本發明涉及一種應用于數控機床上圓盤式機械手刀庫的故障預警的裝置，更確切地說，本發明涉及一種能夠對數控機床圓盤式機械手刀庫的掉刀、卡刀故障進行預警的裝置。

背景技術：

數控機床是提高國家制造水平和裝備水平的基礎，是衡量一個國家工業發達水平、綜合國力的重要標志。作為數控機床普遍配備的裝置，刀庫系統是提供自動化加工過程中所需之儲刀及換刀需求的一種裝置，由換刀機構及可以儲放多把刀具的刀庫構成，改變了傳統以人為主的生產方式，借由程序控制，可以完成各種不同的加工需求，如銑削、鉆孔、鏜孔、攻牙等，大幅縮短加工時程，降低生產成本。圓盤式機械手刀庫為一種典型刀庫系統，主要應用在加工中心等設備上，用于儲刀、換刀，提高了數控機床的自動化程度，在生產中具有重要的作用，一旦圓盤式機械手刀庫出現故障，將會對生產效率產生較大的負面影響。

近幾年的統計結果表明，作為數控機床的主要關鍵功能部件，國內圓盤式機械手刀庫總體產量連續多年增長，但其易發故障、運行不穩定，其中的主要故障模式包括卡刀和掉刀，卡刀故障一旦發生，輕則導致圓盤式機械手刀庫換刀不成功，導致生產暫停，影響生產效率，重則機械手電機負載加大、電機燒壞；掉刀故障一旦發生，輕則導致圓盤式機械手刀庫換刀不成功，導致生產暫停，影響生產效率，重則掉落的刀柄下落，砸壞機床、工件，甚至有可能誤傷工人，后果不堪設想。所以，迫切要求能及早發現卡刀、掉刀故障，并在故障發生前進行預警，使得操作人員能及時得到警報而排除潛在故障，不影響生產、不造成損失。而刀柄與拉釘的螺紋聯接松動是導致卡刀和掉刀故障發生的主要原因之一，所以有必要對刀柄與拉釘的螺紋聯接松動進行檢測，從而實現對卡刀、掉刀故障的預警。

另外，在國家“高檔數控與基礎制造裝備”科技重大專項中，關于共性技術的研究的第一項就是“可靠性設計與性能試驗技術”，而可靠性工作就是與故障的斗爭，所以也要求我們進行故障預警方面的工作。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是數控機床的圓盤式機械手刀庫的卡刀、掉刀故障預警的問題，更確切的說是，本發明所要解決的技術問題是數控機床的圓盤式機械手刀庫的卡刀、掉刀故障的發生原因之一——刀柄與拉釘的螺紋聯接松動的檢測的問題。為了解決這一問題，本發明提供了一種圓盤式機械手刀庫卡刀掉刀故障預警裝置。

所本發明是由二個預警單元組成。

所述的預警單元由色標傳感器、橫梁、報警器、支架組成；支架的底座為長方體平板，支架的底座上有四個圓形通孔和四四4個螺紋孔，支架的底座的右側的邊的兩端各有一個長方體立柱，二個長方體立柱與支架的底座垂直，二個長方體立柱上各有一個長條通孔；橫梁是一個長方體結構件，橫梁中間有一個長條通孔，橫梁的兩端各有一個圓形通孔；報警器的箱體的四個小方板上的四個圓形通孔與支架的四個螺紋孔分別用四個螺釘聯接，橫梁上的二個圓形通孔與支架的二個長方體立柱上的二個長條通孔分別用二組螺栓螺母聯接，色標傳感器的安裝面與橫梁的長方形面接觸，色標傳感器的安裝面上的二個螺紋孔與橫梁的長條通孔分別用二個螺釘聯接。

所述的二個預警單元都固定在圓盤式機械手刀庫的圓盤式刀庫上，二個預警單元固定之后，其中一個預警單元的色標傳感器的光發射端的軸線同時與圓盤式刀庫的軸線和緊鄰換刀位置且處在換刀位置的右側的刀套的軸線垂直相交，另一個預警單元的色標傳感器的光發射端的軸線同時與圓盤式刀庫的軸線和緊鄰換刀位置且處在換刀位置的左側的刀套的軸線垂直相交。

所述的預警單元的報警器由發訊器、24V直流電源、報警器開關、繼電器、箱體、接線端子排組成，箱體為長方體形的殼體結構件，箱體的四個角焊接有四個小方板，每個方板上均有一個圓形通孔,箱體的頂面裝有發訊器，側面裝有接線端子排，接線端子排具有七個接線端子，箱體的頂面的一角裝有報警器開關,24V直流電源、繼電器固定在箱體的內部。

所述的24V直流電源的兩根電源線通過接線端子排的二個接線端子連入具有220V交流電壓的電路色標傳感器的電源線負極通過接線端子排的一個接線端子接在24V直流電源的com端，色標傳感器的正極通過接線端子排的一個接線端子接在24V直流電源的+24V直流電壓端，色標傳感器的信號輸出線通過接線端子排的一個接線端子接在發訊器的一極，發訊器的另一極接24V直流電源的com端，報警器開關串聯在24V直流電源的一根電源線連入具有220V交流電壓的電路的線路中，報警器開關并聯有繼電器的常開觸點，繼電器的線圈的兩極分別通過接線端子排的二個接線端子接入圓盤式機械手刀庫所在的數控機床的數控系統。

