CN107443147A - 用于精密数控车床的自动上下料系统 - Google Patents

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    • B23Q7/18—Orienting work on conveyors

Abstract

提供一种用于精密数控车床的自动上下料系统，在数控精密车床中的车床主轴夹头上方设有单轴机器人，所述单轴机器人一端位于数控精密车床内部且其另一端伸至数控精密车床的外部并位于数控精密车床外侧的振动送料模块上方，所述单轴机器人上设有上下料模块且上下料模块与车床主轴夹头和校正三爪的高度位置对应，通过CPU控制单元控制各部分协同工作后实现位于振动送料模块中待加铆钉的自动上料加工和加工完后铆钉的自动下料动作。本发明通过在精密数控车床上配套自动上下料系统，实现铆钉加工的智能化控制和自动化加工，大大降低了工人劳动强度，提高了铆钉的装夹精度和稳定性，提高了铆钉加工的生产效率和加工的可靠，使用价值高。

Description

用于精密数控车床的自动上下料系统
技术领域
本发明属于自动控制技术领域，具体涉及一种用于精密数控车床的自动上下料系统。
背景技术
在车削加工航空铆钉的大端面时，如图1所示，装夹部位为右端外圆，定位基准为与铆钉左侧锥面角度相同的D°锥面，传统的工艺是手工装夹，在普通数控车床上加工，此方法存在工人劳动强度大、加工质量不稳定、加工效率低等弊端，对于加工精度要求较高的航空铆钉来说，此种方法无法满足加工精度要求，且合格率低，加工成本高，针对上述问题，有必要进行改进。
发明内容
本发明解决的技术问题：提供一种用于精密数控车床的自动上下料系统，通过在精密数控车床上配套自动上下料系统，将设备改造为铆钉自动上下料加工的精密自动加工车床，实现铆钉加工的智能化控制和自动化加工，大大降低了工人劳动强度，提高了铆钉的装夹精度和稳定性，提高了铆钉加工的生产效率和加工的可靠，使用价值高。
本发明采用的技术方案：用于精密数控车床的自动上下料系统，具有数控精密车床，所述数控精密车床中的车床主轴夹头上方设有单轴机器人，所述单轴机器人一端位于数控精密车床内部且其另一端伸至数控精密车床的外部并位于数控精密车床外侧的振动送料模块上方，所述数控精密车床侧壁上设有与振动送料模块处于同一侧的校正三爪和导料槽且校正三爪位于导料槽上方置，所述单轴机器人上设有上下料模块且上下料模块与车床主轴夹头和校正三爪的高度位置对应，所述数控精密车床、单轴机器人、校正三爪、上下料模块和振动送料模块均与CPU控制单元连接，并通过CPU控制单元控制各部分协同工作后实现位于振动送料模块中待加铆钉的自动上料加工和加工完后铆钉的自动下料动作。
其中，所述振动送料模块中的电机、对射式传感器Ⅰ和对射式传感器Ⅱ、上下料模块中的上料机械手、下料机械手、真空发生器Ⅰ和真空发生器Ⅱ均与CPU控制单元连接，所述CPU控制单元的第一个输出端与单轴机器人中的伺服电机输入端连接，所述CPU控制单元的第二个输出端与电机的输入端连接，所述CPU控制单元的第三个输出端与上料机械手的输入端连接，所述CPU控制单元的第四个输出端与真空发生器Ⅰ的输入端连接，所述CPU控制单元的第五个输出端与下料机械手的输入端连接，所述CPU控制单元的第六个输出端与真空发生器Ⅱ的输入端连接，所述CPU控制单元的第七个输出端与校正三爪的输入端连接，所述CPU控制单元的第一个输入端与对射式传感器Ⅰ的输出端连接，所述CPU控制单元的第二个输入端与对射式传感器Ⅱ的输出端连接，所述CPU控制单元的第三个输入端与真空发生器Ⅰ的输出端连接，所述CPU控制单元的第四个输入端与真空发生器Ⅱ的输出端连接，所述单轴机器人的输出端与故障报警器的输入端连接。
进一步地，所述振动送料模块包括电机、对射式传感器Ⅰ和对射式传感器Ⅱ，所述电机的输出轴与转盘固定连接并通过电机驱动转盘转动使振动盘内的待加工铆钉振动后送至振动盘外侧的斜轨道内，所述斜轨道上下两端内部设有用于检测待加工铆钉供料状态的对射式传感器Ⅰ和对射式传感器Ⅱ。
