CN105921661B - 具有机器人处理器的锻造机 - Google Patents

Abstract

一种渐进式冷成型机和用于自动更换切割盒、加工盒、传送滑动件和传送凸轮的机器人。邻近所述成型机和机器人的装载区具有用于支撑加工盒托盘以及传送滑动件和凸轮轴托盘的配置、以及用于暂时接收正被更换的元件中的一些的保持区。

Description

具有机器人处理器的锻造机

技术领域

本发明涉及一种渐进式冷成型机中的加工工具和工件传送元件的自动更换。

背景技术

存在一类大型的渐进式冷成型机，用于以高生产率成形金属部件。美国专利第5,829,302号公开了这类成型机的一个实例。这些成型机的特征在于，工具盒被设置在连续的工作站处。这些成型机的生产能力是高速的，使得能在相对短的时间内生产大量部件，由此成型机能用于生产不同部件。当流水线生产完成，要生产不同的部件时，通常要更换工具盒、传送滑动机构和传送操作凸轮轴。加工以及传送相关的元件的更换是相对较慢且劳动密集的过程。模具盒和工具盒太重以致不能从成型机上人工输送，人工输送传送滑动件和凸轮轴甚至更不切实际。通常，使用提升机将这些元件提升到其在成型机中的操作位置上和将它们从所述操作位置上提升。该过程通常涉及到技术人员，他必须走进模具区，然后离开模具区，以将元件从成型机上引出并将其引到托盘或其他接收装置上。然后必须颠倒该过程以将置换加工工具装载到成型机上。可能会出现让技术人员分心或注意力不集中的错误或意外。

发明内容

本发明提供了一种用于在渐进式冷成型机中自动更换加工盒、传送滑动件和传送凸轮的系统。连接臂架式机器人被安装在成型机上，机器人基部竖直地位于模具区上方并横向地位于模具区之外。机器人臂能够伸入到模具区中以移走和置换掉工具盒，也能够触及传送滑动件和传送凸轮以移走和置换这些元件。机器人装载区或暂存区(staging area)在策略上被布置成邻近成型机。

如所公开的，机器人臂凸缘装配有不同的联接装置。一个联接装置联接于加工盒、切割盒和工作平台。另一个联接装置接合用于输送传送滑动件的固定器或用于输送凸轮轴的固定器。机器人装载工位的一个区段致力于引入和引出工具盒、切割盒、传送滑动件和凸轮轴；另一区段致力于接纳(dock)传送滑动件输送固定器和凸轮轴输送固定器，用于暂时保持被引出的切割盒、传送滑动件和凸轮轴。加工盒、切割盒和工作平台均装配有带头销，带头销能够让它们与相对较简单的气动操作的联接单元接合，所述气动操作的联接单元被安装成稍微偏离机器人臂凸缘的中央。

传送滑动件输送固定器和传送凸轮输送固定器选择性地联接到位于机器人臂凸缘的中央处的主板。主板具有内部联接元件，所述内部联接元件如本领域技术人员已知的那样受机器人控制，所述内部联接元件接收形成输送固定器的一部分的工具板并锁定到所述工具板上。主板的这种联接允许固定器由机器人操作，以固定地锁定到相应传送滑动件或凸轮元件上并保持对固定器和相应元件的定向控制。

附图说明

图1是渐进式冷成型机、工具更换机器人和机器装载区的等轴视图；

图2是图1中示出的成型机、机器人和装载区的平面图；

图3是成型机和装载区的等轴视图，该图是从装置的机器侧观察的；

图4是从图1放大的机器人和装载区的等轴视图；

图5是切割盒的等轴视图；

图6是典型模具盒的等轴视图；

图7是典型工具盒的等轴视图；

图8是传送滑动件输送固定器的等轴视图；

图9是凸轮轴输送固定器的等轴视图；

图10A和10B是示出由机器人执行的传送滑动件的安装的视图；和

图11是成型机的一部分的示意性等轴视图，其以虚线示出了机器人以及被机器人安装和移走的维修平台。

具体实施方式

尤其是参照图1-3，渐进式冷成型机用标记10表示。成型机10对本领域技术人员而言通常是已知的，并且被在例如上述美国专利第5,829,302号中更详细地公开。所示的成型机被消音外壳包围，消音外壳示意性地用标记11示出。成型机10具有固定垫板12和滑动件或滑枕14，模具盒13安装在固定垫板12上，滑动件或滑枕朝向和远离垫板往复运动并携带工具盒15。模具盒13和工具盒15有时可被称为工具盒、盒或加工盒。每对相对的模具盒13和工具盒15位于各自的工作站处。工作站是传统的，位于共同的水平面上。成型机10中在模具盒13和工具盒15之间的区域被称为模具区。

