CN104308636B - 一种液压式三自由度机床上下料装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机床上下料自动化技术领域，提供了一种液压式三自由度机床上下料装置。包括液压泵站、龙门框架、大臂底座、一轴液压马达、大臂、二轴液压马达、小臂、一臂连杆、V型铰链座、二臂连杆、尾座、抓手左件、夹紧油缸、抓手右件、缸筒轴、活塞杆轴、抓手第一回转轴、抓手第二回转轴。本发明采用两支液压马达和一支液压油缸作为驱动元件，实现对毛坯和成品零件的抓取、搬运和放置等操作，实现对机床的上下料。

Description

一种液压式三自由度机床上下料装置

技术领域

本发明涉及机床上下料自动化技术领域，具体涉及一种液压式三自由度机床上下料装置。

背景技术

机床上下料装置是将待加工工件送装到机床上的加工位置和将已加工工件从加工位置取下的自动或半自动机械装置。

大部分机床上下料装置的下料机构比较粗糙，或上料机构兼具下料的功能，所以大部分上下料装置基本上就是上料装置。机床上下料装置是自动机床的一个组成部分，用于效率高、机动时间短、工件装卸频繁的半自动机床，能显著地提高生产率和减轻体力劳动。机床上下料装置也是组成自动生产线必不可少的辅助装置。

采用机床上下料装置，具有如下几个方面的突出优势：第一，可实现节约人力资源。有的料，尤其是比较重的料，往往需要几个工人才能完成，这时采用机床上下料装置，可以轻松解决问题；第二，可实现程序化操作。机床上下料装置是可以进行编程控制的，只要通过程序控制执行元件，即可实现自动操作控制，并且速度可调；第三，可减少人为损耗。如果是人工操作的话，很难保证不出意外，造成工人伤亡或者机器损坏，亦或是工件受损，采用机床上下料装置，这些意外情况都可以避免；第四，可大幅提高效率。显而易见，机床上下料装置可显著减少空余时间，不间断的操作，对于加工任务在时间紧任务多的情况下，具有明显的优势。

国外由于资金比较充足，所以机床上下料装置基本都采用独立的工业机器人，有四自由度、五自由度和六自由度的，其中六自由度工业机器人用于上下料的操作最为普遍。机器人具有六个自由度，安装在机床的外边，与机床有一定的距离，两者是分离式，通过控制机器人的六个关节，实现对毛坯和成品零件的抓取、搬运和放置。而且，这其中并不包括末端执行器的夹紧和释放的自由度。末端执行器一般采用成熟的抓手产品，如德国熊克公司生产的抓手等。国内的机床上下料装置也与国外有相似之处，大部分企业都采用昂贵的工业机器人，末端执行器采用成熟的气动抓手，需要气源及气动元器件组成气动系统；还有一部分企业根据具体的机床、具体的坯料自行设计机械手，来实现上下料的功能，但是末端夹紧机构仍然采购成品，造成气源和气动系统以及电机及驱动系统并用的局面。

因此，目前机床上下料装置价格昂贵、缺乏与机床的一体化设计。鉴于此，本发明提供了一种液压式三自由度机床上下料装置，其龙门框架便于与机床实现一体化衔接，包括末端执行元件的夹紧与释放自由度在内总计仅有三个自由度，且单一采用液压传动，避免了电动与气动的混合使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种结构简单、自由度最少的液压式机床上下料装置。

本发明采用如下技术方案：

一种液压式三自由度机床上下料装置，包括液压泵站、龙门框架、大臂底座、一轴液压马达、大臂、二轴液压马达、小臂、一臂连杆、V型铰接座、二臂连杆、尾座、抓手左件、夹紧油缸、抓手右件、缸筒轴、活塞杆轴、抓手第一回转轴、抓手第二回转轴；