與現有技術相比本發明的有益效果是：

1.本發明能全面的檢測刀柄與拉釘的螺紋聯接松動的發生，而且能針對需要檢測不同程度的刀柄與拉釘的螺紋聯接松動。

2.本發明適用于不同型號的圓盤式機械手刀庫，體現了本裝置的靈活性和通用性。

3.本發明可在無人監控的狀態長時間自動運行，可降低勞動強度，暴露和激發產品故障，為圓盤式機械手刀庫的可靠性評估提供實用的基礎數據，也能用于鏈板式圓盤式機械手刀庫的篩選。

4.本發明也可手動運行，從人機工程學的角度體現了該裝置的可操作性、多功能性。

附圖說明

圖1是本發明的軸測圖。

圖2是是本發明的拉釘、刀柄、刀具組成的組件的結構示意圖。

圖3是圖1中E處的局部放大圖。

圖4是本發明主視圖的局部放大圖。

圖5是圖3中的M向視圖。

圖6是圖3中的N向視圖。

圖7是本發明的報警器的軸測圖。

圖8是本發明報警器的連接電路及其與外部的連接電路原理圖。

圖9是本發明的預警單元的工作流程圖。

圖10是圓盤式機械手刀庫在機械手抓刀時的軸測圖。

圖11是圖10中的G向視圖。

圖中：1.圓盤式刀庫，2.刀柄，3.刀具，4.預警單元，5.色標傳感器，6.橫梁，7.報警器，8.支架，9.拉釘，10.發訊器，11. 24V直流電源，12.報警器開關(符號為Q)，13.繼電器(符號為KM)，14.箱體，15.接線端子排，16.機械手，17.主軸所在位置，18.數控系統(符號NC)。

圖中標注尺寸的長度單位均為毫米(mm)，角度單位均為度(°)，直流電壓符號為DC，交流電壓符號為AC。

具體實施方式

請參閱圖1至圖8所示，

本發明是由兩個預警單元4組成；

所述的預警單元4由色標傳感器5、橫梁6、報警器7、支架8組成；支架8的底座為長方體平板，支架8的底座上有四個圓形通孔和四個螺紋孔，支架8的底座的右側的邊的兩端各有一個長方體立柱，兩個長方體立柱與支架8的底座垂直，兩個長方體立柱上各有一個長條通孔；橫梁6是一個長方體結構件，橫梁6中間有一個長條通孔，橫梁6的兩端各有一個圓形通孔，報警器7的箱體14的四個小方板上的四個圓形通孔與支架8的四個螺紋孔分別用四個螺釘聯接，橫梁6上的兩個圓形通孔與支架8的兩個長方體立柱上的兩個長條通孔分別用兩組螺栓螺母聯接，色標傳感器5的安裝面與橫梁6的長方形面接觸，色標傳感器5的安裝面上的兩個螺紋孔與橫梁6的長條通孔分別用兩個螺釘聯接；

所述的兩個預警單元4都固定在圓盤式機械手刀庫的圓盤式刀庫1上，兩個預警單元4固定之后，其中一個預警單元4的色標傳感器5的光發射端的軸線同時與圓盤式刀庫1的軸線和緊鄰換刀位置且處在換刀位置的右側的刀套的軸線垂直相交，另一個預警單元4的色標傳感器5的光發射端的軸線同時與圓盤式刀庫1的軸線和緊鄰換刀位置且處在換刀位置的左側的刀套的軸線垂直相交。

所述的預警單元4的報警器7由發訊器10、24V直流電源11、報警器開關12、繼電器13、箱體14、接線端子排15組成，箱體14為長方體形的殼體結構件，箱體14的四個角焊接有四個小方板，每個方板上均有一個圓形通孔，箱體14的頂面裝有發訊器10，箱體14側面裝有接線端子排15，接線端子排15具有七個接線端子，箱體14的頂面的一角裝有報警器開關12，24V直流電源11和繼電器13固定在箱體14的內部；

所述的24V直流電源11的兩根電源線通過接線端子排15的兩個接線端子連入具有220V交流電壓的電路，色標傳感器5的電源線負極通過所述的接線端子排15的一個接線端子接在所述的24V直流電源11的com端，色標傳感器5的正極通過接線端子排15的一個接線端子接在24V直流電源11的+24V直流電壓端，色標傳感器5的信號輸出線通過接線端子排15的一個接線端子接在發訊器10的一極，發訊器10的另一極接24V直流電源11的com端，報警器開關12串聯在24V直流電源11的一根電源線連入具有220V交流電壓的電路的線路中，報警器開關12并聯有繼電器13的常開觸點，繼電器13的線圈的兩極分別通過接線端子排15的兩個接線端子接入圓盤式機械手刀庫所在的數控機床的數控系統18。

