CN104607948B - 铸锻件铣磨清理设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于机床技术领域，具体涉及一种铸锻件铣磨清理设备，包括龙门式机架、数控系统、主轴伺服传动机构、工作台伺服传动机构、铣磨刀具库、装夹机械手。其中：主轴伺服传动机构安装在龙门式机架的横梁上，主轴伺服传动机构上安装有铣磨复合主轴系统，工作台伺服传动机构安装在龙门式机架的底座上，装夹机械手安装在龙门式机架的两端。清理时，由机械手将待清理工件移动到工作台伺服传动机构的圆形工作台上，换好刀具后，由数控系统控制主轴旋转，同时控制主轴伺服传动机构带动的铣磨复合主轴系统与工作台伺服传动机构夹持的工件作相对运动，从而实现复杂铸锻件飞边的自动化清理。本发明具有加工效率高，操作方便，自动化程度高等优点。

Description

铸锻件铣磨清理设备
技术领域
本发明属于机床技术领域，特别是涉及一种针对复杂铸锻件飞边进行清理加工的专用设备。
背景技术
铸锻件毛坯成形后都存在飞边和毛刺，既会影响工件的表面质量，又会对后续加工产生不利影响，因此在直接使用或进一步加工前要对成形过程中在分型面上形成的飞边或毛刺进行清理加工。对于大多数铸锻件特别是复杂形状中小型铸锻件，目前主要依靠人工使用刮刀、钢丝刷或砂轮等工具除去飞边和毛刺，这种手工处理方法存在劳动强度大、生产效率低、质量差、清理不彻底等缺点，并无法保证毛坯尺寸的统一，难以适应大批量、高质量外形复杂毛坯生产的需要。还有很少一部分采用机械化清理加工，但这一部分清理加工主要设备是通用工业机器人，由于机器人刚度低，不能进行大切削量加工，主要用于轻金属的清理加工，无法适应钢铁类铸锻件高强度、高硬度飞边毛刺的清理加工要求。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种基于数字控制技术基础上的铸锻件铣磨清理设备，以便解决现有复杂铸锻件飞边毛刺清理加工装备存在的问题，从而实现铸锻件毛坯飞边毛刺的自动化清理。
本发明解决其技术问题采用以下的技术方案：
本发明提供的铸锻件铣磨清理设备，其包括由数控系统控制的主轴伺服传动机构、工作台伺服传动机构、铣磨复合主轴系统和装夹机械手，其中：主轴伺服传动机构安装在龙门式机架的横梁上，工作台伺服传动机构安装在龙门式机架的底座上，铣磨复合主轴系统装在主轴伺服传动机构上，装夹机械手安装在龙门式机架的两端。
所述的主轴伺服传动机构由A轴驱动装置和B轴驱动装置组成，其中：A轴驱动装置带动B轴驱动装置作左右运动，B轴驱动装置带动铣磨复合主轴系统作上下运动。
所述的A轴驱动装置和B轴驱动装置均包括交流伺服电机、滚珠丝杠、滑板，其中：A轴驱动装置的交流伺服电机驱动滚珠丝杠带动滑板在横梁导轨上作左右运动；B轴驱动装置和铣磨复合主轴系统装在A轴驱动装置的滑板上；B轴驱动装置的交流伺服电机驱动滚珠丝杠带动滑板在导轨上作上下运动；铣磨复合主轴系统安装在B轴驱动装置的滑板上。
所述的工作台伺服传动机构由C轴驱动装置、D轴驱动装置和E轴驱动装置构成，其中：E轴驱动装置带动C轴驱动装置和D轴驱动装置作前后运动，D轴驱动装置带动C轴驱动装置绕x轴作旋转运动；C轴驱动装置设有圆形工作台，该工作台可以绕自身轴线作旋转运动。
所述的E轴驱动装置包括交流伺服电机、滚珠丝杠、工作台滑架，其中：交流伺服电机驱动滚珠丝杠带动工作台滑架在导轨上作前后运动；工作台滑架上固定D轴驱动装置。
所述的D轴驱动装置包括交流伺服电机、蜗轮蜗杆副、回转盘，其中交流伺服电机驱动蜗轮蜗杆副带动回转盘绕x轴作旋转运动；回转盘上固定C轴驱动装置。
所述的C轴驱动装置包括交流伺服电机、蜗轮蜗杆副、圆形工作台，交流伺服电机驱动蜗轮蜗杆副带动圆形工作台绕自身轴线作旋转运动。
