CN101644636A - 冲击试样加工中心的三铣联动加工系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种冲击试样加工中心的三铣联动加工系统，可保证满足夏比冲击试验所需的试样主要尺寸、形状、表面质量及形位公差的技术要求：试样加工的一致性和批量要求。系统由原料储备区、高速平面铣削区、综合整理平台、分料铣削加工区和V型缺口加工及成品集装区组成，几个部分分别独立完成一个工序的加工或完成不同工序转换过程所需的辅助工作。各部分保持并行运行方式，工序或工位发生冲突或重叠情况时，由系统控制软件统一协调。工件的工位转换由两套三维机械手执行。工件打号机的打号程序也纳入总程序管控。本发明为多工艺环节、多工位转换操作的一体化系统，实现了测量和工艺过程的全自动化，可完成从毛坯料到合格冲击试样产出的一次性自动加工过程。

Description

冲击试样加工中心的三铣联动加工系统

技术领域

本发明涉及金属冲击试样自动化加工及工装机械结构。

背景技术

夏比冲击试验所需的试样成品冲击试样尺寸、形位精度及表面粗糙度均应达到国家标准GB 2106-80中对试样的技术要求。满足技术要求的自动化加工设备是市场所急需的。

发明内容

本发明目的在于公开一种冲击试样加工中心的三铣联动加工系统，可保证满足夏比冲击试验所需的试样主要尺寸、形状、表面质量及形位公差的技术要求：试样加工的一致性和批量要求。

系统由原料储备区、高速平面铣削区、综合整理平台、分料铣削加工区和V型缺口加工及成品集装区组成，几个部分分别独立完成一个工序的加工或完成不同工序转换过程所需的辅助工作。各部分保持并行运行方式，工序或工位发生冲突或重叠情况时，由系统控制软件统一协调。工件的工位转换由两套三维机械手执行。工件打号机的打号程序也纳入总程序管控。

高速平面铣削采用电主轴高速铣削工艺，完成平面加工。分料铣削采用成组锯片铣刀一次完成分料加工。V型缺口加工采用成型铣刀铣削加工工艺，为控制刀具磨损和保证加工精度和质量设计了双轴铣头，由两片不同品质的成型铣刀分别完成粗、精铣削。

各加工设备均设计有专用的自动液压夹具。

原料储备区设计有可一次性存入成批毛皮料的储、送料装置，实现批量储料和自动送料工作。综合整理平台设计有工件成组翻转装置，完成工件的90度翻转工作；去毛刺装置，完成工件加工飞边毛刺的去除工作；自动打号机，完成工件的编号、打号工作。成品集装区设计有自动退料和集装装置，完成成品自动入库工作。

机械手由三维线性运动装置和工件抓取装置组成。一号机械手完成高速平面铣工序的自动上料、退料、工件成组180度翻转、送料至综合整理平台及打号机工作。二号机械手完成分料铣削及V型缺口加工工艺阶段的自动送、退料工作，配合翻转装置完成90度翻转工作。

各工艺部位均采用高速气流除屑方法，设计有相应的除屑装置。

本发明为多工艺环节、多工位转换操作的一体化系统，系统中综合运用了机、电、光、液压和计算机软硬件技术，实现了测量和工艺过程的全自动化，可完成从毛坯料到合格冲击试样产出的一次性自动加工过程。为了保证系统的高效率，本系统采用各工艺环节的并行运行和穿插作业相结合的方式是最可行，本发明有效的运用PLC技术、传感器技术、运控技术及计算机技术，在labview软件平台基础上合理安排，科学设计，实现了系统内的最小等待状态运转。

附图说明

图1为本发明系统硬件布置示意图；

图2为本发明平面加工高速铣结构示意图；

图3为本发明分料加工铣床及夹具图结构示意图；

图4为本发明V型缺口加工铣床加工示意图；

图5为图4夹具放大图；

图6为本发明双轴铣头结构示意图；

图7为本发明分料夹具结构示意图；

图8为本发明V型缺口铣削夹具示意图；

图9为图8的侧视图；

图10为本发明料位整理装置结构示意图；

图11为图10的侧视图；

图12为本发明上料盘结构示意图；

图13为图12的俯视图；

图14为本发明出料装置结构示意图；

图15为图14的俯视图；

图16为本发明相机全自由度调节装置结构示意图；

图17为图16的侧视图；

图18为图17的俯视图；

图19为本发明90°翻转器结构示意图；

图20为图19的俯视图；

图21为本发明成组件各件分别作90°旋转并重新排列示意图。

具体实施方式

如图1所示，本发明划分为五个区域，由一铣即平面铣11、二铣即分料铣12和成型铣13即铣V型缺口三部机床、两个三维机械手14、15、料位转换和定位装置、排屑、去毛刺装置及打号机等机械装置组成。系统中，除铣头配用了标准部件外，其余部分均为专门设计的专用机构。

