CN106181545A - 一种高精度重载叉取机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开的高精度重载叉取机构结构紧凑、占用空间小，整体刚性好，可为工件提供较大的运动行程，实现对工件的高精、重载叉取和运输；工作时，伺服电机驱动齿轮转动，动臂在齿轮和齿条结构的驱动下沿下导轨横向滑动，托盘在链条的带动下，以动臂滑动速度的2倍的速度沿上导轨向同一方向运动，也就是说，当动臂移动一定距离后，托盘及工件移动的距离是动臂的2倍，从而可将工件方便、准确地叉取并输送到位；该叉取机构通过两级传动机构进行传动，不但在后期维护上方便省力，而且使整个机构的精度得到有效提高，特别是使用的伺服电机具有定位精度高、可以提供变加速度运动的特性，使得机构的运输过程平稳顺滑，最终实现了对工件的精准定位。

Description

一种高精度重载叉取机构

技术领域

本发明涉及一种叉取机构，具体是一种应用于数控机床领域的自动化机床加工线的高精度重载叉取机构。

背景技术

现在国内数控机床加工普遍采用单台机床加工的工作模式，而现如今机械加工日益复杂，机床分工日益鲜明，很多情况下，单个工件需要用通过多台机床实现所有的加工作业，在这个大前提下，工件在机床之间的流转效率低下的问题日益凸显；再者，随着现今人工成本的日益上涨，少人化、自动化的机床加工模式逐渐成为行业的发展方向。但是国内对数控机床流水线的研究还处于起步阶段。

目前FMS（即柔性制造系统）等数控机床领域的自动化机床加工线，多采用立体仓库普遍使用的堆垛机形式，而由于机床行业的特殊性，不能直接套用立体仓库使用的堆垛机结构，特别是对于横向叉取，现有堆垛机形式的叉取机构存在结构不合理、自重大、占用空间大、载重小、精度低、安装调整不方便、加工制造难度大等技术问题，不适用于数控机床加工这一特殊领域。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种高精度重载叉取机构，该叉取机构结构紧凑、占用空间小，整体刚性好，可为工件提供较大的运动行程，实现对工件的高精、重载叉取和运输。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种高精度重载叉取机构，包括托盘、动臂、两根上导轨和两根下导轨，所述的两根上导轨滚动连接在所述的动臂的两侧的上部，所述的两根下导轨滚动连接在所述的动臂的两侧的下部，所述的两根下导轨固定在载货台上，所述的托盘横跨固定在所述的两根上导轨上，所述的托盘位于所述的动臂的上方，所述的托盘的长度小于所述的动臂的长度，所述的两根下导轨与所述的动臂之间通过第一级传动机构相连，所述的第一级传动机构包括伺服电机、减速机、齿轮和齿条，所述的伺服电机安装在一电机座内，所述的电机座固定在所述的两根下导轨的底部，所述的减速机与所述的伺服电机的输出端相连，所述的齿轮安装在所述的减速机的输出端，所述的齿条与所述的齿轮相啮合，所述的齿条安装在所述的动臂的底部，所述的齿条沿所述的动臂的长度方向设置，所述的托盘与所述的载货台之间通过第二级传动机构相连，所述的第二级传动机构包括若干个传动单元，每个所述的传动单元包括相啮合的链条和链轮，所述的链轮安装在所述的动臂上，所述的链条的一端固定在所述的载货台上，所述的链条的另一端绕过所述的链轮固定在所述的托盘的底部，所述的链条沿所述的动臂的长度方向设置。

本发明的高精度重载叉取机构工作时，工件安放在托盘上，伺服电机驱动齿轮转动，动臂在齿轮和齿条结构的驱动下沿下导轨横向滑动，与此同时，托盘在链条的带动下，以动臂滑动速度的2倍的速度沿上导轨向同一方向运动，也就是说，当动臂移动一定距离后，托盘及工件移动的距离是动臂的2倍，从而可将工件方便、准确地叉取并输送到位。

本发明的高精度重载叉取机构结构紧凑、占用空间小，整体刚性好，可为工件提供较大的运动行程，实现对工件的高精、重载叉取和运输。该重载叉取机构的第一级传动机构以伺服电机作为动力源，通过齿轮齿条进行传动，第二级传动机构采用链条链轮结构传动，不但在后期维护上方便省力，而且使整个机构的精度得到有效提高，特别是使用的伺服电机具有定位精度高、可以提供变加速度运动的特性，使得机构的运输过程平稳顺滑，最终实现了对工件的精准定位。且第一级传动机构的齿条安装在动臂的底部，其齿部朝下，与齿轮啮合，齿条的齿部朝下设置的有益效果：可以更好地防止齿条被杂物污染，此外，当重载时，在托盘伸出状态下，动臂可能会有一定的变形，由于齿条是安装在动臂底部的，因此齿条也会有一定的变形，而齿条的变形导致的结果仅仅是齿条与齿轮的配合间隙的改变，对动臂的平稳运行不会造成影响。

