CN102248436B - 机床自动上料装置及其上料控制方法 - Google Patents

Abstract

机床自动上料装置及其上料控制方法，适用于截面为圆形或多边形的盘类及轴类零件，其特征在于工件储存机构为垂直三段Z字型折弯斜面轨道，料库下端与料库送料轨道间安装工件提升、工件支撑、工件安装及工件固定机构，后者连接在工件提升机构中的竖直气缸活塞杆上，水平气缸安装在工件安装机构上；在料库送料轨道和气缸上设工件检测装置；整个机构通过料库左、右支架以及工件提升支架固定在安装板上，再安装到机床上即可使用；工件储存机构中的工件经提升进入工件工件支撑机构中，提升机构的上下运动完成提取工件以及工件与机床主轴的对心工作。上料控制方法：将上料动作设计成控制程序并存入模块，并分别与机床控制系统的PLC、NC部分相通。整体结构紧凑、简单、灵活，节省空间，造价低。

Description

机床自动上料装置及其上料控制方法

技术领域

本发明涉及机床辅助设备，具体为一种适合截面为圆形或多边形的自动上料装置。

背景技术

在人力成本日益提高的今天，机床自动化成为发展趋势。自动上料机构可以代替人工上料，结构简单、紧凑，使用时也更加灵活、可靠；在结构空间紧凑、加工大批量工件时可使用，本机构的应用可以实现数控机床自动化加工，节省人工成本、提高加工效率及可靠性，因此在大批量生产上使用更具有独特的优势。

发明内容

本发明的目的在于提供一种机床自动上料装置及其上料控制方法，适用于截面为圆形或多边形的盘类及轴类零件，其控制程序适应机床控制系统，整体结构紧凑、简单、灵活，节省空间，造价低。

一种机床自动上料装置，包括与机床控制系统连通的控制程序模块、配电传感器件的电路，其特征在于工件储存机构为垂直三段Z字型折弯斜面轨道，料库下端轨道末端与料库送料轨道的直边之间安装由垂直气缸带动的工件提升机构，工件提升机构末端安装浮动设计的工件支撑机构及工件安装机构，工件固定机构安装在工件支撑机构一端，工件安装机构通过连接板连接在工件提升机构中的竖直气缸活塞杆及竖直导杆上，水平气缸和水平导杆轴承座安装在工件安装机构连接板上；在送料轨道和气缸上设置工件检测装置；整个自动上料机构通过料库左、右支架以及工件提升支架固定在安装板上，只需将安装板通过螺栓安装到机床上即可使用；工件储存机构中的工件通过工件提升机构进入工件支撑机构中，提升机构的上下运动完成提取工件以及工件与机床主轴的对心工作，水平气缸带动工件支撑机构做水平运动，由工件安装机构将工件支撑机构上的工件送入机床主轴。上料控制方法：将机械运动的上料动作设计成控制程序并存入模块，该程序模块分别与机床控制系统的PLC、NC部分相通，在各个作业部件上设置电传感器件，并按控制程序设计电路，该电路通过电源、程序电路输出端口与机床控制中心的接口相通。

本发明的有益效果是：

1、本发明中工件储存空间采用Z字型设计，结构紧凑，节省空间，并且Z字型轨道拐角处采用特殊设计，有效避免工件在轨道中的运行的死点，不仅满足圆形截面的盘类及轴类零件在轨道内自由运动，同时可以满足多边形截面的盘类及轴类件在轨道内的运动，工件存储空间及轨道间距可调，通用性好，可满足不同规格的零件。工件储存机构中一次存放大量工件，供自动上料装置将工件不断的将工件送入机床主轴中。

2、本发明上料过程采用工件提升机构及工件安装机构，工件提升机构有效保证每次只将一个工件送入工件支撑装置中，在提升气缸 往复运动中同时完成取料及零件与主轴对心工作，一次运动完成两个动作，大大提高了效率，同时也使整个自动上料装置更加紧凑。工件安装机构固定在工件提升机构上，当工件与机床主轴对心以后，工件由工件安装机构送入机床主轴，工件固定机构中的工件压板可以压紧工件支撑机构中的工件，防止工件在安装过程中意外滑落。每次上料时安装机构与机床主轴中心位置固定，确保整个上料机构的可靠性。

3、本发明中工件支撑机构采用浮动设计，两个支撑板通过弹簧连接，距离可调，工件装入主轴以前两个支撑板留有较大间距，支撑工件两端，使支撑平稳，工件安装过程中两个支撑板之间的弹簧被压缩，间距减小，工件一端露在支撑板外，进入主轴。

检测机构可以检测自动上料机构是否正常运行，如果上料机构中的气缸活塞杆位置错误或工件没有由存储机构成功送入到支撑机构中，都说明自动上料机构工作状况异常，本控制程序会给机床控制系统发出警告，并自动停机。

