CN1066409A - 自动化数控操作装置 - Google Patents

Abstract

一种单臂操作装置(5)，有一个拾取构件(15)，用 来使金属薄板(2)固定在上述拾取构件(15)的拾取面 上；构件(15)支承在托架(16)上，能绕两根垂直轴线 (A、B)转动，第一构件(31)上固定着拾取构件(15)， 能绕与拾取面垂直的第一轴线(A)转动，第二构件 (32)支承着第一构件(31)，能绕平行于拾取面的第二 轴线(B)转动；托架(16)借助于臂(24)可沿着三根直 角坐标轴(X、Y、Z)运动，而不改变第二轴线(B)的位 置。

Description

本发明涉及一种自动化数控操作装置，特别适用于操作要进行弯曲的各种尺寸的金属薄板。本发明尤其与作为金属薄板自动弯曲设备中一个组成部分的操作装置以及整个弯曲设备有关。

所有已知的操作装置的结构均不适应于操作尺寸差别很大的金属薄板。其理由是这种操作装置通常都有一根可伸长的转动臂，臂上固定装有许多拾取器的构架。通常，拾取器是磁性的（磁铁）或气动的（吸盘）。上面所说的那种类型的操作装置有很多缺点：加工规范受上述构架的限制;装置本身十分笨重;在操作不同尺寸的薄板时必须更换拾取构件。

本发明的目的就是提供一种成本低、结构简单而且紧凑的操作装置，它能高效率地操作不同尺寸的薄板，而且是采用机械式拾取构件的。

为此目的，根据本发明，提出了一种自动化数控操作装置，它具有通过拾取构件把金属板固定在拾取构件的拾取面上的方式与金属板配合工作的上述拾取构件;能有选择地使上述拾取构件移动到各个不同位置，具体说，就是移动到在弯曲机上自动弯曲金属板的位置上去的装置;这种操作装置的特征是它还有下述各种部件;支承上述拾取构件并能使之绕两根垂直轴线转动的托架;支承上述托架的相应的支承部件，用来使托架按照预定的方式在一参考座标系中沿三根直角座标轴运动;上述托架具有直接支承上述拾取构件并与之刚性地连接成一体的第一驱动构件，该第一驱动构件可绕上述两根垂直轴线中与上述拾取面垂直的第一轴线转动;而以可转动的方式支承着上述第一驱动构件的第二驱动构件则又安装在上述支承部件上，能绕上述两根垂直轴线中的与上述拾取面平行的第二轴线转动;上述支承部件用来移动上述第二轴线而不改变其相对于上述参考座标系的位置。

下面参照附图举例说明本发明的一个不作为限制保护范围用的实施例。

附图中，图1是根据本发明构思的操作装置的透视图和配备这种操作装置的金属板弯曲设备。

图2和图3分别为图1的操作装置中放大比例的、详细的局部剖视图和顶视图。

图4是图1中的操作装置和设备的侧视图。

图5、6、7、8和9是图1中操作装置的操作过程示意图。

图1至图4中的标号1表示一台弯曲金属板2的自动设备，它特别适合于，但非唯一适用于制造盒子3。设备1有一台任意类型的公知的弯曲机：一套由公知的电子设备6，例如微处理机控制的自动操作装置5;一个薄板2的贮料台7;以及一套用于成品盒子3的出料输送装置8。弯曲机4有面对面且互相平行的凸模9和凹模10，成对地用来沿着平行于弯曲机4的长轴的轴线C（图5）弯曲放置在上述凸模9与凹模10之间的薄板2（图6、图7），以下轴线C也称作“弯曲轴线”。相对于操作装置5来说，在轴线C的后面，弯曲机4还有一个与操作装置5相对、属于公知类型的、数控的可移动的后定位装置11，定位装置由电子设备6或类似的设备控制，并和弯曲机4组装成一体，用来操作并确定薄板2的位置。根据本发明，后定位装置至少有一对任何一种公知的线性传感器12（电位计、光学标尺等），它具有相当长的量程（以厘米计），用来与操作装置5所操作的薄板2配合，测定上述薄板2与弯曲轴线C的相对位置，然后通过导线13把控制信号输入电子设备6，使电子设备6能借助于恰当地操纵操作装置5来修正薄板2的位置。再者，按照本发明，上述操作装置5直接安装在弯曲机4上组成一个整体，具体的说，是安装在与轴线C平行的弯曲机机身构件14上，以便操作装置5能利用弯曲机4的重量的具有足够的结构刚度。随弯曲机4种类的不同（凸模可动或凹模可动），构件14可以做成弯曲机4的床身的一部分，在这种情况下，凸模9运动，而操作装置5相对地固定不动;构件14也可以做成支承凹模10的可动构件的一部分，在这种情况下，在弯曲机4的工作过程中，操作装置5与构件14和凹模10一起朝固定的凸模9上升。