在安装于垫板12上的刀具盒18处，从金属线或棒料供给源切割金属坯料或工件。金属坯料通过传送滑动件19的多组指状物被输送到连续的工作站，在图1、2和4中的成型机10中省略了这些工作站，但是在这些图中示出了其位于成型机10之外。传送滑动件19通常是传统的，对于本领域技术人员而言是已知的并且在美国专利第5,713,236号中被概略地描述。在传送滑动件的操作位置上，传送滑动件19覆盖在模具盒13上。传送滑动件19的坯料抓取指状物20被凸轮轴21操作，凸轮轴安装在成型机10上，与传送滑动件平行并位于传送滑动件之前(远离滑枕14)。

如上面的背景技术部分中简要所述的，渐进式冷成型机以相对高的速度操作并提供高的生产率。常见的是制造特定部件，直到获得充足供应源。之后，通过移走和置换切割盒18、加工盒13、15、传送滑动件19和传送操作凸轮轴21，来更换成型机中的加工工具。通常，正被移走和置换的元件专用于单一产品的生产。

六轴架机器人26的基部27安装在支架或台架28(图3)上，该支架或台架附接到成型机10的框架或基座上。优选地，基部27被支撑在成型机框架上方，使得其被安装得比成型机模具区高。如所示的，基部27在滑动运动方向(在图2中，为从左至右到左)上和在横向于滑动方向的水平方向上都水平地偏离模具区，即，在平行于用模具盒13表示的模具的面的平面的方向上偏离。机器人基部27在滑动运动方向上的偏离优选远离垫板12。在商业上可获得的合适机器人的实例是由Kuka出售的型号为KR240R3100 Ultra K的机器人。机器人臂用标记29表示。

机器人装载或暂存区31位于机器人10的与操作者侧相对的一侧上。操作者侧在开口32处设置有门或多个门(未示出)，该开口允许进入模具区以便进行检查、调节、维护等等。

装载区31的两侧可被防护装置33隔离并受红外传感器34保护，在有人或物体进入装载区的情况下，红外传感器运行以暂停机器人操作。

在所示的情况下，成型机10具有六个工作站，每个工作站处使用一对相对的工具盒15和模具盒13。模具盒13基本上彼此相同，工具盒15也是这样的。这些盒分别在图6和图7中示出。

机器人臂29的远端上的凸缘36携带气动操作的联接装置37。合适的装置是由Schunk GmbH&Co出售的商标为VERO-S、型号为NSE plus 100-75的夹持模块。联接装置或简称联接器37偏心地安装在凸缘36上，并具有大致矩形盒子状的构造，每侧位于垂直于凸缘36的平面的相应平面中。在联接装置37的底部中央处，联接装置37具有开口，该开口适于容纳销40的头部或球状部39(图6和7)，该销被固定在下述其他部件和加工盒13、15中的每一个上。

当联接装置37被供应加压空气以及盒(或某些其他部件)的角方向被校正时，联接装置37容纳销的头部39，上述角方向由盒上或其他本体上的一对对准销41确定，所述对准销对准抵靠(register against)块状联接装置的侧部。当加压空气从联接装置37排出时，弹簧加载的内部闩锁锁定到销40上并且相对于机器人臂的凸缘36牢固地固定携带销40的本体。将理解的是，空气至联接装置37的供应受机器人控制器的控制。

机器人26部分地通过下述方式进行工具更换：从成型机10上移走加工盒13、15，然后用已经被传送到装载区31的替代件置换它们。典型地，替代的加工盒13、15和切割盒18被传送到托盘46上的装载区31。托盘46可设置有矩形管47，用于接收叉车的叉。

托盘46被构造和设置成将模具盒13和工具盒15两者携带在相应的狭槽48、49中。在图4中，机器人臂29挡住了空的狭槽48、49的观察；在该图中，省去了模具盒和工具盒的一些部分以露出与存在空的狭槽的端部相对的排的端部处的典型狭槽。图3示出了托盘46，托盘上的所有狭槽48、49都是空的。模具盒狭槽48是被杆分开的浅区域，工具盒狭槽49的特征在于小的中央直立板，工具盒从其悬挂。与在成型机10的操作中所使用的模具盒13的数量和工具盒15的数量(即，机器工作站的数量)相比，对于每个加工盒都存在一个额外的狭槽48、49。在所示的情况下，有六个工作站，因此，对于每种加工盒型式有7个狭槽。