附图说明

图1为本发明机床自动上料装置的结构主视图；

图2a为图1的左视图；

图2b为图1的右视图；

图3为图1的俯视图；

图4a ~4d为料库轨道11~14上的腰型孔示意图；

图5为工件支撑机构示意图；

图6a为工件固定机构主视图；

图6b为工件固定机构左视图；

图7a1~3、7b1~2、7c1~7c2为本发明机床自动上料装置的电路连接示意图；

图8为本发明机床自动上料装置的作业控制程序框图。

具体实施方式

本发明机床自动上料装置，包括与机床控制系统连通的控制程序模块、配电传感器件的电路，其特征在于工件储存机构为垂直三段Z字型折弯斜面轨道，料库下端轨道下端与料库送料轨道的直边之间安装由垂直气缸带动的工件提升机构，料库送料轨道末端安装浮动设计的工件支撑机构及水平气缸，工件安装机构位于工件支撑机构与机床主轴之间，在送料轨道和气缸上设置工件检测装置；工件储存机构中的工件通过工件提升机构进入工件支撑机构中，提升机构的上下运动完成提取工件以及工件与机床主轴的对心工作，水平气缸带动工件支撑机构做水平运动，由工件安装机构将工件支撑机构上的工件送入机床主轴。结构如图1所示，整个自动上料机构通过料库左支架2、料库右支架3以及工件提升机构支架4固定在安装板1上，用螺栓将安装板1与机床床头立板固定就可使用。

工件储存机构：见图1及图2b，组装时将若干长螺栓由料库前侧板9上的螺栓孔穿过，分别横插入由上至下布置的两片料库上端轨道11、两片料库中间轨道12、两片料库下端轨道13上的腰形孔并通过螺母平行间隔、再从另一侧板10上的螺栓孔穿出，并用螺母固定；固定在两侧板9、10之间两片料库上端轨道11、两片料库中间轨道12、两片料库下端轨道13的上边缘构成由上至下Z字型三段折弯轨道的斜面，料库送料轨道14如图4d所示，与三段折弯轨道11~13的结构相同，所述料库下端轨道13与料库送料轨道14之间水平方向留有空间，供工件提升机构运动，见图1、3，两片料库送料轨道14起端与竖直工件提升机构上端相交，料库送料轨道14轨道下端为工件出口其轨道面与水平成45°角；工件垂直于料库侧板9、10和轨道11~14上边缘，在轨道上依靠重力滑动。

料库前后侧板9、10宽度间距可通过长螺栓上的螺母调节，料库上端轨道11、料库中间轨道12、料库下端轨道13以及送料轨道14竖直方向均开有腰型孔，见图4a~d，形成的轨道拐弯处均为钝角，以避免工件在拐弯过程中出现卡死现象；通过螺母调节各段轨道高度间距，满足不同规格的工件。取料块15、工件支撑机构连接板18也在竖直方向均开有腰型孔，调整支撑机构竖直方向位置，调整块19可以在其上方竖直移动，竖直位置可调。调整块19上有水平方向的腰型孔，固定支撑板20在其上方水平移动，调整工件水平方向位置。工件检测开关支架25上面有腰型孔，根据不同规格的工件调整位置。

工件提升机构：见图1、图2a，工件提升机构通过提升机构安装板40安装在提升机构支架4上，竖直气缸5和竖直导杆轴承座38通过螺栓安装在提升机构安装板40上，两个竖直导杆轴承39安装在竖直导杆轴承座38中，两根竖直导杆6穿过竖直导杆轴承39且与竖直气缸5的活塞杆平行，竖直气缸5的活塞杆及竖直导杆6前端、取料块支架16均通过螺母固定在工件安装机构连接板31水平面上，取料块15通过螺栓安装在取料块支架16上，位于料库下端轨道13的末端与料库送料轨道14直边之间，工件挡板17安装在取料块支架16下方；两根竖直气缸导杆6后端通过螺母与竖直气缸限位板36连接，竖直导杆轴承座38上端装有定位块37。竖直气缸防护罩32通过螺栓安装在提升机构安装板40上方，罩住竖直气缸5、竖直导杆轴承座38、竖直导杆轴承39、竖直气缸限位板36、定位块37。

竖直气缸5导杆竖直运动时竖直导杆6起到导向作用，带动工件安装机构连接板31一起做竖直运动，进而安装在工件安装机构连接板31上的取料块支架16带动取料块15及工件挡板17在料库下端轨道13及料库送料轨道14之间往复运动。竖直气缸5的活塞杆伸出到接近极限行程位置时，竖直导杆6后端的竖直气缸限位板36与定位块37接触，竖直气缸5停止运动，这样可以保证竖直气缸5及取料块15下极限位置定位准确。

工件安装机构：见图2a，水平气缸7和水平导杆轴承座34通过螺栓安装在工件安装机构连接板31垂直面上，水平导杆轴承35安装在水平导杆轴承座34中，两根水平导杆8穿过水平导杆轴承35且与水平气缸7活塞杆平行，水平气缸7的活塞杆和水平导杆8前端通过螺母连接到工件支撑机构连接板18上。两个水平导杆8后端与水平导杆连接板42连接。水平气缸防护罩33通过螺栓安装在工件安装机构连接板31上，罩住水平气缸7、水平导杆轴承座34、水平导杆轴承35及水平导杆连接板42。

