CN107838806A - 智能打磨机床 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种机械加工设备，特别涉及一种智能打磨机床。包括底座、立柱、组合动力头、工件自转装置、工件交换装置、柔性夹紧装置、滑台及刀库，其中立柱设置于底座的后部，立柱上安装组合动力头，立柱在底座上可前后移动，实现Z轴运动；组合动力头在立柱上可上下移动，实现Y轴运动；底座的前部设置滑台，滑台上安装工件自转装置、工件交换装置、柔性夹紧装置及刀库，滑台在底座上可左右移动，实现X轴运动。本发明具有智能化系统，对工件外形尺寸、摆放位置和人机安全等方面可以自动进行检测并补偿，形成了智能化的自动加工模式。

Description

智能打磨机床
技术领域
本发明涉及一种机械加工设备，特别涉及一种智能打磨机床。
背景技术
目前，智能打磨中心是采用多刀具的布置形式，不同轴向的刀具布置可以对工件上的规则部位进行加工。对具有空间偏角的部位难以打磨到位，同时由于刀具的位置固定不变，当用某一刀具打磨时，很多情况下由于夹具和另一刀具的干涉而不能发挥全部作用造成刀具浪费。要对异形部位的打磨就需要更换加工设备，所以在调试、待机等方面浪费时间较长。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种智能打磨机床，以解决对异形部位的打磨需要更换加工设备，在调试、待机等方面浪费时间较长的问题。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种智能打磨机床，包括底座、立柱、组合动力头、工件自转装置、工件交换装置、柔性夹紧装置及滑台，其中立柱设置于底座的后部，所述立柱上安装组合动力头，所述立柱在底座上可前后移动，实现Z轴运动；组合动力头在立柱上可上下移动，实现Y轴运动；所述底座的前部设置滑台，所述滑台上安装工件自转装置、工件交换装置及柔性夹紧装置，所述滑台在底座上可左右移动，实现X轴运动。
所述组合动力头包括第一伺服电机、主滑板、数控转台、连接座、双输出主轴、辅助主轴、立柱辅导轨、第二伺服电机及辅滑板，其中立柱的两侧分别设有可沿Y轴方向滑动的主滑板和辅滑板，所述双输出主轴安装在连接座上，所述连接座安装在数控转台上，所述数控转台安装在主滑板上并由第一伺服电机驱动；所述辅滑板一端固定在主滑板上，另一端与立柱辅导轨滑动连接，所述辅助主轴通过可沿前后方向伸缩的伸缩机构安装在辅滑板上。
所述伸缩机构包括侧滑台、第二伺服电机、过渡板及滚珠丝杠机构，其中侧滑台可沿安装在辅滑板上、且通过第二伺服电机和滚珠丝杠机构的驱动可前后方向滑动，所述辅助主轴通过过渡板安装在侧滑台上。
所述工件交换装置包括交换臂、回转轴、轴套、齿轮、齿条、移动导轨板及导轨，其中交换臂固定在回转轴上，回转轴由轴套做导向，回转轴在底部与齿轮固联在一起，齿轮与齿条啮合，齿条可滑动地安装在导轨上，并且由第一伺服机构驱动。
所述回转轴的内部可转动地装有芯轴，芯轴的底部通过销轴与轴承铰接，轴承在移动导轨板的导向槽内，所述移动导轨板的上表面为曲面结构，所述移动导轨板安装在两个导轨滑块上，并且由第二伺服机构驱动。
所述柔性夹紧装置包括顶尖组件、压紧连杆、过渡连杆、碟簧组、法兰、空心导杆、套筒及支架，其中套筒安装在支架上，空心导杆与套筒的内壁滑动配合、且下端与直线驱动机构连接，顶尖组件固定在压紧连杆的前端，压紧连杆的中部与过渡连杆铰接，过渡连杆与支架铰接，压紧连杆的尾部与耳轴铰接，耳轴的芯轴穿过法兰的通孔，在法兰与耳轴之间安装碟簧组，法兰固联在空心导杆上。
所述直线驱动机构包括滚珠丝杠、前轴承组件、联轴节顶紧伺服电机，所述空心导杆固定在滚珠丝杠的螺母上，滚珠丝杠由前轴承组件支承，并且通过联轴节与顶紧伺服电机相连，前轴承组件与支架连接。