本發明的技術依據：

圓盤式機械手刀庫的結構可描述如下：

圓盤式機械手刀庫是刀庫系統是一種典型的刀庫系統，也是本發明的被測試系統，圓盤式機械手刀庫包括儲刀和換刀兩個功能，并由數控系統中編制的程序控制。圓盤式機械手刀庫本身具有復雜的機械結構，但是為本專利方便描述，可參閱圖1、圖10、圖11，圓盤式機械手刀庫主要包括圓盤式刀庫1和機械手16兩個組件。參閱圖1，圓盤式刀庫1用于提供儲刀位置，每個圓盤式刀庫1提供n個儲刀位置，每個儲刀位置均有一個刀套，即有n個刀套，刀套可在數控系統中編制的程序的控制下繞圓盤式刀庫1的圓心轉動，即刀套在圓盤式刀庫1圓周上的位置是可變的，但刀套在其軸向方向上是固定的。參閱圖4，各相鄰刀套與圓盤式刀庫1的圓心的連線之間的夾角為α，α等于360°除以儲刀位置數量n，每個刀套內可存儲一個刀柄2，每個刀柄2上可安裝一個刀具3，圓盤式刀庫1能在數控系統中編制的程序的控制下，正確選擇刀具并加以定位，即在數控系統中編制的程序的控制下，待換的刀柄2及其所帶的刀具3隨著刀套繞圓盤式刀庫1的圓心轉動至圓盤式刀庫1外殼的缺口處，之后刀套帶著刀柄2及其所帶的刀具3繞固定在刀套一端的水平軸旋轉90°，使刀套及帶著刀柄2及其所帶的刀具3處于圖10中所示的狀態，即處在換刀位置。參閱圖10和圖11，機械手16是一個中心對稱的組件，兩端各有一個卡爪，用于換刀，它可在數控系統中編制的程序的控制下，由電機和傳動機構帶動，實現垂直上下的移動和繞其中心對稱結構的對稱中心的轉動，機械手16通過上述動作的組合可將圓盤式刀庫1中處在換刀位置的刀柄2及其所帶的刀具3與處在數控機床主軸所在位置17中的刀柄2及其所帶的刀具3交換。

圓盤式機械手刀庫的應用場合：圓盤式機械手刀庫的圓盤式刀庫1儲刀位置數量n較小，可容納刀具數量在20～30，所以，圓盤式機械手刀庫通常應用在小型立式加工中心等小型數控機床上。參閱圖11，圓盤式機械手刀庫安裝在數控機床上之后，當機械手16處于待機狀態時，機械手16與圓盤式刀庫1端面平行，即機械手16處于圖11中實線位置，當機械手16處于抓刀狀態時，機械手16與圓盤式刀庫1端面的夾角為γ，即機械手16處于圖11中虛線位置，依據安裝之后，圓盤式機械手刀庫與主軸的位置關系，γ等于60°或75°或90°，定義γ這一角度叫換刀角度。

圓盤式機械手刀庫的換刀動作順序可描述如下：

(1)換刀之前：機械手16處于待機狀態，即機械手16與圓盤式刀庫1端面平行；數控機床的主軸定位到換刀高度；待換的刀柄2及其所帶的刀具3隨著刀套繞圓盤式刀庫1的圓心從其正處在的位置轉動至圓盤式刀庫1外殼的缺口處，之后刀套帶著刀柄2及其所帶的刀具3繞固定在刀套一端的水平軸旋轉90°，使刀套帶著刀柄2及其所帶的刀具3處在換刀位置。

(2)開始換刀：以圖11為視角，機械手16繞其中心對稱結構的對稱中心順時針旋轉換刀角度γ，使機械手16處于抓刀狀態，此時，機械手16的一個卡爪抓住在圓盤式刀庫1中的刀柄2，另一個卡爪抓住在主軸中的刀柄2；之后，以圖10為視角，機械手16垂直向下移動進行拔刀，帶動在圓盤式刀庫1中的刀柄2及其所帶的刀具3從刀套拔出，帶動在主軸中的刀柄2及其所帶的刀具3從主軸拔出；之后，以圖11為視角，機械手16繞其中心對稱結構的對稱中心順時針旋轉180度，兩個刀柄2及其所帶的刀具3交換位置；之后，以圖10為視角，機械手16垂直向上移動進行插刀，帶動一個卡爪中的刀柄2及其所帶的刀具3插入主軸，帶動另一個卡爪中的刀柄2及其所帶的刀具3插入圓盤式刀庫1上的刀套。

(3)換刀之后：以圖11為視角，機械手16繞其中心對稱結構的對稱中心逆時針旋轉γ，機械手16處于待機狀態；處在換刀位置的刀套帶著刀柄2及其所帶的刀具3繞固定在刀套一端的水平軸旋轉90°，使刀套帶著刀柄2及其所帶的刀具3處在水平位置，即處在圖1中處在圓盤式刀庫1外殼的缺口處的刀柄2及其所帶的刀具3的狀態。換刀動作完成。