水平气缸带动工件支撑机构做水平运动，水平气缸7缩回时，带动工件支撑机构上的工件向主轴方向运动，当水平气缸7退到后极限位置时，工件被装入机床液压卡盘41中。

工件支撑机构：见图5，工件支撑机构通过支撑机构连接板18安装在水平气缸7的活塞杆和水平导杆8上，调整块19由螺栓安装在工件支撑机构连接板18上，工件固定支撑板20由螺栓安装在调整块19上，工件固定支撑板20内部装有两个支撑板导杆轴承43，两根支撑板导杆23穿过支撑导杆轴承43，支撑板导杆23一端通过螺母与浮动支撑板21固定，另一端通过螺母与浮动支撑限位板24固定，两根压缩弹簧22分别装在支撑板导杆23上，两压缩弹簧22另一端端顶在浮动支撑板21与工件固定支撑板20之间。

浮动支撑限位板24与工件固定支撑板20上的螺栓44接触，限制浮动支撑板21与固定支撑板20之间的距离，通过调节螺栓44高度控制浮动支撑板与工件固定支撑板20之间距离。

工件固定机构：见图6a、b，工件固定机构安装在工件支撑机构中固定支撑板20的一端，起到固定工件支撑机构中工件的作用。工件压板29由螺栓安装在工件压板支架28上，工件压板支架28下端垂直于浮动支撑限位板24，工件压板29可围绕螺栓转动，拉伸弹簧30两端分别连接工件压板29后端与工件压板支架28顶端，工件压板29后端受到拉伸弹簧30的拉伸，向上抬起，前端便可以向下压紧工件。工件压板29后端安装有长螺栓27b，与安装在料库右侧支架3上的工件压板限位板27a配合。

工件提升机构上升时竖直气缸5缩回，工件固定机构随之上升，当工件提升机构到极限位置时，工件压板限位板27a将工件压板29后端的长螺栓27b向下压，克服拉伸弹簧30的拉力，使工件压板29前端抬起，使工件可以滑入工件支撑机构。

工件检测机构：工件检测开关支架25通过螺栓安装在前料库侧板9上，检测开关26通过自带螺母安装在工件检测开关支架25上，位于送料轨道14上方，还包括设置在竖直、水平气缸5、7活塞杆位置的传感器。

工件检测开关支架25通过螺栓安装在前料库侧板9上，见图1，工件检测开关支架25上面有腰型孔，可以调整工件检测开关26到料库送料轨道14的距离，检测不同规格的工件，系统通过读取气缸上的磁性开关信号来判断气缸动作是伸出还是缩回状态，检测整个自动上料机构动作是否正常，工件检测开关26检测到工件以后反馈给机床数控系统，机床正常工作，如果工件检测开关26没有检测到工件信号，则机床报警并停止。

如附图所示，图7a1为液压电机和液压电机风扇控制电路，交流三相380V电源通过电缆线L11，L21，L31与三相马达启动器QF50相连接，QF50输出端电缆线U51,V51,W51与接触器KM50开点的上端相连接， KM50输出端电缆线U5,V5,W5依次连接三相交流灭弧器F50和液压电机M50上的端子U1,V1,W1，M50上的端子PE与液压站中的接地柱连接，最终实现对液压电机的启停控制；直流控制电源的供电输出端子24M，供电输入端子OM通过电缆线连接液压电机风扇M51上的端子A1，A2,实现液压电机风扇的启动控制。24M即为直流控制电源24V供电输出端子，OM即为直流控制电源0V控制电源 24V的供电输入端子；三相交流灭弧器F50用于吸收接触器KM50的触点瞬间闭合过程中产生的电]弧，防止产生的电弧对其它电器件的干扰，同时也大大提高了接触器KM50的使用寿命。

图7a2为接触器KM50的控制电路，两相交流控制电源110V通过电缆线110A与继电器KA50开点的上端相连接，继电器KA50开点下端通过电缆线517与接触器KM50线圈的上端相连接，接触器KM50线圈的下端通过电缆线与交流电源0相连接，在KM50线圈两端安装单相灭弧器F51，用于防止接触器KM50线圈瞬间得电吸合的过程中产生的电弧对系统信号的干扰，同时也大大提高了接触器KM50的使用寿命。当继电器KA50的开点闭合的时候，接触器KM50的线圈将得电吸合，同时图7a1中的接触器KM50的开点将会闭合，液压电机M50将立即启动，并为液压卡盘提供液压动力，同理当继电器KA50的开点断开的时候，接触器KM50的线圈将失电断开，同时图7a1中的KM50的开点将断开，液压电机M50将立即停止。