进一步地，所述上下料模块包括上料机械手和下料机械手，所述上料机械手和下料机械手上均设有吸盘且上料机械手和下料机械手上的吸盘分别与对应的真空发生器Ⅰ和真空发生器Ⅱ连接，所述CPU控制单元与真空发生器Ⅰ和真空发生器Ⅱ连接，且CPU控制单元控制单轴机器人、真空发生器Ⅰ、真空发生器Ⅱ、上料机械手和下料机械手协同工作后实现上料机械手或下料机械手对铆钉吸取后的上料或下料动作。
本发明与现有技术相比的优点：
1、通过设置于斜轨道上下两端内部的对射式传感器Ⅰ和对射式传感器Ⅱ，对斜轨道内铆钉供料时满料和无料两种状态的检测，实现缺料时供料和满料时停止的供料模式；
2、设于数控精密车床侧壁上的校正三爪对铆钉进行校正后由上料机械手对铆钉进行二次校正吸取，从而纠正了铆钉上料前的位置偏差，保证上料机械手吸盘上的铆钉位置固定，姿态统一，顺利送入车床主轴夹头；
3、通过在精密数控车床上配套自动上下料系统，将设备改造成为铆钉自动上下料加工的精密自动加工车床，实现铆钉加工的智能化控制和自动化加工，大大降低了工人劳动强度，提高了铆钉的装夹精度和稳定性，提高了铆钉加工的生产效率和加工的可靠，使用价值高。
附图说明
图1为航天铆钉的结构示意图；
图2为本发明结构示意图；
图3为本发明控制原理框图。
具体实施方式
下面结合附图1-3描述本发明的一种实施例。
用于精密数控车床的自动上下料系统，具有数控精密车床1，所述数控精密车床1中的车床主轴夹头2上方设有单轴机器人3，所述单轴机器人3一端位于数控精密车床1内部且其另一端伸至数控精密车床1的外部并位于数控精密车床1外侧的振动送料模块4上方，所述数控精密车床1侧壁上设有与振动送料模块4处于同一侧的校正三爪5和导料槽6且校正三爪5位于导料槽6上方置，所述单轴机器人3上设有上下料模块7且上下料模块7与车床主轴夹头2和校正三爪5的高度位置对应，所述数控精密车床1、单轴机器人3、校正三爪5、上下料模块7和振动送料模块4均与CPU控制单元8连接，并通过CPU控制单元8控制各部分协同工作后实现位于振动送料模块4中待加铆钉的自动上料加工和加工完后铆钉的自动下料动作；具体的，所述振动送料模块4中的电机41、对射式传感器Ⅰ42和对射式传感器Ⅱ43、上下料模块7中的上料机械手71、下料机械手72、真空发生器Ⅰ73和真空发生器Ⅱ74均与CPU控制单元8连接，所述CPU控制单元8的第一个输出端与单轴机器人3中的伺服电机31输入端连接，所述CPU控制单元8的第二个输出端与电机41的输入端连接，所述CPU控制单元8的第三个输出端与上料机械手71的输入端连接，所述CPU控制单元8的第四个输出端与真空发生器Ⅰ73的输入端连接，所述CPU控制单元8的第五个输出端与下料机械手72的输入端连接，所述CPU控制单元8的第六个输出端与真空发生器Ⅱ74的输入端连接，所述CPU控制单元8的第七个输出端与校正三爪5的输入端连接，所述CPU控制单元8的第一个输入端与对射式传感器Ⅰ42的输出端连接，所述CPU控制单元8的第二个输入端与对射式传感器Ⅱ43的输出端连接，所述CPU控制单元8的第三个输入端与真空发生器Ⅰ73的输出端连接，所述CPU控制单元8的第四个输入端与真空发生器Ⅱ74的输出端连接，所述单轴机器人3的输出端与故障报警器9的输入端连接；具体的，所述振动送料模块4包括电机41、对射式传感器Ⅰ42和对射式传感器Ⅱ43，所述电机41的输出轴与转盘固定连接并通过电机41驱动转盘转动使振动盘44内的待加工铆钉振动后送至振动盘44外侧的斜轨道45内，所述斜轨道45上下两端内部设有用于检测待加工铆钉供料状态的对射式传感器Ⅰ42和对射式传感器Ⅱ43；具体的，所述上下料模块7包括上料机械手71和下料机械手72，所述上料机械手71和下料机械手72上均设有吸盘且上料机械手71和下料机械手72上的吸盘分别与对应的真空发生器Ⅰ73和真空发生器Ⅱ74连接，所述CPU控制单元8与真空发生器Ⅰ73和真空发生器Ⅱ74连接，且CPU控制单元8控制单轴机器人3、真空发生器Ⅰ73、真空发生器Ⅱ74、上料机械手71和下料机械手72协同工作后实现上料机械手71或下料机械手72对铆钉吸取后的上料或下料动作。
本结构自动上下料系统动作流程：
1、第一个铆钉加工由手工装夹完成；