操作装置5是一种单臂装置，它有一个任意种类的拾取构件15，用来与单张的薄板2配合工作，把薄板固定在上述拾取构件15的拾取面上，并迫使上述薄板2和上述拾取构件15刚性地结合成一体移动，并且基本上保持共同的平面;它还有一个托架16，支承着上述拾取构件15并与之组成一体，使拾取构件15能绕两根垂直的轴线A和B转动（图1、2和3）;它还有托架16的支承部件，用来使托架沿着三根直角座标轴相对于一参考座标系运动，该座标系的座标存入电子设备6中，而且该座标系相对于轴线C是固定的。具体的说，就是使托架沿着与轴线C平行并位于距轴线C规定距离处的X轴运动，以及如图中所举例表示的，在垂直于X轴的平面上沿极座标系Y、Z的方向运动。

上述支承托架16的部件有：直线状的、最好是U形断面的底板18，它与构件14连成一体，其长轴线与上述X轴线平行且重合;一个公知的用动力驱动的滑动架19，例如由一个第一步进电动机驱动，电动机上有编码器或其它位置传感器，滑动架可沿着底板18在X轴线方向上移动;一根支承在用动力驱动的第二滑动架22上的立柱21。第二滑动架靠在垂直于上述X轴线的平面上，在与滑动架19的运动方向垂直的弧形轨道Y上，沿扇形齿轮23在上述滑动架19上运动;以及一条垂直固定在立柱21顶端的直臂24，直臂底板18及滑动架19的运动方向X轴线垂直。滑动架22可由具有相应的编码器的步进电动机25驱动;而由另一个也具有相应的编码器的步进电动机26驱动的立柱21则顺其长轴线，在滑动架22上，在垂直于Y方向并与Y方向处在同一个平面的Z方向运动，因而也就是在垂直于X轴线和滑动架19运动的方向运动。

臂24上另有两个用于托架16的电动机和位置传感器27，28，还有支承上述托架16的前叉架30。根据本发明，托架16有第一构件31和第二构件32。第一构件直接支承拾取构件15并与之刚性地连成一体;第二构件32直接支承第一构件31，但不和拾取构件15连接，而是支承在前叉架30上，在第二构件32内部容纳着托架16的其余零件。第一构件31以公知的方式（图中未示出）由电动机27驱动，安装在第二构件32上，能绕轴线A转动，而第二构件32则以公知的方式（图中未示出）由电动机28驱动，装在前叉架30上，以便能绕轴线B转动。根据本发明，第一构件31与第二构件32是十字形地一件安装在另一件的里面，它们的旋转轴线A和B互相交叉;构件31和32绕之旋转的上述轴线A和B的方向分别布置成与上述薄板2的拾取面垂直和平行。换句话说，托架16的结构是这样的，即轴线A与拾取构件15的平面及由拾取构件所抓住的薄板2垂直，而轴线B与上述薄板2平行，而且大体上与之共面。第二构件32的旋转轴线B的方向也和X轴线平行，并且严格地与凸模9平行，因而，也就是和轴线C平行。借助于上述这些支承着托架的构件的这种结构，也可以看出，不管操作装置5如何动作，即不管滑动架19和22以及立柱21是单独还是一起向任何方向动作，轴线B总是和托架16一起运动，不改变它与贮存在电子设备6的参考座标系中的位置，并且相对于轴线C的位置也固定。这就是说，轴线B始终与安装有操作装置5的弯曲机4的弯曲轴线C平行。

