CN106346299A - 基于机器人上下料的电机端盖自动化数控加工中心 - Google Patents

基于机器人上下料的电机端盖自动化数控加工中心 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于机器人上下料的电机端盖自动化数控加工中心，所述加工中心包括上料装置、下料装置、操作台、夹具、两台车床、六轴机械手以及加工中心控制系统；所述上料装置和下料装置均设置在操作台上，所述两台车床分别位于六轴机械手的两侧，所述每台车床旁均设置上料装置和下料装置，所述夹具设置在六轴机械手上，所述加工中心控制系统用于控制六轴机械手、上料装置、下料装置与机床联动，采用日本三菱的可编程控制器与威纶通的人机界面，同时和六轴机械手进行系统通讯。本发明操作简单，节约人工成本，还提高上下料的效率，降低了废品率，同时提高上料和下料的灵活性与稳定性。

Description

基于机器人上下料的电机端盖自动化数控加工中心
技术领域
本发明涉及基于机器人上下料的电机端盖自动化数控加工中心，属于电机端盖自动化加工领域。
背景技术
电机端盖的加工精度会严重影响电机的整体性能，如会出现卡死现象。传统的电机端盖加工方法是由人工上下料，一人最多可为2台加工中心上下料。传统的加工方式存在如下问题：1.质量稳定性不一致 人工上料会因人的差异性导致端盖放到车床卡盘的位置不一，进而导致端盖加工尺寸不一致，影响整机质量一致性2.劳动强度大，效率低 一人只能为2台数控车床上下料，并且工人在工作时，全过程都是站立，且要在两台数控车床之间走来走去。
发明内容
为了克服上述不足，本发明提供一种基于机器人上下料的电机端盖自动化数控加工中心。
本发明的技术方案如下：
一种基于机器人上下料的电机端盖自动化数控加工中心，所述加工中心包括上料装置、下料装置、操作台、夹具、两台车床、六轴机械手以及加工中心控制系统；所述上料装置和下料装置均设置在操作台上，所述两台车床分别位于六轴机械手的两侧，所述每台车床旁均设置上料装置和下料装置，所述夹具设置在六轴机械手上，所述加工中心控制系统用于控制六轴机械手、上料装置、下料装置与机床联动，采用日本三菱的可编程控制器与威纶通的人机界面，同时和六轴机械手进行系统通讯。
上述夹具与六轴机械手通过法兰连接，包括支架，以及安装在支架的下料夹具结构和上料夹具结构，所述下料夹具结构包括下料推杆气缸、下料推杆气缸顶杆、下料夹爪气缸以及下料夹爪气缸钢爪；所述下料夹爪气缸上端连接两个下料夹爪气缸钢爪，所述下料夹爪气缸钢爪用于夹住工件，所述下料夹爪气缸和下料夹爪气缸钢爪固定在支架的一侧，所述下料推杆气缸固定在支架的另一侧，其下料推杆气缸顶杆穿过支架，所述下料推杆气缸顶杆设置在两个下料夹爪气缸钢爪之间，用于顶出下料夹爪气缸钢爪夹住的工件；所述上料夹具结构与下料夹具结构相同，对称设置。
上述下料装置包括第一推进块、前顶气缸、排推气缸、导向轴承、第二推进块、第一传感器；所述第一推进块、前顶气缸、排推气缸、导向轴承、第二推进块、第一传感器均安装在操作台上，所述第一推进块安装在前顶气缸前端，所述第二推进块安装在推排气缸前端，所述前顶气缸与推排气缸设置方向相互垂直；所述第一推进块前端是电机端盖的第一通道，所述第二推进块前端是电机端盖的第二通道，所述第一通道由第一导向轨道和第二导向轨道组成，所述第二通道由第三导向轨道和第四导向轨道组成，所述第一导向轨道的左端设置一个导向轴承，所述导向轴承与第一推进块之间存在一个电机端盖进入的距离，所述导向轴承用于将加工好的电机端盖导入第一通道，并且在电机端盖的导入口的底部设置第一传感器，用于控制前顶气缸和排推气缸的工作；所述第一导向轨道的右端紧靠第二推进块；所述第二导向轨道的一端紧靠第一推进块，另一端与第三导向轨道的一端连接且相互垂直，所述第三导向轨道的另一端延伸至操作台边缘，所述第四导向轨道与第三导向轨道平行；所述第二通道的操作台边缘位置设置第二传感器，用于提醒操作人员收纳电机端盖。
