CN105690169A - 悬臂式机械手和数控机床 - Google Patents

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罗育银
李光中
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Abstract

本发明公开了一种悬臂式机械手和数控机床，所述悬臂式机械手包括：第一滑轨，安装于数控机床的床身；第二滑轨，活动连接于第一滑轨；悬臂，包括活动连接于第二滑轨的基座、横杆以及设于横杆上并沿横杆长度方向排布的至少两个拾取装置；第三滑轨，安装于基座上，横杆活动连接于第三滑轨；驱动机构，驱动第二滑轨在第一滑轨上往返运动，驱动悬臂在第二滑轨上往返运动，以及驱动横杆在第三滑轨上往返运动；第一滑轨、第二滑轨和第三滑轨分别朝不同的方向延伸。本发明所提供的悬臂式机械手，体积小巧，结构简单，动作灵活，提高了生产效率，降低了生产成本。并且可以三轴联动，可以任意调整机械手的位置进行上下料，提高了机械手的机动性。

Description

悬臂式机械手和数控机床
技术领域
本发明涉及数控机床技术领域，尤其是涉及一种应用于数控机床的悬臂式机械手以及具有该悬臂式机械手的数控机床。
背景技术
数控机床是一种自动化加工设备，具有加工精度高、生产效率高的特点，在机械行业中的作用越来越重要。虽然数控机床的加工效率相对较高，但随着技术的迅速发展，传统的数控机床的生产效率已经不能满足市场的需求。
目前，提高数控机床生产效率的方法之一就是使用机械手来自动上下料，一方面能够提升换料速度从而提高生产效率，另一方面也能够减少人工成本。现有的机械手为地轨式机械手，多台数控机床共用一个地轨式机械手，这种机械手需要较长的轨道，因此体积较大，结构复杂，占用的安装空间较大，动作不够灵活，并且只适用于大型数控机床，并不适用于小型数控机床。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种悬臂式机械手和数控机床，旨在提供一种体积小巧、结构简单、动作灵活的悬臂式机械手，以提高数控机床的生产效率，降低生产成本。
为达以上目的，本发明提出一种悬臂式机械手，应用于数控机床，包括：
第一滑轨，安装于所述数控机床的床身；
第二滑轨，活动连接于所述第一滑轨；
悬臂，包括活动连接于所述第二滑轨的基座、横杆以及设于所述横杆上并沿所述横杆长度方向排布的至少两个拾取装置；
第三滑轨，安装于所述基座上，所述横杆活动连接于所述第三滑轨；
驱动机构，驱动所述第二滑轨在所述第一滑轨上往返运动，驱动所述悬臂在所述第二滑轨上往返运动，以及驱动所述横杆在所述第三滑轨上往返运动；
所述第一滑轨、第二滑轨和第三滑轨分别朝不同的方向延伸。
优选地，所述拾取装置包括分别朝向不同方向的第一拾取子装置和第二拾取子装置；所述横杆包括旋转部和连接部，所述拾取装置设于所述旋转部，所述连接部活动连接于所述第三滑轨，所述旋转部活动连接于所述连接部；所述驱动机构还驱动所述旋转部旋转，以使所述第一拾取子装置和所述第二拾取子装置轮流拾取工件。
优选地，所述第一拾取子装置和所述第二拾取子装置分别朝向两个相反的方向。
优选地，所述拾取装置包括连接于所述连接部的基板，所述第一拾取子装置和所述第二拾取子装置为分别连接于所述基板相对的两面的吸盘。
优选地，所述第一拾取子装置和所述第二拾取子装置分别包括至少两个吸盘。
优选地，所述拾取装置包括吸盘，通过所述吸盘吸取工件。
优选地，，所述第一滑轨沿所述数控机床Y轴延伸，所述第二滑轨沿所述数控机床Z轴延伸，所述第三滑轨沿所述数控机床X轴延伸。
优选地，所述驱动机构包括伺服电机，通过所述伺服电机驱动所述第二滑轨和所述悬臂运动。
优选地，所述驱动机构包括电机或气缸，通过所述电机或气缸驱动所述横杆在所述第三滑轨上运动。