所述液压泵站设置于龙门框架的上方；

所述大臂底座倒置固结于龙门框架上，大臂底座开有两个铰接孔，大臂一端与其大孔活动铰接，一轴液压马达固结在大臂的这一端上，其输出轴可驱动大臂相对于大臂底座回转；

所述大臂另一端与小臂一端活动铰接，V型铰接座的尾部也与小臂的这一端活动铰接，二轴液压马达也固结在大臂的这一端上，可驱动小臂相对于大臂回转；

所述一臂连杆的一端与大臂底座的小孔活动铰接，另一端与V型铰接座的上孔一活动铰接；

所述尾座上部开有两个大小不同的铰接孔，下部平面开有两个大小相同的铰接孔；

所述二臂连杆的一端与V型铰接座的上孔二活动铰接，另一端与尾座上部的小孔活动铰接；

所述小臂的另一端与尾座上部的大孔活动铰接；

所述抓手左件和抓手右件中间位置也开有铰接孔，这两孔分别与尾座下部平面的铰接孔同心，在该处它们分别通过抓手第一回转轴和抓手第二回转轴与尾座活动铰接；

所述抓手左件和抓手右件的尾部开有油缸铰接孔，分别与夹紧油缸的两端通过活塞杆轴和缸筒轴活动铰接；

进一步地，所述大臂两铰接孔之间的距离与一臂连杆两铰接孔之间的距离相等，小臂两铰接孔之间的距离与二臂连杆两铰接孔之间的距离相等，大臂底座两铰接孔之间的距离与V型铰接座的尾部孔到上孔一的距离相等，V型铰接座的尾部孔到上孔二的距离与尾座上部两铰接孔之间的距离相等。

进一步地，抓手部分由所述尾座、抓手左件、抓手右件、夹紧油缸、活塞杆轴、缸筒轴、抓手第一回转轴、抓手第二回转轴组成；

所述抓手左件与抓手右件具有对称结构；

所述抓手左件中间铰接孔与尾座下部平面左侧铰接孔同心，并通过抓手第一回转轴活动铰接，抓手左件可绕此轴轴线在尾座下部平面内自由转动，抓手右件与抓手左件对称布置，原理相同；

所述夹紧油缸活塞杆端通过活塞杆轴与抓手左件在其尾部油缸铰接孔处活动铰接，缸筒端通过缸筒轴与抓手右件在其尾部油缸铰接孔处活动铰接；

所述夹紧油缸、抓手左件和抓手右件在尾座的下平面上形成平面运动机构，为“八”字型。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、仅采用两支液压马达和一支液压油缸作为驱动元件，整个机构总计三个自由度即可实现对机床的上下料操作；

2、避免了对气动系统的需求，气源及相关气动元器件等均不再需要，排出了电动与气动的混合使用和控制。

附图说明

图1是本发明的液压式三自由度机床上下料装置的三维结构示意图。

图2是本发明的液压式三自由度机床上下料装置的主视图。

图3是图2的仰视图。

图4是本发明液压式三自由度机床上下料装置的工作原理图。

图中：1、液压泵站， 2、龙门框架，

3、大臂底座， 4、一轴液压马达，

5、大臂， 6、二轴液压马达，

7、小臂， 8、一臂连杆，

9、V型铰接座， 10、二臂连杆，

11、尾座， 12、抓手左件，

13、夹紧油缸， 14、抓手右件，

15、活塞杆轴， 16、抓手第一回转轴，

17、抓手第二回转轴， 18、缸筒轴。

具体实施方式

为了节约能源和降低成本，尽量减少驱动执行元件的数量，秉持“减少驱动元件、结构简单、功能到位”的理念，本发明提出了一种液压式三自由度机床上下料装置，可以与卧式车床、立式车床等多种机床安装搭配使用。其结构简单，便于控制，自由度少、驱动执行元件少，当料仓传动机构将坯料送至该装置的工作平面内的适当位置时，即可完成对机床的上下料操作。

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1-图4所示，本发明提供一种液压式三自由度机床上下料装置，包括液压泵站1、龙门框架2、大臂底座3、一轴液压马达4、大臂5、二轴液压马达6、小臂7、一臂连杆8、V型铰接座9、二臂连杆10、尾座11、抓手左件12、夹紧油缸13、抓手右件14、缸筒轴18、活塞杆轴15、抓手第一回转轴16、抓手第二回转轴17。

