CN104385063B - 多功能自动单向作母机 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种多功能自动单向作母机，其包括：机架、至少一个刀具驱动单元、至少一个刀具载送单元、以及至少一个自动进料单元。其中，每个刀具驱动单元包括工具夹头、传动轴、旋转驱动机构、以及进刀驱动机构。进刀驱动机构包括进刀动力源、伸缩元件以及一端固定于伸缩元件末端而另一端通过轴承连接于传动轴的连接件。旋转驱动机构包括旋转动力源、由旋转动力源提供动力的传动长齿轮、固定连接于传动轴并且与传动长齿轮啮合的滑移齿轮。滑移齿轮与传动轴同轴心，传动长齿轮的轴线平行于传动轴的轴线，滑移齿轮能够从传动长齿轮的一端滑移到另一端，使得工具夹头能够在进刀动力源的作用下在初始工作位置与结束工作位置之间直线往复运动。

Description

多功能自动单向作母机

技术领域

本发明涉及一种机械加工设备，特别涉及一种多功能作母机。

背景技术

机械加工过程中经常遇到铰孔、镗孔、作母等工序。传统的铰孔、作母采用手工，或在钻床、车床等传统机床上安装铰刀、镗刀或丝锥等加工刀具来完成所需的加工内容。然而，手工的方式生产能力低下，劳动强度高、成本高。而在传统机床上加工效率虽有所提高、劳动强度也有所降低，但加工完成后刀具不是从工件的另一端抽出，而是在已加工的表面上返回，这样会导致已加工表面受损，影响光洁度、做不了高精度的产品。

为此，本领域技术人员正不断研发能够避免从已加工表面上返回的机械加工设备。如中国专利申请201310519923.3号所公开的一种自动攻丝机，包括机架、限位射出装置、升降轴以及设置在升降轴端部的钻头夹。机架上方垂直布置有导轨，导轨上各滑动设置有丝攻升降架，丝攻升降架上平行设置有两导杆，导杆上各滑动设置有移动轴承，移动轴承底部沿垂直方向间隔平行设置有三块连接板，三块连接板自上而下依次形成第一滑腔和第二滑腔，在连接板上设置有丝攻夹持装置，以提供一种避免螺纹加工完成后第二次切削从而提高螺纹加工精度的自动攻丝机。然而该自动攻丝机存在以下缺点和不足：(1)、其作用太单一，只能攻丝不能铰孔和镗孔，若再另外配置铰孔和镗孔机，将需要更大的工作场地，这不利于降低成本；(2)、其未清楚揭示如何精确控制丝攻升降架在导轨上移动，也未清楚揭示如何精确控制升降轴和钻头夹的进刀运动。

因此，提供一种功能丰富、加工精度高、工作稳定性好的自动单向作母机成为业内急需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种多功能自动单向作母机，其一改以往的作业模式，加工后不经过已加工表面，而是直接从工件的末端抽出刀具，不损伤工件的已加工表面，工件的加工精度高、光洁度好，有机械手全自动完成一系列动作，并有多轴同时进行加工，生产效率高。

根据本发明的方案，提供一种多功能自动单向作母机，包括：机架，其包括由顶板、第一侧板、第二侧板围成的内部操作空间；至少一个刀具驱动单元，其连接于机架的顶板并能够在带动刀具由初始工作位置沿直线运动到结束工作位置后由结束工作位置沿直线空载返回至初始工作位置；至少一个刀具载送单元，其连接于机架的顶板并能够从结束工作位置抓取刀具沿旁路载送至初始工作位置后由初始工作位置沿旁路空载返回至结束工作位置；以及至少一个自动进料单元，其连接于机架的第一侧板并能够将待加工工件自动推进至初始工作位置由刀具加工。其中，每个刀具驱动单元包括用于夹持刀具的工具夹头、与工具夹头固定连接的传动轴、用于驱动传动轴枢转的旋转驱动机构、以及用于驱动传动轴轴向运动的进刀驱动机构；进刀驱动机构包括连接于机架的第一侧板的进刀动力源、由进刀动力源提供动力的伸缩元件、一端固定于伸缩元件末端而另一端通过轴承连接于传动轴的连接件，其中，伸缩元件的伸缩方向平行于传动轴的轴线；并且旋转驱动机构包括连接于机架的第一侧板的旋转动力源、由旋转动力源提供动力的传动长齿轮、固定连接于传动轴并且与传动长齿轮啮合的滑移齿轮，其中，滑移齿轮与传动轴同轴心，传动长齿轮的轴线平行于传动轴的轴线，滑移齿轮能够从传动长齿轮的一端滑移到另一端，使得工具夹头能够在进刀动力源的作用下在初始工作位置与结束工作位置之间直线往复运动。