本发明同时提出一种数控机床，包括床身以及安装于所述床身的数控系统、物料架、工作台和悬臂式机械手，所述数控系统控制所述悬臂式机械手在所述物料架和工作台之间取放工件。所述悬臂式机械手包括：第一滑轨，安装于所述数控机床的床身；第二滑轨，活动连接于所述第一滑轨；悬臂，包括活动连接于所述第二滑轨的基座、横杆以及设于所述横杆上并沿所述横杆长度方向排布的至少两个拾取装置；第三滑轨，安装于所述基座上，所述横杆活动连接于所述第三滑轨；驱动机构，驱动所述第二滑轨在所述第一滑轨上往返运动，驱动所述悬臂在所述第二滑轨上往返运动，以及驱动所述横杆在所述第三滑轨上往返运动；所述第一滑轨、第二滑轨和第三滑轨分别朝不同的方向延伸。
本发明所提供的一种悬臂式机械手，可以一对一的形式直接安装于数控机床，体积小巧，减小了安装空间，结构简单，动作灵活，能够快速有效的实现自动上下料，在自动上下料时速度快，经测试换料时间仅需8秒。而且通过旋转横杆使用两个方向的拾取子装置轮流拾取工件，可以节省物料等待时间，实现连续加工，并且每次能取放多个工件，因此大大提高了生产效率，降低了生产成本。本发明实施例的悬臂式机械手既适用于大型数控机床，又适用于小型数控机床。
并且，本发明实施例的悬臂式机械手可以在数控机床的X轴、Y轴和Z轴三个方向上移动，实现了三轴联动，可以任意调整机械手的位置进行上下料，没有调节死角，提高了机械手的机动性和灵活性，使得机械手在拾取工件时定位更加准确，缩短了上下料时间，进一步提高了生产效率。
附图说明
图1是本发明一实施例的悬臂式机械手安装于数控机床的结构示意图；
图2是图1中的悬臂式机械手的局部结构示意图。
附图中：
100-床身；110-物料架
120-工作台；130-工件
200-第一滑轨；300-第二滑轨
400-悬臂；410-基座
420-横杆；421-旋转部
422-连接部；4221-轴承座
4222-连接座；430-拾取装置
431-第一拾取子装置；432-第二拾取子装置
433-基板；500-第三滑轨
610-减速机；620-电机
630-气缸；640-连接板
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
参见图1，提出本发明的悬臂式机械手一实施例，所述悬臂式机械手应用于数控机床。如图1所示，数控机床包括床身100以及安装于床身的数控系统、物料架110和工作台120，悬臂式机械手则安装于床身100上，物料架110用于放置待加工工件130和已加工工件130，数控系统控制悬臂式机械手在物料架110和工作台120之间取放工件130，即：悬臂式机械手拾取物料架110上的待加工工件130放置于工作台120上，加工完毕后，再拾取工作台120上的已加工工件130放置于物料架110上，如此循环往复。
如图1、图2所示，悬臂式机械手包括第一滑轨200、第二滑轨300、第三滑轨500、悬臂400和驱动机构，第一滑轨200、第二滑轨300和第三滑轨500分别朝不同的方向延伸。
第一滑轨200安装于床身100上，沿数控机床Y轴延伸，从物料架110位置延伸至工作台120位置，位于物料架110和工作台120的侧面；第二滑轨300活动连接于第一滑轨200，可以沿第一滑轨200往返运动，第二滑轨200沿数控机床Z轴延伸。
悬臂400活动连接于第二滑轨300，可以沿第二滑轨300往返运动，悬臂400包括活动连接于第二滑轨300的基座410、横杆420以及设于横杆420上并沿横杆420长度方向排布的至少两个拾取装置430，通过拾取装置430取放物料架110和工作台120上的工件130，每一拾取装置可以拾取一个工件130，因此每次可以拾取至少两个工件130。
第三滑轨500安装于悬臂400的基座410上，沿数控机床X轴延伸，横杆500活动连接于第三滑轨500，可在第三滑轨500上往返运动。
