用于车床加工的一体化快速安装的上下料桁架机器

1.本发明涉及车床加工领域，具体涉及用于车床加工的一体化快速安装的上下料桁架机器。


背景技术：

2.随着工业技术自动化水平的不断发展，通用工业机器人、特制机械手或桁架机械手越来越广泛地应用于工业生产流水线，并将逐渐替代企业生产中采用人工操作的各个工序之间的工件转运、装卸，避免由于人工操作劳动强度大、生产效率低、产品质量不稳定等，导致的影响市场竞争力，从而限制企业发展的问题。桁架机械手是一种建立在直角x，y，z三坐标系统基础上，对工件进行工位调整，或实现工件的轨迹运动等功能的全自动工业设备，其通过工业控制器控制机械手完成x，y，z三轴之间的联合运动，以实现整套的全自动作业流程，常用于大型加工设备上。
3.授权公告为cn 204524267 u的实用新型专利，专利名称为压缩机曲轴仿形数控车床，包括基座、进料架、工件转动及定位装置、加工装置和卸料滑道，上述的进料架、工件转动及定位装置、加工装置和卸料滑道均为两个，其分别对称设置在基座的左右两侧形成左右两个区域；在基座上安装一个桁架，该桁架上滑动安装两个机械手，该两个机械手分别位于左右加工区域上方。
4.以上专利公开的桁架和机械手主要是运用在具有两个加工轴的普通车床上，主要是将普通一轴加工的车床设计成两个加工轴的仿形车床，桁架和机械手在两个加工轴之间来回移动，并且机械手采用的是电机控制，机械手和车床必须固定配套使用，不能拆卸开来单独使用，比如运用到数控车床上，桁架和机械手就没办法安装使用，使用局限性低。
5.授权公告为cn 211708832 u的实用新型专利，公开了专利名称为一种采用桁架上下料的工件加工系统，新型包括并排设置的上料机构、下料机构，所述上料机构右侧和下料机构左分别设有数控车床一和数控车床二，所述上料机构右侧和下料机构左侧均设有用于支撑的立柱，所述立柱顶端水平设置有x轴滑动导轨，所述x轴滑动导轨上竖直设置有z轴滑动导轨，所述z轴滑动导轨底部固定设置有机械手。所述机械手包括与z轴滑动导轨相连的连接件，所述连接件底部倾斜设置有角板，所述角板上设有旋转气缸，所述旋转气缸贯穿角板连接有三角连接块，所述三角连接块的两个斜面上均设有液压缸，所述液压缸连接有三爪卡盘。
6.以上专利涉及到的x、z轴方向的桁架都是由电机驱动的，x轴桁架是搭建在两个数控车床上上的，上料机构和下料机构安装在两个车床的中间，此结构在搭建组装时，必须药确认两个机床的位置，还要确认桁架的运行行程，再来确认上料机构和下料机构的位置，在安装调试的时候比较复杂，需要多次调试才能成功运行。
7.授权公告为cn 114131059 a的实用新型专利，公开了专利名称为一种零件装卸的桁架机械手，所述桁架机械手包括两个立柱11、水平横梁7、竖梁3和末端执行元件12，所述横梁7的两端分别与立柱11固定连接，导轨5通过导轨紧固螺钉6固定在横梁7上，竖梁3和横
梁7由横梁挂板4和竖梁挂板2连接，横梁挂板4上安装有横向伺服电机15，竖梁3连接末端执行元件12、丝杠固定座13、齿轮14、伺服电机1、丝杠16和纵向移动螺母17。所述末端执行元件12上的三爪气缸26和手爪安装板23与手爪底座24用螺钉25连接，手爪底座24另一端与气缸安装座18连接，气缸安装座的侧面安装摆动气缸19，气动手爪21与三爪气缸26通过螺钉27连接。
8.以上专利的x轴和z轴桁架，也是采用电机控制移动，末端执行元件(12)是采用的气动控制的三爪卡盘，虽然此桁架可以搭建在任何传送的场所，但是尺寸需要定制，没办法直接安装使用，还需要花很大的功夫去调试，根据使用的场景去设计尺寸。