图7a3为液压卡盘电磁阀控制电路，直流控制电源24V的供电输出端子24M连接继电器KA51开点的上端，继电器KA51开点的下端通过电缆线KJ1连接继电器KA52闭点的上端，继电器KA52闭点的下端通过电缆线KJ2连接电磁阀YV51的上端，电磁阀YV51下端连接直流控制电源 24V的供电输入端子OM。当KA51开点闭合时，电磁阀YV51得电吸合，最终实现液压卡盘卡紧阀的控制；同理直流电源线24M连接继电器KA52开点的上端，继电器KA52开点的下端通过电缆线KS1连接继电器KA51闭点的上端，继电器KA51闭点的下端通过电缆线KS2连接电磁阀YV52上端端子，YV52下端端子连接直流控制电源24V的供电输入端子OM。当继电器KA52开点闭合时，电磁阀YV52将得电吸合，最终实现对液压卡盘松开阀的控制。本电路采用的是一对双向电磁阀YV51和YV52对液压卡盘的卡紧和松开控制，同时继电器KA51和KA52的硬件连接采用的是机械互锁结构，通过此种特殊的电路设计有效的提升了液压卡盘逻辑控制的可靠性。

图7b1为液压卡盘PLC I/O输出控制电路：本机床棒料的装卡是通过液压卡盘与自动上料机构配合使用的，因此液压卡盘的逻辑控制是最终实现上料机构棒料装卡能否稳定可靠的核心技术。此数控上下料机床的控制系统采用的是西门子802s系统，此系统为高电平直流24V有效。直流控制电源24V的供电输入端子OM通过电缆线分别连接接线端子台XT2上端的端子500~502，XT2下端对应的端子通过电缆线分别连接继电器KA50~2的上端，继电器KA50~2下端通过电缆线500~502分别连接PLC接口X200上第2~4脚对应的端子连接，每个管脚对应的输出地址分别为Q0.5~ Q0.7，通过PLC输出地址的状态进行相应的PLC逻辑控制。当Q0.5导通时，继电器线圈KA50得电吸合，同时图7a2中继电器KA50的开点将闭合，最终实现液压电机的启动控制；当Q0.6导通的时候，继电器线圈KA51得电吸合，同时图7a3中继电器KA51的开点闭合、闭点断开，电磁阀YV51将得电吸合，最终实现液压卡盘的卡紧控制；当Q0.7导通的时候，继电器线圈KA52得电吸合，同时图7a3中继电器KA52的开点闭合、闭点断开，电磁阀YV52将得电吸合，最终实现液压卡盘的松开控制。

图7b2为液压卡盘PLC I/O输入控制电路：直流控制电源24V通过电缆线分别与检测开关SQ51~ SQ54的上端连接，检测开关SQ51~ SQ54的下端通过电缆线CHK、CCJ、CSK、CHP分别与接线端子台XT2上的端子CHK、CCJ、CSK、CHP相连接，XT2下端对应的端子通过电缆线分别与PLC接口X103上第2~5脚对应的端子连接，每个管脚对应的输入地址分别为I3.0~ I3.3，通过PLC输出地址的状态进行相应的PLC逻辑控制。当SQ51闭合的时候，系统将会接收到此输入信号，最终实现对液压卡盘的卡紧松开的逻辑控制；当SQ52闭合的时候，系统将会接收到此信号，最终实现PLC对液压卡盘是否已经卡紧的检测识别；同理当SP2闭合的时候，系统将会接收到此输入信号，最终实现PLC对液压卡盘是否已经松开的检测识别；同理当SQ53闭合的时候，系统将会接收到此信号，最终实现PLC对液压卡盘是否已经松开的检测识别；同理当SQ54闭合的时候，系统将会接收到此输入信号，最终实现PLC对液压卡盘是否压力正常的检测识别。

图7c1为上料机构气动阀控制电路，直流控制电源24V的供电输出端子24M通过电缆线连接气缸向上电路中继电器KA81开点的上端，继电器KA81开点的下端通过电缆线QS1连接继电器KA82闭点的上端，继电器KA82闭点的下端通过电缆线QS连接电磁阀YV81的上端，电磁阀YV81的下端通过电缆线连接直流控制电源 24V的供电输入端子OM；当继电器KA81的开点闭合的时候，电磁阀YV81将得电吸合，上料机构竖直汽缸将向上运动。同理气缸向下电路中直流控制电源24V的供电输出端子24M通过电缆线连接继电器KA82开点的上端，继电器KA82开点的下端通过电缆线QX1连接继电器KA81闭点的上端，继电器KA81闭点的下端通过电缆线QX连接电磁阀YV82的上端，电磁阀YV82的下端通过电缆线连接直流控制电源 24V的供电输入端子OM；当继电器KA82的开点闭合的时候，电磁阀YV82将得电吸合，上料机构竖直汽缸将向下运动。YV81，YV82为一组双向电磁阀，同时此电路的继电器KA81和KA82的硬件连接采用的是机械互锁结构，此种特殊的电路设计有效的提升了竖直汽缸运行逻辑的可靠性。同理气缸左右控制电路中直流控制电源 24V的供电输出端子24M通过电缆线连接继电器KA83开点的上端，继电器KA83开点的下端通过电缆线QZ连接电磁阀YV83的上端，电磁阀YV83的下端通过电缆线连接直流控制电源 24V的供电输入端子OM，当继电器KA83的开点闭合的时候，电磁阀YV83将得电吸合，同时上料机构水平汽缸将向左运动，当继电器KA83的开点断开的时候，电磁阀YV83将失电断开，同时由于受机械弹簧的反作用力将推动水平汽缸向右运动。