该叉取机构通过上下导轨及动臂的配合，整体刚性好，保证在重载的情况下变形量较小，这从根本上解决了传统立体仓库用堆垛机精度低的缺点，该叉取机构符合数控机床加工所要求的高精度要求。且其两根上导轨和两根下导轨为分体式设计，结构简单，便于加工，加工效率高，易于装夹，可以方便地选用加工精度较高的机床进行加工，从而提高单根导轨的精度等级，热处理后，易于调节至设计要求的平行度、直线度、垂直度等公差要求，可有效提高整个叉取机构的精度等级。而传统的一体式导轨，即左右导轨为同一个件，加工不便且加工成本较高，其与滚轮的配合面进行热处理后不可避免会产生热变形，而在左右导轨变形方向不一致时，难以进行公差调整，因此废品率较高，而本申请的分体式导轨可有效解决这些问题。

作为优选，所述的动臂的两侧各上下安装有沿所述的动臂的长度方向布设的一排第一滚轮和一排第二滚轮，所述的动臂的顶端安装有沿所述的动臂的长度方向布设的两排第三滚轮，所述的动臂的底端安装有沿所述的动臂的长度方向布设的两排第四滚轮，一排所述的第一滚轮和一排所述的第三滚轮与一根所述的上导轨相契合，一排所述的第二滚轮和一排所述的第四滚轮与一根所述的下导轨相契合。各排第一滚轮、第二滚轮、第三滚轮和第四滚轮的设置，可保证动臂在移动的各个位置，都有足够的滚轮受力，在有效减小动臂及托盘运动的摩擦阻力的同时，保证工件在运送的各个阶段都能够受力平衡，得到足够的支撑和平稳的运输。

作为优选，所述的动臂的横截面为H型，所述的动臂由第一立臂、第二立臂和横臂构成，所述的第一立臂和所述的第二立臂并行设置并通过所述的横臂相连，所述的第一立臂和所述的第二立臂的外侧均上下安装有一排第一滚轮和一排第二滚轮，所述的第一立臂和所述的第二立臂的顶端均安装有一排第三滚轮，所述的第一立臂和所述的第二立臂的底端均安装有一排第四滚轮。动臂采用H型的高刚性设计，可有效减小托盘伸出状态下的下挠度，保证对托盘上工件的平稳准确的定位。

作为优选，每根所述的上导轨的内侧开设有第一凹槽，所述的第一凹槽沿每根所述的上导轨的长度方向设置，所述的第一凹槽与每排所述的第一滚轮位置相对，每排所述的第一滚轮中的若干第一滚轮滚动连接在所述的第一凹槽内；每根所述的下导轨的内侧开设有第二凹槽，所述的第二凹槽沿每根所述的下导轨的长度方向设置，所述的第二凹槽与每排所述的第二滚轮位置相对，每排所述的第二滚轮中的若干第二滚轮滚动连接在所述的第二凹槽内。上导轨的内侧开设第一凹槽、下导轨的内侧开设第二凹槽的包围结构设计，从而动臂在移动的各个位置，第一滚轮在第一凹槽中以及第二滚轮在第二凹槽中可进行纯滚动摩擦，最大限度地减小工作过程中的摩擦阻力，有利于提高机构运行效率。此外，上导轨和下导轨通过凹字形轨道包围第一滚轮和第二滚轮的设计，可保证托盘伸出时，动臂与上下导轨之间的有效接触，避免不必要的下垂所导致的精度损失。

作为优选，所述的第二级传动机构包括两个传动单元，所述的两个传动单元以所述的齿轮的中心线为对称轴对称设置。两个对称设置的传动单元，可实现动臂两个方向的横向运动，且动臂可以向两个方向运动相同的行程，便于在载货台两侧同时布置机床或是工作台储位，使得自动化机床加工线的空间得到更有效的利用。