第二托盘53用于将置换传送滑动件19和凸轮轴21输送到装载区31。托盘46、53被支撑在装载区31的区域中的固定或不动的双层座台54上。座台54在一高度处、例如在29至39英寸的高度处支撑盒托盘46的底部，上述高度是在人工检查、调节或置换工具的情况下对于支撑工具而言方便的台阶高度。座台54的较高层将传送滑动件19和凸轮轴21设于托盘53上，在这里，机器人臂可触及传送滑动件和凸轮轴以限制臂的必需长度。

每次更换一个加工盒13、15。机器人26被编程来通过使销40与联接装置37接合而移走成型机10中的一个盒，并将该盒放置在托盘46上的相应狭槽排的一端处的对应的额外的敞开狭槽48或49中。机器人26然后使联接装置37与托盘46上的置换盒相接合并将该置换盒输送到成型机10的工作站上的由先前被移走的盒腾出的位置上。之后，机器人将拾取成型机10中的下一个盒并将该盒放置在由最近被安装的置换盒腾出的托盘狭槽中。

重复该过程，直到同一种型式的所有盒已被更换，然后针对另一种型式的盒重新开始该过程。托盘46布置成保持模具盒13和工具盒15面朝外，使它们彼此远离；机器人26被编程操作以对盒进行相应定位。这种配置能让技术人员完全接近加工工具进行检查、调节、修理等等。

当工具盒完成更换时，与在更换开始时存在狭槽的端部相对的狭槽排的一端上将会出现空的狭槽48、49。该工序减小了托盘上所需的空间以及减小了机器人臂为完成更换而运动的距离和/或复杂性。在将正被置换的盒安置在狭槽或工作站中之后，机器人仅需运动相邻盒13或15之间的距离。为了便于执行此技术，机器人具有位于凸缘36上或其附近的扫描装置63。机器人被编程来扫掠托盘46上的一排盒狭槽，以确定最初的空狭槽位于该排盒狭槽的哪一端，并且机器人被编程来将第一加工盒从成型机10带到那个敞开狭槽。托盘46用来输送与正被托盘输送的模具盒和工具盒相关联的切割盒18。在更换期间，成型机10中的切割盒18首先被凸缘安装的联接装置37(其与盒上的销40接合)移走，并被暂时放置在永久固定式座台60上，永久固定式座台形成双层座台54的区域处的装载区31中的更换保持工位。然后机器人26将置换切割盒18移动到其在成型机10上的工位，邻近第一工作站处的模具盒13。在某点之后，机器人26将最初的切割盒18从平台或固定座台60转移到最初被置换切割盒占据的空间中的托盘46上。

通过使用主板或联接器66，如由ATI Industrial Automation出售的型号为QC-210的联接器，传送滑动件19和凸轮轴21被机器人臂29输送。主板66被固定到机器人臂凸缘36的中央，并提供了多个对于本领域技术人员而言已知的气动和电动两种回路。

设置分开的固定器67(图8)、68(图9)用于使机器人携带的主板66与传送滑动件19和凸轮轴21之间对接。固定器67、68均包括工具板69，该工具板与主板66配合并选择性地被主板66抓取。

现在参照图9，凸轮轴输送固定器68具有一对间隔开的端板，端板形成臂72，所述臂被接收在凸轮轴21下方，起到提升凸轮轴的吊架的作用。凸轮轴21被杆73锁定在吊架臂72中，杆73受气动缸74操作，机器人26通过延伸穿过主板66的回路控制该气动缸。近程传感器(未示出)确认杆73合适地起作用。被机器人通过气动缸77以类似方式操作的杆76被引到凸轮轴21的凹口中，以保持凸轮轴的参考角方向。杆76上的近程传感器75确认在凸轮轴21被机器人26输送之前杆承坐于凹口中。

在更换期间，机器人26在从更换保持工位60的指定位置上重新获得固定器68之后，将凸轮轴21从成型机10移走并将其送到保持工位上的吊架78中。从托盘53上拾取置换凸轮轴，然后将其安置在成型机10中。接下来，机器人26返回到保持工位60，拾取正被置换的凸轮轴并将其放置在托盘53上。之后，机器人26将固定器68返回到其在保持工位60上的指定位置。