2、铆钉的自动上下料系统由振动送料模块4进行供料，电机41上带有调速器，CPU控制单元8根据对射式传感器Ⅰ42和对射式传感器Ⅱ43检测到斜轨道45内铆钉的供料状态信息后，即满料或无料信息，CPU控制单元8控制电机43工作，电机43带动转盘旋转后产生振动，将待加工铆钉输送到斜轨道45中，当对射式传感器Ⅰ42检测到斜轨道45内满料时，斜轨道45中满料时，对射式传感器Ⅰ42将满料信息传递给CPU控制单元8，CPU控制单元8根据此信息控制电机43停止工作，振动送料模块4下部带安装支架，相对数控精密车床1独立安装，调整好工作位置后，与数控精密车床1主体连接紧固，保证工作位置可靠；
3、单轴机器人3带动上料机械手71在斜轨道45的出料口处吸取待加工铆钉；
单轴机器人3由一个伺服电机31带动丝杠旋转，将上料机械手71移动至斜轨道45出料口的吸取位置，上料机械手71的工作单元为一个吸盘，吸盘由真空发生器Ⅰ73产生真空提供吸力，真空发生器Ⅰ73自带检测，根据气压辨别吸盘的两个工作状态，即吸盘上有料或无料，吸盘的工作状态信息传递至CPU控制单元8，单轴机器人3工作行程上有五处工作节点，分别为：①上料机械手71在斜轨道45的出料口处吸料位置；②上料机械手71在校正气爪5处校正待加工铆钉的位置；③下料机械手72在车床主轴夹头2处的下料位置；④上料机械手71在车床主轴夹头2处的上料位置；⑤下料机械手72在导料槽6处的下料位置，这五个工作位置由单轴机器人3配套的控制单元设定，每个工作节点的动作运行前，均需根据真空发生器Ⅰ73和真空发生器Ⅱ74检测的信息，由CPU控制单元8传递送至单轴机器人3上的信息，检测吸盘的工作状态，即有料或无料，若吸盘工作状态正常，单轴机器人3按设定的位置正常运行，若吸盘工作状态异常，则单轴机器人3的控制单元控制故障报警器9发出报警信号，带故障排除后，方可进行下一动作；
4、上料机械手71将待加工铆钉送至校正三爪5处，校正三爪5进行校正后，上料机械手71二次吸取待加工铆钉；
校正三爪5与车床主轴夹头2的相对位置固定，为了防止振动送料模块4出料口处的待加工铆钉出料位置偏差，上料机械手71吸盘在校正三爪5处对待加工铆钉进行二次校正吸取，以纠正工件的位置偏差，保证上料机械手71吸盘上的待加工铆钉位置固定，姿态统一，顺利送入车床主轴夹头2处。
5、单轴机器人3带动下料机械手72移动至车床主轴夹头2处，下料机械手72吸盘吸取加工完的铆钉退出车床主轴夹头2；
下料机械手72与上料机械手71工作部完全相同，由一个吸盘，一个真空发生器Ⅱ74组成，真空发生器Ⅱ74自带检测，根据气压辨别吸盘的两个工作状态，即吸盘上有料或无料，真空发生器Ⅱ74将吸盘的工作状态信息传通过CPU控制单元8传送至单轴机器人3的控制单元。
6、单轴机器人3带动上料机械手71移动至车床主轴夹头2处，将待加工铆钉送入车床主轴夹头2内，车床主轴夹头2夹紧，上料机械手71的吸盘解除真空后退出，完成上料动作；
7、单轴机器人3带动下料机械手72，运行至数控精密车床1的导料槽6处，下料机械手72的吸盘解除真空，铆钉掉入导料槽6内，再通过导料槽6滑落至接料盘中；
上述过程中上下料模块7在自动上料和下料过程中，数控精密车床1同时进行铆钉加工，上料机械手71和上下料机械手72一个动作流程完成后，再从序号3处开始下一轮待加工铆钉的上料和加工后铆钉的下料。
自动上下料系统电气控制系统可兼容七种不同规格航空铆钉的自动上下料，当数控精密车床1加工不同规格的航空铆钉零件时，PLC控制单元8不做任何调整即可实现七种不同规格的铆钉加工前后的自动上下料。
上述自动上下料系统动作流程合理，自动上下料系统动作流程时间与数控精密车床1的加工时间相对应，而且符合车床安装，操作习惯，配套件采购容易，结构件制作简单，装配维护方便，稳定可靠，满足用户减轻工人劳动强度，提高加工效率，稳定加工质量的使用要求。