驱动机构驱动第二滑轨300在第一滑轨200上往返运动(即前后移动)，从而带动连接于第二滑轨300上的悬臂400在物料架110和工作台120之间往返运动；驱动悬臂400在第二滑轨300上往返运动(即上下移动)，从而使得悬臂400的拾取装置430可以取放物料架110和工作台120上的工件130；驱动悬臂400的横杆420在第三滑轨500上往返运动(即左右运动)，从而使得悬臂400的拾取装置430可以左右移动对准物料架110和工作台120上的工件130。数控系统根据数控机床的加工进程适时控制驱动机构驱动第二滑轨300、悬臂400和悬臂横杆420的运动，并适时控制拾取装置430取放工件130，实现工件130的全自动加工。由于本发明实施例的悬臂式机械手可以在数控机床的X轴、Y轴和Z轴三个方向上移动，实现了三轴联动，可以任意调整机械手的位置进行上下料，没有调节死角，提高了机械手的机动性，使得机械手在拾取工件130时定位更加准确，缩短了上下料时间。
本发明实施例中，驱动机构包括电机，该电机优选为伺服电机，通过伺服电机驱动第二滑轨300和悬臂400运动。如驱动机构包括两个伺服电机，其中一个伺服电机驱动第二滑轨300沿Y轴运动，可以安装于第一滑轨200的端部，另一个伺服电机驱动悬臂400沿Z轴运动，可以安装于第二滑轨300的端部，驱动悬臂400运动的伺服电机优选为带抱闸的伺服电机。通过伺服电机驱动，可以实现机械手在Y轴和Z轴上的精确定位。
驱动机构可以通过电机(优选伺服电机)驱动悬臂400的横杆420在第三滑轨500上往返运动。本实施例中，如图2所示，驱动机构包括一气缸630，通过气缸630驱动横杆420在第三滑轨500上往返运动。电机或气缸可以安装在悬臂400的基座410上。
进一步地，拾取装置430优选为吸盘式拾取装置，包括吸盘和真空装置，通过真空装置抽取吸盘中的空气，使得吸盘与工件130之间形成真空，从而吸取工件130，反之当真空状态消失时则释放工件130。
进一步地，如图2所示，本发明实施例中，拾取装置430包括分别朝向不同方向的第一拾取子装置410和第二拾取子装置420，即二者的朝向呈夹角θ，且0＜θ≤180度，此时，每一个拾取装置430可以拾取两个工件130。优选地，第一拾取子装置410和第二拾取子装置420分别朝向两个相反的方向，即θ＝180度，以避免两个拾取子装置410上的工件130相互干扰。横杆420包括旋转部421和连接部422，拾取装置430设于旋转部421，连接部422活动连接于第三滑轨500，旋转部421活动连接于连接部422。同时，驱动机构还驱动横杆420的旋转部421旋转，以使第一拾取子装置431和第二拾取子装置432轮流拾取工件130，例如：当悬臂400位于工作台120上方时，第一拾取子装置431拾取工作台120上的已加工工件130后，驱动机构驱动横杆420的旋转部421旋转，以使第二拾取子装置432对准工作台120，将待加工工件130放置于工作台120上，从而使得数控机床可以实现连续加工，无需等待机械手返回物料架110拾取工件130，节省了等待时间，提高了加工效率。驱动机构通过电机驱动横杆420的旋转部421旋转，该电机优选为伺服电机，以提高横杆420旋转定位的精度。
如图2所示，本实施例中，拾取装置430还包括连接于横杆420的基板433，第一拾取子装置431和第二拾取子装置432为分别连接于基板433相对的两面的吸盘，即第一拾取子装置431和第二拾取子装置432分别朝向两个相反的方向。优选地，第一拾取子装置431和第二拾取子装置432分别包括至少两个吸盘，本实施例中，第一拾取子装置431和第二拾取子装置432分别包括四个吸盘，即基板433相对的两面对称设置了四对吸盘，并且横杆420上沿长度方向排布了四个拾取装置430，因此每次能同时取放四个工件130，加工效率高。