所述滑台上还设有刀库，所述刀库包括刀库门、开合气缸、刀具夹爪、刀具级刀具支架，其中刀库支架安装在所述滑台上，刀库支架的上部安装多个刀具夹爪,刀具夹爪用于安装刀具，刀库支架顶部安装刀库门，刀库门的开合通过开合气缸驱动。
所述的智能打磨机床，还包括激光检测装置，所述激光检测装置用于对待加工工件进行光学检测。
所述工件交换装置的外侧设有安全光栅。
本发明的优点及有益效果是：
本发明在空间上，结构更紧凑占地面积更小；配置上更灵活，自动换刀机床与固定刀具机床灵活转换；加工方面，采用多刀具布置的方式与自动换刀相结合的方式，配合夹紧力可调，夹紧臂回退位置可调的柔性夹紧装置，可打磨部位更灵活，打磨工件种类更多；而且此设备具有智能化系统，对工件外形尺寸、摆放位置和人机安全等方面可以自动进行检测并补偿，形成了智能化的自动加工模式。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的左视图；
图3为图1的俯视图；
图4为本发明中组合动力头的结构示意图；
图5为本发明中图4的俯视图；
图6为本发明中工件交换装置的结构示意图；
图7为图6的侧视图；
图8为本发明中柔性夹紧装置的结构示意图；
图9为本发明中柔性夹装置的工作状态图；
图10为本发明中刀库的结构示意图；
图11为图10的侧视图；
图12为本发明自动换刀的结构示意图。
图中：1为底座，2为立柱，3为组合动力头，301为第一伺服电机，302为主滑板，303为数控转台，304为连接座，305为双输出主轴，306为辅助主轴，307为侧滑台，308为立柱辅导轨，309为第二伺服电机，310为过渡板，311为辅滑板，4为工件自转装置，5为工件交换装置，500为交换臂，501为回转轴，502为轴套，503为齿轮，504为胀套，505为芯轴，506为深沟球轴承，507为推力轴承，508为压盖，509为销轴，510为齿条，512为移动导轨板，513为导轨滑块，514为导轨，515为第一伺服机构，516为第二伺服机构，6为柔性夹紧装置，600为顶尖组件，601为压紧连杆，602为过渡连杆，603为耳轴，604为碟簧组，605为法兰，606为空心导杆，607为套筒，608为滚珠丝杠，609为前轴承组件，610为联轴节，611为顶紧伺服电机，612为支架，7为滑台，8为刀库，801为刀库门，802为开合气缸，803为刀具夹爪，804为刀具，805为刀具支架，9为激光检测装置，10为安全光栅，11为工件。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1-3所示，本发明提供的一种智能打磨机床，包括底座1、立柱2、组合动力头3、工件自转装置4、工件交换装置5、柔性夹紧装置6、滑台7及刀库8，其中底座1采用倒“T”型结构，立柱2设置于底座1的后部，立柱2上安装组合动力头3，立柱2在底座1上可前后移动，实现Z轴运动；组合动力头3在立柱2上可上下移动，实现Y轴运动；底座1的前部设置滑台7，滑台7上安装工件自转装置4、工件交换装置5、柔性夹紧装置6及刀库8，滑台7在底座1上可左右移动，实现X轴运动。
本发明打破市面上机床XYZ三坐标结构与动力头放置在一侧的结构，采用新式布局即将长行程的X向移出至工件侧，而将短行程的Z向和Y向放置在动力头侧，X轴、Y轴、Z轴均由伺服电机和滚珠丝杠驱动。上述三向复合，实现刀具对工件的X、Y、Z相对运动。本布局的优势是a.移出X轴使动力头侧的三向运动变成两向运动，整机高度降低；b.立柱2只做短行程的Y轴运动相比于既做短行程的Y轴运动又做长行程的X轴运动稳定性更好；空出两侧空间，分别用于放置电柜和气动柜，结构更紧凑。c.工件侧的工件自转装置4和柔性夹紧装置6及工件的总质量相比于刀具侧的立柱2和高柔性组合动力头3及刀具的总质量要小得多。所以X轴的伺服电机及驱动模块减小，机床耗能更小。