图8示出了用于输送传送滑动件19的固定器67。固定器67具有梯形框架81，工具板69被附接到该梯形框架上。邻近梯形框架81的每端的联接装置82由机器人26气动地操作。装置82类似于机器人凸缘36上的联接装置37，并且该装置在被机器人26加压时适于与固定在传送滑动件19的耳轴块83上的销40相联接。在传送滑动件19更换期间，机器人26从保持工位60上重新获得固定器67。在所示的情况下，通过使用联接装置82接合被固定在保持工位上的销40(在图4中，该销被装置82挡住)，将固定器放置在保持工位60处。利用接合传送滑动件上的销40的固定器联接单元或装置82，机器人26移走成型机10上的传送滑动件19。被移走的传送滑动件19被暂时放置在保持工位60处的托架84上。置换传送滑动件被机器人从托盘53拾取并安装在成型机中。固定器67包括一对竖直作用式短行程气动缸86，机器人26通过主板66操作该气动缸。气动缸86在被加压时克服偏离耳轴块83的孔轴线(在图10A、10B中用标记87表示)的传送滑动件19的重心的影响，使传送滑动件19在图10A中的逆时针方向上倾斜。机器人26将传送滑动件19悬吊在其在成型机10中的操作位置上方，然后从气动缸86中释放空气。传送滑动件19倾向于在图10A中的顺时针方向上枢转，因而可在轴89上自由枢转的块88被偏压抵靠板91。因此块88被强制地(positively)与狭槽92对准，该狭槽部分地由板91形成，在该狭槽中，块最终在成型机10中操作使传送指状物20远离模具盒13的面枢转。在释放气动缸86中的空气并对准块88之后，机器人将传送滑动件19下降到其在成型机10中的操作位置，块88完全被接收在狭槽92中。之后，被移走的传送滑动件19从更换工位60上被机器人26提升并传送到托盘53上。然后，固定器67返回到其在更换保持工位60上的指定空间中。在更换完成的情况下，可将托盘46、53从装载区31移走到远程存储区和/或加工室以便进行检查和维修。

参照图11，使用机器人26来安装和移走工作平台94。平台94在关掉成型机进行维修、检查等等操作时安装。在传送滑动件被吊起到维修位置时，平台94允许技术人员在方便的高度处站立并维修传送滑动件19。平台94为大致平坦的板，其在图11所示的安装位置上桥接模具区。机器人联接装置37联接邻近平台94一端的销40。平台上的对准销41使机器人凸缘36和平台94之间保持固定的角方向。机器人26在安装位置和成型机10上方的矩形存储区95之间输送平台94，在成型机操作期间，平台留在矩形存储区95中。

显然，本发明通过举例的方式公开，在不违背被包含在本公开内容中的合理教导范围的情况下，可通过增加、改进或删除细节而作出各种变化。因此，因此，除了以下权利要求所必须如此限制的范围之外，本发明不限于本公开内容的具体细节。

Claims (19)

1.一种组合件，其包括渐进式成型机，所述渐进式成型机具有带切割盒的工位、带加工盒的多个工作站和用于自动更换所述切割盒和加工盒的六轴连接臂式架机器人，所述六轴连接臂式架机器人具有相对于渐进式成型机固定的单个基部，所述加工盒包括工具盒和模具盒，所述六轴连接臂式架机器人具有带远侧凸缘的臂、位于所述远侧凸缘上的联接装置，所述切割盒和加工盒均具有联接元件，所述联接元件能够被所述联接装置接合，以能够由所述六轴连接臂式架机器人将所述切割盒和加工盒输送到所述渐进式成型机以及将所述切割盒和加工盒从所述渐进式成型机输送走。

2.根据权利要求1所述的组合件，其中，所述切割盒和加工盒的联接元件是相同的。

3.根据权利要求2所述的组合件，其中，所述联接元件是球状销。

4.根据权利要求3所述的组合件，其中，所述切割盒和加工盒包括邻近所述球状销的成型件，该成型件相对于所述联接装置对切割盒和加工盒进行角定向。

5.根据权利要求1所述的组合件，其中，所述渐进式成型机包括传送滑动件和传送凸轮轴、能够安装在所述远侧凸缘上的设备，所述设备用于将所述传送滑动件和传送凸轮轴输送到渐进式成型机以及将所述传送滑动件和传送凸轮轴从渐进式成型机输送走。

6.根据权利要求5所述的组合件，其中，所述设备包括用于携带所述传送滑动件的第一固定器和用于携带所述传送凸轮轴的第二固定器，所述第一固定器和第二固定器具有与安装在所述六轴连接臂式架机器人的臂的远侧凸缘上的主板相适配的工具板。