如图2所示，本实施例中，横杆420的连接部422包括轴承座4221和连接座4222，通过滑块活动连接于第三滑轨500上；旋转部421包括旋转轴、容置于轴承座4221内的轴承和容置于连接座4222内的联轴器，拾取装置430设置于旋转轴上；旋转轴、轴承座4221内的轴承和连接座4222内的联轴器依次连接，连接座4222内的联轴器通过驱动机构的减速机610连接驱动机构的电机620，该电机620优选为伺服电机，驱动机构通过电机620驱动旋转部421旋转。驱动机构还通过气缸630推动横杆420的连接部422在第三滑轨500上运动，进而带动整个横杆420沿X轴运动，气缸630与连接部422之间通过连接板640连接。轴承座4221、连接座4222、减速机610、电机620和气缸630均安装于悬臂基座410内，以提高安全性。
本发明实施例的悬臂式机械手的具体工作流程如下：
首次使用时，首先对悬臂式机械手进行定位以及原点的设置，设置好以后便可以重复使用。当需要加工产品时，先把待加工工件130放置在物料架110上，物料架110包括待加工区和已加工区，待加工区放置待加工工件130，已加工区放置已加工工件130。启动数控机床后，数控系统控制悬臂式机械手的驱动机构驱动第二滑轨300、悬臂400和悬臂的横杆420分别在第一滑轨200、第二滑轨300和第三滑轨500上进行移动定位，使得悬臂横杆420上的每一个拾取装置430对准物料架110上的一个待加工工件130。
首次拾取待加工工件130时，数控系统控制拾取装置430的第一拾取子装置431拾取待加工工件130后，控制驱动机构旋转横杆420，再利用第二拾取子装置432拾取待加工工件130。
接着，数控系统控制驱动机构驱动第二滑轨300在第一滑轨200上往工作台120运动，当移动到位后，控制第二拾取子装置432将待加工工件130放置到工作台120上，然后控制悬臂式机械手回归原点。
数控机床对待加工工件130进行加工，加工完成之后，数控系统再控制悬臂式机械手移动至工作台120，利用第二拾取子装置432拾取已加工工件130，并旋转横杆420，将第一拾取子装置431的待加工工件130放置于工作台120。
最后，数控系统控制悬臂式机械手返回物料架110，将第二拾取子装置432上的已加工工件130放置于物料架110，并利用第二拾取子装置432拾取物料架上的待加工工件130，与此同时，数控机床对工作台120上的待加工工件130进行加工，当加工完成后，数控系统再控制悬臂式机械手移动至工作台120拾取已加工工件130和放置待加工工件130，如此循环往复。
本发明实施例的悬臂式机械手，可以一对一的形式直接安装于数控机床，体积小巧，减小了安装空间，结构简单，动作灵活，能够快速有效的实现自动上下料，在自动上下料时速度快，经测试换料时间仅需8秒。而且通过旋转横杆420使用两个方向的拾取子装置(431，432)轮流拾取工件130，可以节省物料等待时间，实现连续加工，并且每次能取放多个工件130，因此大大提高了生产效率，降低了生产成本。本发明实施例的悬臂式机械手既适用于大型数控机床，又适用于小型数控机床。
并且，本发明实施例的悬臂式机械手可以在数控机床的X轴、Y轴和Z轴三个方向上移动，实现了三轴联动，可以任意调整机械手的位置进行上下料，没有调节死角，提高了机械手的机动性和灵活性，使得机械手在拾取工件130时定位更加准确，缩短了上下料时间，进一步提高了生产效率。
本发明同时提出一种数控机床，该数控机床包括床身以及安装于床身的数控系统、物料架、工作台和悬臂式机械手，数控系统控制悬臂式机械手在所述物料架和工作台之间取放工件。悬臂式机械手包括：第一滑轨，安装于床身；第二滑轨，活动连接于所述第一滑轨；悬臂，包括活动连接于所述第二滑轨的基座、横杆以及设于所述横杆上并沿所述横杆长度方向排布的至少两个拾取装置；第三滑轨，安装于所述基座上，所述横杆活动连接于所述第三滑轨；驱动机构，驱动所述第二滑轨在所述第一滑轨上往返运动，驱动所述悬臂在所述第二滑轨上往返运动，以及驱动所述横杆在所述第三滑轨上往返运动；所述第一滑轨、第二滑轨和第三滑轨分别朝不同的方向延伸。本实施例中所描述的悬臂式机械手为本发明中上述实施例所涉及的悬臂式机械手，在此不再赘述。