液压泵站1设置于龙门框架2的上方；大臂底座3倒置固结于龙门框架2上，大臂底座3开有两个铰接孔，大臂5一端与其大孔活动铰接，一轴液压马达4固结在大臂5的这一端上，其输出轴可驱动大臂5相对于大臂底座3回转；大臂5另一端与小臂7一端活动铰接，V型铰接座9的尾部也与小臂7的这一端活动铰接，二轴液压马达6也固结在大臂5的这一端上，可驱动小臂7相对于大臂5回转；一臂连杆8的一端与大臂底座3的小孔活动铰接，另一端与V型铰接座9的上孔一活动铰接；尾座11上部开有两个大小不同的铰接孔，下部平面开有两个大小相同的铰接孔；二臂连杆10的一端与V型铰接座9的上孔二活动铰接，另一端与尾座11上部的小孔活动铰接；小臂7的另一端与尾座11上部的大孔活动铰接；抓手左件12和抓手右件14中间位置也开有铰接孔，这两孔分别与尾座11下部平面的铰接孔同心，在该处它们分别通过抓手第一回转轴16和抓手第二回转轴17与尾座11活动铰接；抓手左件12和抓手右件14的尾部开有油缸铰接孔，分别与夹紧油缸13的两端通过活塞杆轴15和缸筒轴18活动铰接。

大臂5两铰接孔之间的距离与一臂连杆8两铰接孔之间的距离相等，小臂7两铰接孔之间的距离与二臂连杆10两铰接孔之间的距离相等，大臂底座3两铰接孔之间的距离与V型铰接座9的尾部孔到上孔一的距离相等，V型铰接座9的尾部孔到上孔二的距离与尾座11上部两铰接孔之间的距离相等。

抓手部分由尾座11、抓手左件12、抓手右件14、夹紧油缸13、活塞杆轴15、缸筒轴18、抓手第一回转轴16、抓手第二回转轴17组成；抓手左件12与抓手右件14具有对称结构；抓手左件12中间铰接孔与尾座11下部平面左侧铰接孔同心，并通过抓手第一回转轴16活动铰接，抓手左件12可绕此轴轴线在尾座11下部平面内自由转动，抓手右件14与抓手左件12对称布置，原理相同；夹紧油缸13活塞杆端通过活塞杆轴15与抓手左件12在其尾部油缸铰接孔处活动铰接，缸筒端通过缸筒轴18与抓手右件14在其尾部油缸铰接孔处活动铰接；夹紧油缸13、抓手左件12和抓手右件14在尾座11的下平面上形成平面运动机构，为“八”字型。

整个机构为竖直平面运动机构，需保证料仓传送装置将待抓取的坯料送至本发明装置的工作平面内，具体位置根据工作空间定。本发明装置的“八”字型抓手机构的竖直对称面需与机床三角卡盘等夹具的竖直中心面重合或基本重合。

本发明提供的液压式三自由度机床上下料装置，仅采用两支液压马达和一支液压油缸即可实现对机床进行上下料，避免了使用气动系统，又减少了驱动执行元件的数量，极大地降低了成本，机构简单、紧凑，具有安全性和方便性。

工作原理：

本发明提供的液压式三自由度机床上下料装置，能够通过调整大臂和小臂的位姿，使得末端抓手到达坯料或者加工好的零件所在位置，进行抓取夹紧或者释放。下面以本发明装置的一个工作周期为例，详细阐述其工作原理和过程，包括在传送带上对毛坯料进行抓取、夹紧、运送到机床的三角卡盘上；待该坯料加工好后，再对该成品零件进行抓取、夹紧，最后运送到传送带的成品零件放置处。

如图1-图4所示，当料仓传送带将待加工坯料运送至图4中的I位置时，传送带停止运动；根据位置I与一轴液压马达4中心线之间的距离，通过控制器计算出一轴液压马达4与二轴液压马达6应该转动的角度，并控制液压系统，使抓手左件12与抓手右件14形成的抓手中心首先竖直对准坯料中心，并停留在坯料上方，然后继续使尾座11缓慢竖直下降，当坯料进入到抓手中一定深度后停止，此时一轴液压马达4和二轴液压马达6锁定；夹紧油缸13开始伸长，根据不同重量的坯料设定不同的溢流压力，当夹紧油缸13对应的卸荷溢流阀卸荷时，此时已经夹紧。