圓盤式機械手刀庫作為公知技術，在此對圓盤式機械手刀庫的具體結構、動作不作贅述。

本實施例中,以大連高金數控集團有限公司生產的BT40圓盤式機械手刀庫為例介紹，儲刀位置數量n等于24，各相鄰刀套與圓盤式刀庫1的圓心的連線之間的夾角為15°(360°除以24)，換刀角度γ為75°。實施例中，以該圓盤式機械手刀庫應用在大連機床生產的VDF1000E型加工中心上為例。

參閱圖2，刀柄2在圓盤式刀庫1的刀套中的定位是依靠聯接在刀柄2上的拉釘9實現的，刀柄2在刀套中時，刀套中的卡爪抓住拉釘9的一端實現刀柄2在刀套中的固定，刀柄2與拉釘9的聯接是螺紋聯接，而螺紋聯接是容易松動的，刀柄2與拉釘9的螺紋聯接松動時，刀柄2與拉釘9之間的距離Z會變大，而刀柄2和刀套的連接是靠刀柄2最上端的拉釘9實現的，刀套在其軸向方向上是固定的，所以，相對于刀套，刀柄2要產生一定的位移，刀柄2上的環槽也要產生一定的位移，由于刀套和拉釘9的定位有較小的間隙，所以這個位移小于或等于刀柄2與拉釘9之間的距離Z的變大量。具體的，當刀套帶著刀柄2及其所帶的刀具3處在換刀位置時，刀柄2處于垂直位置，刀柄2豎直的處在重力場中，相對于刀套，刀柄2要產生向下的位移，這個位移等于刀柄2與拉釘9之間的距離Z的變大量；當刀套帶著刀柄2及其所帶的刀具3處在除換刀位置的其他位置時，刀柄2處于水平位置，此時，參閱圖2，由于刀柄2與刀套的接觸面為刀柄2上的環槽上方的圓錐面，所以，雖然刀柄2處于水平位置，在重力作用下，刀柄2也會從刀套向刀套外滑出一定的位移，由于摩擦等原因，這個位移小于或等于刀柄2與拉釘9之間的距離Z的變大量，這個位移是個范圍值。

刀柄2與拉釘9的螺紋聯接松動引起圓盤式機械手刀庫卡刀、掉刀故障可解釋如下：正常工作中，刀套帶著刀柄2及其所帶的刀具3處在換刀位置時，圓盤式機械手刀庫的機械手16進行抓刀時，機械手16的一個卡爪卡入刀柄2上的環槽，理論上講，機械手16的卡爪應該正好卡在刀柄2的環槽的中心，即機械手16的卡爪的上表面到刀柄2的環槽的上邊緣之間的距離與機械手16的卡爪的下表面到刀柄2的環槽的下邊緣之間的距離相等，而實際上，由于安裝原因，抓刀時，機械手16的卡爪的上表面到刀柄2的環槽的上邊緣之間的距離與機械手16的卡爪的下表面到刀柄2的環槽的下邊緣之間的距離不會完全相等，但是不影響機械手16的卡爪正常抓刀，因為機械手16的卡爪的厚度稍小于刀柄2的環槽的寬度。在刀柄2與拉釘9的螺紋聯接松動的狀態下，刀套帶著刀柄2及其所帶的刀具3處在換刀位置時，刀柄2處于垂直位置，刀柄2豎直的處在重力場中，相對于刀套，刀柄2要產生向下的位移，這個位移等于刀柄2與拉釘9之間的距離Z的變大量，由于機械手16的卡爪的厚度稍小于刀柄2的環槽的寬度，所以，刀柄2與拉釘9的螺紋聯接松動，導致刀柄2上的環槽向下的位移較小時，也不影響機械手16的卡爪正常抓刀，但是，刀柄2與拉釘9的螺紋聯接松動，導致刀柄2上的環槽向下的位移較大時，由于機械手16抓刀時的高度是固定不變的，所以，機械手16的卡爪會不能完全卡入刀柄2的環槽或完全不能卡入刀柄2的環槽。當機械手16的卡爪不能完全卡入刀柄2的環槽時，機械手16會正常拔刀，但是，刀柄2及其所帶的刀具3從刀套中被拔出之后，由于機械手16的卡爪沒有完全卡入刀柄2的環槽，所以抓刀不緊，發生掉刀故障；當機械手16的卡爪完全不能卡入刀柄2的環槽時，機械手16不會正常拔刀，機械手16抓住刀柄2的其他部位無法執行下一個動作，發生卡刀故障，此時，帶動機械手16的電機持續運轉，由于負載太大而導致電機燒壞。即，不是一旦刀柄2與拉釘9的螺紋聯接松動，圓盤式機械手刀庫就會出現卡刀、掉刀故障，只有刀柄2與拉釘9的螺紋聯接松動到一定程度時，圓盤式機械手刀庫才會出現卡刀或者掉刀故障，實踐也證明了這一點。