图7c1为上料机构PLC I/O输出控制电路，同图7b1，直流控制电源24V的供电输入端子OM通过电缆线分别连接接线端子台XT8上端的端子403、404、405，XT8下端对应的端子通过电缆线分别与继电器KA81~3的上端连接，继电器KA81~3的下端通过电缆线403、404、405分别与PLC接口X201上第7~9脚对应的端子连接，每个管脚对应的输出地址分别为Q1.5~ Q1.7，通过PLC输出地址的状态进行相应的PLC逻辑控制。当Q1.5导通的时候，继电器线圈KA81将得电吸合，同时图7c1中的继电器KA81的开点将会闭合，闭点将会断开，最终实现上料机构竖直方向汽缸向上的运动控制；同理当Q1.6导通的时候，继电器线圈KA82将得电吸合，同时图7c1中的继电器KA82的开点将会闭合，闭点将会断开，最终实现上料机构竖直方向汽缸向下的运动控制；同理当Q1.7导通输出的时候，继电器线圈KA83将得电吸合，同时图7c1中的继电器KA83的开点将会闭合，最终实现上料机构水平方向汽缸向左的运动控制。

图7c2为上料机构系统PLC I/O输入控制电路，同图7b2，SQ81~6为上料机构外部检测开关，直流控制电源24V通过电缆线分别连接SQ81~6的上端，SQ81~6下端通过电缆线DWL、KWL、SJX、XJX、ZJX和YJX分别连接接线端子台XT8上端的端子DWL、KWL、SJX、XJX、ZJX和YJX，XT8下端对应的端子通过电缆线分别与PLC接口X104上第4~9脚对应的端子连接，每个管脚对应的输入地址为I4.2~7，各输入地址分别用于无料检测、预上料检测、上极限检测、下极限检测、左极限检测、右极限检测，通过检测开关SQ81~6反馈的状态信号进行相应的PLC逻辑控制。

本发明的机床自动上料机构控制程序如附图8的逻辑框图所示：

步骤1、首先通过检测无触点检测开关SQ81的状态，确定上料机构中是否存有棒料。

2、电磁阀YV82得电吸合，上料机构竖直汽缸向下运动。

3、通过磁力检测开关SQ84检测上料机构竖直汽缸是否运动下极限开关指定位置。

4、电磁阀YV52得电吸合，液压卡盘张开。

5、通过无触点检测开关SP2检测液压卡盘是否松开。

6、电磁阀YV83得电吸合，上料机构水平汽缸向左侧运动。

7、通过磁力检测开关SQ85检测上料机构水平汽缸是否运动到左极限开关指定处。

8、电磁阀YV51得电吸合，液压卡盘卡紧。

9、通过无触点检测开关SP3，确认液压卡盘是否卡紧。

10、电磁阀YV83失电断开，上料机构水平汽缸向右侧运动。

11、通过磁力检测开关SQ86检测上料机构水平汽缸是否运动到右极限开关指定处。

12、电磁阀YV81得电，上料机构竖直汽缸向上运动。

13、通过磁力检测开关SQ83检测竖直汽缸是否运动上极限开关指定位置。

14、通过磁力检测开关SQ82检测上料机构中是否已经装有棒料，同时准备进行下一次装料动作。

按上述框图流程补充机床已备控制程序，设置机床控制程序中的自动上料机构的运动子程序：

M81 “上料机构竖直方向汽缸向下运动”

G4F2“暂停两秒钟”

M10“液压卡盘张开”

G4F2“暂停两秒钟”

M82“上料机构水平方向汽缸向左运动”

G4F2“暂停两秒钟”

M11“液压卡盘卡紧”

G4F2“暂停两秒钟”

M83“上料机构水平方向汽缸向右运动”

G4F2“暂停两秒钟”

M80“上料机构竖直方向汽缸向上运动”

G4F2“暂停两秒钟”

M23“上料机构汽缸已经回位到上极限确认”

M02“程序结束”。

本发明的工作原理：

本发明初始位置为竖直气缸5处于缩回状态，取料块15处于上极限位置，工件挡板17挡住料仓里面的工件，水平气缸7处于伸出状态（如图3）。

整个上料过程共分为4个步骤：

步骤1：取料过程。竖直气缸5伸出，带动取料块15向下运动，当竖直气缸5伸出到下极限位置时，料库下面第一个工件滑到取料块15上方，后面的工件被第一个工件挡在料库内，这样可以保证取料块15提升时每次只提升一个工件。