上述上料装置包括在操作台上的旋转机构和升降机构；
所述旋转机构包括旋转电机、四工位转盘、靠山工装、锁紧气缸、定位销、支撑座、轴承；
所述旋转电机安装在操作台的台面下，其机轴穿出台面连接一个支撑座，所述支撑座通过轴承与四工位转盘连接，所述四工位转盘上部设置靠山工装；所述四工位转盘设置若干销孔，所述四工位转盘旁设置一个锁紧气缸，所述锁紧气缸设置定位销，所述定位销插入销孔用于锁住四工位转盘；
所述升降机构包括提升电机、联轴器、轴承座、丝杆、支撑板、滑块、滑块导杆、推杆气缸、定位块、支架板；
所述提升电机安装在操作台的台面下，所述提升电机通过联轴器与轴承座连接，其机轴穿出台面与丝杆连接，所述丝杆的顶部连接一个支撑板，所述支撑板上设置推杆气缸，所述推杆气缸前端设置定位块，所述定位块的位置与靠山工装的顶部齐平，所述支撑板通过支架板固定在台面上，所述支撑板底部还是设置一个滑块导杆，所述滑块导杆以及丝杆分别穿过滑块，所述滑块卡入四工位转盘中用于提升工件。
上述滑块为一个矩形状，所述滑块一端设置一个滑块凹槽，所述滑块上设置一个丝杠孔和一个滑块导杆孔，分别用于丝杆和滑块导杆的穿出。
上述四工位转盘为圆形状，均匀设置四个工位缺口，所述每个工位缺口相隔的圆弧上均对称设置一个销孔，所述工位缺口正对一个靠山工装，所述工位缺口中央设置一个工件托盘，所述每个工件托盘上设置一个工装导杆，用于工件的套入；所述工件缺口用于滑块的插入，所述滑块凹槽与工件托盘契合，所述滑块提升时托起工件托盘上的工件。
上述靠山工装为正对工件缺口的位置开设一个等腰直角三角形的靠山工装缺口，用于工件的插入。
本发明所达到的有益效果：
本发明操作简单，节约人工成本，还提高上下料的效率，降低了废品率，同时提高上料和下料的灵活性与稳定性，提高端盖加工尺寸精度一致性，并且本发明的机械手以及机床预留有网络扩展端口，为以后迈向工业4.0，实现智能工厂做好准备。
附图说明
图1是发明的整体结构示意图；
图2是夹具的示意图；
图3是操作台的示意图；
图4是下料装置的示意图；
图5是上料装置的示意图；
图6是图5的A-A剖视图；
图7是四工位转盘的示意图；
图8是滑块的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1、图3所示，一种基于机器人上下料的电机端盖自动化数控加工中心，加工中心包括上料装置6、下料装置7、操作台2、夹具5、两台车床1、六轴机械手3以及加工中心控制系统4；上料装置6和下料装置7均设置在操作台2上，两台车床分别位于六轴机械手3的两侧，每台车床1旁均设置上料装置6和下料装置7，夹具设置在六轴机械手3上，加工中心控制系统4用于控制六轴机械手、上料装置、下料装置与机床联动，采用日本三菱的可编程控制器与威纶通的人机界面，采用日本三菱的可编程控制器与维纶的人机界面，同时和六轴机械手3进行系统通讯。