作为优选，所述的载货台上固定有第一链条固定具，所述的托盘的底部固定有第二链条固定具，所述的链条的一端固定在所述的第一链条固定具上，所述的链条的另一端绕过所述的链轮固定在所述的第二链条固定具上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明公开的高精度重载叉取机构结构紧凑、占用空间小，整体刚性好，可为工件提供较大的运动行程，实现对工件的高精、重载叉取和运输；工作时，伺服电机驱动齿轮转动，动臂在齿轮和齿条结构的驱动下沿下导轨横向滑动，与此同时，托盘在链条的带动下，以动臂滑动速度的2倍的速度沿上导轨向同一方向运动，也就是说，当动臂移动一定距离后，托盘及工件移动的距离是动臂的2倍，从而可将工件方便、准确地叉取并输送到位。该重载叉取机构的第一级传动机构以伺服电机作为动力源，通过齿轮齿条进行传动，第二级传动机构采用链条链轮结构传动，不但在后期维护上方便省力，而且使整个机构的精度得到有效提高，特别是使用的伺服电机具有定位精度高、可以提供变加速度运动的特性，使得机构的运输过程平稳顺滑，最终实现了对工件的精准定位。

附图说明

图1为实施例中高精度重载叉取机构的侧视图；

图2为实施例中高精度重载叉取机构的外观图；

图3为实施例中高精度重载叉取机构的结构纵剖示意图；

图4为实施例中高精度重载叉取机构的俯视图；

图5为实施例中高精度重载叉取机构托盘伸出状态的外观图；

图6为对应于图5的结构剖切示意图；

图7为对应于图5的俯视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1的高精度重载叉取机构，如图所示，包括托盘1、动臂2、两根上导轨3和两根下导轨4，两根上导轨3滚动连接在动臂2的两侧的上部，两根下导轨4滚动连接在动臂2的两侧的下部，两根下导轨4固定在载货台（图中未示出）上，托盘1横跨固定在两根上导轨3上，托盘1位于动臂2的上方，托盘1的长度小于动臂2的长度，两根下导轨4与动臂2之间通过第一级传动机构相连，第一级传动机构包括伺服电机51、减速机52、齿轮53和齿条54，伺服电机51安装在一电机座55内，电机座55固定在两根下导轨4的底部，减速机52与伺服电机51的输出端相连，齿轮53安装在减速机52的输出端，齿条54与齿轮53相啮合，齿条54安装在动臂2的底部，齿条54沿动臂2的长度方向设置，托盘1与载货台之间通过第二级传动机构相连，第二级传动机构包括两个传动单元，两个传动单元以齿轮53的中心线为对称轴对称设置，每个传动单元包括相啮合的链条61和链轮62，链轮62安装在动臂2上，载货台上固定有第一链条固定具63，托盘1的底部固定有第二链条固定具64，链条61的一端固定在第一链条固定具63上，链条61的另一端绕过链轮62固定在第二链条固定具64上，链条61沿动臂2的长度方向设置。

实施例2高精度重载叉取机构，如图所示，包括托盘1、动臂2、两根上导轨3和两根下导轨4，两根上导轨3滚动连接在动臂2的两侧的上部，两根下导轨4滚动连接在动臂2的两侧的下部，两根下导轨4固定在载货台上；动臂2的横截面为H型，动臂2由第一立臂21、第二立臂22和横臂23构成，第一立臂21和第二立臂22并行设置并通过横臂23相连，第一立臂21和第二立臂22的外侧均上下安装有沿动臂2的长度方向布设的一排第一滚轮24和一排第二滚轮25，第一立臂21和第二立臂22的顶端均安装有沿动臂2的长度方向布设的一排第三滚轮26，第一立臂21和第二立臂22的底端均安装有沿动臂2的长度方向布设的一排第四滚轮27，一排第一滚轮24和一排第三滚轮26与一根上导轨3相契合，一排第二滚轮25和一排第四滚轮27与一根下导轨4相契合；每根上导轨3的内侧开设有第一凹槽31，第一凹槽31沿每根上导轨3的长度方向设置，第一凹槽31与每排第一滚轮24位置相对，每排第一滚轮24中的若干第一滚轮24滚动连接在第一凹槽31内；每根下导轨4的内侧开设有第二凹槽41，第二凹槽41沿每根下导轨4的长度方向设置，第二凹槽41与每排第二滚轮25位置相对，每排第二滚轮25中的若干第二滚轮25滚动连接在第二凹槽41内；托盘1横跨固定在两根上导轨3上，托盘1位于动臂2的上方，托盘1的长度小于动臂2的长度，两根下导轨4与动臂2之间通过第一级传动机构相连，第一级传动机构包括伺服电机51、减速机52、齿轮53和齿条54，伺服电机51安装在一电机座55内，电机座55固定在两根下导轨4的底部，减速机52与伺服电机51的输出端相连，齿轮53安装在减速机52的输出端，齿条54与齿轮53相啮合，齿条54安装在动臂2的底部，齿条54沿动臂2的长度方向设置，托盘1与载货台之间通过第二级传动机构相连，第二级传动机构包括两个传动单元，两个传动单元以齿轮53的中心线为对称轴对称设置，每个传动单元包括相啮合的链条61和链轮62，链轮62安装在动臂2上，载货台上固定有第一链条固定具63，托盘1的底部固定有第二链条固定具64，链条61的一端固定在第一链条固定具63上，链条61的另一端绕过链轮62固定在第二链条固定具64上，链条61沿动臂2的长度方向设置。