一轴液压马达4与二轴液压马达6继续动作，改变大臂5和小臂7的位姿，使末端抓手接近机床的三角卡盘。首先运动至使坯料悬于三角卡盘正上方，并使坯料中心线竖直对准三角卡盘中心线；然后竖直向下运动，到位后，夹紧油缸13缓慢收缩，坯料被释放在了三角卡盘上，即图4中的II处。

坯料加工好后，将上述过程逆向进行，将该成品零件放回至传送带的相应位置，即图4中的III处。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。

Claims (3)

1.一种液压式三自由度机床上下料装置，其特征在于，包括液压泵站（1）、龙门框架（2）、大臂底座（3）、一轴液压马达（4）、大臂（5）、二轴液压马达（6）、小臂（7）、一臂连杆（8）、V型铰接座（9）、二臂连杆（10）、尾座（11）、抓手左件（12）、夹紧油缸（13）、抓手右件（14）、缸筒轴（18）、活塞杆轴（15）、抓手第一回转轴（16）、抓手第二回转轴（17）；

所述液压泵站（1）设置于龙门框架（2）的上方；

所述大臂底座（3）倒置固结于龙门框架（2）上，大臂底座（3）开有两个铰接孔，大臂（5）一端与大臂底座（3）的所述两个铰接孔中的大孔活动铰接，一轴液压马达（4）固结在大臂（5）的这一端上，液压马达（4）的输出轴可驱动大臂（5）相对于大臂底座（3）回转；

所述大臂（5）另一端与小臂（7）一端活动铰接，V型铰接座（9）的尾部也与小臂（7）的这一端活动铰接，二轴液压马达（6）也固结在大臂（5）的这一端上，可驱动小臂（7）相对于大臂（5）回转；

所述一臂连杆（8）的一端与大臂底座（3）的所述两个铰接孔中的小孔活动铰接，另一端与V型铰接座（9）的上孔一活动铰接；

所述尾座（11）上部开有两个大小不同的铰接孔，下部平面开有两个大小相同的铰接孔；

所述二臂连杆（10）的一端与V型铰接座（9）的上孔二活动铰接，另一端与尾座（11）上部的小孔活动铰接；

所述小臂（7）的另一端与尾座（11）上部的大孔活动铰接；

所述抓手左件（12）和抓手右件（14）中间位置也开有铰接孔，这两孔分别与尾座（11）下部平面的铰接孔同心，在该处它们分别通过抓手第一回转轴（16）和抓手第二回转轴（17）与尾座（11）活动铰接；

所述抓手左件（12）和抓手右件（14）的尾部开有油缸铰接孔，分别与夹紧油缸（13）的两端通过活塞杆轴（15）和缸筒轴（18）活动铰接。

2.如权利要求1所述的液压式三自由度机床上下料装置，其特征在于，所述大臂（5）两铰接孔之间的距离与一臂连杆（8）两铰接孔之间的距离相等，小臂（7）两铰接孔之间的距离与二臂连杆（10）两铰接孔之间的距离相等，大臂底座（3）两铰接孔之间的距离与V型铰接座（9）的尾部孔到上孔一的距离相等，V型铰接座（9）的尾部孔到上孔二的距离与尾座（11）上部两铰接孔之间的距离相等。

3.如权利要求1所述的液压式三自由度机床上下料装置，其特征在于，抓手部分由所述尾座（11）、抓手左件（12）、抓手右件（14）、夹紧油缸（13）、活塞杆轴（15）、缸筒轴（18）、抓手第一回转轴（16）、抓手第二回转轴（17）组成；

所述抓手左件（12）与抓手右件（14）具有对称结构；

所述抓手左件（12）中间铰接孔与尾座（11）下部平面左侧铰接孔同心，并通过抓手第一回转轴（16）活动铰接，抓手左件（12）可绕此轴轴线在尾座（11）下部平面内自由转动，抓手右件（14）与抓手左件（12）对称布置，原理相同；

所述夹紧油缸（13）活塞杆端通过活塞杆轴（15）与抓手左件（12）在其尾部油缸铰接孔处活动铰接，缸筒端通过缸筒轴（18）与抓手右件（14）在其尾部油缸铰接孔处活动铰接；

所述夹紧油缸（13）、抓手左件（12）和抓手右件（14）在尾座（11）的下部平面上形成平面运动机构，为“八”字型。