9.申请公布号为cn 113649599 a的发明专利，公开了专利名称为一种法兰端板自动上下料数控车床，包括进出料系统、数控车床系统及送料系统；所述进出料系统用于将法兰端板送入或送出，包括滑轨及沿滑轨滑动连接的小车；所述送料系统用于将抓取法兰端板并将法兰端板送入或取出数控车床系统，包括桁架及沿桁架移动的送料机械手，送料机械手上设置有吸盘；所述数控车床系统用于对法兰端盘进行车加工并将成品送出，包括车床本体、车加工组件、卡盘、定位锥桶、抬板圆环机构及下料轨道，所述卡盘、车加工组件、定位锥桶固定在车床本体顶端，车加工组件为两组，对应设置在卡盘两侧，所述抬板圆环机构包括抬板圆环、抬板臂及抬板驱动，所述抬板圆环对应设置在卡盘上方，所述抬板驱动通过抬板臂与抬板圆环连接，抬板驱动能够驱动抬板圆环向上抬起，所述下料轨道对应设置在抬板圆环机构一侧，下料轨道向下倾斜设置。
10.以上专利的桁架和上下料系统是搭建在数控车床的两侧的，桁架的体型较大，上料和下料还需要两个机械手来配合使用，上料系统和下料系统分开搭建，比较设计结构复杂，占地面积宽广，占用空间大，且交替操作速度低，机械手运动到位后也不能立即停止，而是在原位摆动一定时间后才停下来，导致加工精度和加工效率低，从而给实际生产带来了很大的困扰。
11.总体来说，这些桁架采用电机驱动的，机械手重量重，导向精度低，机械手在运行过程中容易出现大幅振动，使得运行位置精度低且速度慢。要么不具备上下料的功能，只能实现简单的抓取，配置的上下料装置又比较复杂，不好搭建，不易组装，还要经过多次尺寸量取才能进行安装，还要经过程序调试才能投入使用，售后工作量大。


技术实现要素：

12.为解决上述技术问题，本发明的目的在于提供用于车床加工的一体化快速安装的上下料桁架机器，替换现有技术的电动控制机械手，将其改变为气动控制，提高控制精度和控制的灵活性，根据数控车床设计了可快速安装的模块化上下料桁架机器，安装即能使用，省下调试阶段的程序，减轻售后人员的工作量，将复杂设备简单化，非专业人员也能快速安装操作，提高了高精度器械的标准度，使其常用化。
13.为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
14.用于车床加工的一体化快速安装的上下料桁架机器，包括数控车床、伺服驱动x轴、气动z轴、末端直行元件、x轴支撑架、控制柜和料仓结构，以数控车床的加工操作面为基准，所述控制柜使用地脚螺栓固定在数控车床的右侧，料仓结构固定在控制柜的柜顶上，在控制柜上竖立着x轴支撑架，所述伺服驱动x轴的右端搭建在x轴支撑架上，伺服驱动x轴的
左端利用固定架搭建在数控车床的顶部，所述气动z轴滑动安装在伺服驱动x轴上，且在数控车床的加工位与料仓结构之间来回移动完成上、下料的工作，所述末端直行元件固定在气动z轴的下端；
15.所述料仓结构包括升降器、升降台、伺服驱动y轴和料仓盘，所述升降器固定在控制柜的柜顶，升降台搭建在升降器的顶部，所述伺服驱动y轴安装在升降台上，所述料仓盘移动安装在伺服驱动y轴上。
16.进一步的，所述x轴支撑架包括伺服驱动轨道和轨道支撑，两者相互平行，并置于料仓结构的左右两侧，伺服驱动x轴的右端搭建在伺服驱动轨道和轨道支撑的顶部。