所述的铣磨复合主轴系统设有刀具锁紧机构和退刀机构，其中：刀具锁紧机构对铣刀和磨头进行装夹并锁紧，需要换刀时，退刀机构将自动松开刀具并放入铣磨刀具库中。
所述的铣磨刀具库包括刀库、气缸、刀库罩、装刀板桥、弹簧装置，其中：刀具水平排列在装刀板桥上，需要换刀时，在A、B、E轴驱动装置的带动和配合下，主轴和刀具相对运动，使得主轴轴线和刀具轴线对齐，气缸向上顶出刀具，同时弹簧装置自动弹开刀库罩，主轴在B轴驱动装置的带动下向下运动，实现换刀过程；铣磨刀具库固定在工作台滑架上，随E轴驱动装置一起前后运动。
所述的装夹机械手由交流伺服电机、机械手挂架、机械手臂、滑板组成，其中：机械手臂有两个，分别为上料机械手臂和下料机械手臂，均安装在滑板上，并通过交流伺服电机驱动滑板在机械手挂架导轨上运动；两个机械手臂同时运动，上料机械手臂夹持待加工工件到工作台上，与此同时，下料机械手臂夹持加工完的工件离开工作台。
本发明铸锻件铣磨清理设备工作时，由装夹机械手将待清理工件移动到工作台伺服传动机构的圆形工作台上，换好刀具后，由数控系统控制主轴旋转，同时控制主轴伺服传动机构带动的铣磨复合主轴系统与工作台伺服传动机构夹持的工件作相对运动，从而实现复杂铸锻件飞边的自动化清理。
本发明与现有的技术相比具有以下的优点：
1.所有的操作都是通过数控系统来控制，自动化程度高，极大地提高了加工的效率，减轻操作者的劳动强度，而且加工后的工件尺寸具有良好的统一性。
2.多轴联动机构以及可自由旋转的圆形工作台的设计，几乎能实现所有中小型复杂形状铸锻件的清理加工，加工的适应性强、灵活性好、应用范围广。
3.铣磨刀具库的设计，免去的手动换刀的操作，能够实现铸锻件一次装夹定位，进行多道工序的加工。
4.装夹机械手由数控系统控制，可实现工件的自动上料和加工完成后自动下料，免除了人工的操作，可实现流水线的加工。
5.通用的数控系统，程序编制简单，易操作。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为图1的右视图。
图中：1.龙门式机架；2.E轴驱动装置；3.D轴驱动装置；4.C轴驱动装置；5.铣磨刀具库；6.上料机械手臂；7.A轴驱动装置；8.铣磨复合主轴系统；9.B轴驱动装置；10.装夹机械手；11.下料机械手臂；12.配电柜；13.操作面板；14.数控系统。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合实施例和附图进一步阐明本发明的内容，但本发明的内容不仅仅局限于下面的实施例。
本发明提供的铸锻件铣磨清理设备，其结构如图1和图2所示，包括龙门式机架1、铣磨复合主轴系统8和主轴伺服传动机构、工作台和工作台伺服传动机构。
所述主轴伺服传动机构由A轴驱动装置7和以该装置带动作左右运动的B轴驱动装置9组成，B轴驱动装置9带动铣磨复合主轴系统8作上下运动。铣磨复合主轴系统8在A轴驱动装置7和B轴驱动装置9的作用下，实现左右、上下运动。
上述A轴驱动装置7包括交流伺服电机、滚珠丝杠，滑板。交流伺服电机驱动滚珠丝杠带动B轴驱动装置9沿滑板左右运动。
上述B轴驱动装置9包括交流伺服电机、滚珠丝杠、滑板。交流伺服电机驱动滚珠丝杠带动铣磨复合主轴系统8沿滑板上下运动。
上述铣磨复合主轴系统8包括交流伺服电机、刀具锁紧机构、退刀机构。铣磨复合主轴系统8安装在B轴驱动装置9上，其刀具锁紧机构，可以分别对铣刀和磨头进行装夹，需要换刀时，将自动松开刀具并放入铣磨刀具库5中。铣磨复合主轴系统8中的铣刀或磨头由伺服电机驱动，根据不同加工工艺规范改变主轴旋转速度。