冲击试样的加工过程分为如下3道工艺环节：毛坯铣削分料→试件表面加工→试件V型缺口铣削。因此，相应地把冲击试样加工中心总体结构分成3个特征加工部分，如图1所示，每个部分负责试样的一类加工工艺环节。分料铣削部分负责毛坯分料环节，将一块大的毛坯件铣成三块相同大小的单试件坯件；高速铣削部分负责冲击试样四个平面的表面加工，一次加工6个工件；V型缺口铣削部分利用成型铣刀在试样上加工V型缺口。

原料储备区设有可成批存入毛皮料的储、送料装置，实现批量储料和自动送料工作。综合整理平台设有工件成组翻转装置，完成工件的90度翻转工作；去毛刺装置，完成工件加工飞边毛刺的去除工作；自动打号机，完成工件的编号、打号工作。成品集装区设有自动退料和集装装置，完成成品自动入库工作。

V型缺口精度要求较高，而成型铣刀又较易磨损，为保证加工精度，本发明开发了视觉检测系统，在线检测V型缺口质量，并反馈控制加工工艺，一次可同时铣削3个试样，同时设计了双铣刀铣头，以先粗后精的方式进行加工。

全自动加工成败的关键是工位转换及工件在工艺各环节的协调传递、可靠装夹及准确定位。系统中工件的工位转换由机械手完成；各环节的特殊卡具实现不同的夹紧方式；各加工部位专门的工件翻转及工位整理定位装置保证合适的加工精度(见后继的详尽说明)。机械手由三维线性运动装置和工件抓取装置组成。一号机械手完成高速平面铣工序的自动上料、退料、工件成组180度翻转、送料至综合整理平台及打号机工作。二号机械手完成分料铣削及V型缺口加工工艺阶段的自动送、退料工作，配合翻转装置完成90度翻转工作。

如图2所示，本发明平面加工高速铣及夹具。其中21为工件、22为夹具、23为高速铣刀、24为高速铣头。

如图3所示，本发明分料加工铣床及夹具。其中31为夹具、32为锯片铣刀33为铣头

如图4图、5所示，本发明V型缺口加工铣床、铣头及夹具。其中41为送料器、42为夹具、43为成型铣刀、43为铣头。

如图6所示，本发明双轴铣头由两组联动同转向主轴组成，粗铣刀作较大切削量的初步加工，完成粗铣加工，精铣刀切除较小的余量，完成精加工。

其中61为粗铣刀、62为粗铣二级主轴、63为精铣刀、64为精铣二级主轴、65为中心主轴。

如图7所示，本发明分料夹具用于毛坯料的切分加工，试件75置于固定夹头76的试件槽中，夹紧力由固定在工作台71上的油缸72提供，活塞杆73直接推动活动钳口74夹紧试件75。

如图8、图9所示，本发明V型缺口夹具用于V型缺口成型加工。试件置于固定及定位夹头85的试件槽中，夹紧力由固定在工作台83上的油缸81提供，活塞82直接推动球面铰86上部的活动压头84与固定压头86夹紧试件，球面铰的作用是使活动夹紧面可以绕球心转动，从而自动调整因工件形状误差产生的不均匀的夹紧力。固定夹头试件槽的上侧面和前面为定位面。图9的91为活动压头导向板。

如图10、图11所示，本发明料位整理装置用于将准备进行V型缺口加工的一组试件进行料为整理，整个装置通过杆101固定在铣床工作台上，当装有一组试件的夹具运行进入整理器后，试件首先接触正面定位杆111，使试件被推动至无间隙靠紧夹具的后定位面，完成试件与加工方向的垂直度及相互间的平行度整理。工作台继续前行，使夹具夹头与整理臂103、104上的滚轮102接触，并推动其前行，由于杆101是固定的，则103、104杆的前行就使得由103、104、和铰链杆105、106及101组成的平行铰链结构发生103、104杆向中心对成靠拢的形变，这样就使得在103、104两杆中间的一组试件端部排齐，并向中间对称就位，实现试件的排齐与对中。导向杆107及其上的压缩弹簧用于杆103、104的复位，与杆103、104结合的定位杆111用于调整整理杆103、104与工作台运动方向的平行性，滚轮102有助于103，104杆的横向活动，112是侧定位板，用于试件的对中定位。

