CN108422319B - 一种用于机器人铸件打磨的气动夹具 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于机器人铸件打磨的气动夹具，包括底板、外罩壳体、夹紧机构、定位机构、防尘机构和检测机构，外罩壳体包括垂直于底板设置的若干侧立板和顶板，夹紧机构包括纵向连接设置的伸缩缸和平行气爪，伸缩缸固定在底板上，平行气爪通过滑动机构与侧立板连接，所述平行气爪上连接有两个夹持指，通过控制两夹持指开合实现对工件的夹取，所述定位机构包括根据待夹零件上定位基准设置在顶板上的若干定位销，本夹具实现了对工件相对于机器人的快速定位与夹紧，且可通过检测机构检测工件类型，判断夹持状态，结构整体方便更换。

Description

一种用于机器人铸件打磨的气动夹具

技术领域

本发明属于机器人用夹具领域，具体涉及一种用于机器人铸件打磨的气动夹具。

背景技术

伴随着中国制造2025的到来，工业机器人的应用越来越广泛。在汽车制造业中，汽车零件中有很多零件为铸造件，如汽车轮毂、发动机缸体、缸盖、曲轴、卡钳、支架、转向节等零部件，据需要在铸造后对其浇冒口、飞边、毛刺进行打磨，而采用机器人打磨能够提高加工效率、保证加工精度、降低打磨成本。在机器人自动打磨系统中，夹具起到至关重要的作用。在一般的工业机器人应用中，往往在机器人末端安装加工工具，对固定在夹具上的工件进行加工。但在打磨系统中，由于打磨的工具砂轮机质量较大，不适宜由机器人抓持，故选择由机器人抓持夹具，从工装上每次抓取一个工件，并带到砂轮处，沿一定轨迹将工件浇冒口，飞边与毛刺打磨清除。

目前的实际生产中，采用人工打磨，由大量工人一手持工件，一手持角磨机进行加工，主要存在以下四个问题：1.汽车零件中有很多镜像零件，镜像零件的表面特征镜像对称，但定位基准完全相同，然而机器人由于不能分辨零件的种类，故只能对于每一种相同的零件单独做一个打磨系统，大大提高了加工成本；2.机器人缺乏对零件抓取情况的检测，若遇到工人未能把工件正确摆放到工装上，或工件本身为残损件，导致机器人夹具未能正确夹持，而仍按固定轨迹进行打磨，轻则可能导致系统部件损坏，重则可能导致工件被砂轮打飞造成安全事故；3.更换操作麻烦，由于一种夹具不可能适应所有零件的加工，故在生产中需要更换夹具。在实际生产中，更换夹具往往操作复杂，不能实现快速更换，造成长时间停工影响了生产进度；4.夹具的定位销、夹持部位由于每天要与工件多次碰撞，摩擦，且长时间暴露在空气中会造成生锈，影响定位的精度与夹紧的可靠性。

为了改变现有技术存在的问题，本发明拟从以下四个方面入手：1.在夹具中设置检测机构，通过行程开关检测当前所夹零件的凸起特征，以此判断所夹零件的类型并反馈给机器人，供其选择不同的加工工艺与路径；2.在气缸上安装接近开关，检测气缸活塞位置并判断是否夹持正常，若正常则可继续工作，若夹持存在问题，则停止工作并报警，避免出现安全问题；3.在夹具的外罩上开设穿板接头和航空插头的安装孔，夹具内部的气管，电缆连接到穿板接头和航插上，需要更换时，直接将外侧的气管与电缆拔出，卸下夹具与机器人末端的连接螺栓与定位销即可完成拆卸，再将另外的夹具装上机器人末端后，将外侧气管，电缆插回穿板接头与航插即可；4.对夹具的材料进行处理增加其表面硬度，提高耐磨性和防锈性能。因此，有必要设计一种在机器人打磨中使用的气动夹具，可检测工件类型，判断夹持状态，并方便更换。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明为解决现有技术中存在的问题采用的技术方案如下：

一种用于机器人铸件打磨的气动夹具，包括底板、外罩壳体、夹紧机构、定位机构、检测机构和防尘机构，其特征在于：所述外罩壳体包括垂直于底板设置的若干侧立板和顶板，各板体之间焊接固定，所述夹紧机构包括纵向连接设置的伸缩缸和平行气爪，伸缩缸固定在底板上，平行气爪通过滑动机构与侧立板连接，通过伸缩缸带动平行气爪纵向移动，所述平行气爪上连接有两个夹持指，通过控制两夹持指开合实现对工件的夹取，所述顶板靠近平行气爪侧连接有一块安装板，安装板中部开孔供两夹持指穿过，所述防尘机构设置在安装板上。