在本发明中，初始工作位置、结束工作位置、载刀返程位置是指在具体操作时间点与该操作有关的各部件所处的位置、区域或平面。

可选择地，本发明中的刀具可以为丝锥、铰刀或镗刀等。本发明中的进刀动力源可以为电机、气压泵、液压泵等。

优选地，每个刀具载送单元可以包括用于在结束工作位置抓取刀具的机械手、用于安装机械手的机械手支架、一端固定于顶板另一端连接机械手支架的支架升降机构、安装于机械手支架中的用于控制机械手运动到结束工作位置和从结束工作位置退回的机械手进退机构。

可选择地，机械手包括能够自动张开和关闭以用于抓取和释放刀具的两半卡爪。

更优选地，支架升降机构包括一级升降可调节气缸和二级升降可调节气缸；一级升降可调节气缸驱动机械手支架使得机械手在初始工作位置水平面与结束工作位置水平面之间升降运动；二级升降可调节气缸驱动机械手支架使得机械手在结束工作位置水平面与位于结束工作位置下方的载刀返程位置的水平面之间升降运动。

其中，在初始工作位置水平面，机械手进退机构驱动机械手从机械手支架运动至初始工作位置，以将机械手中抓取的刀具运送至工具夹头的正下方并在将刀具释放入工件的待加工孔中后退回至机械手支架，使得当工具夹头运动至初始工作位置时能够带动刀具旋转和进刀；在结束工作位置水平面，机械手进退机构驱动机械手从机械手支架运动至结束工作位置，以抓取从工件的加工完成孔中落下的刀具；在载刀返程位置水平面，机械手进退机构驱动已抓取刀具的机械手从结束工作位置退回至机械手支架。

可选择地，自动进料单元可以包括设置于工件进料轨道中的工件高度调节机构，工件进料轨道包括分别位于两侧的滑轨以及开设有刀具通过孔的底板，工件高度调节机构包括分别安装于每一侧滑轨的顶部的一对压板、分别形成于每一侧滑轨中的至少一对容置孔、分别容置于容置孔中并位于压板之下的至少一对下弹簧、对应穿过一对压板和至少一对下弹簧并分别固定于底板和每一侧滑轨的至少一对拉紧丝杆、对应套置于每个拉紧丝杆上并位于压板之上的至少一对上弹簧、以及对应旋拧于每个拉紧丝杆上并位于上弹簧之上的至少一对螺母。

具体地，在底板之上、压板之下和两侧滑轨之间的空间形成工件自动进料通道，并且刀具通过孔之上的位置设为工件加工位置。

可选择地，可以进一步在机械手支架上设置用于在机械手下方来承托刀具的限位承托机构，限位承托机构平行设置于机械手下方，限位承托机构包括限位驱动装置以及能够在限位驱动装置的驱动下伸出或退回的限位板。其中，在初始工作位置水平面，限位板与机械手同步运动至初始工作位置，并且限位板早于机械手离开初始工作位置；在结束工作位置水平面和载刀返程位置水平面，限位板与机械手同步运动。

可选择地，进一步包括中隔板，中隔板平行于顶板并固定连接于第一侧板，进刀动力源固定于中隔板，传动轴穿过顶板和中隔板。

可选择地，旋转动力源可以包括电机轴、与电机轴固定连接的主动锥齿轮、以及固定连接于传动长齿轮的枢转轴并与主动锥齿轮啮合的被动锥齿轮，其中，传动长齿轮的枢转轴一端通过轴承固定连接于顶板另一端通过轴承固定连接于中隔板。