如图2所示，上述夹具5与六轴机械手3通过法兰3-1连接，包括支架5-1，以及安装在支架5-1的下料夹具结构和上料夹具结构，下料夹具结构包括下料推杆气缸5-2、下料推杆气缸顶杆5-4、下料夹爪气缸5-5以及下料夹爪气缸钢爪5-3；下料夹爪气缸5-5上端连接两个下料夹爪气缸钢爪5-3，下料夹爪气缸钢爪5-3用于夹住工件，下料夹爪气缸5-5和下料夹爪气缸钢爪5-3固定在支架5-1的一侧，下料推杆气缸5-2固定在支架5-1的另一侧，其下料推杆气缸顶杆5-4穿过支架5-1，下料推杆气缸顶杆5-4设置在两个下料夹爪气缸钢爪5-3之间，用于顶出下料夹爪气缸钢爪5-3夹住的工件。 下料推杆气缸5-2设置下料推杆进位传感器和下料推杆退位传感器，分别用于控制下料推杆气缸顶杆5-4前进和后退。下料夹爪气缸5-5设置下料夹爪气缸松开传感器和下料夹爪气缸夹紧传感器，分别用于控制下料夹爪气缸钢爪5-3的松紧。夹具结构与下料夹具结构相同，对称设置。
如图4所示，上述下料装置7包括第一推进块7-1、前顶气缸7-2、排推气缸7-6、导向轴承7-4、第二推进块7-7、第一传感器7-5；第一推进块7-1、前顶气缸7-2、排推气缸7-6、导向轴承7-4、第二推进块7-7、第一传感器7-5均安装在操作台2上，第一推进块7-1安装在前顶气缸7-2前端，第二推进块7-7安装在推排气缸7-6前端，前顶气缸7-2与推排气缸7-6设置方向相互垂直；第一推进块7-1前端是电机端盖的第一通道7-3，第二推进块7-7前端是电机端盖的第二通道7-13，第一通道7-3由第一导向轨道7-9和第二导向轨道7-10组成，第二通道7-13由第三导向轨道7-11和第四导向轨道7-12组成，第一导向轨道7-9的左端设置一个导向轴承7-4，导向轴承7-4与第一推进块7-1之间存在一个电机端盖进入的距离，导向轴承7-4用于将加工好的电机端盖导入第一通道7-3，并且在电机端盖的导入口的底部设置第一传感器7-5，用于控制前顶气缸7-2和排推气缸7-6的工作；第一导向轨道7-9的右端紧靠第二推进块7-7；第二导向轨道7-10的一端紧靠第一推进块7-1，另一端与第三导向轨道7-11的一端连接且相互垂直，第三导向轨道7-11的另一端延伸至操作台2边缘，第四导向轨道7-12与第三导向轨道7-11平行；第二通道7-13的操作台边缘位置设置第二传感器7-8，用于提醒操作人员收纳电机端盖。
上述第一推进块7-1的宽度与第一通道7-3的宽度一致。
上述第二推进块7-7的宽度与第二通道7-13的宽度一致。
上述第二推进块7-7的“L”型，折叠端位于与第一导向轨道7-9靠近端。
下料装置工作流程如下：
（1）、当工件放到导入口后，通过导向轴承4的作用，旋转90°后进入第一通道7-3第一传感器7-5的位置后，第一传感器7-5接收到信号，前顶气缸7-2推动第一推进块7-1前推，推到位后，开始回退。
（2）、前顶气缸7-2等待下一个工件，继续循环动作。
（3）、当工件排队被前顶气缸7-2推至第四导向轨道7-12时，排推气缸7-6根据第二通道7-13中可承载工件的数量以及第一传感器7-5的信号，设定第二推进块7前推的间隔时间，排推气缸7-6推到位后，开始回退；
（4）、按照上面顺序，进行循环动作，当工件接触到接近第二传感器7-8后，下料停止动作，报警装置发出警报，提醒下料人员开始下料。
如图5、图6所示，上述上料装置6包括在操作台上的旋转机构和升降机构；
旋转机构包括旋转电机6-28、四工位转盘6-10、靠山工装6-25、锁紧气缸6-7、定位销6-8、支撑座6-27、轴承6-26；
旋转电机6-28安装在操作台3的台面下，其机轴穿出台面连接一个支撑座6-27，支撑座6-27通过轴承6-26与四工位转盘6-10连接，四工位转盘6-10上部设置靠山工装6-25；四工位转盘10设置若干销孔6-10-1，四工位转盘6-10旁设置一个锁紧气缸6-7，锁紧气缸6-7设置定位销6-8，定位销6-8插入销孔6-10-1用于锁住四工位转盘6-10；