所述定位机构包括根据待夹零件上定位基准设置在顶板上的若干定位销，包括平面型定位销B、与零件的基准平面配合限制零件的Z向自由度，锥型定位销A，与零件上基准锥孔配合，限制零件的X与Y向自由度，锥型定位销C，与工件的V型块基准配合，通过三个特制的定位销，完成对工件X，Y，Z向旋转自由度的限制。

所述防尘机构包括设置在安装板中部开孔两侧的压条，压条与安装板之间形成的滑槽内设有防尘薄板A和防尘薄板B，两薄板上分别开设有与两夹持指尺寸相适应的供两个夹持指穿过的孔，两夹持指开合过程中，带动两块防尘薄板在滑槽内一起运动，利用防尘薄板A和防尘薄板B始终保持顶板上的夹持指伸出孔密封，避免粉尘进入夹具内部。

所述检测机构包括两个行程开关和四个接近开关，其中安装板一侧凸出板体上设有行程开关安装座，两个行程开关A和行程开关B通过螺栓安装在行程开关安装座上，安装完成后的行程开关A和行程开关B的检测头从顶板上的孔伸出，所述伸缩缸和平行气爪侧边均开设有两条传感器安装槽，伸缩缸的传感器安装槽内设置有接近开关A和接近开关B，平行气爪的传感器安装槽内设置有接近开关C和接近开关D。

所述伸缩缸的活塞杆穿过缸连接板后通过螺纹与缸连接法兰连接，缸连接板通过螺栓与平行气爪连接，所述缸连接法兰与缸连接板之间在缸连接法兰的轴向上有0.5mm间隙，在径向上有1mm间隙，不影响伸缩缸推力与拉力传递的同时，降低了结构的加工精度误差对装配的影响。

所述滑动机构包括设置在侧立板上的直线导轨和套设在直线导轨上的滑块，导轨连接板一端通过螺栓安装在滑块上，一端与平行气爪连接，使得平行气爪、导轨连接板和滑块在伸缩缸的驱动下一起沿直线导轨滑动，在打磨加工过程中，夹具会受到的XY平面内的切削力，可通过滑块将切削力传递到侧立板上，并进一步传递到机器人末端，避免伸缩缸的活塞杆直接受到XY平面的力而产生弯曲、形变，影响伸缩缸的正常使用。

所述伸缩缸与平行气爪的进出气口上分别安装有L型快插接头，用以连接气管，每根气管上安装有气控单向阀，用于系统的断气保护并可通过气控单向阀的旋钮调整气缸的动作速度。

所述平行气爪上带有通过供气控制开合的滑块，两个滑块上分别安装连接夹持指A和夹持指B，平行气爪的夹持指安装面上开有螺纹孔和销孔，夹持指A和夹持指B与平行气爪接触的一侧开有销孔，另一侧开有沉头孔，安装过程中先将定位套安装在平行气爪的销孔内，再将夹持指的销孔套在定位套上，最后通过螺栓将夹持指安装在平行气爪上，这样既保证了连接强度，又通过定位套避免了夹持指在使用的过程中由于夹紧力产生侧向滑动，影响夹紧的可靠性。

所述底板上开设有若干通孔和销孔，用于与机器人末端法兰连接，底板上还开设有束线孔，方便通过电缆和气管。

本发明所采用的技术方案的设计思路为：

1、根据工件的定位基准设计三个定位销，并根据定位点在零件上的位置，在顶板上开设螺纹孔以安装定位销，定位销与工件定位基准接触，对工件完全定位。

2、将左右两个夹持指安装在平行气爪上，通过PLC控制电磁阀、驱动机构进行顺序动作，通过机器人带动夹具移动至工件上方，并使夹持指伸入夹持槽内，先使夹持指分离，用夹持指的槽口夹持工件抓取部位，再驱动夹持指带动工件向上运动，使工件定位基准与夹具上的定位销接触并压紧，由此将工件定位、夹紧。在伸缩缸与平行气爪上均装有气控单向阀与节流调速阀，气控单向阀可在气源出现故障时维持夹紧力，避免工件脱出造成危险，节流调速阀可控制夹紧运动的速度，避免夹紧过程产生冲击，以提高夹具使用寿命。

