动电机安装在支架上，所述盖体转动装接在支架且可盖置在若干个刀具工位上方，该盖体与盖体驱动电机传动连接。
14.一较佳实施例之中：还包括解锁工位，该解锁工位设置在支架上，当刀具之拉丁与主轴卡死时所述主轴可与解锁工位相撞击配合以将刀具与主轴脱离。
15.一较佳实施例之中：若干个刀具工位并排间隔布置，所述卸刀工位靠近最侧边的刀具工位。
16.本发明解决其技术问题所采用的技术方案之二是：
17.一种雕刻机的自动换刀装置的换刀方法，包括：
18.刀具工位处放置有对应的刀具：
19.步骤10，六轴机械臂将主轴靠近刀具库，并将主轴处于垂直位置；
20.步骤20，判断主轴中是否有刀具，若有，则执行卸刀步骤30，若无，则执行装刀步骤40；
21.步骤30，将主轴靠近卸刀工位，并将刀具置于卸刀工位处进行卸刀操作，此时主轴空出装刀位置，再进行步骤40；
22.步骤40，将主轴移动至对应的刀具工位处，再将主轴与对应刀具的拉丁相对应并向下移动主轴以将拉丁插入主轴内，便完成刀具的安装。
23.一较佳实施例之中：在步骤20中，若主轴中有刀具，且刀具阻塞在主轴内，则六轴机械臂将主轴移动至解锁工位处并将主轴撞击解锁工位一至三次，若撞击后刀具与主轴恢复至正常连接状态，则停止撞击，接着将主轴移动至卸刀工位进行卸刀操作；若撞击后刀具仍阻塞于主轴内，则继续撞击三次，若三次撞击后仍处于阻塞状态，则进入警报状态，需手动移除刀具。
24.本技术方案与背景技术相比，它具有如下优点：
25.1.通过六轴机械臂与刀具库的结合，可进行自动换刀操作，省去了繁琐的人工控制环节，提高了自动化加工效率。
26.2.刀具工位设置有定位块，定位块设置有第一连接配合部，通过连接部与第一连接配合部可分离的连接配合以将刀具定位在刀具工位处，实际操作过程中，只需将主轴移动至刀具工位处并与刀具进行插接配合便可完成刀具的安装，刀具安装极其方便。
27.3.连接部靠抵在第一定位凹槽处且第一凸块与内凹槽相插接配合以对刀具进行周向限位，可避免在刀具安装过程中刀具的周向转动。
28.4.所述第一直插脚卡入横向凹槽内以对刀具进行轴向限位，可避免刀具从刀具工位处掉落。
29.5.通过连接部与第二连接配合部可分离的连接配合以将刀具定位在卸刀工位处，使得卸刀操作时刀具与卸刀工位可进行定位。
30.6.盖体转动装接在支架且可盖置在若干个刀具工位上方，盖体可对刀具工位处的刀具进行遮盖，可避免刀具丢失，也可保护刀具。
31.7.当刀具之拉丁与主轴卡死时所述主轴可与解锁工位相撞击配合以将刀具与主轴脱离，该解锁工位可避免出现无法自动卸刀的情况发生。
附图说明
32.下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
33.图1绘示了一较佳实施例的一种雕刻机的自动换刀装置的整体示意图。
34.图2绘示了一较佳实施例的刀具的结构示意图。
35.图3绘示了一较佳实施例的定位块的结构图。
36.图4绘示了一较佳实施例的主轴与刀具的装配示意图。
37.图5绘示了一较佳实施例的定位块与刀具的装配示意图。
具体实施方式
38.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
39.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，对于方位词，如使用术语“中心”、“横向”、“纵向”、“水平”、“垂直”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顺时针”、“逆时针”等指示方位或位置关系乃基于附图所示的方位和位置关系，且仅是为了便于叙述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或以特定的方位构造和操作，所以也不能理解为限制本发明的具体保护范围。