如图12，图13所示，本发明上料盘由三个QGCX32x490F1驱动汽缸131，132，133分别驱动上、中、下三层料盘121，122，123完成前后移动动作。每个上料盘可装尺寸为55×10.6×42mm的坯料30件，共90件坯料，一次上料可加工出270件冲击试样。

机床开机前，在储料区三个上料盘均装满坯料，由汽缸推到抓料区等待加工，机床开始工作时，机械手首先抓上层料盘中的坯料，30块料抓完后，上层空盘退到储料区，装填坯料，这时机械手开始抓中层料盘中料，抓完后中层空盘退到储料区，机械手开始抓下层料盘中料，抓完后空盘退到储料区，等上层料盘移动到抓料区后，机械手开始抓料，这时中层、下层料盘装满坯料移动到抓料区，这样依次循环可不间断供应坯料，实现机床连续加工要求。

如图14、图15所示，本发明出料装置用于将成品装入试样盒，并将试样盒推入成品库架中。预先将成品盒装入由两个141号料盒导槽构成的框架中，成品盒可在其中自由下落，使盒口对准成品入口142，成品被机械手通过入口151推入成品盒中。当成品盒装满后，即可被接近开关检测到，气缸142启动用推头152将装满试件的成品盒推入由纵梁153、横梁154组成的成品库架中。

如图16、图17、图18所示，本发明相机全自由度调节装置由角度调节平台、左右调节平台、上下调节平台、前后调节平台和主轴组成，可实现对相机进行全自由度的小角度调节，装置中设有161、171、181、162、163、172共6个调节螺栓，通过螺栓传动实现全自由度的无振动平稳调节。俯仰和侧倾角度可在5°以内调节，水平旋转角度可做1°以内小角度调节，上下调节范围在5mm以内，前后左右调节范围在30mm以内。对已作初步安装定位的相机进行上述范围内的调节完全可以满足要求。图中161、171、181三个调节柄分别调节角度调节平台的俯仰角、侧倾角和水平旋转角，174号柄用作高度调节，163号柄用作左右调节，172号柄用作前后调节。

如图19、图20所示，本发明的90°翻转器由191工件水平推动汽缸、192水平推杆、193工件原始工位保持架、201料位整理汽缸、202整理推杆、203料位整理盘组成。

11、90°翻转器

如图21所示，本发明的成组件各件分别作90°旋转并重新排列。90°翻转的方法基本思路是：首先将准备进行90°翻转的成组工件211整组作90°旋转212，然后将最底层的工件水平推动，紧挨其后的工件进入到最底层位置，再一次推动就将其重新排列到前面工件的后面213，依次进行水平推动，最终就可将成组的工件逐个翻转90°成214。

具体的90°翻转机构工作过程为：由机械手把坯料以垂直排列的方式送至工件原始工位保持架193内，水平推动气缸191经水平推杆192逐一将处于最底层的工件水平推至料位整料器内，再经料位整理气缸将翻转后的工件归整，等待机械手将翻转90度后的坯料送至下一加工工位。

Claims (1)

1.一种冲击试样加工中心的三铣联动加工系统，由原料储备区、高速平面铣削区、综合整理平台、分料铣削加工区和V型缺口加工及成品集装区组成，高速平面铣削采用电主轴高速铣削工艺，完成平面加工；分料铣削采用成组锯片铣刀一次完成分料加工；V型缺口加工采用成型铣刀铣削加工工艺，为控制刀具磨损和保证加工精度和质量设计了双轴铣头，由两片不同品质的成型铣刀分别完成粗、精铣削；各加工设备均设计有专用的自动液压夹具；原料储备区设计有可一次性存入成批毛皮料的储、送料装置，实现批量储料和自动送料工作；综合整理平台设计有工件成组翻转装置，完成工件的90度翻转工作；去毛刺装置，完成工件加工飞边毛刺的去除工作；自动打号机，完成工件的编号、打号工作；成品集装区设计有自动退料和集装装置，完成成品自动入库工作；机械手由三维线性运动装置和工件抓取装置组成；一号机械手完成高速平面铣工序的自动上料、退料、工件成组180度翻转、送料至综合整理平台及打号机工作；二号机械手完成分料铣削及V型缺口加工工艺阶段的自动送、退料工作，配合翻转装置完成90度翻转工作，各工艺部位均采用高速气流除屑方法，设计有相应的除屑装置。

Images