优选地，可以进一步在中隔板上固定至少一个缓冲限位器，缓冲限位器包括用于和进刀驱动机构的连接件的底面相抵触的弹性缓冲元件。

可选择地，本发明中的同类的多个执行构件可以选择共用或专用一个驱动装置。

可选择地，可以在同一机架上并列设置六套刀具驱动单元、六套刀具载送单元、以及六套自动进料单元，从而该多功能自动单向作母机可以同时加工六个工件。当然，也可以将功能相同的单元设置成任意套数，比如三套或五套。此外，功能相同的各套单元可以选择共用同一个驱动系统。

本发明的有益效果是：(1)、本发明采用无级调节进刀机构，能够实现各种进刀速度，用来实现铰孔或攻丝，避免功能单一；(2)、本发明采用升降限位块来控制气缸移动的位置，并采用缓冲限位器以在刀具快要穿透工件时起缓冲保护作用；(3)、本发明通过调节拉紧丝杆和螺母可以调节压板的压紧高度，以便适应各种工件高度，并可以过滤消除铁屑，解决过去因铁屑影响加工精度的问题；(4)、通过气动机械爪机构中包括一对半圆爪，用来抓取刀具，用机械手的动作代替以往刀具透工件后的人工操作，完成整道加工工序，提高了生产效率。

附图说明

图1示出了本发明多功能自动单向作母机的结构示意图。

图2示出了沿图1中C-C线的剖视示意图。

图3示出了沿图1中A-A线并逆时针转过90度的剖视示意图。

图4示出了沿图1中B向的仰视示意图。

图5示出了图1中的机械手支架及机械手的局部放大结构示意图。

具体实施方式

请参照图1至5，作为一种非限制性具体实施方式，本发明的多功能自动单向作母机包括：机架100、刀具驱动单元200、刀具载送单元300、自动进料单元400。

在该非限制性实施方式中，在机架100上并列设置六套刀具驱动单元200、六套刀具载送单元300、以及六套自动进料单元400，从而该多功能自动单向作母机可以同时加工六个工件。

机架100包括由顶板101、第一侧板103、第二侧板105围成的内部操作空间。

每个刀具驱动单元200连接于机架100的顶板101并能够在带动刀具由初始工作位置沿直线运动到结束工作位置后由结束工作位置沿直线空载返回至初始工作位置。

每个刀具载送单元300连接于机架100的顶板101，并能够从结束工作位置抓取刀具500(在该非限制性实施方式中为丝锥)沿旁路载送至初始工作位置后，由初始工作位置沿旁路空载返回至结束工作位置。

每个自动进料单元400连接于机架100的第一侧板103并能够将待加工工件700(在该非限制性实施方式中为待攻丝的螺母)自动推进至初始工作位置由刀具500加工。

其中，每个刀具驱动单元200包括用于夹持刀具500的工具夹头203、与工具夹头203固定连接的传动轴209、用于驱动传动轴209枢转的旋转驱动机构220、以及用于驱动传动轴209轴向运动的进刀驱动机构230。

进刀驱动机构230包括间接连接于机架100的第一侧板103的进刀动力源231、由进刀动力源231提供动力的伸缩元件233、一端固定于伸缩元件233末端而另一端通过轴承(未图示)连接于传动轴209的连接件235，其中，伸缩元件233的伸缩方向平行于传动轴209的轴线。

旋转驱动机构220包括间接连接于机架100的第一侧板103的旋转动力源221、由旋转动力源221提供动力的传动长齿轮227、固定连接于传动轴209并且与传动长齿轮227啮合的滑移齿轮228，其中，滑移齿轮228与传动轴209同轴心，传动长齿轮227的轴线平行于传动轴209的轴线，滑移齿轮228能够从传动长齿轮227的一端滑移到另一端，使得工具夹头203能够在进刀动力源231的作用下在初始工作位置与结束工作位置之间直线往复运动。