升降机构包括提升电机6-23、联轴器6-22、轴承座6-21、丝杆6-16、支撑板6-17、滑块6-18、滑块导杆6-15、推杆气缸6-3、定位块6-2、支架板6-4；
提升电机6-23安装在操作台3的台面下，提升电机6-23通过联轴器6-22与轴承座6-21连接，其机轴穿出台面与丝杆6-16连接，丝杆6-16的顶部连接一个支撑板6-17，支撑板6-17上设置推杆气缸6-3，推杆气缸6-3前端设置定位块6-2，定位块6-2的位置与靠山工装6-25的顶部齐平，支撑板6-17通过支架板6-4固定在台面上，支撑板6-17底部还是设置一个滑块导杆6-15，滑块导杆6-15以及丝杆6-16分别穿过滑块6-18，滑块6-18卡入四工位转盘6-10中用于提升工件。
上述锁紧气缸6-7设置锁销气缸推位传感器6-5和锁销气缸退位传感器6-6，用于控制定位销6-8的动作。
上述操作台3上还设置一个料位检测传感器6-11，正对靠山工装6-25的工位，用于检测工件的料位。
上述推杆气缸6-3上设置推杆气缸进位传感器6-12和推杆气缸退位传感器6-13，用于控制定位块6-2的动作。
上述支撑板6-17底部位置设置一个提升电机限位传感器6-14，用于控制提升电机6-23上升的限位。
上述操作台6-19桌面上靠近滑块导杆6-15位置设置一个提升电机零位传感器6-20，用于提示提升电机6-23上升的回零。
如图8所示，上述滑块6-18为一个矩形状，滑块6-18一端设置一个滑块凹槽6-18-3，滑块上设置一个丝杠孔6-18-2和一个滑块导杆孔6-18-3，分别用于丝杆6-16和滑块导杆6-15的穿出。
如图7所示，上述四工位转盘6-10为圆形状，均匀设置四个工位缺口6-10-2，工位缺口6-10-2正对一个靠山工装6-25，工位缺口6-10-2中央设置一个工件托盘6-10-3，每个工件托盘6-10-3上设置一个工装导杆6-10-4，用于工件的套入；每个工位缺口6-10-2相隔的圆弧上均对称设置一个销孔6-10-1，工件缺口6-10-2用于滑块6-18的插入，滑块凹槽6-18-3与工件托盘6-10-4契合，滑块6-18提升时托起工件托盘6-10-3上的工件。
上述靠山工装6-25为正对工件缺口6-10-2的位置开设一个等腰直角三角形的靠山工装缺口6-25-1，用于工件的插入。
上料装置操作流程如下：
（1）、四工位转盘6-10上工件按如图5所示，放置好；
（2）、通上气源后，推杆气缸6-3带动定位块6-2进到位、锁紧气缸6-7带动定位销6-8推到位；
（3）、通上电源后，推杆气缸6-3与锁紧气缸6-7回退，此时推杆气缸退位传感器6-13与锁销气缸退位传感器6-6指示灯亮起，提升电机6-23开始“回零”动作，回零到位后，提升电机零位传感器6-20指示灯亮起；
（4）、旋转电机6-28带动四工位转盘6-10顺时针旋转90度，到位后推杆气缸6-3、锁紧气缸6-7动作，动作到位后推杆气缸进位传感器6-12与锁销气缸推位传感器5指示灯亮起。
（5）、当取料入口位置6-9工件被取走后，滑块6-18插入工件缺口6-10-2中，托起工件，是工件脱离工件托盘6-10-3，通过提升电机6-3带动丝杆6-16开始上升，（上升距离是根据工件厚度设置好的）一个工件位置；
（6）、工件上升到位后，推杆气缸6-3开始推到位，同时推杆气缸进位传感器12指示灯亮起；