40.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“固接”、“固定连接”，应作广义理解，即两者之间没有位移关系和相对转动关系的任何连接方式，也就是说包括不可拆卸的固定连接、可拆卸的固定连接、连为一体以及通过其他装置或元件固定连接。
41.本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”、以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。
42.请查阅图1至图5，一种雕刻机的自动换刀装置的一较佳实施例，所述的一种雕刻机的自动换刀装置，它包括六轴机械臂10和刀具库20。
43.所述六轴机械臂10设有主轴11。如图1所示，该六轴机械臂10包括第一机械臂轴12、第二机械臂轴13和第三机械臂轴14，第二机械臂轴13可相对第一机械臂轴12在水平方向上进行360度转动，也可在竖直方向上360度转动，第三机械臂轴14可相对第二机械臂轴13在竖直方向上360转动。所述主轴11固接第三机械臂轴14上且垂直布置。该六轴机械臂10的具体结构为现有技术，不再赘述。
44.所述刀具库20包括支架、若干个可存储刀具30的刀具工位和至少一个可拆卸主轴11上刀具的卸刀工位。所述刀具工位和卸刀工位均设置在支架上，若主轴11上未设置刀具30，则六轴机械臂10带动主轴11移动至对应的刀具工位处进行刀具安装；若主轴11上设置有刀具30，则六轴机械臂10带动主轴11移动至卸刀工位进行卸刀操作后再移动至对应的刀具工位处进行刀具安装。
45.如图1所示，该支架包括支撑脚21和固接在支撑脚21底端的支撑横杆22。
46.本实施例中，如图1所示，刀具工位设有十个且并排间隔布置，所述卸刀工位设有一个且靠近最左侧边的刀具工位。
47.本实施例中，如图2所示，刀具30包括上下依次连接的拉丁31、连接部32和刀柄33，所述拉丁31与主轴11可分离的连接，该拉丁31呈圆锥形，刀柄33呈圆柱形。不同的刀具30，其刀柄33可具有不同的形状。具体的，如图2所示，所述连接部32呈环形，在环形连接部外周设置有上下贯穿的内凹槽34。所述连接部32的外周还设有横向延伸的横向凹槽35。且，所述内凹槽34设有两个且对称布置；所述横向凹槽35横向贯通连接部32的外周且与内凹槽34相连通。
48.刀具30与主轴11的配合关系如图4和图5所示，主轴11底端面设有装配孔(图中未示出)，该装配孔与拉丁31的形状相适配，当拉丁31与装配孔相正对时可移动主轴11将拉丁31插入至装配孔内直至连接部32靠抵在装配孔端面，此时，连接部32和刀柄33均位于装配孔外。拉丁31与装配孔之间可通过过盈配合进行固定；或者，二者之间也可采用其他可快拆的连接方式进行固定，不以此为限。
49.所述刀具工位设置有定位块40，定位块40设置有第一连接配合部，通过连接部32与第一连接配合部可分离的连接配合以将刀具30定位在刀具工位处。刀具工位设置有定位块40，定位块40设置有第一连接配合部，通过连接部32与第一连接配合部可分离的连接配合以将刀具30定位在刀具工位处，实际操作过程中，只需将主轴11移动至刀具工位处并与刀具30进行插接配合便可完成刀具的安装，刀具30安装极其方便。
50.具体的，如图3所示，所述第一连接配合部包括具有开口且呈弧形的第一定位凹槽41，且在第一定位凹槽41槽壁处设置有第一凸块42，所述连接部32靠抵在第一定位凹槽41处且第一凸块42与内凹槽34相插接配合以对刀具30进行周向限位。为了方便刀具30的内凹槽34与第一凸块42进行对位，可将第一凸块42设置在第一定位凹槽41的中心处。连接部32靠抵在第一定位凹槽41处且第一凸块42与内凹槽34相插接配合以对刀具30进行周向限位，可避免在刀具30安装过程中刀具30的周向转动。