上述铣磨刀具库5包括刀库、气缸、刀库罩、装刀桥板、弹簧装置组成。刀具水平排列在装刀板桥上，需要换刀时，在A轴驱动装置7、B轴驱动装置9和E轴驱动装置2的带动下，主轴和刀具相对运动，使得主轴轴线和刀具轴线对齐，气缸向上顶出刀具，同时弹簧装置自动弹开刀库罩，主轴在B轴驱动装置9的带动下向下运动，运动到和刀具接触后，刀具锁紧机构将刀具夹紧，实现换刀过程。铣磨刀具库5固定在E轴驱动装置2的工作台滑架上，并随E轴驱动装置2一起前后运动。
所述工作台伺服传动机构由C轴驱动装置4、D轴驱动装置3和E轴驱动装置2组成，其中：E轴驱动装置2带动C轴驱动装置4和D轴驱动装置3作前后运动；D轴驱动装置3带动C轴驱动装置4绕x轴作旋转运动；C轴驱动装置4中的圆形工作台绕自身轴线作旋转运动。待加工工件通过装夹机械手10送到圆形工作台上固定，在C轴驱动装置4、D轴驱动装置3和E轴驱动装置2的联合作用下，实现空间运动。
上述E轴驱动装置2包括交流伺服电机、滚珠丝杠、工作台滑架。交流伺服电机驱动滚珠丝杠带动工作台滑架在导轨上作前后运动。工作台滑架上固定C轴驱动装置4和D轴驱动装置3。
上述D轴驱动装置3包括交流伺服电机、涡轮蜗杆副、回转盘。交流伺服电机驱动蜗轮蜗杆副带动回转盘绕x轴作圆周运动。回转盘上固定C轴驱动装置4。
上述C轴驱动装置4包括交流伺服电机、蜗轮蜗杆副、圆形工作台。交流伺服电机驱动蜗轮蜗杆副带动圆形工作台沿自身轴线作旋转运动。
上述装夹机械手10包括交流伺服电机、机械手挂架、机械手臂、滑板，其中：机械手臂有两个，分别为上料机械手臂6和下料机械手臂11，均安装在与机械手挂架导轨相连的滑板上，并通过交流伺服电机驱动滑板在机械手挂架的导轨上运动；两个机械手臂同时运动，上料机械手臂6夹持待加工工件到工作台上，与此同时，下料机械手臂11夹持加工完的工件离开工作台。整个过程由数控系统14控制。
本发明利用工件和主轴的相对运动来完成工件飞边及毛刺的清理。所有动作由与配电柜12相连的数控系统14控制，并在操作面板13上集中操作。
上述操作面板13上安装有数控系统14的输入装置和各种按钮、按键、电源指示灯，用于输入数控程序和加工中心的开关。数控系统14的输入装置为键盘式。除通过数控程序控制各交流伺服电机动作外，操作面板13上还分别设有A轴驱动装置7、B轴驱动装置9、C轴驱动装置4、D轴驱动装置3、E轴驱动装置2的手动控制按钮。
上述数控系统14为通用的五轴五联动数控系统，分别控制A轴驱动装置7、B轴驱动装置9、C轴驱动装置4、D轴驱动装置3、E轴驱动装置2，五轴分别由交流伺服电机驱动。数控系统14内置PLC中预留有可以控制装夹机器手9、铣磨刀具库5、铣磨复合主轴系统8的控制接口。
所述的龙门式机架1由上横梁、左右立柱以及宽底座组成，其中：上横梁上加工有供主轴伺服传动机构运动的导轨以及用于安装装夹机械手10的平台，底座上加工有供工作台伺服传动机构运动的导轨，横梁安装在左右立柱上。
本发明提供的铸锻件铣磨清理设备，其工作过程是：从操作面板13上向数控系统14中输入加工程序，加工程序是软件根据待加工铸锻件的尺寸和形状自动生成得到的。启动清理设备，上料机械手臂6将待加工铸锻件移动到C轴驱动装置4的圆形工作台上固定，数控系统14控制A轴驱动装置7和E轴驱动装置2使刀具与待加工工件位置对应，然后铣磨复合主轴系统8开始带动刀具转动，同时数控系统14控制A轴驱动装置7、B轴驱动装置9、C轴驱动装置4、D轴驱动装置3、E轴驱动装置2按照加工程序的要求联合运动，实现铸锻件的清理工作。当需要换刀时，主轴停止转动，A轴驱动装置7和B轴驱动装置9带动铣磨复合主轴系统8运动，E轴驱动装置2带动铣磨刀具库5运动，使主轴轴线和刀具轴线对齐，然后主轴向下运动，刀具向上运动，完成换刀操作。待到清理完成后，同样在数控系统14的控制下，下料机械手臂11从工作台上取下工件，到此完成铸锻件飞边和毛刺的清理工作。与此同时，上料机械手臂6将另外一个待加工铸锻件移动到工作台上固定，下一个加工循环开始，从而完成完全自动化的清理。