本发明实施例的数控机床，通过安装一体积小巧，结构简单，动作灵活的悬臂式机械手，可以通过悬臂式机械手实现快速有效的自动上下料，在自动上下料时速度快，经测试换料时间仅需8秒。而且通过旋转悬臂式机械手的横杆使用两个方向的拾取子装置轮流拾取工件，可以节省物料等待时间，实现连续加工，并且每次能取放多个工件，因此大大提高了生产效率，降低了生产成本。并且，由于悬臂式机械手可以在数控机床的X轴、Y轴和Z轴三个方向上移动，实现了三轴联动，可以任意调整机械手的位置进行上下料，没有调节死角，提高了机械手的机动性，使得机械手在拾取工件时定位更加准确，缩短了上下料时间，进一步提高了生产效率。
应当理解的是，以上仅为本发明的优选实施例，不能因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种悬臂式机械手，应用于数控机床，其特征在于，包括：
第一滑轨(200)，安装于所述数控机床的床身(100)；
第二滑轨(300)，活动连接于所述第一滑轨(200)；
悬臂(400)，包括活动连接于所述第二滑轨(300)的基座(410)、横杆(420)以及设于所述横杆(420)上并沿所述横杆(420)长度方向排布的至少两个拾取装置(430)；
第三滑轨(500)，安装于所述基座(410)，所述横杆(420)活动连接于所述第三滑轨(500)；
驱动机构，驱动所述第二滑轨(300)在所述第一滑轨(200)上往返运动，驱动所述悬臂(400)在所述第二滑轨(300)上往返运动，以及驱动所述横杆(420)在所述第三滑轨(500)上往返运动；
所述第一滑轨(200)、第二滑轨(300)和第三滑轨(500)分别朝不同的方向延伸。
2.根据权利要求1所述的悬臂式机械手，其特征在于，所述拾取装置(430)包括分别朝向不同方向的第一拾取子装置(431)和第二拾取子装置(432)；所述横杆(420)包括旋转部(421)和连接部(422)，所述拾取装置(420)设于所述旋转部(421)，所述连接部(422)活动连接于所述第三滑轨(500)，所述旋转部(421)活动连接于所述连接部(422)；所述驱动机构还驱动所述旋转部(421)旋转，以使所述第一拾取子装置(431)和所述第二拾取子装置(432)轮流拾取工件(130)。
3.根据权利要求2所述的悬臂式机械手，其特征在于，所述第一拾取子装置(431)和所述第二拾取子装置(432)分别朝向两个相反的方向。
4.根据权利要求2所述的悬臂式机械手，其特征在于，所述拾取装置(430)包括连接于所述连接部(421)的基板(433)，所述第一拾取子装置(431)和所述第二拾取子装置(432)为分别连接于所述基板(433)相对的两面的吸盘。
5.根据权利要求2所述的悬臂式机械手，其特征在于，所述第一拾取子装置(431)和所述第二拾取子装置(432)分别包括至少两个吸盘。
6.根据权利要求1所述的悬臂式机械手，其特征在于，所述拾取装置(430)包括吸盘，通过所述吸盘吸取工件(130)。
7.根据权利要求1-6任一项所述的悬臂式机械手，其特征在于，所述第一滑轨(200)沿所述数控机床Y轴延伸，所述第二滑轨(300)沿所述数控机床Z轴延伸，所述第三滑轨(500)沿所述数控机床X轴延伸。
8.根据权利要求1-6任一项所述的悬臂式机械手，其特征在于，所述驱动机构包括伺服电机，通过所述伺服电机驱动所述第二滑轨(300)和所述悬臂(400)运动。
9.根据权利要求1-6任一项所述的悬臂式机械手，其特征在于，所述驱动机构包括电机或气缸，通过所述电机或气缸驱动所述横杆(420)在所述第三滑轨(500)上运动。
10.一种数控机床，包括床身以及安装于所述床身的数控系统、物料架和工作台，其特征在于，还包括如权利要求1-9任一项所述的悬臂式机械手，所述数控系统控制所述悬臂式机械手在所述物料架和工作台之间取放工件。
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