CN105415069A - 一种管接件自动上下料系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管接件自动上下料系统,采用光电传感器作为检测元器件,通过气路控制系统控制伸缩气缸、摆动气缸,通过送料电机与X向电机控制,实现系统精确自动送料。在数控机床对管接件加工过程中,末端执行器处的摆动气缸转动轴与地面成45度,桥式连接架在摆动气缸的作用下旋转180度,并实现管接件的90度自动转向功能。气动三爪卡盘可实现不同尺寸、类型的工件装夹,提高了系统的柔性,同时气动三爪卡盘的气爪表面采用聚四氟乙烯材料处理,能较好的保护工件表面不被损坏。管接件自动上下料系统实现对工件的自动转向,且对工件加工过程的重复装夹、定位、转向精度高;结构简单、通用性强;减少了在线操作人员,提高了加工效率。
Description
技术领域
本发明属于机械设计与自动控制领域,具体地说,涉及一种用于数控机床加工管接件的自动上下料系统。
背景技术
在数控机床对管接件的加工行业中,自动上料、下料设备被大量应用。在对管接件自动加工过程中,当管接件由自动上料、下料机器人从上料单元处抓取并输送到数控机床内部时,中间还需要将管接头件进行90度转向。
发明专利2014101080380中公开了“一种四坐标自动上下料机器人”,这种自动上下料机器人虽然可实现工件的自动上料下料,但不具备将工件实现90度自控转向功能。
现有公开的技术文献“基于机器人技术的自动上下料系统设计”(《机械与电子》2014,07-0060-04)中阐述了自动上下料机器人在数控行业的应用,需要额外添加一个转向装置才可实现管接件90度自控转向功能。若采用人工操作方式作业,不仅劳动强度大,而且工作效率也较低。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足,本发明提出一种管接件自动上下料系统。在数控机床加工过程中实现系统自动送料,及对工件的自动转向,且对工件加工过程的重复定位精度好、装夹效率高,大大缩短了生产加工周期。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括支撑机构、机械手执行单元、上下料机构、挡板机构,支撑机构为各部件提供支撑,机械手执行单元连接在支撑机构的横梁上,上下料机构位于支撑机构的前侧,挡板机构固定在数控机床侧面的地基上;
所述支撑机构包括立柱、横梁、第一导轨、齿条、滑枕、齿轮、减速器、X向电机、导轨挡块、电机固定座,两个立柱平行固定在基座上,固定在立柱端部的横梁的侧面安装有第一导轨,齿条位于第一导轨中间,且与第一导轨平行安装,导轨挡块固定在第一导轨两端,滑枕与滑块相连接,滑枕通过滑块与第一导轨配合,减速器与滑枕固连,X向电机通过电机固定座安装在滑枕上,X向电机输出轴与减速器连接,齿轮固连在减速器轴上,齿轮和齿条相互啮合,机械手执行单元沿着第一导轨实现往复直线运动;
所述机械手执行单元包括Z向伸缩气缸、L型支板、第一连接板、第二连接板、第三连接板、竖直导向架、末端执行器安装块、第二导轨、定位架、定位螺母、第一气动卡盘、摆动气缸、转动轴、第一光电开关、第二光电开关、转盘、滑块、桥式连接架、第二气动卡盘、T型支架、第三导轨、Y向伸缩气缸、气缸固定架,第三导轨固定在滑枕上,Y向伸缩气缸安装在气缸固定架上,Y向伸缩气缸的伸缩导杆与T型支架上的支架固连,T型支架通过滑块与第三导轨配合,第一光电开关和第二光电开关分别固定在滑枕上,位于第三导轨的同一侧,T型支架沿着第三导轨实现Y方向的往复直线运动;L型支板与T型支架固连,第二导轨通过垫块固定在L型支板上;Z向伸缩气缸固定在L型支板上,Z向伸缩气缸的伸缩杆与第一连接板固连,第一连接板安装在竖直导向架上,竖直导向架在Z向伸缩气缸的作用下沿着第二导轨实现上下的往复直线运动;第二连接板与第三连接板分别固定在竖直导向架上,末端执行器安装块连接在第三连接板上;末端执行器安装块为两端开口的空腔结构,定位螺母位于末端执行器安装块侧面下方,摆动气缸安装在末端执行器安装块内,摆动气缸的转动轴与转盘的一端固连,转盘的另一端连接在桥式连接架上,桥式连接架一端与第二气动卡盘连接,另一端与第一气动卡盘通过定位架连接,桥式连接架在摆动气缸的作用下旋转180度,并实现管接件的90度自动转向。