7.根据权利要求6所述的组合件，其中，所述第一固定器和第二固定器中的每个具有被所述六轴连接臂式架机器人操作的致动器，所述致动器与所述传送滑动件和传送凸轮轴的相应部件相互接合。

8.根据权利要求1所述的组合件，其包括能够移位的工作平台，所述工作平台能够在所述渐进式成型机的模具区和邻近渐进式成型机的存储区之间运动，所述工作平台具有能够被所述联接装置接合以能够由所述六轴连接臂式架机器人在所述模具区和所述存储区之间输送所述工作平台的联接元件。

9.根据权利要求8所述的组合件，其中，所述工作平台的联接元件与切割盒和加工盒的联接元件相同。

10.根据权利要求1所述的组合件，其中，所述六轴连接臂式架机器人的基部被安装成竖直地位于所述渐进式成型机的模具区上方以及在所述渐进式成型机的纵向和横向两个方向上水平地位于所述渐进式成型机的模具区之外。

11.根据权利要求10所述的组合件，其中，所述六轴连接臂式架机器人的基部被安装成在横向方向上远离操作者工位。

12.根据权利要求5所述的组合件，其包括邻近所述渐进式成型机的装载区，用于将所述切割盒和加工盒、传送滑动件和传送凸轮轴输送给所述六轴连接臂式架机器人和从所述六轴连接臂式架机器人接收所述切割盒和加工盒、传送滑动件和传送凸轮轴。

13.根据权利要求12所述的组合件，其中，所述装载区具有专用区域，所述专用区域用于同时存储两个传送滑动件、两个传送凸轮轴、两个切割盒和数量比所述渐进式成型机具有的工作站的数量要多的加工盒。

14.根据权利要求13所述的组合件，其中，所述装载区的用于加工盒的专用区域对于工具盒和模具盒中的每个盒而言具有数量仅比所述渐进式成型机的工作站多一个的空间。

15.根据权利要求13所述的组合件，其中，所述装载区包括用于加工盒托盘以及传送滑动件和传送凸轮轴托盘的支撑件。

16.根据权利要求15所述的组合件，其中，所述支撑件是双层配置，其中，所述加工盒托盘相对于所述传送滑动件和传送凸轮轴托盘而言较低并位于所述渐进式成型机的近侧。

17.一种用于自动更换工具的装置，其包括具有模具区的渐进式冷成型机、邻近所述渐进式冷成型机的装载区、以及枢转臂式机器人，所述机器人布置成触及所述渐进式冷成型机中的所述模具区和所述装载区；所述渐进式冷成型机具有位于模具区的多个工作站、和用于切割盒的工位，所述工作站处具有相对的多组模具盒和工具盒；所述装载区具有托盘工位、能够安装在所述渐进式冷成型机上覆盖住所述模具盒的传送滑动件、能够安装在所述渐进式冷成型机上邻近所述传送滑动件的传送凸轮、和位于装载区中的保持工位；在所述托盘工位处接收或排放工具盒、模具盒、切割盒、传送滑动件和传送凸轮轴，所述保持工位用于暂时保持传送滑动件和传送凸轮轴；所述渐进式冷成型机、托盘工位和保持工位共同提供用于接收切割盒、传送滑动件和传送凸轮轴的三个地点、以及对于工具盒和所述模具盒中的每个盒而言数量比工作站数量的两倍要多一个的地点。

18.一种用于在渐进式冷成型机中自动更换加工盒的方法，所述方法包括以下步骤：

用机器人将盒从所述渐进式冷成型机的工作站移走；

将被移走的盒面朝外地放置在托盘上的空的狭槽中；

将置换盒从托盘上移走，并将其放置在由已被所述机器人移走的盒腾出的工作站中；

将第二盒从第二工作站移走，并将所述第二盒面朝外地放置在所述托盘上的通过已被所述机器人移走的上一个盒的移走而腾出的狭槽中；并且

重复前述步骤，直到盒在所述渐进式冷成型机和托盘之间被更换。

19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述机器人在枢转臂的远侧凸缘上或所述远侧凸缘附近设置有传感器，所述机器人被编程来扫描托盘上的用于保持盒的狭槽的排，以在从所述渐进式冷成型机重新获得盒之前确定空的狭槽的位置，之后，将盒从所述渐进式冷成型机放置在空的狭槽中。