如图4-5所示，组合动力头3由两部分构成，一部分是双输出主轴部分，另一部分是辅助主轴部分。组合动力头3包括第一伺服电机301、主滑板302、数控转台303、连接座304、双输出主轴305、辅助主轴306、立柱辅导轨308、第二伺服电机309及辅滑板311，其中立柱2的两侧分别设有可沿Y轴方向滑动的主滑板302和辅滑板311，双输出主轴305安装在连接座304上，连接座304安装在数控转台303上，数控转台303安装在主滑板302上并由第一伺服电机301驱动；辅滑板311一端固定在主滑板302上，另一端与立柱辅导轨308滑动连接，辅助主轴306通过可沿前后方向伸缩的伸缩机构安装在辅滑板311上。
所述伸缩机构包括侧滑台307、第二伺服电机309、过渡板310及滚珠丝杠机构，其中侧滑台307可沿安装在辅滑板311上、且通过第二伺服电机309和滚珠丝杠机构的驱动可前后方向滑动，辅助主轴306通过过渡板310安装在侧滑台307上。
双输出主轴305可同时安装两把刀具，并可180°回转及任意角度定位实现C轴运动。刀具可任意角度偏转解决固定位置刀具对具有空间角的工件打磨不到位的问题。辅助主轴306安装一把刀具，可前后移动及在任意位置停止，实现W轴运动。可移动刀具解决固定位置刀具不能避让夹具，造成双输出主轴不能任意进刀的问题。
如图6-7所示，工件交换装置5包括交换臂500、回转轴501、轴套502、齿轮503、齿条510、移动导轨板512及导轨514，其中交换臂500固定在回转轴501上，回转轴501由轴套502做导向，回转轴501在底部与齿轮503固联在一起，齿轮503与齿条510啮合，齿条510可滑动地安装在导轨514上，并且由第一伺服机构[515]驱动。
回转轴501的内部可转动地装有芯轴505，芯轴505的底部通过销轴509与轴承511铰接，轴承511在移动导轨板512的导向槽内，移动导轨板512的上表面为曲面结构，移动导轨板512安装在两个导轨滑块513上，并且由第二伺服机构516驱动。
工件交换装置5具有抬起和180°回转交换两种功能。交换臂500两端分别放置工件A和工件B，齿条510按图示方向移动则带动交换臂500旋转，实现工件A和工件B的交换。在回转轴501内部装有芯轴505，芯轴505顶部通过深沟球轴承506和压盖与回转轴501相连，中间通过台肩及两个推力轴承及压盖507紧固，底部通过深沟球轴承和压盖508与回转轴501相连，最底部通过销轴509与轴承511铰接。当移动导轨板512按图示方向移动带动整个装置上升至指定行程。整个装置通过系统控制，完成抬起-回转-落下的动作，实现工件A和工件B的交换。解决市场上单独依靠凸轮机构实现该动作的托盘交换器的不能任意在任意位置停止及成本高体积的的问题。
如图8所示，柔性夹紧装置6包括顶尖组件600、压紧连杆601、过渡连杆602、碟簧组604、法兰605、空心导杆606、套筒607及支架612，其中套筒607安装在支架612上，空心导杆606与套筒607的内壁滑动配合、且下端与直线驱动机构连接，顶尖组件600固定在压紧连杆601的前端，压紧连杆601的中部与过渡连杆602铰接，过渡连杆602与支架612铰接，压紧连杆601的尾部与耳轴603铰接，耳轴603的芯轴穿过法兰605的通孔，在法兰605与耳轴603之间安装安装一定数量碟簧组604，法兰605固联在空心导杆606上，芯轴末端适当位置用双螺母紧固，保证碟簧组604可自有压缩。
所述直线驱动机构包括滚珠丝杠608、前轴承组件609、联轴节610顶紧伺服电机611，空心导杆606固定在滚珠丝杠608的螺母上，滚珠丝杠608由前轴承组件609支承，并且通过联轴节610与顶紧伺服电机611相连，前轴承组件609与支架612连接。
顶紧伺服电机611驱动空心导杆606至夹紧位置压缩碟簧组604，产生推力，该力通过压紧连杆601与过渡连杆602的杠杆作用传递至顶尖组件600，压紧工件。当需要松开工件时，顶紧伺服电机611驱动空心导杆606回退至松开位置，此时空心导杆606向下移动，带动压紧连杆601和过渡连杆602同时做顺时针转动，顶尖组件600可回退至最后位置，如图9所示。根据加工需要，也可只抬起让刀高度，减少节拍。本结构相比气动夹紧具有夹紧力可调，夹紧臂可回退至任意位置的特点。解决气动或液压夹紧只有一个回退位置，行程大节拍长的问题，并可在加工过程中根据需要，抬起至任意高度，实现对顶面的加工。