3、外罩壳体的顶板轮廓在工件轮廓内，使得夹具在打磨过程中不会被砂轮损坏，顶板开有通孔与销孔，可以与机器人末端法兰连接，同时开有束线孔，方便通过电缆与气管。外罩壳体上开有穿板接头与航插的安装孔，夹具内部气管，线缆接到壳体上的穿板接头与航插接头中，需要更换抓手时只需将外部航插接头与气管拔出，再将与机器人末端连接的螺栓与销卸下即可更换抓手。

4、防尘机构的防尘薄板套在夹持指上，随夹持指运动在压条与壳体之间的缝隙中滑动，在夹持指运动过程中始终遮盖夹持指通过孔，避免打磨过程中粉尘进入夹具内部。

5、检测机构包含在平行气爪上的两个接近开关，伸缩气缸上的两个接近开关以及通过安装座安装在壳体上并将检测头伸出壳体顶板的两个行程开关。在抓持工件的过程中，首先平行气爪打开，当平行气爪上的接近开关C11发出信号，且经一段时间的延迟，该信号没有消失，则说明撑开夹紧成功，可进行下一步动作。若经一段时间的延迟后，该信号消失，且接近开关D12发出信号，说明未抓取零件。撑开成功后，伸缩缸收缩，当伸缩气缸上接近开关A9发出信号，且经一段时间的延迟，该信号没有消失，则说明收缩夹紧成功，可进行下一步动作。若经一段时间的延迟后，该信号消失，且接近开关B10发出信号，说明未抓取零件。夹紧完成后，根据行程开关A22和行程开关B23检测夹具所夹持工件的类型，并将该信息反馈给机器人，供其选择不同的加工程序。

本发明具有如下优点：

1、实现了对工件相对于机器人的快速定位与夹紧，可反馈所夹持工件的类型以供机器人使用不同的打磨路径，实现了夹具的自动化工作，减少了打磨过程中人工的使用，提高了打磨效率与精度，设有对空抓取的检测，设有掉气保护，提高了该自动化夹具的安全性；

2、夹持指与定位销采用硬质合金钢20铬钼钒经淬火发黑处理，提高了夹持指与定位销的硬度和耐磨性，减少夹具的磨损，提高了夹具的防锈能力，延长了夹具的使用寿命，降低了因夹具磨损以及锈蚀导致的定位不准或夹紧不可靠的风险，减少了因更换夹具部件带来的成本问题；

3、外部电缆、气管直接与夹具壳体上的航插接头、穿板快插接头连接，更换夹具时不需要重新布置电缆或气管，加快了更换夹具的节拍，减少了停工时间，即提高了工作效率；

4、采用调质加表面淬火以及发黑处理，有效的减少了工装的磨损，提高了工装的防锈性能，延长了工装的使用寿命，降低了因工装磨损以及锈蚀导致的定位不准的风险，减少了因更换工装带来的成本问题；

5、平行气爪固定在滑块上，使磨削力在水平面内的分力直接传递到壳体，进而传递到机器人上，提高了夹具的刚度，避免了夹具在打磨过程中由于刚度不够造成的震颤，提高了打磨精度与质量；

6、夹具体尺寸小质量轻，既便于更换，又能更多地将工件打磨部位暴露在夹具轮廓以外，使打磨过程中砂轮不会损伤夹具体，提高了夹具的安全性与使用寿命；

7、使用气流作为夹具的驱动力，既不会对周围环境造成污染，也不会发生使用危险，及提高了夹具的环保性与安全性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的内部结构示意图；

图3为本发明的夹紧机构示意图；

图4为本发明的防尘机构与行程开关示意图；

其中：1-底板、2-伸缩缸、3-平行气爪、4-缸连接板、5-缸连接法兰、6-导轨连接板、7-滑块、8-直线导轨、9-接近开关A、10-接近开关B、11-接近开关C、12-接近开关D、13-夹持指A、14-夹持指B、15-压条、16-防尘薄板A、17-防尘薄板B、18-定位销A、19-定位销B、20-定位销C、21-行程开关安装座、22-行程开关A、23-行程开关B、24-外罩壳体。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明，如图1-4所示，一种用于机器人铸件打磨的气动夹具，包括底板1、外罩壳体21、夹紧机构、定位机构、检测机构和防尘机构，外罩壳体1包括垂直于底板1设置的若干侧立板和顶板，各板体之间通过焊接固定，夹紧机构包括纵向连接设置的型号为AND-40-10-A-P-A的伸缩缸2和型号为HGPT-35-A-B-G1的平行气爪3，伸缩缸2固定在底板1上，平行气爪3通过滑动机构与侧立板连接，通过伸缩缸2带动平行气爪3纵向移动，平行气爪3上连接有两个夹持指，通过控制两夹持指开合实现对工件的夹取，顶板靠近平行气爪3侧连接有一块安装板，安装板中部开孔供两夹持指穿过，防尘机构设置在安装板上。