机架100进一步包括中隔板107，中隔板107平行于顶板101并固定连接于第一侧板103，进刀动力源231固定于中隔板107，传动轴209穿过顶板101和中隔板107。

旋转动力源221包括电机轴222、主动锥齿轮223以及被动锥齿轮225。主动锥齿轮223与电机轴222固定连接，被动锥齿轮225固定连接于传动长齿轮227的枢转轴并与主动锥齿轮223啮合，其中，传动长齿轮227的枢转轴一端通过轴承固定连接于顶板101另一端通过轴承固定连接于中隔板107。

每个刀具载送单元300包括用于在结束工作位置抓取刀具500的机械手310、用于安装机械手310的机械手支架330、一端固定于顶板101另一端连接机械手支架330的支架升降机构350、安装于机械手支架330中的用于控制机械手310运动到结束工作位置和从结束工作位置退回的机械手进退机构370。请参照图3，机械手310包括能够自动张开和关闭以用于抓取和释放刀具的两半卡爪313。并且，在该实施方式中，六套刀具载送单元300共用一套机械手支架330、支架升降机构350和机械手进退机构370。

支架升降机构350包括一级升降可调节气缸351和二级升降可调节气缸352。一级升降可调节气缸351驱动机械手支架330使得机械手310在初始工作位置水平面与结束工作位置水平面之间升降运动。二级升降可调节气缸352驱动机械手支架330使得机械手310在结束工作位置水平面与位于结束工作位置下方的载刀返程位置的水平面之间升降运动。

在初始工作位置水平面，机械手进退机构370驱动机械手310从机械手支架330运动至初始工作位置，以将机械手310中抓取的刀具500运送至工具夹头203的正下方并在将刀具500释放入工件700的待加工孔中后退回至机械手支架330，使得当工具夹头203运动至初始工作位置时能够带动刀具500旋转和进刀。

在结束工作位置水平面，机械手进退机构(气缸)370驱动机械手310从机械手支架330运动至结束工作位置，以抓取从工件700的加工完成孔中落下的刀具500。

在载刀返程位置水平面，机械手进退机构370驱动已抓取工件500的机械手310从载刀返程位置退回至机械手支架330。

请参照图2，自动进料单元400包括设置于工件进料轨道中的工件高度调节机构。工件进料轨道包括分别位于两侧的滑轨410以及开设有刀具通过孔422的底板420。工件高度调节机构包括分别安装于每一侧滑轨410的顶部的一对压板430、分别形成于每一侧滑轨410中的容置孔415、分别容置于容置孔415中并位于压板430之下的下弹簧450、对应穿过压板430和下弹簧450并固定于底板420和滑轨410的拉紧丝杆460、对应套置于每个拉紧丝杆460上并位于压板430之上的上弹簧440、以及对应旋拧于每个拉紧丝杆460上并位于上弹簧440之上的螺母470。

具体地，在底板420之上、压板430之下和两侧滑轨410之间的空间形成工件自动进料通道，并且刀具通过孔422之上的位置设为工件加工位置。并且，在该非限制性实施方式中，压板430之上的区域设为初始工作位置，底板420之下的区域设为结束工作位置。

作为一种非限制性优选实施方式，在机械手支架330上设有限位承托机构380。限位承托机构380平行设置于机械手310下方用来在机械手下方承托刀具500。限位承托机构380包括限位驱动装置382以及能够在限位驱动装置的驱动下伸出或退回的限位板388。其中，在初始工作位置水平面，限位板388与机械手310同步运动至初始工作位置，并且限位板388早于机械手310离开初始工作位置；在结束工作位置水平面和载刀返程位置水平面，限位板388与机械手310同步运动。

作为一种非限制性优选实施方式，在中隔板107上固定至少一个缓冲限位器280，缓冲限位器280包括用于和进刀驱动机构的连接件235的底面相抵触的弹性缓冲元件(未标号)。