步骤2：提升过程。工件滑到取料块15上方以后，竖直气缸5开始缩回，带动取料块15向上运动，工件被取料块15从料库下端轨道13位置提升到料库送料轨道14上，再通过重力作用沿料库送料轨道14滑入工件固定支撑板20和工件浮动支撑板21所组成的工件支撑机构中，其他工件被工件挡板17挡在料仓中。

步骤3：对中（取料）过程。工件滑入工件支撑机构以后竖直气缸5再次伸出，工件压板29后端被拉伸弹簧30向上拉伸，工件压板29前端向下把工件固定在支撑机构中的两个支撑板上，防止工件滑落。竖直气缸向下运动到极限位置时，工件支撑机构上的工件中心与液压卡盘41的中心重合。

步骤4：装料过程。工件中心对准液压卡盘41的中心以后，水平气缸7开始缩回，带动工件支撑机构向液压卡盘41方向运动，水平气缸7运动过程中工件支撑机构中的工件浮动支撑板21首先接触到液压卡盘41的前端面，随着水平气缸7继续运动，工件浮动支撑板21与工件固定支撑板20之间的压缩弹簧22被压缩，工件一端露出工件支撑机构，进入液压卡盘41，当水平气缸7缩回到极限位置时，液压卡盘41夹紧工件，工件安装完毕。

水平气缸7再次伸出，工件浮动支撑板21被压缩弹簧22弹出，水平气缸伸出到极限位置以后，竖直气缸5开始缩回，重复步骤2，如此循环反复，工件被不断的自动装入主轴中。

本发明已经过实用证明，它是一种结构简单，成本低廉，性能可靠，安装方便的自动上料机构。为实现机床的自动化、降低使用成本、提高效率起到了重要作用。

Claims (7)

1.一种机床自动上料装置，包括与机床控制系统连通的控制程序模块、配电传感器件的电路，其特征在于工件储存机构为Z字型垂直三段折弯斜面轨道，料库下端轨道末端与料库送料轨道的直边之间安装由竖直气缸带动的工件提升机构，工件提升机构末端安装浮动设计的工件支撑机构及工件安装机构，工件固定机构安装在工件支撑机构一端，工件安装机构通过连接板连接在工件提升机构中的竖直气缸活塞杆及竖直气缸导杆上，水平气缸和水平导杆轴承座安装在工件安装机构连接板上；在料库送料轨道和气缸上设置工件检测装置；整个自动上料机构通过料库左右支架以及工件提升支架固定在安装板上，只需将安装板通过螺栓安装到机床上即可使用；工件储存机构中的工件通过工件提升机构进入工件支撑机构中，工件提升机构的上下运动完成提取工件以及工件与机床主轴的对心工作，水平气缸带动工件支撑机构做水平运动，由工件安装机构将工件支撑机构上的工件送入机床主轴；

工件储存机构的结构：由若干长螺栓固定在两前、后侧板(9、10)之间的两片料库上端轨道(11)、两片料库中间轨道(12)、两片料库下端轨道(13)的上边缘构成由上至下Z字型三段折弯轨道的斜面；料库送料轨道(14)与上、中、下三段折弯轨道(11～13)的结构相同，料库下端轨道(13)与料库送料轨道(14)之间水平方向留有空间，供工件提升机构运动，两片料库送料轨道(14)起端与竖直工件提升机构上端相交，料库送料轨道(14)下端为工件出口，其轨道面与水平成45°角；工件垂直于料库前侧板、后侧板(9、10)和料库上、中、下及送料轨道(11～14)上边缘，在轨道上依靠重力滑动；

机床自动上料机构的部件规格可调：料库前侧板、后侧板(9、10)宽度间距可通过长螺栓上的螺母调节，料库上端轨道(11)、料库中间轨道(12)、料库下端轨道(13)以及料库送料轨道(14)竖直方向均开有腰型孔，通过螺母调节各段轨道高度间距；各轨道拐弯处均为钝角；取料块(15)、工件支撑机构连接板(18)也在竖直方向均开有腰型孔，调整块(19)在其上，可调工件支撑机构竖直位置；调整块(19)上有水平方向的腰型孔，工件固定支撑板(20)在其上方水平移动，调整工件水平方向位置；工件检测开关支架(25)上面有腰型孔，调整工件检测开关(26)到料库送料轨道(14)的距离，有腰型孔的各部件用于根据不同规格的工件调整位置；

所述电路的设计为：

a：液压电机和液压电机风扇控制电路，交流三相380V电源通过电缆线L11，L21，L31与三相马达启动器QF50相连接，三相马达启动器QF50下端电缆线U51,V51,W51与接触器KM50开点的上端相连接，接触器KM50下端电缆线U5,V5,W5依次连接三相交流灭弧器F50和液压电机M50上的端子U1,V1,W1，液压电机M50上的端子PE与液压站中的接地柱连接；直流控制电源24V的供电输出端子24M和供电输入端子OM通过电缆线连接液压电机风扇M51上的端子A1，A2,实现液压电机风扇的启动控制；

b：接触器KM50的控制电路，两相交流控制电源110V通过电缆线110A连接继电器KA50开点的上端，继电器KA50开点的下端通过电缆线(517)连接接触器KM50线圈的上端，接触器KM50线圈的下端通过电缆线与交流电源0相连接，在接触器KM50线圈两端安装单相灭弧器F51；