綜上，圓盤式機械手刀庫的卡刀、掉刀故障的預警可通過檢測刀柄2與拉釘9的螺紋聯接松動的程度而實現，而刀柄2與拉釘9的螺紋聯接松動的程度又反映在刀柄2的位移大小上，由于刀柄2上可檢測的位置的局限性，本發明選用上海巨龍電子有限公司的色標傳感器來實現檢測，型號為OGA型。色標傳感器采用光發射接收原理，發出調制光，接收被測物體的反射光，并根據接收光信號的強弱來區分不同的顏色、檢測物體的存在與否，分辨率極高，可達到1mm，色標傳感器可在一定范圍內調節檢測距離，檢測距離為色標傳感器能檢測到存在物體的最大距離，超出檢測距離范圍內的物體，色標傳感器無法檢測到。色標傳感器的主體部分為一長方體，長方體的一個端面裝有圓柱形的光發射器，稱此圓柱形光發射器的端面為色標傳感器的光發射端，長方體的一個側面加工有二個螺紋孔以供安裝，稱此面為色標傳感器的安裝面，長方體還有一個側面裝有調節或設置檢測距離的旋鈕，稱此面為色標傳感器的設置面。色標傳感器工作時需要外部供24V直流電壓，并能輸出24V高電平信號或者0V低電平信號。色標傳感器與外部接口為包含三根線的電纜，色標傳感器與外部接口電纜的三根線中一根線為信號輸出線，用于輸出24V高電平信號或者0V低電平信號，兩根線為電源線，電源線分正負極，即色標傳感器有電源線正極和電源線負極，正負極間需供24V直流電壓，從而給色標傳感器供電。色標傳感器工作時，色標傳感器的光發射端正對要檢測的物體，接通電源之后，如果要檢測的物體處在色標傳感器的檢測距離內，即色標傳感器檢測到有物體存在，色標傳感器信號輸出線輸出信號為0V低電平信號，如果要檢測的物體沒有處在色標傳感器的檢測距離內，即色標傳感器檢測到無物體存在，色標傳感器信號輸出線輸出信號為24V高電平信號，所以可以依據色標傳感器信號輸出線輸出的信號為0V低電平信號還是24V高電平信號來判斷是否有物體處在色標傳感器的檢測距離內。

本發明的檢測原理如下：

實驗證明，圓盤式機械手刀庫由于刀柄2與拉釘9的螺紋聯接松動出現卡刀或者掉刀故障時，刀柄2與拉釘9的螺紋聯接松動使得刀柄2產生的最小位移遠小于下邊緣的軸肩圓柱面的長度h。換句話說，刀柄2與拉釘9的螺紋聯接松動處在可導致圓盤式機械手刀庫卡刀或者掉刀故障發生的最小程度時，刀柄2產生位移遠小于下邊緣的軸肩圓柱面的長度h。所以，可將刀柄2的環槽下邊緣的軸肩圓柱面作為被檢測物體，而不會導致色標傳感器5誤測。所以，本發明中，選擇刀柄2的環槽下邊緣的軸肩圓柱面為被檢測物體，設置色標傳感器5時，以安裝固定色標傳感器5之后，剛能檢測到刀柄2的環槽下邊緣的軸肩圓柱面為色標傳感器5的檢測距離，安裝時，色標傳感器5的光發射端正對刀柄2的環槽下邊緣的軸肩圓柱面，此時，色標傳感器5的檢測距離內有刀柄2的環槽下邊緣的軸肩圓柱面，色標傳感器5信號輸出線輸出信號為0V低電平信號；無論刀柄2處于水平位置還是垂直位置，當刀柄2與拉釘9的螺紋聯接松動到一定程度時，相對于刀套，刀柄2會產生一定的位移，這個位移到一定程度時，被安裝固定的色標傳感器5的光發射端從正對刀柄2的環槽下邊緣的軸肩圓柱面變為正對刀柄2的環槽圓柱面，刀柄2的環槽下邊緣的軸肩圓柱面與刀柄2的環槽圓柱面存在一定距離，所以，超出了色標傳感器5的檢測距離，即沒有任何物體處在色標傳感器5的檢測距離內，即色標傳感器5檢測到無物體存在，色標傳感器5信號輸出線輸出信號為24V高電平信號。本發明通過這種方式間接檢測刀柄2是否產生了一定程度的位移。

基于上述原理，發明圓盤式機械手刀庫卡刀掉刀故障預警裝置，本發明使用色標傳感器5來檢測刀柄2的位移的程度，間接反映出刀柄2與拉釘9的螺紋聯接松動的程度，從而實現圓盤式機械手刀庫卡刀掉刀故障的預警。刀柄2處在垂直位置，即處在換刀位置時，檢測效果最佳，但是安裝色標傳感器5器的空間不足，所以，本發明中所述的圓盤式機械手刀庫卡刀掉刀故障預警裝置工作時，被色標傳感器5檢測的刀柄2處在水平位置，下面詳細描述。