定位机构包括根据待夹零件上定位基准设置在顶板上的若干定位销，包括平面型定位销B19、与零件的基准平面配合限制零件的Z向自由度，锥型定位销A18，与零件上基准锥孔配合，限制零件的X与Y向自由度，锥型定位销C20，与工件的V型块基准配合，通过三个特制的定位销，完成对工件X，Y，Z向旋转自由度的限制。

防尘机构包括设置在安装板中部开孔两侧的压条15，压条15与安装板之间形成的滑槽内设有防尘薄板A16和防尘薄板B17，两薄板上分别开设有与两夹持指尺寸相适应的供两个夹持指穿过的孔，两夹持指开合过程中，带动两块防尘薄板在滑槽内一起运动，利用防尘薄板A16和防尘薄板B17始终保持顶板上的夹持指伸出孔密封，避免粉尘进入夹具内部。

检测机构包括两个行程开关和四个接近开关，如图4所示，其中安装板一侧凸出板体上设有行程开关安装座21，两个型号为XCMD21F0L1的行程开关A22和行程开关B23通过螺栓安装在行程开关安装座21上，安装完成后的行程开关A22和行程开关B23的检测头从顶板上的孔伸出，夹取工件时，工件上的凸出特征会触发行程开关A22和/或行程开关B23，通过两个行程开关的信号组合可用于检测出凸出特征不同的最多四种零件，并将这一信号反馈给机器人，供机器人针对不同的零件选择不同的加工程序，如图2-3所示，伸缩缸2和平行气爪3侧边均开设有两条传感器安装槽，伸缩缸2的传感器安装槽内设置有接近开关A9和接近开关B10，平行气爪3的传感器安装槽内设置有接近开关C11和接近开关D12，通过试夹取工件，调整传感器在槽内的位置，使传感器可用于检测出伸缩缸2与平行气爪3正常抓取工件与空抓取工件两种位置，调整完毕后拧紧接近开关上的螺纹旋钮将接近开关压紧固定，本方案中采用的传感器为型号为SMT-8M-A-PS-24V-E-2,5-OE的四个接近开关，传感器通过检测活塞上的磁环判断活塞是否在检测点，调试阶段正常抓取稳定后，气缸内的活塞位置稳定，这时将传感器在气缸上的传感器安装槽内慢慢滑动至传感器发出信号(实际上这款传感器上有指示灯，可以通过指示灯变绿得知传感器发出了信号)，此时固定传感器，则之后再抓取工件，手指运动到同一位置，活塞也运动到同一位置。若正确抓取，则活塞会停在上次设定的检测点，传感器就会检测到活塞并发出信号。

如图3所示，伸缩缸2的活塞杆穿过缸连接板4后通过螺纹与缸连接法兰5连接，缸连接板4通过螺栓与平行气爪3连接，所述缸连接法兰5与缸连接板4之间在缸连接法兰5的轴向上有0.5mm间隙，在径向上有1mm间隙，不影响伸缩缸2推力与拉力传递的同时，降低了结构的加工精度误差对装配的影响。

如图3所示，滑动机构包括设置在侧立板上的直线导轨8和套设在直线导轨8上的滑块7，导轨连接板6一端通过螺栓安装在滑块7上，一端与平行气爪3连接，使得平行气爪3、导轨连接板6和滑块7在伸缩缸2的驱动下一起沿直线导轨8滑动，在打磨加工过程中，夹具会受到的XY平面内的切削力，可通过滑块7将切削力传递到侧立板上，并进一步传递到机器人末端，避免伸缩缸2的活塞杆直接受到XY平面的力而产生弯曲、形变，影响伸缩缸2的正常使用。

伸缩缸2与平行气爪3的进出气口上分别安装有型号为QSL-1/8-6和QSML-M5-6的L型快插接头，用以连接气管，每根气管上安装型号为HGL-1/8-QS-6的气控单向阀用于系统的断气保护并可通过气控单向阀的旋钮调整气缸的动作速度。

平行气爪3上带有通过供气控制开合的滑块，两个滑块上分别安装连接夹持指A13和夹持指B14，平行气爪3的夹持指安装面上开有螺纹孔和销孔，夹持指A13和夹持指B14与平行气爪3接触的一侧开有销孔，另一侧开有沉头孔，安装过程中先将定位套安装在平行气爪3的销孔内，再将夹持指的销孔套在定位套上，最后通过螺栓将夹持指安装在平行气爪3上，这样既保证了连接强度，又通过定位套避免了夹持指在使用的过程中由于夹紧力产生侧向滑动，影响夹紧的可靠性。