作为一种非限制性优选实施方式，在机械手支架330上设有工件限位气缸390。在初始工作位置时，工件限位气缸390驱动限位杆395向右伸出，以限制工件700的位置。

作为一种非限制性优选实施方式，进一步设置用来控制一级升降可调节气缸351移动位置的升降限位块358、用于引导机械手支架330升降运动的升降直线导轨副359、限位板滑移挡板329、用于引导机械手310进退运动的进退直线导轨副321、进料气缸安装底板492、进料可调节气缸495以及工件推板496。

根据本发明，通过调节拉紧丝杆和螺母可以调节压板的压紧高度，以便适应各种工件高度，并可以过滤消除铁屑，解决过去因铁屑影响加工精度。

根据本发明，进刀驱动机构为无级调节进刀机构，用来实现铰孔或镗孔时的进刀速度。

根据本发明，传动轴垂直安装在机架上，滑移齿轮与传动长齿轮配合，主动锥齿轮的旋转运动由被动锥齿轮传递给长齿轮，再传递给滑移齿轮和传动轴，最终使工具夹头带动刀具转动，刀具转动后，根据工件的加工特性选用气缸或液压缸的无级调节进刀机构来控制刀具垂直向下进刀，无级调节进刀机构可以实现无级变速，控制向下进刀的速度。

缓冲限位器在刀具快穿透工件时起到缓冲的作用，从而保护刀具，不受冲击力的作用而失控，或撞击机械手。

操作时，一级升降可调节气缸下降，机械手进退气缸往右推进，使气动机械爪机构中的半圆爪与刀具在一条直线内，当刀具穿透工件时气动机械爪机构抓住刀具，传动轴返回到最高点位。

然后二级升降可调节气缸下降，机械手进退气缸往左退到位，再次启动一级升降可调节气缸和二级升降可调节气缸上升，此时升降限位块可以实现上升高度的调节。

同时进料可调节气缸带动工件推板向左推出新工件，并将已加工好的工件推出工作位置，机械手上升到位后，机械手进退气缸抓着刀具往右推进，到位后限位板移动气缸向左抽回，带动刀具移动式限位板向左抽回，工件限位气缸向右伸出，限制工件的位置，刀具自然落到新工件的孔中，开始重复新的进刀程序。

尽管在此已详细描述本发明的优选实施方式，但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构，在不偏离本发明的实质和范围的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。

Claims (8)

1.一种多功能自动单向作母机，包括：

机架，其包括由顶板和第一侧板围成的内部操作空间；

至少一个刀具驱动单元，其连接于所述机架的顶板并能够在带动刀具由初始工作位置沿直线运动到结束工作位置后由所述结束工作位置沿直线空载返回至所述初始工作位置；

至少一个刀具载送单元，其连接于所述机架的顶板并能够从所述结束工作位置抓取刀具沿旁路载送至所述初始工作位置后由所述初始工作位置沿旁路空载返回至所述结束工作位置；以及

至少一个自动进料单元，其连接于所述机架的第一侧板并能够将待加工工件自动推进至所述初始工作位置由刀具加工；

其特征在于：

每个所述刀具驱动单元包括用于夹持刀具的工具夹头、与所述工具夹头固定连接的传动轴、用于驱动所述传动轴枢转的旋转驱动机构、以及用于驱动所述传动轴轴向运动的进刀驱动机构；

所述进刀驱动机构包括连接于所述机架的第一侧板的进刀动力源、由所述进刀动力源提供动力的伸缩元件、一端固定于所述伸缩元件末端而另一端通过轴承连接于所述传动轴的连接件，其中，所述伸缩元件的伸缩方向平行于所述传动轴的轴线；

所述旋转驱动机构包括连接于所述机架的第一侧板的旋转动力源、由所述旋转动力源提供动力的传动长齿轮、固定连接于所述传动轴并且与所述传动长齿轮啮合的滑移齿轮，其中，所述滑移齿轮与所述传动轴同轴心，所述传动长齿轮的轴线平行于所述传动轴的轴线，所述滑移齿轮能够从所述传动长齿轮的一端滑移到另一端，使得所述工具夹头能够在所述进刀动力源的作用下在所述初始工作位置与所述结束工作位置之间直线往复运动；