Claims (8)

1.一种铸锻件铣磨清理设备，其特征在于包括由数控系统控制的主轴伺服传动机构、工作台伺服传动机构、铣磨复合主轴系统和装夹机械手,其中：主轴伺服传动机构安装在龙门式机架的横梁上，工作台伺服传动机构安装在龙门式机架的底座上，铣磨复合主轴系统装在主轴伺服传动机构上，装夹机械手安装在龙门式机架的两端；
所述的装夹机械手由交流伺服电机、机械手挂架、机械手臂、滑板组成，其中：机械手臂有两个，分别为上料机械手臂和下料机械手臂，均安装在滑板上，并通过交流伺服电机驱动滑板在机械手挂架导轨上运动；两个机械手臂同时运动，上料机械手臂夹持待加工工件到工作台上，与此同时，下料机械手臂夹持加工完的工件离开工作台；
所述的铣磨复合主轴系统设有刀具锁紧机构和退刀机构，其中：刀具锁紧机构对铣刀和磨头进行装夹并锁紧，需要换刀时，退刀机构将自动松开刀具并放入铣磨刀具库中；
所述的龙门式机架由上横梁、左右立柱以及宽底座组成，其中：上横梁上加工有供主轴伺服传动机构运动的导轨以及用于安装装夹机械手的平台，底座上加工有供工作台伺服传动机构运动的导轨，横梁安装在左右立柱上。
2.根据权利要求1所述的铸锻件铣磨清理设备，其特征在于所述的主轴伺服传动机构由A轴驱动装置和B轴驱动装置组成，其中：A轴驱动装置带动B轴驱动装置作左右运动， B轴驱动装置带动铣磨复合主轴系统作上下运动。
3.根据权利要求2所述的铸锻件铣磨清理设备，其特征在于所述的A轴驱动装置和B轴驱动装置均包括交流伺服电机、滚珠丝杠、滑板，其中：A轴驱动装置的交流伺服电机驱动滚珠丝杠带动滑板在横梁导轨上作左右运动；B轴驱动装置和铣磨复合主轴系统装在A轴驱动装置的滑板上；B轴驱动装置的交流伺服电机驱动滚珠丝杠带动滑板在导轨上作上下运动；铣磨复合主轴系统安装在B轴驱动装置的滑板上。
4.根据权利要求1所述的铸锻件铣磨清理设备，其特征在于所述的工作台伺服传动机构由C轴驱动装置、D轴驱动装置和E轴驱动装置构成，其中：E轴驱动装置带动C轴驱动装置和D轴驱动装置作前后运动，D轴驱动装置带动C轴驱动装置绕x轴作旋转运动；C轴驱动装置设有圆形工作台，该工作台可以绕自身轴线作旋转运动。
5.根据权利要求4所述的铸锻件铣磨清理设备，其特征在于所述的E轴驱动装置包括交流伺服电机、滚珠丝杠、工作台滑架，其中：交流伺服电机驱动滚珠丝杠带动工作台滑架在导轨上作前后运动；工作台滑架上固定D轴驱动装置。
6.根据权利要求4所述的铸锻件铣磨清理设备，其特征在于所述的D轴驱动装置包括交流伺服电机、蜗轮蜗杆副、回转盘，其中交流伺服电机驱动蜗轮蜗杆副带动回转盘绕x轴作旋转运动；回转盘上固定C轴驱动装置。
7.根据权利要求4所述的铸锻件铣磨清理设备，其特征在于所述的C轴驱动装置包括交流伺服电机、蜗轮蜗杆副、圆形工作台，交流伺服电机驱动蜗轮蜗杆副带动圆形工作台绕自身轴线作旋转运动。
8.根据权利要求1所述的铸锻件铣磨清理设备，其特征在于所述的铣磨刀具库包括刀库、气缸、刀库罩、装刀板桥、弹簧装置，其中：刀具水平排列在装刀板桥上，需要换刀时，在A、B、E轴驱动装置的带动和配合下，主轴和刀具相对运动，使得主轴轴线和刀具轴线对齐，气缸向上顶出刀具，同时弹簧装置自动弹开刀库罩，主轴在B轴驱动装置的带动下向下运动，实现换刀过程；铣磨刀具库固定在工作台滑架上，随E轴驱动装置一起前后运动。
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