參閱圖1和圖4所示，本發明由二個預警單元4組成，二個預警單元4都固定在圓盤式機械手刀庫的圓盤式刀庫1上，其中，一個預警單元4安裝在圓盤式刀庫1緊鄰換刀位置且處在換刀位置的右側的刀套的附近，另一個預警單元4安裝在圓盤式刀庫1緊鄰換刀位置且處在換刀位置的左側的刀套的附近。換刀之前，待換的刀柄2及其所帶的刀具3需要隨著刀套繞圓盤式刀庫1的圓心從其正處在的位置轉動至圓盤式刀庫1外殼的缺口處，無論刀套繞圓盤式刀庫1的圓心是逆時針旋轉還是順時針旋轉，它必將通過兩個緊鄰換刀位置的刀套的位置中的一個位置，即刀套繞圓盤式刀庫1的圓心是逆時針旋轉時，待換的刀柄2及其所帶的刀具3必將通過緊鄰換刀位置且處在換刀位置的左側的刀套的位置，刀套繞圓盤式刀庫1的圓心是順時針旋轉時，待換的刀柄2及其所帶的刀具3必將通過緊鄰換刀位置且處在換刀位置的右側的刀套的位置，在這兩個位置時，刀套及刀柄2處于水平位置，在重力作用下，刀柄2也會從刀套向刀套外滑出一定的位移，由于摩擦等原因，這個位移小于刀柄2與拉釘9之間的距離Z的變大量，即刀柄2向外的位移不是很明顯，但是也能通過在二個緊鄰換刀位置的刀套的附近分別二個預警單元4來檢測刀柄2向外的位移的程度。在這種安裝方式下的好處是：基本不影響圓盤式機械手刀庫的正常工作，容易安裝。

參閱圖3，預警單元4由色標傳感器5、橫梁6、報警器7、支架8組成。

參閱圖7和圖8，其中，報警器7由發訊器10、24V直流電源11、報警器開關12、繼電器13、箱體14、接線端子排15組成。參閱圖7，從結構上講，所述的箱體14為長方體形的殼體結構件，箱體14的4個角焊接有4個小方板，每個方板上均有1個圓形通孔用于安裝固定整個報警器7，箱體14的頂面裝有發訊器10，側面裝有接線端子排15，接線端子排15具有7個接線端子，分別用于接220V交流電壓、色標傳感器5的信號輸出線和電源線、繼電器13的線圈，箱體14的頂面的一角裝有報警器開關12。24V直流電源11、繼電器13固定在箱體14的內部。

參閱圖8，報警器7的連接電路及其與外部的連接電路如下：報警器7的電路由24V直流電源11供電，24V直流電源11由220V交流電路供電，即24V直流電源11的兩根電源線通過接線端子排15的二個接線端子連入具有220V交流電壓的電路，色標傳感器5的電源線負極通過接線端子排15的一個接線端子接在24V直流電源11的com端，24V直流電源11的com端供0V直流電壓，即24V直流電源11的com端和+24V直流電壓端之間存在24V的電勢差，色標傳感器5的正極通過接線端子排15的一個接線端子接在24V直流電源11的+24V直流電壓端，色標傳感器5的信號輸出線通過接線端子排15的一個接線端子接發訊器10的一極，發訊器10的另一極接在24V直流電源11的com端。報警器開關12串聯在24V直流電源11的一根電源線連入具有220V交流電壓的電路的線路中，它既是報警器7的手動開關，也是預警單元4的手動開關，當需要手動使用預警單元4時，將報警器開關12閉合，不需要時將之斷開，操作方便。另外，報警器開關12并聯有繼電器13的常開觸點，繼電器13的線圈的兩極分別通過接線端子排15的2個接線端子接入圓盤式機械手刀庫所在的數控機床的數控系統18。

參閱圖3，預警單元4中，支架8是整個預警單元4的支撐件，支架8的底座為長方體平板，支架8的底座上有四個圓形通孔和四個螺紋孔，支架8的底座的右側的邊的兩端各有一個長方體立柱，二個長方體立柱與支架8的底座垂直，二個長方體立柱上各有一個長條通孔。橫梁6是一個長方體結構件，橫梁6中間有一個長條通孔，橫梁6的兩端各有一個圓形通孔。報警器7的箱體14的四個小方板上的四個圓形通孔與支架8的四4個螺紋孔分別用四個螺釘聯接，使報警器7固定在支架8的底座上。橫梁6上的二個圓形通孔與支架8的二個長方體立柱上的二個長條通孔分別用二組螺栓螺母聯接，使橫梁6固定在支架8的長方體立柱上。色標傳感器5的安裝面與橫梁6的長方形面接觸，色標傳感器5的安裝面上的二個螺紋孔與橫梁6的長條通孔分別用二個螺釘聯接，使色標傳感器5固定在一橫梁6上，固定之后，色標傳感器5的光發射端正對刀柄2。