每个所述刀具载送单元包括用于在所述结束工作位置抓取刀具的机械手、用于安装所述机械手的机械手支架、一端固定于所述顶板另一端连接所述机械手支架的支架升降机构、安装于所述机械手支架中的用于控制所述机械手运动到所述结束工作位置和从所述结束工作位置退回的机械手进退机构；并且

所述支架升降机构包括一级升降可调节气缸和二级升降可调节气缸；所述一级升降可调节气缸驱动所述机械手支架使得所述机械手在所述初始工作位置水平面与所述结束工作位置水平面之间升降运动；所述二级升降可调节气缸驱动所述机械手支架使得所述机械手在所述结束工作位置水平面与位于所述结束工作位置下方的载刀返程位置水平面之间升降运动。

2.如权利要求1所述的多功能自动单向作母机，其特征在于，在所述初始工作位置水平面，所述机械手进退机构驱动所述机械手从所述机械手支架运动至所述初始工作位置，以将所述机械手中抓取的刀具运送至所述工具夹头的正下方并在将所述刀具释放入工件的待加工孔中后退回至所述机械手支架，使得当所述工具夹头运动至所述初始工作位置时能够带动所述刀具旋转和进刀；在所述结束工作位置水平面，所述机械手进退机构驱动所述机械手从所述机械手支架运动至所述结束工作位置，以抓取从工件的加工完成孔中落下的刀具；在所述载刀返程位置水平面，所述机械手进退机构驱动已抓取刀具的所述机械手从所述载刀返程位置退回至所述机械手支架。

3.如权利要求1所述的多功能自动单向作母机，其特征在于，所述自动进料单元包括设置于工件进料轨道中的工件高度调节机构，所述工件进料轨道包括分别位于两侧的滑轨以及开设有刀具通过孔的底板，所述工件高度调节机构包括分别安装于每一侧滑轨的顶部的一对压板、分别形成于每一侧滑轨中的至少一对容置孔、分别容置于所述容置孔中并位于所述压板之下的至少一对下弹簧、对应穿过所述一对压板和所述至少一对下弹簧并分别固定于所述底板和每一侧滑轨的至少一对拉紧丝杆、对应套置于每个拉紧丝杆上并位于所述压板之上的至少一对上弹簧、以及对应旋拧于每个拉紧丝杆上并位于所述上弹簧之上的至少一对螺母。

4.如权利要求1所述的多功能自动单向作母机，其特征在于，进一步在所述机械手支架上设置用于在所述机械手下方来承托所述刀具的限位承托机构，所述限位承托机构平行设置于所述机械手下方，所述限位承托机构包括限位驱动装置以及能够在所述限位驱动装置的驱动下伸出或退回的限位板。

5.如权利要求4所述的多功能自动单向作母机，其特征在于，在所述初始工作位置水平面，所述限位板与所述机械手同步运动至所述初始工作位置，并且所述限位板早于所述机械手离开所述初始工作位置；在所述结束工作位置水平面和所述载刀返程位置水平面，所述限位板与所述机械手同步运动。

6.如权利要求1～5中任一项所述的多功能自动单向作母机，其特征在于，进一步包括中隔板，所述中隔板平行于所述顶板并固定连接于所述第一侧板，所述进刀动力源固定于所述中隔板，所述传动轴穿过所述顶板和所述中隔板。

7.如权利要求6所述的多功能自动单向作母机，其特征在于，所述旋转动力源包括电机轴、与所述电机轴固定连接的主动锥齿轮、以及固定连接于所述传动长齿轮的枢转轴并与所述主动锥齿轮啮合的被动锥齿轮，其中，所述传动长齿轮的枢转轴一端通过轴承固定连接于所述顶板另一端通过轴承固定连接于所述中隔板。

8.如权利要求6所述的多功能自动单向作母机，其特征在于，进一步在所述中隔板上固定至少一个缓冲限位器，所述缓冲限位器包括用于和所述进刀驱动机构的所述连接件的底面相抵触的弹性缓冲元件。