根据本发明，拾取构件15由一个机械式夹钳和一个公知型的线性操作机构35组成。机械式夹钳有一对平行的、对置的夹爪33和34，其水平断面呈T形。线性操作机构最好是液压或气动的：用来使夹爪33和34在垂直于它们各自的平面和沿着本身的对称轴线运动。线性操作机构35的轴线方向布置成与旋转轴线A重合，而且，为了减小尺寸，最好用一对串联的、用压缩空气驱动的汽缸组成。夹爪33与构件31组装成一体，构件31是一个装在构件32内的圆筒形套筒，所以能在轴承36上绕轴线A转动。另一方面，夹爪34和杆37组装成一体装在操作机构35上，这根杆37又装在套筒31内，轴线与之重合且可在套筒31内空转。为了防止不希望有的转动，夹爪33和34在与拾取棱边40相对的一端用一对联结杆42铰结在一起，两根联结杆42互相铰接并与上述夹爪33和34铰结。其次，构件32借助于装在相应的轴承45上，能自由转动的销轴44铰接在臂24上，其铰接轴线与轴线B同轴。臂24大致上是平行六面体，并对称于和轴线A、B相交于同一点的轴线D（图3），这样就能使构件31，以及和构件31成为一体的拾取构件15，转动一个角度，此角度对称于与弯曲轴线C垂直的平面，具体说，就是对称于轴线D。根据本发明，为了能不受阻碍地、有效地操作薄板2，构件32必须至少能绕轴线B转动235°角;同时，构件31能绕轴线A转动的角度必须超过180°。这一点是由于把臂24在靠近前叉架30处做成斜坡来达到的，而前叉架30在垂直于轴线B的平面上的形状有两个相对的凹形30a（图2），以容纳绕轴线B转动的两个极限位置上的拾取构件15。这两个极限位置在图2中用点划线表示。另外，立柱21做得比臂24窄些;而整个操作装置5，至少在一侧，要做得比臂24在垂直于轴线D的方向测得的宽度小。相反，对称的T形夹爪33和34的尺寸都要做成这样，即当在垂直于轴线A的平面上从水平方向看时（图3），有拾取棱边40的最宽的端部离开旋转轴线A的距离“m”，要大于臂24在垂直于轴线D的方向测量的宽度的一半，这样，当拾取构件15转到垂直于轴线D的位置时，上述最宽的端部在侧面凸出于臂24，从而防止了与臂互相干涉，无论拾取构件上是否装有工件。这样，在拾取构件15处在垂直于轴线D的位置时（在绕轴线A转90°之后），绕轴线B转动拾取构件15，就可以使薄板2无阻碍地转过180°。

根据需要，操作装置5还可以有至少一个和拾取构件15相同的辅助拾取构件50，此构件50在规定的位置上与底板18的端部51连接成一体，用来夹住和支承夹持在拾取构件15上的薄板2。紧靠在上述辅助拾取构件50，装有一固定的侧向定位装置53，上面至少有一个和传感器12同样的线性传感器54。传感器54也通过 一条线路55与电子设备6相连，以便向上述电子设备6输入控制信号来调整操作装置5的位置。工作时，操作装置5每次从贮料台7取出一张薄板2，把它夹在拾取构件15上并按需要运到沿轴线C的许多不同的加工位置上。具体说，当要拾取构件15夹住矩形薄板2的一条长边时，为了防止过渡的挠曲，首先弯曲拾取构件15上薄板2的短边，如图6和图8所示。使拾取构件绕轴线A转动，于是薄板2就转到垂直于其平面的位置，这样就可以把和被拾取构件15夹住一边相对的长边放入凸模9和凹模10之间。当上述长边被夹住在凸模9和凹模10之间时（图7和图9），拾取构件15就可以松开并再次转动，以便夹住部分弯曲了的薄板2的一条短边，这样就让出最后一条边来以备弯曲。如果由于薄板2的尺寸小而不能这样做时，在拾取构件15要换位时，操作位置5可以利用辅助拾取构件夹住薄板2以保证操作的自动化。在拾取构件15换位时，定位精度是这样来保持的：操作装置5把重新由拾取构件15夹住的薄板2靠在侧向定位装置53和传感器54上，随后，再靠在后定位装置11和传感器12上，这些传感器通过电子设备6提供控制信号，使薄板2正确地重新定位，例如，使拾取构件15绕轴线A转动，以及移动滑动架和立柱21。另外，在每一次弯曲作业时，拾取构件15保证支持住薄板2，并且，在薄板每次因凸模9和凹模10的作用而发生歪斜运动时，拾取构件靠松开薄板并且绕平行于弯曲轴线C的轴线B转动来跟踪这一运动。借助于将拾取构件15绕轴线A转到平面图图5所示的任一极限位置，然后再绕轴线B转动，就可以把薄板2翻转180°，这已经说明过了。

由上所述，本发明的优点可以看得很清楚。首先而且最主要的是，由于操作装置5的位移是数控的，并且采用了传感器12和54。本发明保证了薄板2有很高的定位精度。第二，由于把操作装置5支承在弯曲机的一部分上，所以它比已公知的那些操作装置轻而且便宜。第三，它保证少占车间面积并且整个弯曲设备便于运输和安装。最后，因为有了后定位装置11，这样一套设备中的弯曲机也可以用普通的方式进行手动操作，只要把滑动架19移动到底板18的一端，把弯曲机的前方空出来就可以了。

Claims (9)