17.进一步的，所述伺服驱动x轴和伺服驱动轨道均是由伺服电机、丝杠、滑轨、滑块和x轴桁架组成，伺服电机固定在x轴桁架的端头，丝杠沿着x轴桁架的长度方向安装在桁架内，丝杠的端头通过联轴器安装在伺服电机的输出轴上，滑轨平行于丝杠安装在x轴桁架内，滑块安装在x轴桁架外，滑块卡接在丝杠和滑块上，由丝杠的传动带动滑块沿着滑轨移动。
18.进一步的，在伺服驱动轨道和轨道支撑之间设有机械手主保护架，机械手主保护架的右端固定在伺服驱动轨道的滑块上机械手主保护架的左端滑动安装在伺服驱动轨道上。
19.进一步的，在固定架与轨道支撑之间架设有机械手副保护架，机械手主保护架和机械手副保护架均是由钢丝组成的网格框架。
20.进一步的，所述气动z轴安装在伺服驱动x轴的滑块上，气动z轴设有一组及一组以上，伺服驱动x轴的滑块的呈l形，气动z轴安装在l形滑块的竖直面上，在l形滑块的水平面上设有控制一组以上气动z轴的继电器。
21.进一步的，所述气动z轴包括z轴桁架、z向驱动气缸、桁架滑道和气缸连接块，所述桁架滑块安装在l形滑块的竖直面上，z轴桁架嵌在桁架滑道上，所述z向驱动气缸的缸轴朝下的固定在l形滑块的竖直面上，气缸连接块的一端连接在z向驱动气缸的缸轴缸轴上、另一端固定在z轴桁架上。
22.进一步的，在l形滑块的竖直面上设有平行于z轴桁架的双面限位器，在z轴桁架的上端设有上限位块，在z轴桁架的下端设有下限位块，双面限位器的两个限位压针分别对着上限位块和下限位块。
23.进一步的，所述末端直行元件主要由连接件、角板、旋转气缸、三角连接块和气动夹持手组成，连接件固定在z轴桁架的下端，角板倾斜固定在连接件上，旋转气缸固定在倾斜角板的上平面，并且旋转气缸的缸轴穿过角板连接着三角连接块，气动夹持手为两组，呈90
°
角度固定在三角连接块上。
24.进一步的，升降台的下方设有四根支撑轴，支撑轴通过轴套安装在控制柜上并延伸至控制柜下方。
25.本发明与现有技术相比的有益效果是：1、伺服驱动x轴能搭建在料仓结构和数控机床的顶部，根据数控机床的尺寸和结构设计标准化，料仓结构的宽度与数据机床的宽度相同，安装时直接并排着数控机床放置即可，这样就能快速搭建伺服驱动x轴，伺服驱动x轴作为整个桁架机器的基准，搭建好后，无需在现场调整伺服驱动x轴伺服控制的参数，直接开机可使用，相对于现有技术来说，快速安装和使用便是该结构设计的优势。
26.2、伺服驱动x轴无须调整参数，在出厂时便设计好了，那么在伺服驱动x轴上移动的气动z轴也不需要调整移动参数，因为伺服驱动x轴的高度确定好了，他根据料仓结构的高度来抓取零件，料仓结构上的料仓盘整齐的将零件摆放好的，气动z轴上下移动，在配合料仓结构的移动能从料仓盘的某一个固定位置挨个、准确的抓取零件至数控车床的加工位，也能达到安装即可使用的目的。
27.3、并且，相对于现有技术，本设计将气动z轴的驱动改为气缸控制，相对于电机控制，气动控制的结构简便化，不需要通过齿形带或丝杆等机械装置进行传动转化，在直线运动来说，显然气动控制更适合本设计，在装配上更简单，在设备成本上也能降低，即使不是操作本设备的本领域技术人员，也能根据操作说明书快速装配，对于使用厂家来说，操作更便捷，更简单。
28.4、料仓结构的设计，不仅配合伺服驱动x轴、气动z轴完成输送零件的工作，还能配合完成升降、y轴方向的移动，灵活的输送零件，这样整套设备实现了x、y、z三维方向的移动控制，能便捷的为数控车床自动化的上、下料零件，达到无人生产的目的，节约人工，提高数控加工的效率。
附图说明
29.图1为本发明的主视结构视图；
30.图2为本发明的立体结构示意图；
31.图3为本发明x轴支撑架安装在控制柜上的立体结构示意图；