底板1上开设有若干通孔和销孔，用于与机器人末端法兰连接，底板1上还开设有束线孔，方便通过电缆和气管。

本气动夹具在机器人打磨系统中的工作原理如下：首先该气动夹具安装在机器人末端，操作工人在工装上摆放工件，完成后操作工人启动机器人，气动夹具随机器人运动至工件上方，三个定位销大致对准工件定位基准，然后由电磁阀控制平行气爪3撑开、伸缩缸2收缩，使两个夹持指张开，撑紧工件抓取槽，然后带着工件上提，将工件压紧在定位销上，通过平行气爪3和伸缩缸2提供的力夹紧工件。通过安装在伸缩缸2与平行气爪3上的四个接近开关检测工件是否正常夹持并将这一信息反馈给控制系统。通过安装在壳体上的两个行程开关判断零件的类型并将这一信号反馈给机器人供其选择不同的加工程序。再将工件带至砂轮处进行打磨。打磨完成后，机器人将该气动夹具及夹持的工件带到出料口处，由电磁阀控制伸缩缸伸长，平行气爪合拢，完成工件的释放，即可开始下一个工件的夹持。

本发明的保护范围并不限于上述的实施例，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的范围和精神。倘若这些改动和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明的意图也包含这些改动和变形在内。

Claims (5)

1.一种用于机器人铸件打磨的气动夹具，包括底板、外罩壳体、夹紧机构、定位机构、防尘机构和检测机构，其特征在于：所述外罩壳体包括垂直于底板设置的若干侧立板和顶板，各板体之间焊接固定，所述夹紧机构包括纵向连接设置的伸缩缸和平行气爪，伸缩缸固定在底板上，平行气爪通过滑动机构与侧立板连接，通过伸缩缸带动平行气爪纵向移动，所述平行气爪上连接有两个夹持指，通过控制两夹持指开合实现对工件的夹取，所述顶板靠近平行气爪侧连接有一块安装板，安装板中部开孔供两夹持指穿过，所述防尘机构设置在安装板上；

所述定位机构包括根据待夹零件上定位基准设置在顶板上的若干定位销，包括锥型定位销A、平面型定位销B和锥型定位销C；

所述伸缩缸的活塞杆穿过缸连接板后通过螺纹与缸连接法兰连接，缸连接板通过螺栓与平行气爪连接，所述缸连接法兰与缸连接板之间在缸连接法兰的轴向上有0.5mm间隙，在径向上有1mm间隙；

所述防尘机构包括设置在安装板中部开孔两侧的压条，压条与安装板之间形成的滑槽内设有防尘薄板A和防尘薄板B，两薄板上分别开设有与两夹持指尺寸相适应的供两个夹持指穿过的孔；

所述检测机构包括两个行程开关和四个接近开关，其中安装板一侧凸出板体上设有行程开关安装座，两个行程开关A和行程开关B通过螺栓安装在行程开关安装座上，安装完成后的行程开关A和行程开关B的检测头从顶板上的孔伸出，所述伸缩缸和平行气爪侧边均开设有两条传感器安装槽，伸缩缸的传感器安装槽内设置有接近开关A和接近开关B，平行气爪的传感器安装槽内设置有接近开关C和接近开关D。

2.如权利要求1所述的一种用于机器人铸件打磨的气动夹具，其特征在于：所述滑动机构包括设置在侧立板上的直线导轨和套设在直线导轨上的滑块，导轨连接板一端通过螺栓安装在滑块上，一端与平行气爪连接。

3.如权利要求1所述的一种用于机器人铸件打磨的气动夹具，其特征在于：所述伸缩缸与平行气爪的进出气口上分别安装有L型快插接头，用以连接气管，每根气管上安装有气控单向阀。

4.如权利要求1所述的一种用于机器人铸件打磨的气动夹具，其特征在于：所述平行气爪上带有通过供气控制开合的滑块，两个滑块上分别安装连接夹持指A和夹持指B，平行气爪的夹持指安装面上开有螺纹孔和销孔，夹持指A和夹持指B与平行气爪接触的一侧开有销孔，另一侧开有沉头孔。

5.如权利要求1所述的一种用于机器人铸件打磨的气动夹具，其特征在于：所述底板上开设有若干通孔和销孔，用于与机器人末端法兰连接，底板上还开设有束线孔，方便通过电缆和气管。

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