上述高精度重载叉取机构工作时，工件安放在托盘1上，伺服电机51驱动齿轮53转动，动臂2在齿轮53和齿条54结构的驱动下沿下导轨4横向滑动，第二滚轮25在第二凹槽41中进行纯滚动摩擦，与此同时，托盘1在链条61的带动下，以动臂2滑动速度的2倍的速度沿上导轨3向同一方向运动，第一滚轮24在第一凹槽31中进行纯滚动摩擦。当动臂2移动一定距离后，托盘1及工件移动的距离是动臂2的2倍，从而可将工件方便、准确地叉取并输送到位。

Claims (6)

1.一种高精度重载叉取机构，其特征在于：包括托盘、动臂、两根上导轨和两根下导轨，所述的两根上导轨滚动连接在所述的动臂的两侧的上部，所述的两根下导轨滚动连接在所述的动臂的两侧的下部，所述的两根下导轨固定在载货台上，所述的托盘横跨固定在所述的两根上导轨上，所述的托盘位于所述的动臂的上方，所述的托盘的长度小于所述的动臂的长度，所述的两根下导轨与所述的动臂之间通过第一级传动机构相连，所述的第一级传动机构包括伺服电机、减速机、齿轮和齿条，所述的伺服电机安装在一电机座内，所述的电机座固定在所述的两根下导轨的底部，所述的减速机与所述的伺服电机的输出端相连，所述的齿轮安装在所述的减速机的输出端，所述的齿条与所述的齿轮相啮合，所述的齿条安装在所述的动臂的底部，所述的齿条沿所述的动臂的长度方向设置，所述的托盘与所述的载货台之间通过第二级传动机构相连，所述的第二级传动机构包括若干个传动单元，每个所述的传动单元包括相啮合的链条和链轮，所述的链轮安装在所述的动臂上，所述的链条的一端固定在所述的载货台上，所述的链条的另一端绕过所述的链轮固定在所述的托盘的底部，所述的链条沿所述的动臂的长度方向设置。

2.根据权利要求1所述的一种高精度重载叉取机构，其特征在于：所述的动臂的两侧各上下安装有沿所述的动臂的长度方向布设的一排第一滚轮和一排第二滚轮，所述的动臂的顶端安装有沿所述的动臂的长度方向布设的两排第三滚轮，所述的动臂的底端安装有沿所述的动臂的长度方向布设的两排第四滚轮，一排所述的第一滚轮和一排所述的第三滚轮与一根所述的上导轨相契合，一排所述的第二滚轮和一排所述的第四滚轮与一根所述的下导轨相契合。

3.根据权利要求2所述的一种高精度重载叉取机构，其特征在于：所述的动臂的横截面为H型，所述的动臂由第一立臂、第二立臂和横臂构成，所述的第一立臂和所述的第二立臂并行设置并通过所述的横臂相连，所述的第一立臂和所述的第二立臂的外侧均上下安装有一排第一滚轮和一排第二滚轮，所述的第一立臂和所述的第二立臂的顶端均安装有一排第三滚轮，所述的第一立臂和所述的第二立臂的底端均安装有一排第四滚轮。

4.根据权利要求2或3所述的一种高精度重载叉取机构，其特征在于：每根所述的上导轨的内侧开设有第一凹槽，所述的第一凹槽沿每根所述的上导轨的长度方向设置，所述的第一凹槽与每排所述的第一滚轮位置相对，每排所述的第一滚轮中的若干第一滚轮滚动连接在所述的第一凹槽内；每根所述的下导轨的内侧开设有第二凹槽，所述的第二凹槽沿每根所述的下导轨的长度方向设置，所述的第二凹槽与每排所述的第二滚轮位置相对，每排所述的第二滚轮中的若干第二滚轮滚动连接在所述的第二凹槽内。

5.根据权利要求1所述的一种高精度重载叉取机构，其特征在于：所述的第二级传动机构包括两个传动单元，所述的两个传动单元以所述的齿轮的中心线为对称轴对称设置。

6.根据权利要求1所述的一种高精度重载叉取机构，其特征在于：所述的载货台上固定有第一链条固定具，所述的托盘的底部固定有第二链条固定具，所述的链条的一端固定在所述的第一链条固定具上，所述的链条的另一端绕过所述的链轮固定在所述的第二链条固定具上。