如图10-11所示，刀库8包括刀库门801、开合气缸802、刀具夹爪803、刀具804级刀具支架805，其中刀库支架805安装在滑台7上，刀库支架805的上部安装多个刀具夹爪803,刀具夹爪803用于安装刀具804，刀库支架805顶部安装刀库门801，刀库门801的开合通过开合气缸802驱动。
如图12所示，当工件较复杂，组合动力头3上的辅助主轴306需要更换不同刀具时，辅助主轴306按移动至到刀库8处，先把辅助主轴306上原有刀具放置在刀库装置8的空刀位上，再移动至下一刀位取出所需刀具。该刀库装置具有结构紧凑，布局灵活，占用空间小的优点，解决成型刀库应用在打磨机床上刀位多占用空间大的问题。
本发明可在自动换刀机床与固定刀具机床之间灵活转换。本机床辅助主轴可根据需要安装自动换刀电主轴还是手动换刀电主轴。辅助主轴306安装在侧滑台307上的过渡板310上。当需要更换为自动换刀电主轴时，只需更换过渡板310，并把自动换刀电主轴安装在过渡板310上。同时把紧凑型刀库8通过螺钉安装在滑台7上即可实现辅助主轴的自动换刀功能。使用手动换刀电主轴方案时需要拆除刀库8。
所述智能打磨机床，还包括激光检测装置9和安全光栅10，激光检测装置9用于对待加工工件进行光学检测。工件交换装置5的外侧设有安全光栅10。
本发明的工作原理是：
工件交换装置5上装有交换臂500,交换臂500两端各放置一副夹具并在夹具上分别放置工件A和工件B。当位于机床内部的工件加工完成时，位于柔性夹紧装置6上的顶尖组件600抬起至预定高度。工件交换装置5抬起，使包括托盘，夹具和工件在内的工件系统与工件自转装置4脱开。伺服电机驱动滑台7带动安装在滑台7上的工件自转装置4、柔性夹紧装置6、刀库8由交换位置移动至安全位置。工件交换装置5旋转180°，将外部工件旋转至机床内部，同时将已加工好的工件旋转至机床外部。工件交换装置5落下，使工件系统与工件自转装置4接合，夹紧装置6上的顶尖组件600落下夹紧工件。激光检测装置9对待加工工件进行光学检测，检测结束后进行计算，并将计算结果发送主控系统，由数控系统进行工件位置、尺寸偏差的补偿调整。当工件较复杂，组合动力头3上的辅助主轴306需要更换不同刀具时，辅助主轴306按数控程序到刀库8换刀。
加工过程中，安全光栅10检测到安全区域有任何物体或人时，加工继续进行但加工后工件交换装置5不旋转。只有当安全光栅10检测到安全区域无任何物体或人时，工件交换装置5才旋转并进入循环加工。工件交换装置5旋转180°的工件交换过程中，任何物体或人进入安全光栅10的安全区域内时，旋转动作将立即停止，避免交换中的回转臂及工件对人造成伤害。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种智能打磨机床，其特征在于，包括底座(1)、立柱(2)、组合动力头(3)、工件自转装置(4)、工件交换装置(5)、柔性夹紧装置(6)及滑台(7)，其中立柱(2)设置于底座(1)的后部，所述立柱(2)上安装组合动力头(3)，所述立柱(2)在底座(1)上可前后移动，实现Z轴运动；组合动力头(3)在立柱(2)上可上下移动，实现Y轴运动；所述底座(1)的前部设置滑台(7)，所述滑台(7)上安装工件自转装置(4)、工件交换装置(5)及柔性夹紧装置(6)，所述滑台(7)在底座(1)上可左右移动，实现X轴运动。