參閱圖4，支架8上的四個圓形通孔與圓盤式刀庫1上的四4個配作孔分別用四4個螺釘聯接，使預警單元4固定在圓盤式刀庫1上。二個預警單元4固定之后，安裝在圓盤式刀庫1緊鄰換刀位置且處在換刀位置的右側的刀套的附近的預警單元4的色標傳感器5的光發射端的軸線同時與圓盤式刀庫1的軸線和緊鄰換刀位置且處在換刀位置的右側的刀套的軸線垂直相交，安裝在圓盤式刀庫1緊鄰換刀位置且處在換刀位置的左側的刀套的附近的預警單元4的色標傳感器5的光發射端的軸線同時與圓盤式刀庫1的軸線和緊鄰換刀位置且處在換刀位置的左側的刀套的軸線垂直相交，即二個色標傳感器5的光發射端的軸線與鉛垂線的夾角均等于α，α等于360°除以儲刀位置數量n。

實驗證明，這樣安裝也可避開刀柄2的環槽下邊緣的軸肩上的鍵槽，即色標傳感器5的光發射端不會應正對刀柄2的環槽下邊緣的軸肩上的鍵槽而產生誤判。

本發明的工作過程：

參閱圖9所示；

(1)、首次使用時，需要在圓盤式機械手刀庫的圓盤式刀庫1上安裝二個預警單元4，確定二個預警單元4的安裝位置：二個預警單元4固定之后，安裝在圓盤式刀庫1緊鄰換刀位置且處在換刀位置的右側的刀套的附近的預警單元4的色標傳感器5的光發射端的軸線同時與圓盤式刀庫1的軸線和緊鄰換刀位置且處在換刀位置的右側的刀套的軸線垂直相交，安裝在圓盤式刀庫1緊鄰換刀位置且處在換刀位置的左側的刀套的附近的預警單元4的色標傳感器5的光發射端的軸線同時與圓盤式刀庫1的軸線和緊鄰換刀位置且處在換刀位置的左側的刀套的軸線垂直相交。

(2)、首次使用時，在安裝好二個預警單元4之后，需要對二個預警單元4進行調試，由于參數不同，所二2個預警單元4需要分別調試，具體為：

1)參閱圖4所示，調試安裝在圓盤式刀庫1緊鄰換刀位置且處在換刀位置的右側的刀套的附近的預警單元4的色標傳感器5的光發射端到緊鄰換刀位置且處在換刀位置的右側的刀套中的刀柄2的環槽下邊緣的軸肩圓柱面的距離L，即確定距離L的大小，具體方法為：調試色標傳感器5的設置面，確定色標傳感器5的檢測距離，松開色標傳感器5的安裝面上的二個螺紋孔與橫梁6的長條通孔之間的二個螺釘，色標傳感器5沿著橫梁6的長條通孔移動，使得距離L等于色標傳感器5的檢測距離，然后擰緊色標傳感器5的安裝面上的二個螺紋孔與橫梁6的長條通孔之間的二個螺釘加以固定。用同樣的方法調試安裝在圓盤式刀庫1緊鄰換刀位置且處在換刀位置的左側的刀套的附近的預警單元4的色標傳感器5的光發射端到緊鄰換刀位置且處在換刀位置的左側的刀套中的刀柄2的環槽下邊緣的軸肩圓柱面的距離X，即確定距離X的大小；

2)參閱圖5所示，調試安裝在圓盤式刀庫1緊鄰換刀位置且處在換刀位置的右側的刀套的附近的預警單元4的色標傳感器5的光發射端的軸線到緊鄰換刀位置且處在換刀位置的右側的刀套中的刀柄2的環槽下邊緣的距離H，即確定距離H的大小，具體方法為：擰松刀柄2與拉釘9的螺紋聯接，使得刀柄2與拉釘9之間的距離Z為0.1mm，然后將刀柄2放入刀套中，運行圓盤式機械手刀庫，使得刀套繞圓盤式刀庫1的圓心順時針旋轉，并且觀察圓盤式機械手刀庫是否發生卡刀、掉刀故障，如果未發生，再次擰松刀柄2與拉釘9的螺紋聯接，使得刀柄2與拉釘9之間的距離Z再增大0.1mm，如此反復，直至圓盤式機械手刀庫發生卡刀或者掉刀故障，然后將這一刀柄2運行至緊鄰換刀位置且處在換刀位置的右側的刀套的位置，擰松橫梁6上的二個圓形通孔與支架8的二2個長方體立柱上的二個長條通孔之間的二2組螺栓螺母，橫梁6沿著支架8的二個長方體立柱上的二2個長條通孔從支架8的二個長方體立柱的頂端至頂端移動，直至發訊器10剛好發生報警，此時色標傳感器5的光發射端的軸線到緊鄰換刀位置且處在換刀位置的右側的刀套中的刀柄2的環槽下邊緣的距離H確定，然后擰緊橫梁6上的二個圓形通孔與支架8的二個長方體立柱上的2個長條通孔之間的二組螺栓螺母加以固定。參閱圖6所示，用同樣的方法調試安裝在圓盤式刀庫1緊鄰換刀位置且處在換刀位置的左側的刀套的附近的預警單元4的色標傳感器5的光發射端的軸線到緊鄰換刀位置且處在換刀位置的左側的刀套中的刀柄2的環槽下邊緣的距離Y，即確定距離Y的大小，此時運行圓盤式機械手刀庫，應該使得刀套繞圓盤式刀庫1的圓心逆時針旋轉；