（7）、按照上面顺序，进行循环动作，当目前工位工件取完后，旋转工作台开始旋转90度，到下一工位，继续进行循环取料；
（8）、当料盘上料位检测传感器6-11检测不到信号后，报警装置发出警报，提醒上料人员开始上料。
基于机器人上下料的电机端盖自动化数控加工中心的操作如下：
1.1 检查六轴机械手3、夹具5、上料装置6、下料装置7、两台车床1（车床01/02）、操作台2是否干净；
1.2 检查各个传感器是否完好，有无遮挡物及电气开关是否完好；
1.3 检查上料装置6、下料装置7、夹具5、车床配套夹具的各连接情况，是否有松动、脱落、卡死情况；
1.4 检查气源开关是否打开，是否调节在压缩空气3～5kg/cm；
1.5 检查六轴机械手3回原点是否到位，确保回原点到位才能开机；
1.6 检查机床准备完毕指示灯是否长亮及机床卡盘是否在“松开”无工件状态；
1.7 检查机床操作面板运行切换开关是否打在“AUTO”位置及机械手切换开关是否打在“闭合”的位置；
1.8 端盖放在四工位转盘6-10工位中要平稳到位，无凸台过高及放反现象；
1.9 检查完好，打开两台数控车床（车床01/02）、上料装置6、下料装置7及六轴机械手3的电源开关；
2.0 确保以上条件完好后，打开六轴机械手3手持器的“伺服准备”
开关，手动调节到安全位置，进行轨迹规划（点位控制），
2.1 规划好轨迹后，进行低速断点试运行；
2.2试运行正常后，按下六轴机械手3的“起动”按钮，机器人开始向上料装置取料，取料移出后，上料装置推进电机向上推进，同时开始向1#车床上料，到位后1#车床卡盘夹紧同时上料夹爪气缸钢爪松开，开始移出车床上料区，移出后1#车床门关闭进行车加工，接着机器人开始到上料装置取料，接着向2#车床上料，到位后2#车床卡盘夹紧同时上料夹爪气缸钢爪松开，开始移出2#车床上料区，移出后2#车床门关闭进行车加工，接着六轴机械手3开始到上料装置取料，向1#车床运行，先进行卸料，将料放入下料机构，再进行上料，上料完成后再向上料装置取料，向2#车床运行，先进行卸料再进行上料，按照此顺序进行循环运行；
2.3六轴机械手3正常运行时，可以按下“暂停”按钮，机器人暂停，接着按下“启动”按钮，机器人又开始运行；
2.4六轴机械手3运行时遇到紧急情况，直接按下“紧急停止”按钮同时发出报警信号，处理完毕后，按下“复位”按钮；
2.5 在工作中必须注意各部位的运转情况和润滑系统的工作情况，如有异常及时报告处理。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于机器人上下料的电机端盖自动化数控加工中心，其特征在于：所述加工中心包括上料装置、下料装置、操作台、夹具、两台车床、六轴机械手以及加工中心控制系统；所述上料装置和下料装置均设置在操作台上，所述两台车床分别位于六轴机械手的两侧，所述每台车床旁均设置上料装置和下料装置，所述夹具设置在六轴机械手上，所述加工中心控制系统用于控制六轴机械手、上料装置、下料装置与机床联动，采用日本三菱的可编程控制器与威纶通的人机界面，同时和六轴机械手进行系统通讯。
2.根据权利要求1所述的基于机器人上下料的电机端盖自动化数控加工中心，其特征在于：所述夹具与六轴机械手通过法兰连接，包括支架，以及安装在支架的下料夹具结构和上料夹具结构，所述下料夹具结构包括下料推杆气缸、下料推杆气缸顶杆、下料夹爪气缸以及下料夹爪气缸钢爪；所述下料夹爪气缸上端连接两个下料夹爪气缸钢爪，所述下料夹爪气缸钢爪用于夹住工件，所述下料夹爪气缸和下料夹爪气缸钢爪固定在支架的一侧，所述下料推杆气缸固定在支架的另一侧，其下料推杆气缸顶杆穿过支架，所述下料推杆气缸顶杆设置在两个下料夹爪气缸钢爪之间，用于顶出下料夹爪气缸钢爪夹住的工件；所述上料夹具结构与下料夹具结构相同，对称设置。