c：液压卡盘电磁阀控制电路，直流控制电源24V的供电输出端子24M通过电缆线连接继电器KA51开点的上端，继电器KA51开点的下端通过电缆线KJ1连接继电器KA52闭点的上端，继电器KA52闭点的下端电缆线KJ2连接电磁阀YV51的上端，电磁阀YV51下端的端子通过电缆线连接直流控制电源24V的供电输入端子电源OM，同理直流控制电源24V的供电输出端子24M通过电缆线连接继电器KA52开点的上端，继电器KA52开点的下端通过电缆线KS1连接继电器KA51闭点的上端，继电器KA51闭点的下端通过电缆线KS2连接电磁阀YV52上端端子，电磁阀YV52下端的端子通过电缆线连接直流控制电源24V的供电输入端子OM；

d：直流控制电源24V的供电输入端子OM通过电缆线分别连接接线端子台XT2上端的端子(500～502)，接线端子台XT2下端对应的端子通过电缆线分别连接继电器KA50～52的上端，继电器KA50～52下端通过电缆线(500～502)分别连接PLC接口X200上脚第2～4对应的端子连接，每个管脚对应的输出地址分别为Q0.5～Q0.7，通过PLC输出地址的状态进行相应的PLC逻辑控制；

e：上料机构气动阀控制电路：控制竖直汽缸向上运行的电路中直流控制电源24V的供电输出端子24M通过电缆线连接继电器KA81开点的上端，继电器KA81开点的下端通过电缆线QS1连接继电器KA82闭点的上端，继电器KA82闭点的下端通过电缆线QS连接电磁阀YV81的上端，电磁阀YV81的下端通过电缆线连接直流控制电源24V的供电输入端子OM；同理推动竖直汽缸向下运动的电路中，设置与电磁阀YV81同为一组的双向电磁阀YV82，由直流控制电源24M通过电缆线连接继电器KA82开点的上端，继电器KA82开点的下端通过电缆线QX1连接继电器KA81闭点的上端，继电器KA81闭点的下端通过电缆线QX连接电磁阀YV82的上端，电磁阀YV82的下端通过电缆线连接直流控制电源24V的供电输入端子OM；继电器KA81、KA82的硬件连接采用机械互锁电路；同理水平气缸电路中直流控制电源24M通过电缆线连接继电器KA83开点的上端，继电器KA83开点的下端通过电缆线QZ连接电磁阀YV83的上端，电磁阀YV83的下端通过电缆线连接直流控制电源24V的供电输入端子OM；

f：液压卡盘PLC I/O输入控制电路：直流控制电源24V通过电缆线分别与检测开关SQ51～54的上端连接，检测开关SQ51～54的下端通过电缆线CHK、CCJ、CSK、CHP分别与接线端子台XT2上的端子CHK、CCJ、CSK、CHP相连接，接线端子台XT2下端对应的端子通过电缆线分别与PLC接口X103上脚第2～5对应的端子连接，每个管脚对应的输入地址分别为I3.0～I3.3，通过PLC输出地址的状态进行相应的PLC逻辑控制；

g：上料机构PLC输出控制电路：直流控制电源24V的供电输入端子OM通过电缆线分别连接接线端子台XT8上端的端子403、404、405，接线端子台XT8下端对应的端子通过电缆线分别与继电器KA81～83的上端端子连接，继电器KA81～83的下端通过电缆线(403、404、405)分别与PLC接口X201上脚第7～9对应的端子连接，每个管脚对应的输出地址分别为Q1.5～Q1.7，通过PLC输出地址的状态进行相应的PLC逻辑控制；

h：上料机构系统PLC I/O输入控制电路；直流控制电源24V分别连接检测开关SQ81～SQ86，其对应的输出端分别连接接线端子台XT8上端的端子，接线端子台XT8下端对应的端子分别与PLC接口X104上脚第4～9对应的端子连接，每个管脚对应的输入地址I4.2～I4.7，通过检测开关SQ81～SQ86反馈的状态信号进行相应的PLC逻辑控制；当工件通过传感器下方时传感器可以检测到信号，并反馈给控制系统，证明自动上料机构运行正常，如有异常情况机床会报警并自动停止工作。

2.根据权利要求1所述的机床自动上料装置，其特征在于工件提升机构通过提升机构安装板(40)安装在工件提升支架(4)上，竖直气缸(5)和竖直气缸导杆轴承座(38)通过螺栓安装在提升机构安装板(40)上，两个竖直气缸导杆轴承(39)安装在竖直气缸导杆轴承座(38)中，两根竖直气缸导杆(6)穿过竖直气缸导杆轴承(39)且与竖直气缸(5)的活塞杆平行，竖直气缸(5)的活塞杆及竖直气缸导杆(6)前端、取料块支架(16)均通过螺母固定在工件安装机构连接板(31)水平面上，安装取料块(15)的取料块支架(16)固定在工件安装机构连接板(31)上，位于料库下端轨道(13)的末端与料库送料轨道(14)直边之间，工件挡板(17)安装在取料块支架(16)下方；两根竖直气缸导杆(6)后端通过螺母与竖直气缸限位板(36)连接，竖直气缸导杆轴承座(38)上端装有定位块(37)；竖直气缸防护罩(32)通过螺栓安装在提升机构安装板(40)上方，罩住竖直气缸(5)、竖直气缸导杆轴承座(38)、竖直气缸导杆轴承(39)、竖直气缸限位板(36)、定位块(37)。