(3)、安裝調試好二個預警單元4之后，具體實施檢測工作，有兩種工作方式，手動模式和自動模式，其中，自動模式是依據圓盤式機械手刀庫所在的數控機床的數控系統中的數控程序執行動作，兩種模式的具體工作過程如下：

1)手動模式：逐條指令運行數控系統原有的數控程序(每個配有圓盤式機械手刀庫的數控機床都有的，用來控制圓盤式機械手刀庫的程序)，待換的刀柄2到達緊鄰換刀位置且處在換刀位置的右側的刀套的位置或者到達緊鄰換刀位置且處在換刀位置的左側的刀套的位置都為到達檢測位置,當待換的刀柄2到達緊鄰換刀位置且處在換刀位置的右側的刀套的位置時,停止運行數控系統中的指令，按下安裝在圓盤式刀庫1緊鄰換刀位置且處在換刀位置的右側的刀套的附近的預警單元4的報警器開關12，即報警器開關12閉合，預警單元4開始工作，觀察發訊器10是否報警，如果發訊器10報警，則關閉報警器開關12，從圓盤式機械手刀庫上取下待換的刀柄2，擰緊刀柄2與拉釘9的螺紋聯接，然后將待換的刀柄2裝入圓盤式機械手刀庫，如果發訊器10不報警，則關閉報警器開關12。當待換的刀柄2到達緊鄰換刀位置且處在換刀位置的左側的刀套的位置時,停止運行數控系統中的指令，按下安裝在圓盤式刀庫1緊鄰換刀位置且處在換刀位置的左側的刀套的附近的預警單元4的報警器開關12，即報警器開關12閉合，預警單元4開始工作，觀察發訊器10是否報警，如果發訊器10報警，則關閉報警器開關12，從圓盤式機械手刀庫上取下待換的刀柄2，擰緊刀柄2與拉釘9的螺紋聯接，然后將待換的刀柄2裝入圓盤式機械手刀庫，如果發訊器10不報警，則關閉報警器開關12。重復上述步驟，用以檢測下一個待換的刀柄2，直至檢測完所有待換的刀柄2。

2)自動模式：首先要按照下面的流程編制數控程序，然后運行數控系統，加載這個數控程序，數控程序的控制下自動執行下述動作，當待換的刀柄2到達緊鄰換刀位置且處在換刀位置的右側的刀套的位置時，圓盤式機械手刀庫暫停動作，安裝在圓盤式刀庫1緊鄰換刀位置且處在換刀位置的右側的刀套的附近的預警單元4的繼電器13的常開觸點吸合，如果發訊器10報警，則停止圓盤式機械手刀庫的換刀動作，直至人為干預數控系統，繼電器13的常開觸點才斷開，發訊器10的報警停止，如果發訊器10不報警，則在待換的刀柄2到達檢測位置0.5秒之后，繼電器13的常開觸點斷開，圓盤式機械手刀庫繼續執行換刀動作，順利完成換刀。當待換的刀柄2到達緊鄰換刀位置且處在換刀位置的左側的刀套的位置時，圓盤式機械手刀庫暫停動作，安裝在圓盤式刀庫1緊鄰換刀位置且處在換刀位置的左側的刀套的附近的預警單元4的繼電器13的常開觸點吸合，如果發訊器10報警，則停止圓盤式機械手刀庫的換刀動作，直至人為干預數控系統，繼電器13的常開觸點才斷開，發訊器10的報警停止，如果發訊器10不報警，則在待換的刀柄2到達檢測位置0.5秒之后，繼電器13的常開觸點斷開，圓盤式機械手刀庫繼續執行換刀動作，順利完成換刀。

由于針對不同的數控系統，所編制的數控程序是不同的，所以本發明不保護上述數控程序，但是確定數控系統能編制上述數控程序對本發明進行控制，而且能通過編制程序實現二個預警單元4協調同步工作。

具體實施過程中，實施例中的裝置可以根據需要進行取舍或變型，或者說，本發明還可以有其他實施方式：

1.所選用的色標傳感器的型號可依據圓盤式機械手刀庫的不同而選用不同的型號；

2.在報警器的電路中加入一些諸如過流過載繼電器等保護裝置；

但是這些改變都不改變整體效果。

由于本發明是通過對刀柄處在重力場的位移的檢測實現功能的，所以，它需要使用在圓盤式機械手刀庫安裝在數控機床之后換刀位置處在圓盤式機械手刀庫的最下端，且除換刀位置的刀套外，其他刀套均處于水平位置的場合下，本發明中編制的工作流程僅能用于換刀、從圓盤式機械手刀庫給空主軸裝刀時，從主軸給圓盤式機械手刀庫裝刀時，處在換刀位置的刀套中沒刀柄，無法通過本發明中編制的工作流程使用本發明。