所述上下料机构由上料机构、下料机构、支柱组成;上料机构包括调节支板、上托板、传送带、第一同步带轮、第一电机、上支撑座;下料机构包括下支撑座、工字型支撑板、挡板、下托板、第二同步带轮、第二电机、料斗、物料盘;两个支柱分别固定在地基面上,下料机构通过下支撑座固定在支柱的顶部,下托板位于下料机构上,料斗安装在下托板一端,物料盘固定在下托板上另一端,挡板位于下托板上面,挡板两端分别与料斗和物料盘固连,两个第二同步带轮分别安装在下托板两端,下托板上装有传送带,第二电机位于第二同步带轮的下方,第二电机通过电机安装座固定在下支撑座的底部,第二电机输出轴与第二同步带轮通过同步带连接;上料机构与上支撑座固连,上料机构位于下料机构的上部,上料机构与下料机构通过工字型支撑板固连,工字型支撑板顶部分别有调节支板,上托板位于上料机构上,挡板固定在上托板上面,两个第一同步带轮分别安装在上托板两端,上托板上装有传送带,第一电机位于第一同步带轮的下方,第一电机通过电机安装座固定在上支撑座的底部,第一电机输出轴与第一同步带轮通过同步带连接。
所述挡板机构包括支架、斜面固定块、导向板、X向伸缩气缸、L型安装板、挡屑平板,支架安装在地基面上,斜面固定块固定在支架上,导向板与斜面固定块固连,L型安装板位于导向板的一端,X向伸缩气缸固定在L型安装板上,X向伸缩气缸活塞杆与挡屑平板连接,挡屑平板在X向伸缩气缸的推动下沿导向板滑动。
有益效果
本发明提出的管接件自动上下料系统,采用光电传感器作为检测元器件,通过气路控制系统控制伸缩气缸、摆动气缸,通过送料电机与X向电机控制,实现系统精确自动送料。在数控机床对管接件加工过程中,末端执行器处的摆动气缸转动轴与地面成45度,桥式连接架在摆动气缸的作用下旋转180度,并实现管接件的90度自动转向功能。管接件自动上下料系统中的气动卡盘可实现不同尺寸、类型的工件装夹,提高了系统的柔性,同时气动卡盘的卡爪表面采用聚四氟乙烯材料进行处理,能较好的保护工件表面不被损坏。
管接件自动上下料系统实现对工件的自动转向,且对工件加工过程的重复定位精度好、转向精度高;结构简单、装夹便捷效率高、通用性强;并且整个加工过程全部在数控机床内部完成,有效地避免了人工操作装夹时出现装夹不到位的问题,同时减少在线操作人员,减轻劳动强度,提高加工效率,缩短了生产周期。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种管接件自动上下料系统作进一步详细说明。
图1为本发明管接件自动上下料系统结构示意图。
图2为本发明的支撑机构和机械手执行单元结构图。
图3为本发明的支撑机构和机械手执行单元侧视图。
图4为本发明的机械手执行单元Y向运动结构示意图。
图5为本发明的机械手执行单元末端执行器结构示意图。
图6为本发明的机械手执行单元电机安装部位示意图。
图7为本发明的上下料机构轴测图。
图8为本发明的上下料机构示意图。
图9为本发明的挡板机构示意图。
图中:
1.立柱2.横梁3.第一导轨4.齿条5.滑枕6.齿轮7.减速器8.X向电机9.Z向伸缩气缸10.L型支板11.第一连接板12.第二连接板13.第三连接板14.竖直导向架15.末端执行器安装块16.第二导轨17.定位架18.定位螺母19.第一气动卡盘20.摆动气缸21.转动轴22.第一光电开关23.第二光电开关24.转盘25.调节支板26.上托板27.上料机构28.传送带29.下支撑座30.第一同步带轮31.第一电机32.工字型支撑板33.滑块34.挡板35.下料机构36.下托板37.上支撑座38.第二同步带轮39.第二电机40.支柱41.支架42.料斗43.物料盘44.斜面固定块45.导向板46.X向伸缩气缸47.L型安装板48.挡屑平板49.桥式连接架50.电机固定座51.第二气动卡盘52.T型支架53.第三导轨54.Y向伸缩气缸55.气缸固定架56.支撑机构57.机械手执行单元58.上下料机构59.挡板机构60.导轨挡块