32.图4为本发明控制柜和料仓结构装配的立体结构示意图；
33.图5为本发明控制柜和料仓结构装配的主视结构示意图；
34.图6为气动z轴的主视结构示意图；
35.图7为末端直行元件的立体结构示意图；
36.图8为伺服驱动x轴上安装着单臂气动z轴的立体结构示意图；
37.图9为伺服驱动x轴上安装着双臂气动z轴的立体结构示意图；
38.图10为另一种末端直行元件的立体结构示意图。
具体实施方式
39.为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例进一步阐述本发明。
40.如图1—图10示的用于车床加工的一体化快速安装的上下料桁架机器，包括数控车床1、伺服驱动x轴2、气动z轴3、末端直行元件4、x轴支撑架5、控制柜6和料仓结构7，以数控车床1的加工操作面为基准，所述控制柜6使用地脚螺栓固定在数控车床1的右侧，料仓结构7固定在控制柜6的柜顶上，在控制柜6上竖立着x轴支撑架5，所述伺服驱动x轴2的右端搭建在x轴支撑架5上，伺服驱动x轴2的左端利用固定架搭建在数控车床1的顶部，所述气动z轴3滑动安装在伺服驱动x轴2上，且在数控车床1的加工位与料仓结构7之间来回移动完成上、下料的工作，所述末端直行元件4固定在气动z轴3的下端；气动z轴3在伺服驱动x轴2上的移动行程为800mm、1200mm、1800mm三种规格，此行程的定制根据数控车床的尺寸而定制，气动z轴3上下料移动的行程为400mm、650mm、800mm三种规格，伺服驱动x轴2、气动z轴3的传
动速度设定是90m/min，定位精度能达到正负0.1mm，伺服驱动x轴2、气动z轴3移动的电源线利用拖链集中整理，拖链能随着电器元件移动而移动，避免线路打结缠绕。末端直行元件4的负载重量可达到5kg，
41.所述料仓结构7包括升降器70、升降台71、伺服驱动y轴72和料仓盘73，所述升降器70固定在控制柜6的柜顶，升降台71搭建在升降器70的顶部，升降台71的下方设有四根支撑轴74，支撑轴74通过轴套安装在控制柜6上并延伸至控制柜6下方，所述伺服驱动y轴72安装在升降台71上，所述料仓盘73移动安装在伺服驱动y轴72上。具体的，伺服驱动y轴72由中间的丝杆组和两边的直线导轨组组成，丝杆组和直线导轨组相互平行，沿着控制柜的前后方向布置，丝杆组和直线导轨组上方设有托起料仓盘73的托盘75，在托盘75的四个角位置设有定位柱，料仓盘的底部设有定位孔，料仓盘73放在托盘75上并卡住，丝杆组负责传动托盘75和料仓盘73，两边起支撑作用的直线导轨组确保托盘75和料仓盘73的平衡，加工的零件放在料仓盘73上，整个料仓盘73前后移动，配合左右移动的气动z轴3，就能快速夹持起料仓盘73上任意位置的零件，料仓盘73上设有多个卡接位，可以放置轴承、轴套或其他能够在数控车床1上加工的轴类零件。
42.具体的，如图3所示，所述x轴支撑架5包括伺服驱动轨道50和轨道支撑51，两者相互平行，并置于料仓结构7的左右两侧，伺服驱动x轴2的右端搭建在伺服驱动轨道50和轨道支撑51的顶部。方便气动z轴3左右来回移动，不断的将料仓盘73上的零件夹持至数控车床1上，不断的将车床轴上加工好的零件夹持至料仓盘73上摆放整齐。
43.以上所述的伺服驱动x轴2和伺服驱动轨道50均是由伺服电机、丝杠、滑轨、滑块和x轴桁架组成，伺服电机固定在x轴桁架的端头，丝杠沿着x轴桁架的长度方向安装在桁架内，丝杠的端头通过联轴器安装在伺服电机的输出轴上，滑轨平行于丝杠安装在x轴桁架内，滑块安装在x轴桁架外，滑块卡接在丝杠和滑块上，由丝杠的传动带动滑块沿着滑轨移动。伺服电机具有角位移定位精准的特点，能够准确带动所载部件移动到指定位置，完成指定程序。