本技术方案通过设置于斜轨道45上下两端内部的对射式传感器Ⅰ42和对射式传感器Ⅱ43，对斜轨道45内铆钉供料时满料和无料两种状态的检测，实现缺料时供料和满料时停止的供料模式，设于数控精密车床1侧壁上的校正三爪5对铆钉进行校正后由上料机械手71对铆钉进行二次校正吸取，从而纠正了铆钉上料前的位置偏差，保证上料机械手71吸盘上的铆钉位置固定，姿态统一，顺利送入车床主轴夹头2，通过在精密数控车床1上配套自动上下料系统，将设备改造成为铆钉自动上下料加工的精密自动加工车床，实现铆钉加工的智能化控制和自动化加工，大大降低了工人劳动强度，提高了铆钉的装夹精度和稳定性，提高了铆钉加工的生产效率和加工的可靠，使用价值高。
上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (4)

1.用于精密数控车床的自动上下料系统，具有数控精密车床(1)，其特征在于：所述数控精密车床(1)中的车床主轴夹头(2)上方设有单轴机器人(3)，所述单轴机器人(3)一端位于数控精密车床(1)内部且其另一端伸至数控精密车床(1)的外部并位于数控精密车床(1)外侧的振动送料模块(4)上方，所述数控精密车床(1)侧壁上设有与振动送料模块(4)处于同一侧的校正三爪(5)和导料槽(6)且校正三爪(5)位于导料槽(6)上方置，所述单轴机器人(3)上设有上下料模块(7)且上下料模块(7)与车床主轴夹头(2)和校正三爪(5)的高度位置对应，所述数控精密车床(1)、单轴机器人(3)、校正三爪(5)、上下料模块(7)和振动送料模块(4)均与CPU控制单元(8)连接，并通过CPU控制单元(8)控制各部分协同工作后实现位于振动送料模块(4)中待加铆钉的自动上料加工和加工完后铆钉的自动下料动作。
2.根据权利要求1所述的用于精密数控车床的自动上下料系统，其特征在于：所述振动送料模块(4)中的电机(41)、对射式传感器Ⅰ(42)和对射式传感器Ⅱ(43)、上下料模块(7)中的上料机械手(71)、下料机械手(72)、真空发生器Ⅰ(73)和真空发生器Ⅱ(74)均与CPU控制单元(8)连接，所述CPU控制单元(8)的第一个输出端与单轴机器人(3)中的伺服电机(31)输入端连接，所述CPU控制单元(8)的第二个输出端与电机(41)的输入端连接，所述CPU控制单元(8)的第三个输出端与上料机械手(71)的输入端连接，所述CPU控制单元(8)的第四个输出端与真空发生器Ⅰ(73)的输入端连接，所述CPU控制单元(8)的第五个输出端与下料机械手(72)的输入端连接，所述CPU控制单元(8)的第六个输出端与真空发生器Ⅱ(74)的输入端连接，所述CPU控制单元(8)的第七个输出端与校正三爪(5)的输入端连接，所述CPU控制单元(8)的第一个输入端与对射式传感器Ⅰ(42)的输出端连接，所述CPU控制单元(8)的第二个输入端与对射式传感器Ⅱ(43)的输出端连接，所述CPU控制单元(8)的第三个输入端与真空发生器Ⅰ(73)的输出端连接，所述CPU控制单元(8)的第四个输入端与真空发生器Ⅱ(74)的输出端连接，所述单轴机器人(3)的输出端与故障报警器(9)的输入端连接。
3.根据权利要求1所述的用于精密数控车床的自动上下料系统，其特征在于：所述振动送料模块(4)包括电机(41)、对射式传感器Ⅰ(42)和对射式传感器Ⅱ(43)，所述电机(41)的输出轴与转盘固定连接并通过电机(41)驱动转盘转动使振动盘(44)内的待加工铆钉振动后送至振动盘(44)外侧的斜轨道(45)内，所述斜轨道(45)上下两端内部设有用于检测待加工铆钉供料状态的对射式传感器Ⅰ(42)和对射式传感器Ⅱ(43)。
4.根据权利要求所述的用于精密数控车床的自动上下料系统，其特征在于：所述上下料模块(7)包括上料机械手(71)、和下料机械手(72)，所述上料机械手(71)和下料机械手(72)上均设有吸盘且上料机械手(71)和下料机械手(72)上的吸盘分别与对应的真空发生器Ⅰ(73)和真空发生器Ⅱ(74)连接，所述CPU控制单元(8)与真空发生器Ⅰ(73)和真空发生器Ⅱ(74)连接，且CPU控制单元(8)控制单轴机器人(3)、真空发生器Ⅰ(73)、真空发生器Ⅱ(74)、上料机械手(71)和下料机械手(72)协同工作后实现上料机械手(71)或下料机械手(72)对铆钉吸取后的上料或下料动作。
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