具体实施方式
本实施例是一种管接件自动上下料系统。
参阅图1~图9,本实施例管接件自动上下料系统,由支撑机构56、机械手执行单元57、上下料机构58、挡板机构59组成,支撑机构56为各部件提供支撑,机械手执行单元57连接在支撑机构56的横梁上,上下料机构58安装支撑机构56的前侧,挡板机构59固定在数控机床侧面的地基面上。
支撑机构56包括立柱1、横梁2、第一导轨3、齿条4、滑枕5、齿轮6、减速器7、X向电机8、导轨挡块60、电机固定座50,两个立柱1平行固定在基座上,固定在立柱1端部的横梁2的侧面安装有第一导轨3,齿条4固定在第一导轨3中间,且与第一导轨3平行安装,导轨挡块60固定在第一导轨3两端,滑枕5与滑块相连接,滑枕5通过滑块与第一导轨3配合,X向电机8通过电机固定座50安装在滑枕5上,X向电机8输出轴与减速器7连接,减速器7固定在滑枕5上,齿轮6固连在减速器7轴上,齿轮6和齿条4相互啮合,机械手执行单元57沿着第一导轨3进行往复直线运动。
机械手执行单元57包括Z向伸缩气缸9、L型支板10、第一连接板11、第二连接板12、第三连接板13、竖直导向架14、末端执行器安装块15、第二导轨16、定位架17、定位螺母18、第一气动卡盘19、摆动气缸20、转动轴21、第一光电开关22、第二光电开关23、转盘24、滑块33、桥式连接架49、第二气动卡盘51、T型支架52、第三导轨53、Y向伸缩气缸54、气缸固定架55,第三导轨53固定在滑枕5上,Y向伸缩气缸54安装在气缸固定架55上,Y向伸缩气缸54的伸缩导杆与T型支架52上的支架固连,T型支架52通过滑块与第三导轨53配合。第一光电开关22和第二光电开关23分别通过支架固定在滑枕5上,安装在第三导轨53的同一侧。T型支架52沿着第三导轨53实现Y方向的往复直线运动;第一光电开关22和第二光电开关23对机械手在Y方向运动的距离进行检测,并通过自身锁紧螺母进行X方向的调节,保证测量过程中的精度,避免Y方向运动超程。
L型支板10与T型支架52固定连接,第二导轨16通过垫块固定在L型支板10上;Z向伸缩气缸9固定在L型支板10上,Z向伸缩气缸9的伸缩杆与第一连接板11固连,第一连接板11固定在竖直导向架14上;竖直导向架14在Z向伸缩气缸9的作用下,沿着第二导轨16实现上下的往复直线运动。第二连接板12与第三连接板13分别固定在竖直导向架14上,末端执行器安装块15连接在第三连接板13上;末端执行器安装块15为两面开口的空腔结构,定位螺母18安装在末端执行器安装块15的侧面下方,摆动气缸20安装在末端执行器安装块15内,摆动气缸20的转动轴21与转盘24的一端固连,转盘24的另一端连接在桥式连接架49上;桥式连接架49一端连接有第二气动卡盘51,桥式连接架49另一端与第一气动卡盘19通过定位架17连接,桥式连接架49在摆动气缸的作用下旋转180度,并实现管接件的90度自动转向。摆动气缸20提供动力,转动轴21带动转盘24完成从0度到180度的旋转,当摆动气缸20旋转到初始状态时,桥式连接架49上的定位架17通过定位螺母18进行定位,使桥式连接架49处于水平位置,此时第一气动卡盘19竖直向下,用来抓取上下料机构58的上料机构27上托板26上放置的工件,此时第二气动卡盘51方向与地面垂直且朝外。
当第一气动卡盘19抓取上下料机构58的上料机构27上托板26上放置的工件,此时,X向电机8沿着X正向运动到指定位置,Z向伸缩气缸9上升,使第一气动卡盘19与数控机床卡盘处于等高位置,摆动气缸20进行180度的转向,第一气动卡盘19处于第二气动卡盘51初始位置,第二气动卡盘51处于第一气动卡盘19的初始位置。