3.按照权利要求1所述的机床自动上料装置，其特征在于工件支撑机构通过工件支撑机构连接板(18)安装在水平气缸(7)的活塞杆和水平导杆(8)上，调整块(19)由螺栓安装在工件支撑机构连接板(18)上，工件固定支撑板(20)由螺栓安装在调整块(19)上，工件固定支撑板内部装有两个支撑板导杆轴承(43)，两根支撑板导杆(23)穿过支撑导杆轴承(43)，支撑板导杆(23)一端通过螺母与浮动支撑板(21)固定，另一端通过螺母与浮动支撑限位板(24)固定，两根压缩弹簧(22)分别装在支撑板导杆(23)上，两压缩弹簧(22)另一端端顶在浮动支撑板(21)与工件固定支撑板(20)之间，浮动支撑限位板(24)与工件固定支撑板(20)上的螺栓(44)接触，限制浮动支撑板(21)与工件固定支撑板(20)之间的距离，通过螺栓(44)调节高度控制浮动支撑板(21)与工件固定支撑板(20)之间距离。

4.按照权利要求1所述的机床自动上料装置，其特征在于工件安装机构水平气缸(7)和水平导杆轴承座(34)通过螺栓安装在工件安装机构连接板(31)垂直面上，水平导杆轴承(35)安装在水平导杆轴承座(34)中，两根水平导杆(8)穿过水平导杆轴承(35)且与水平气缸(7)活塞杆平行，水平气缸(7)的活塞杆和水平导杆(8)前端通过螺母连接到工件支撑机构连接板(18)上；两个水平导杆(8)后端与水平导杆连接板(42)连接；水平气缸防护罩(33)通过螺栓安装在工件安装机构连接板(31)上，罩住水平气缸(7)、水平导杆轴承座(34)、水平导杆轴承(35)及水平导杆连接板(42)。

5.按照权利要求1所述的机床自动上料装置，其特征在于工件固定机构安装在工件支撑机构中工件固定支撑板(20)的一端，工件压板(29)由螺栓安装在工件压板支架(28)上，工件压板支架(28)下端垂直于浮动支撑限位板(24)，工件压板(29)可围绕螺栓转动，工件压板(29)后端与工件压板支架(28)顶端由拉伸弹簧(30)连接；工件压板(29)后端安装有长螺栓(27b)，与安装在料库右支架(3)上的工件压板限位板(27a)配合，工件提升机构上升时竖直气缸(5)缩回，工件固定机构随之上升，当工件提升机构到极限位置时，工件压板限位板(27a)将工件压板(29)后端的长螺栓(27b)向下压，克服拉伸弹簧(30)的拉力，使工件压板(29)前端抬起，使工件可以滑入工件支撑机构。

6.根据权利要求1所述的机床自动上料装置，其特征在于a:工件检测装置：工件检测开关支架(25)通过螺栓安装在前料库侧板(9)上，工件检测开关(26)通过自带螺母安装在工件检测开关支架(25)上，位于料库送料轨道(14)上方，还包括设置在竖直、水平气缸(5、7)活塞杆位置的传感器;b:竖直气缸限位：气缸限位板(36)位置可调，可控制取料块(15)下极限位置;竖直气缸(5)的活塞杆伸出到接近极限行程位置时，竖直气缸导杆(6)后端的竖直气缸限位板(36)与定位块(37)接触，竖直气缸(5)停止运动，以保证竖直气缸下极限位置定位准确。

7.一种如权利要求1所述机床自动上料装置的上料控制方法：将机械运动的上料动作设计成控制程序并存入模块，该程序模块分别与机床控制系统的PLC、NC部分相通，在各个作业部件上设置配电传感器件，并按控制程序设计电路，该电路通过电源、程序电路输出端口与机床控制中心的接口相通；设置机床控制程序中的自动上料机构的运动子程序：

M81“上料机构竖直方向汽缸向下运动”G4F2“暂停两秒钟”

M10“液压卡盘张开”G4F2“暂停两秒钟”

M82“上料机构水平方向汽缸向左运动”G4F2“暂停两秒钟”

M11“液压卡盘卡紧”G4F2“暂停两秒钟”

M83“上料机构水平方向汽缸向右运动”G4F2“暂停两秒钟”

M80“上料机构竖直方向汽缸向上运动”G4F2“暂停两秒钟”

M23“上料机构汽缸已经回位到上极限确认”

M02“程序结束”。

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