3.根据权利要求1所述的基于机器人上下料的电机端盖自动化数控加工中心，其特征在于：所述下料装置包括第一推进块、前顶气缸、排推气缸、导向轴承、第二推进块、第一传感器；所述第一推进块、前顶气缸、排推气缸、导向轴承、第二推进块、第一传感器均安装在操作台上，所述第一推进块安装在前顶气缸前端，所述第二推进块安装在推排气缸前端，所述前顶气缸与推排气缸设置方向相互垂直；所述第一推进块前端是电机端盖的第一通道，所述第二推进块前端是电机端盖的第二通道，所述第一通道由第一导向轨道和第二导向轨道组成，所述第二通道由第三导向轨道和第四导向轨道组成，所述第一导向轨道的左端设置一个导向轴承，所述导向轴承与第一推进块之间存在一个电机端盖进入的距离，所述导向轴承用于将加工好的电机端盖导入第一通道，并且在电机端盖的导入口的底部设置第一传感器，用于控制前顶气缸和排推气缸的工作；所述第一导向轨道的右端紧靠第二推进块；所述第二导向轨道的一端紧靠第一推进块，另一端与第三导向轨道的一端连接且相互垂直，所述第三导向轨道的另一端延伸至操作台边缘，所述第四导向轨道与第三导向轨道平行；所述第二通道的操作台边缘位置设置第二传感器，用于提醒操作人员收纳电机端盖。
4.根据权利要求1所述的基于机器人上下料的电机端盖自动化数控加工中心，其特征在于：所述上料装置包括在操作台上的旋转机构和升降机构；
所述旋转机构包括旋转电机、四工位转盘、靠山工装、锁紧气缸、定位销、支撑座、轴承；
所述旋转电机安装在操作台的台面下，其机轴穿出台面连接一个支撑座，所述支撑座通过轴承与四工位转盘连接，所述四工位转盘上部设置靠山工装；所述四工位转盘设置若干销孔，所述四工位转盘旁设置一个锁紧气缸，所述锁紧气缸设置定位销，所述定位销插入销孔用于锁住四工位转盘；
所述升降机构包括提升电机、联轴器、轴承座、丝杆、支撑板、滑块、滑块导杆、推杆气缸、定位块、支架板；
所述提升电机安装在操作台的台面下，所述提升电机通过联轴器与轴承座连接，其机轴穿出台面与丝杆连接，所述丝杆的顶部连接一个支撑板，所述支撑板上设置推杆气缸，所述推杆气缸前端设置定位块，所述定位块的位置与靠山工装的顶部齐平，所述支撑板通过支架板固定在台面上，所述支撑板底部还是设置一个滑块导杆，所述滑块导杆以及丝杆分别穿过滑块，所述滑块卡入四工位转盘中用于提升工件。
5.根据权利要求4所述的基于机器人上下料的电机端盖自动化数控加工中心，其特征在于：所述滑块为一个矩形状，所述滑块一端设置一个滑块凹槽，所述滑块上设置一个丝杠孔和一个滑块导杆孔，分别用于丝杆和滑块导杆的穿出。
6.根据权利要求4所述的基于机器人上下料的电机端盖自动化数控加工中心，其特征在于：所述四工位转盘为圆形状，均匀设置四个工位缺口，所述每个工位缺口相隔的圆弧上均对称设置一个销孔，所述工位缺口正对一个靠山工装，所述工位缺口中央设置一个工件托盘，所述每个工件托盘上设置一个工装导杆，用于工件的套入；所述工件缺口用于滑块的插入，所述滑块凹槽与工件托盘契合，所述滑块提升时托起工件托盘上的工件。
7.根据权利要求4所述的一种电机端盖加工的机械手上料装置，其特征在于：所述靠山工装为正对工件缺口的位置开设一个等腰直角三角形的靠山工装缺口，用于工件的插入。
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