然后,Y向伸缩气缸54提供动力,使机机械手沿着第三导轨53运动,第一光电开光22对其进行检测,保证第一气动卡盘19运动到靠近数控机床卡盘的指定位置,待工件完成装夹后,Z向伸缩气缸9竖直向上运动到指定位置,待数控机床加工完毕后,Z向伸缩气缸9竖直向下运动到另一指定位置,取下加工好的工件,Y向伸缩气缸54收缩使T型支架52沿着Y负向运动到指定位置,第二光电开光23对其运动位置进行检测,随后摆动气缸20完成从180度到0度的旋转,第一气动卡盘19和第二气动卡盘51回到初始位置。
最后,X向电机8提供动力,沿着X负向运动到上料机构的正上方,Z向伸缩气缸9竖直向下运动到料斗42位置,第一气动卡盘19的气爪松开,工件通过料斗42沿着传送带28输送到物料盘43处,依次完成相应动作。其中,气动卡盘可抓取不同尺寸的工件,气动卡盘的卡爪表面采用聚四氟乙烯材料处理可保护工件表面不被损坏。
本实施例中,上下料机构58由上料机构27、下料机构35、支柱40组成;上料机构27包括调节支板25、上托板26、传送带28、第一同步带轮30、第一电机31、上支撑座37;下料机构35包括下支撑座29、工字型支撑板32、挡板34、下托板36、第二同步带轮38、第二电机39、料斗42、物料盘43;两个支柱40分别固定在地基面上,下料机构35通过下支撑座29安装在支柱40的顶部,下托板36固定在下料机构35上。料斗42安装在下托板36的一端,物料盘43固定在下托板36上另一端,挡板34安装在下托板36上面,挡板34两端分别与料斗42和物料盘43固定连接。两个第二同步带轮38分别安装在下托板36两端,下托板36上装有传送带28与两个第二同步带轮38配合。第二电机39位于第二同步带轮38的下方,第二电机39通过电机安装座固定在下支撑座29的底部,第二电机39输出轴与第二同步带轮38通过同步带连接,第二同步带轮38外有安全罩,起到保护和防尘作用。上料机构27与上支撑座37固连,上料机构27位于下料机构35的上部,上料机构27与下料机构35通过工字型支撑板32固定连接,工字型支撑板32顶部分别有调节支板25。上托板26固定在上料机构27上,挡板34安装在上托板26上面,两个第一同步带轮30分别安装在上托板26两端,上托板26上装有传送带与两个第一同步带轮30配合。第一电机31位于第一同步带轮30的下方,第一电机31通过电机安装座固定在上支撑座37的底部,第一电机31输出轴与第一同步带轮30通过同步带连接,第一同步带轮30外安装安全罩,起到保护和防尘作用。上料机构27的端部装有光电开关,光电开关通过自身上下锁紧螺母进行竖直方向高度的调节,适应不同规格的管接头铸件。
本实施例中,当第一气动卡盘19将管接件工件放置在数控机床的卡盘上后,由于在加工过程中需要冷却液进行冷却,为避免冷却液的飞溅,在加工区域的上方安装了挡板机构59。挡板机构59的支架41安装在地基面上,斜面固定块44固定在支架41上,导向板45与斜面固定块44固连,且与斜面固定块44平行安装,L型安装板47位于导向板45的一端,X向伸缩气缸46固定在L型安装板47上,X向伸缩气缸46活塞杆与挡屑平板48连接,挡屑平板48在X向伸缩气缸的推动下沿导向板45滑动。
本实施例中,由X向电机8提供动力,通过减速器7减速,齿轮6与齿条4啮合,实现将电机的转动转换为机械手执行单元57在横梁2上沿第一导轨3的直线运动。当X向电机8运动到指定位置后,Z向伸缩气缸9的伸缩导杆带动第一连接板11,第一连接板11与竖直导向架14通过螺栓连接,竖直导向架14在Z向伸缩气缸9的作用下,沿着第二导轨16实现在竖直方向的往复直线运动。当末端执行器运动到指定位置后,末端执行器处的转盘24在摆动气缸20的作用下,通过上位机发出的命令,使第一气动卡盘19与第二气动卡盘51处在指定的位置,第一气动卡盘19准确抓取工件后,Z向伸缩气缸9竖直向上运动,到达指定位置后,Y向伸缩气缸54沿着Y方向运动,使第一气动卡盘19到达数控机床卡盘位置进行装夹加工,完成整个加工过程。在四个坐标轴的共同作用下,可在空间准确的定位工作位置,实现工件的自动上料下料,提高工件装夹精度,缩短生产周期,减少在线操作人员。