1、一种自动化数控操作装置(5)，它具有通过拾取构件使金属薄板固定在拾取构件的拾取面上的方式与金属薄板相结合的上述拾取构件；能有选择地使上述拾取构件移动到各个不同位置，具体说，就是移动到在弯曲机上自动弯曲金属薄板的位置上去的装置；这种操作装置的特征是它还有下述各种部件：支承上述拾取构件(15)并能使之绕两根垂直轴线(A、B)转动的托架(16)；支承上述托架的支承部件(18、19、21、24)，可用来使托架按照予定的方式在一参考座标系中沿三根直角座标轴运动：上述托架(16)具有直接支承上述拾取构件(15)并与之刚性地连接成一体的第一驱动构件(31)，该第一驱动构件(31)安装成可绕上述两根垂直轴线中的与上述拾取平面垂直的第一轴线(A)转动；而以可转动的方式支承着上述第一驱动构件(31)的第二驱动构件(32)则又安装在上述支承部件(18、19、21、24)上，以便能绕上述两根垂直轴线中的与上述拾取面平行的第二轴线(B)转动；上述支承部件(18、19、21、24)用来移动上述第二轴线(B)而不改变其相对于上述参考座标系的位置。

2、一种如权利要求1所述的装置，其特征在于上述托架（16）上的第一构件和第二构件（31、32）是垂直交叉地一件安装在另一件的里面，它们的第一旋转轴线（A）和第二旋转轴线（B）互相交叉。

3、一种如权利要求1或2所述的装置，其特征在于上述拾取构件（15）由一个机械式夹钳和一个线性操作机构（35）组成，机械夹钳有一对平行的、对置的夹爪（33、34），线性操作机构（35）用来使上述夹爪（33、34）沿着本身的对称轴线运动，并且它的轴线布置成与上述第一旋转轴线（A）重合。

4、一种如权利要求3所述的装置，其特征在于上述的一个夹爪（33）与上述第一构件（31）组装成一体，构件（31）是一个装在上述第二构件（32）内的圆筒形套筒，可绕上述第一轴线（A）转动，而上述的另一个夹爪（34）则和杆（37）组装成一体，装在上述线性操作机构（35）上，这根杆（37）装在上述套筒（31）内，轴线与之重合且可在里面空转;上述夹爪（33、34）在与其相应的拾取棱边（40）相对的一端用一对铰接在一起的联结杆（42）铰接在一起。

5、一种如权利要求4所述的装置，其特征在于上述支承托架（16）的支承部件具有：一条直线状的底板（18）;一个用动力驱动的滑动架（19）可在上述底板上沿第一直线方向（X）运动;一根支承在用动力驱动的第二滑动架（22）上的立柱（21），第二滑动架（22）在上述第一滑动架（19）上沿垂直于上述第一方向（X）的第二方向（Y）运动，而立柱（21）则可在同时垂直于上述第一和第二两个方向（X、Y）的第三方向（Z）上，沿它本身的长轴线在上述第二滑动架（22）上运动，一条垂直固定在上述立柱（21）顶端的直臂（24），它垂直于上述第一方向（X），并在它的前叉架（30）上支承着上述第二构件（32），第二构件（32）安装成可绕与上述第一方向（X）平行的上述第二旋转轴线（B）转动。

6、一种如权利要求5所述的装置，其特征在于上述立柱（21）要比它所支承的上述臂（24）窄;上述整个操作装置（5），至少在一侧，要做得比上述臂（24）在垂直于臂的长轴线（D）的方向所测得的宽度小;上述拾取物件（15）上的上述夹爪（33、34）呈T型并且是对称的，而且，带有拾取棱边（40）的最宽的端部离开上述第一轴线（A）的规定距离（m）要大于臂（24）在垂直臂的长轴线方向所测得的宽度的一半，这样，当上述拾取构件（15）转到垂直于上述臂（24）的长轴线的位置时，上述最宽的端部在侧面凸出于上述臂（24），从而防止了夹爪与臂（24）的相互干扰。

7、一种如权利要求5所述的装置，其特征在于该装置还有至少一个装在规定位置上的，与上述底板（18）连接成一体的辅助拾取构件（50），用来在上述拾取构件（15）移动过程的至少一部分时间里夹住和支承夹持在上述拾取构件（15）上的薄板（2）。

8、一种如权利要求5、所述的装置，其特征在于上述第二构件（32）可在上述臂（24）上的前叉架（30）内转动，能转动的最小角度为235°;上述臂（24）在靠近上述前叉架（30）的部位做成斜坡，前叉架在垂直于上述第二旋转轴线（B）的平面上有两个相对的凹形（30a），用来容纳绕第二轴线（B）转动到极限位置时的拾取构件（15）;上述第一构件31与上述拾取构件（15）组成一体，可在上述第二构件内转动，可转动的角度超过180°，并且对称于上述臂（24）的长轴线（D）。

9、一种如权利要求8所述的装置，其特征在于该装置至少还有一个位于上述辅助拾取构件（50）附近的、固定的侧向定位装置（53），而且至少还有一个线性传感器（54），用来与上述薄板（2）配合工作，以便测定薄板（2）的位置;上述线性传感器（54）可以与用来控制上述操作装置（5）的动作的电子设备（6）连接。

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