44.如图3所示，在伺服驱动轨道50和轨道支撑51之间设有机械手主保护架52，机械手主保护架52的右端固定在伺服驱动轨道50的滑块上，机械手主保护架52的左端滑动安装在伺服驱动轨道50上。在固定架与轨道支撑51之间架设有机械手副保护架53，机械手主保护架52和机械手副保护架53均是由钢丝组成的网格框架。机械手主保护架52可以在伺服驱动轨道的带动下上下移动，因为升降器70能顶升起料仓盘73，以补偿末端直行元件4的抓取高度，或者是方便多个料仓盘73重叠堆放，料仓盘73堆高过后，为避免机械手主保护架52太低而挡住升降器70的运动，所以设计了可以上下升高的机械手主保护架52。机械手副保护架53沿着末端执行元件4的移动路线，挡住夹持手，起保护数控车床1加工操作面之前的操作人员的作用。
45.如图6、图8、图9所示，气动z轴3设有一组或者两组，伺服驱动x轴2的滑块的呈l形，气动z轴3安装在l形滑块8的竖直面上，在l形滑块8的水平面上设有控制一组以上气动z轴3的继电器。继电器可以控制两组的气动z轴3交替工作，也能控制两组气动z轴3同时工作。
46.如图6所示，所述气动z轴3安装在伺服驱动x轴2的滑块上，具体的，所述气动z轴3包括z轴桁架30、z向驱动气缸31、桁架滑道和气缸连接块32，所述桁架滑块安装在l形滑块8的竖直面上，z轴桁架30嵌在桁架滑道上，所述z向驱动气缸31的缸轴朝下的固定在l形滑块
8的竖直面上，气缸连接块32的一端连接在z向驱动气缸31的缸轴缸轴上、另一端固定在z轴桁架30上。优选的，为保护工作行程，避免撞击的情况出现，在l形滑块8的竖直面上设有平行于z轴桁架30的双面限位器33，在z轴桁架30的上端设有上限位块34，在z轴桁架30的下端设有下限位块35，双面限位器33的两个限位压针分别对着上限位块34和下限位块35。即z轴桁架30在z向驱动气缸31的带动下能移动400mm、650mm、800mm三个距离行程，在安装设备时可选择行程尺寸，超出程序设定的尺寸，双面限位器33的限位压针就能撞击上限位块34和下限位块35，致使z向驱动气缸31停止工作。
47.如图7所示，所述末端直行元件4主要由连接件40、角板41、旋转气缸42、三角连接块43和气动夹持手44组成，连接件40固定在z轴桁架30的下端，角板41倾斜固定在连接件40上，旋转气缸42固定在倾斜角板41的上平面，并且旋转气缸42的缸轴穿过角板41连接着三角连接块43，气动夹持手44为两组，呈90
°
角度固定在三角连接块43上，气动夹持手44带三爪卡盘，既能夹持轴类零件，还能夹持轴套类零件，或者是套筒类零件。
48.或者是如图10所示，末端直行元件4还可以由连接件、90
°
旋转气缸42和两个气动夹持手44组成，气动夹持手44为手指气缸，可以夹持起比较小的零件。
49.整套设备采用plc 触摸屏 et2.0系统的驱动控制方式，控制柜中安装控制板，在机械手主保护架上设置触摸屏。料仓结构不仅仅限于本实施例中的结构，也适用于点阵料仓、重力料仓、皮带料仓和链条料仓。
50.以上对本发明提供的用于车床加工的一体化快速安装的上下料桁架机器进行了详细介绍。具体实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。