Claims (3)
1.一种管接件自动上下料系统,其特征在于:包括支撑机构、机械手执行单元、上下料机构、挡板机构,支撑机构为各部件提供支撑,机械手执行单元连接在支撑机构的横梁上,上下料机构位于支撑机构的前侧,挡板机构固定在数控机床侧面的地基上;
所述支撑机构包括立柱、横梁、第一导轨、齿条、滑枕、齿轮、减速器、X向电机、导轨挡块、电机固定座,两个立柱平行固定在基座上,固定在立柱端部的横梁的侧面安装有第一导轨,齿条位于第一导轨中间,且与第一导轨平行安装,导轨挡块固定在第一导轨两端,滑枕与滑块相连接,滑枕通过滑块与第一导轨配合,减速器与滑枕固连,X向电机通过电机固定座安装在滑枕上,X向电机输出轴与减速器连接,齿轮固连在减速器轴上,齿轮和齿条相互啮合,机械手执行单元沿着第一导轨实现往复直线运动;
所述机械手执行单元包括Z向伸缩气缸、L型支板、第一连接板、第二连接板、第三连接板、竖直导向架、末端执行器安装块、第二导轨、定位架、定位螺母、第一气动卡盘、摆动气缸、转动轴、第一光电开关、第二光电开关、转盘、滑块、桥式连接架、第二气动卡盘、T型支架、第三导轨、Y向伸缩气缸、气缸固定架,第三导轨固定在滑枕上,Y向伸缩气缸安装在气缸固定架上,Y向伸缩气缸的伸缩导杆与T型支架上的支架固连,T型支架通过滑块与第三导轨配合,第一光电开关和第二光电开关分别固定在滑枕上,位于第三导轨的同一侧,T型支架沿着第三导轨实现Y方向的往复直线运动;L型支板与T型支架固连,第二导轨通过垫块固定在L型支板上;Z向伸缩气缸固定在L型支板上,Z向伸缩气缸的伸缩杆与第一连接板固连,第一连接板安装在竖直导向架上,竖直导向架在Z向伸缩气缸的作用下沿着第二导轨实现上下的往复直线运动;第二连接板与第三连接板分别固定在竖直导向架上,末端执行器安装块连接在第三连接板上;末端执行器安装块为两端开口的空腔结构,定位螺母位于末端执行器安装块侧面下方,摆动气缸安装在末端执行器安装块内,摆动气缸的转动轴与转盘的一端固连,转盘的另一端连接在桥式连接架上,桥式连接架一端与第二气动卡盘连接,另一端与第一气动卡盘通过定位架连接,桥式连接架在摆动气缸的作用下旋转180度,并实现管接件的90度自动转向。
2.根据权利要求1所述的管接件自动上下料系统,其特征在于:所述上下料机构由上料机构、下料机构、支柱组成;上料机构包括调节支板、上托板、传送带、第一同步带轮、第一电机、上支撑座;下料机构包括下支撑座、工字型支撑板、挡板、下托板、第二同步带轮、第二电机、料斗、物料盘;两个支柱分别固定在地基面上,下料机构通过下支撑座固定在支柱的顶部,下托板位于下料机构上,料斗安装在下托板一端,物料盘固定在下托板上另一端,挡板位于下托板上面,挡板两端分别与料斗和物料盘固连,两个第二同步带轮分别安装在下托板两端,下托板上装有传送带,第二电机位于第二同步带轮的下方,第二电机通过电机安装座固定在下支撑座的底部,第二电机输出轴与第二同步带轮通过同步带连接;上料机构与上支撑座固连,上料机构位于下料机构的上部,上料机构与下料机构通过工字型支撑板固连,工字型支撑板顶部分别有调节支板,上托板位于上料机构上,挡板固定在上托板上面,两个第一同步带轮分别安装在上托板两端,上托板上装有传送带,第一电机位于第一同步带轮的下方,第一电机通过电机安装座固定在上支撑座的底部,第一电机输出轴与第一同步带轮通过同步带连接。
3.根据权利要求1所述的管接件自动上下料系统,其特征在于:所述挡板机构包括支架、斜面固定块、导向板、X向伸缩气缸、L型安装板、挡屑平板,支架安装在地基面上,斜面固定块固定在支架上,导向板与斜面固定块固连,L型安装板位于导向板的一端,X向伸缩气缸固定在L型安装板上,X向伸缩气缸活塞杆与挡屑平板连接,挡屑平板在X向伸缩气缸的推动下沿导向板滑动。
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