2.根据权利要求1所述的智能打磨机床，其特征在于，所述组合动力头(3)包括第一伺服电机(301)、主滑板(302)、数控转台(303)、连接座(304)、双输出主轴(305)、辅助主轴(306)、立柱辅导轨(308)、第二伺服电机(309)及辅滑板(311)，其中立柱(2)的两侧分别设有可沿Y轴方向滑动的主滑板(302)和辅滑板(311)，所述双输出主轴(305)安装在连接座(304)上，所述连接座(304)安装在数控转台(303)上，所述数控转台(303)安装在主滑板(302)上并由第一伺服电机(301)驱动；所述辅滑板(311)一端固定在主滑板(302)上，另一端与立柱辅导轨(308)滑动连接，所述辅助主轴(306)通过可沿前后方向伸缩的伸缩机构安装在辅滑板(311)上。
3.根据权利要求2所述的智能打磨机床，其特征在于，所述伸缩机构包括侧滑台(307)、第二伺服电机(309)、过渡板(310)及滚珠丝杠机构，其中侧滑台(307)可沿安装在辅滑板(311)上、且通过第二伺服电机(309)和滚珠丝杠机构的驱动可前后方向滑动，所述辅助主轴(306)通过过渡板(310)安装在侧滑台(307)上。
4.根据权利要求1所述的智能打磨机床，其特征在于，所述工件交换装置(5)包括交换臂(500)、回转轴(501)、轴套(502)、齿轮(503)、齿条(510)、移动导轨板(512)及导轨(514)，其中交换臂(500)固定在回转轴(501)上，回转轴(501)由轴套(502)做导向，回转轴(501)在底部与齿轮(503)固联在一起，齿轮(503)与齿条(510)啮合，齿条(510)可滑动地安装在导轨(514)上，并且由第一伺服机构(515)驱动。
5.根据权利要求4所述的智能打磨机床，其特征在于，所述回转轴(501)的内部可转动地装有芯轴(505)，芯轴(505)的底部通过销轴(509)与轴承(511)铰接，轴承(511)在移动导轨板(512)的导向槽内，所述移动导轨板(512)的上表面为曲面结构，所述移动导轨板(512)安装在两个导轨滑块(513)上，并且由第二伺服机构(516)驱动。
6.根据权利要求1所述的智能打磨机床，其特征在于，所述柔性夹紧装置(6)包括顶尖组件(600)、压紧连杆(601)、过渡连杆(602)、碟簧组(604)、法兰(605)、空心导杆(606)、套筒(607)及支架(612)，其中套筒(607)安装在支架(612)上，空心导杆(606)与套筒(607)的内壁滑动配合、且下端与直线驱动机构连接，顶尖组件(600)固定在压紧连杆(601)的前端，压紧连杆(601)的中部与过渡连杆(602)铰接，过渡连杆(602)与支架(612)铰接，压紧连杆(601)的尾部与耳轴(603)铰接，耳轴(603)的芯轴穿过法兰(605)的通孔，在法兰(605)与耳轴(603)之间安装碟簧组(604)，法兰(605)固联在空心导杆(606)上。
7.根据权利要求6所述的智能打磨机床，其特征在于，所述直线驱动机构包括滚珠丝杠(608)、前轴承组件(609)、联轴节(610)顶紧伺服电机(611)，所述空心导杆(606)固定在滚珠丝杠(608)的螺母上，滚珠丝杠(608)由前轴承组件(609)支承，并且通过联轴节(610)与顶紧伺服电机(611)相连，前轴承组件(609)与支架(612)连接。
8.根据权利要求1所述的智能打磨机床，其特征在于，所述滑台(7)上还设有刀库(8)，所述刀库(8)包括刀库门(801)、开合气缸(802)、刀具夹爪(803)、刀具(804)级刀具支架(805)，其中刀库支架(805)安装在所述滑台(7)上，刀库支架(805)的上部安装多个刀具夹爪(803),刀具夹爪(803)用于安装刀具(804)，刀库支架(805)顶部安装刀库门(801)，刀库门(801)的开合通过开合气缸(802)驱动。
9.根据权利要求1所述的智能打磨机床，其特征在于，还包括激光检测装置(9)，所述激光检测装置(9)用于对待加工工件进行光学检测。
10.根据权利要求1所述的智能打磨机床，其特征在于，所述工件交换装置(5)的外侧设有安全光栅(10)。
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