51.本实施例中，所述第一定位凹槽41的开口端处设置有第一直插脚43，所述第一直插脚43卡入横向凹槽35内以对刀具30进行轴向限位。所述第一直插脚43卡入横向凹槽35内以对刀具30进行轴向限位，可避免刀具30从刀具工位处掉落。本实施例中，所述第一直插脚43设有两个且分别位于第一定位凹槽41开口处的两个端部。
52.本实施例中，所述卸刀工位设置有卸刀块50，所述卸刀块50设置有第二连接配合部，通过连接部32与第二连接配合部可分离的连接配合以将刀具30定位在卸刀工位处。通过连接部32与第二连接配合部可分离的连接配合以将刀具30定位在卸刀工位处，使得卸刀操作时刀具30与卸刀工位可进行定位。该卸刀块50的结构与定位块40的结构完全相同，该卸刀块50设有第二定位凹槽51，第二定位凹槽51设有第二凸块52，第二定位凹槽51的两个开口端部均设有第二直插脚53。
53.本实施例中，该换刀装置还包括遮盖组件，该遮盖组件包括盖体60和盖体驱动电机61，所述盖体驱动电机61安装在支架的支撑脚21上，所述盖体60转动装接在支架的支撑横杆22且可盖置在若干个刀具工位上方，该盖体60与盖体驱动电机61传动连接。盖体60转动装接在支架的支撑横杆22且可盖置在若干个刀具工位上方，盖体60可对刀具工位处的刀具30进行遮盖，可避免刀具30丢失，也可保护刀具30。
54.本实施例中，该换刀装置还包括解锁工位，该解锁工位设置在支架的支撑横杆22上，当刀具之拉丁31与主轴11卡死时所述主轴11可与解锁工位相撞击配合以将刀具30与主轴11脱离。实际设计过程中，该解锁工位可与卸刀工位共用，也即，主轴11可与卸刀工位进行撞击进行解锁。或者，也可额外设置一个解锁工位。
55.该自动换刀装置的换刀方法，包括：
56.十个刀具工位处均放置有对应的刀具30：
57.步骤10，六轴机械臂10将主轴11靠近刀具库20，并将主轴11处于垂直位置；
58.步骤20，判断主轴11中是否有刀具30，若有，则执行卸刀步骤30，若无，则执行装刀步骤40；
59.且，在步骤20中，若主轴11中有刀具30，且刀具30阻塞在主轴11内，则六轴机械臂10将主轴11移动至解锁工位处并将主轴11撞击解锁工位一至三次，若撞击后刀具30与主轴11恢复至正常连接状态，则停止撞击，接着将主轴11移动至卸刀工位进行卸刀操作；若撞击后刀具30仍阻塞于主轴11内，则继续撞击三次，若三次撞击后仍处于阻塞状态，则进入警报状态，需手动移除刀具。
60.步骤30，将主轴11靠近卸刀工位，并将刀具30置于卸刀工位处进行卸刀操作，此时主轴11空出装刀位置，再进行步骤40；
61.具体的卸刀过程为：由于卸刀工位为空闲状态，主轴11上的刀具30在六轴机械臂10的带动下移动至卸刀工位处且刀具30的连接部32与第二连接配合部相连接配合，也即，连接部32靠抵在第二定位凹槽51处且第二凸块52与内凹槽34相插接配合以对刀具30进行周向限位，第二直插脚53卡入横向凹槽35内以对刀具30进行轴向限位，此时，刀具30与卸刀块50之间完成了连接。接着，向上提起主轴11，装配孔与拉丁31相分离，便完成了卸刀操作。
62.步骤40，将主轴11移动至对应的刀具工位处，再将主轴11与对应刀具的拉丁31相正对对应并向下移动主轴11以将拉丁31插入主轴11内，便完成刀具30的安装。
63.通过六轴机械臂10与刀具库20的结合，可进行自动换刀操作，省去了繁琐的人工控制环节，提高了自动化加工效率。
64.以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能依此限定本发明实施的范围，即依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明涵盖的范围内。