CN110434648A - 一种数控机床气动夹紧装置及夹紧防错控制方法 - Google Patents
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Abstract
一种数控机床气动夹紧装置及夹紧防错控制方法，属于数控机床夹紧装置技术领域，该气动夹紧装置包括工作气路、水平气缸和气动夹具，气动夹具与工件夹紧配合，工作气路包括将工件夹紧的进气气路和将工件放松的排气气路，进气气路与水平气缸远离其缸底的气口相连通，排气气路与水平气缸靠近其缸底的气口相连通，水平气缸固定在床身上，水平气缸的活塞杆与柜门的开口处相对，本发明的有益效果是，该气动夹紧装置整体结构简单、安全可靠、成本较低，通过柜门的未闭合和报警灯的报警可直观地显示出工件未夹紧的状态，而无法启动自动加工，避免了气动夹具未夹紧就工作对设备人员造成的损害，提高了自动加工的安全性。
Description
技术领域
本发明涉及数控机床夹紧装置技术领域，尤其涉及一种数控机床气动夹紧装置及夹紧防错控制方法。
背景技术
在现代的自动化机械加工设备，如数控加工中心机床上，普遍使用气动夹具，即利用压缩空气夹紧工件。气动夹具的夹紧动作一般是由操作工来完成的，而没有夹紧检测的设备。
在实际使用过程中，操作人员很容易工作失误，发生气动夹具没有夹紧工件时就启动自动加工的情况。在这种情况下，加工中心机床、夹具和刀具等设备会受到较严重的破坏，而且还容易造成事故。为了解决上述问题，对于一些高端的数控加工中心会有相关的设备进行检测工件的夹紧情况，在设备的控制软件中增加相关检测功能，但是成本比较高，使设备的结构复杂，不利于推广。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种数控机床气动夹紧装置，主要解决了传统的机床气动夹紧装置不含检测工件夹紧的结构，使工作人员容易误操作而带来一定的安全问题，目的在于，通过对气动夹紧的工作气路进行简单设计，可检测工作人员未夹紧工件时的状态，而无法启动自动加工，可避免气动夹具未夹紧就工作对设备人员造成的损害。
为实现上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：所述数控机床气动夹紧装置，其中的数控机床包括床身和柜门，所述气动夹紧装置包括工作气路以及连接在工作气路上的水平气缸和气动夹具，所述气动夹具与工件夹紧配合，所述工作气路包括将工件夹紧的进气气路和将工件放松的排气气路，所述进气气路与水平气缸远离其缸底的气口相连通，所述排气气路与水平气缸靠近其缸底的气口相连通，所述水平气缸固定在床身上，所述水平气缸的活塞杆与所述柜门的开口处相对。
进一步地，所述气动夹具包括膨胀夹头、锥形杆和竖直气缸，所述膨胀夹头固定在工作台上，所述膨胀夹头的内部与所述锥形杆胀紧配合，所述锥形杆的底端与所述竖直气缸的活塞杆固定相连，所述膨胀夹头外套接工件。
进一步地，所述工作气路还包括气源和控制阀，所述控制阀包括进气总口、进气支口和排气口，所述气源通过进气总管与所述进气总口相通，所述进气支口通过所述进气气路与所述竖直气缸远离其缸底的气口相通，所述排气口通过排气气路与所述竖直气缸靠近其缸底的气口相通，所述进气气路和排气气路之间通过管路与所述水平气缸并联。
进一步地，所述控制阀设置为两位三通式换向阀。
进一步地，所述进气气路和排气气路上分别设置三通管，所述进气气路上的三通管通过气管Ⅰ与所述水平气缸远离其缸底的气口相连通，所述排气气路上的三通管通过气管Ⅱ与所述水平气缸靠近其缸底的气口相连通。
进一步地，所述工作气路还包括连接在气源和控制阀之间的流量调节阀。
进一步地，所述气动夹紧装置还包括固定在床身上的报警单元和固定在柜门上的推动板，所述报警单元包括外壳和设置在外壳内的报警电路，所述报警电路包括电源、常闭开关和报警灯，所述常闭开关和报警灯串联后连接在电源的两极上，所述推动板与所述常闭开关相配合，所述柜门关闭使所述推动板接触并挤压所述常闭开关，使常闭开关断开。
一种数控机床气动夹具的夹紧防错控制方法，运用所述气动夹紧装置，其特征在于，包括以下控制状态：
1)当工件未夹紧时，竖直气缸的活塞杆向上运动，竖直气缸的出气口排气，使气体由排气气路进入气管Ⅱ，最终由水平气缸靠近其缸底的气口进入，推动水平气缸的活塞杆向外伸出，柜门不能关闭，使推动板脱离报警单元的常闭开关，常闭开关闭合，使报警灯报警显示；
2)当工件夹紧时，竖直气缸的活塞杆向下运动，竖直气缸的进气口进气，同时使气体由进气气路进入气管Ⅰ，最终由水平气缸远离其缸底的气口进入，推动水平气缸的活塞杆向内收缩，柜门可关闭，使推动板接触并挤压报警单元的常闭开关，使常闭开关断开，使报警灯停止报警显示。
进一步地，所述竖直气缸的出气口排气和进气口进气是通过所述控制阀的换向实现的。
本发明的有益效果是：
1、该气动夹紧装置通过在工作气路的进气气路和排气气路之间连接水平气缸，该水平气缸固定在床身上，水平气缸的活塞杆与柜门的开口处相对，当工件未夹紧时，气体由排气气路进入水平气缸靠近其缸底的气口连通，使水平气缸的活塞杆伸出，使柜门无法关闭，自动加工无法进行，则通过观察柜门的关闭情况可知工件是否夹紧，该气动夹紧装置整体结构简单、成本低，工件夹紧检测方法简单，避免了气动夹具未夹紧工件就工作对设备人员造成的损害，提高了数控机床自动加工的安全性。
2、具体地，该气动夹紧装置还包括固定在床身上的报警单元和固定在柜门上的推动板，报警单元包括相互串联的电源、常闭开关和报警灯，推动板与常闭开关压紧接触配合使常闭开关断开，当工件未夹紧时，水平气缸的活塞杆伸出，使柜门无法关闭，推动板脱离常闭开关使常闭开关继续闭合，从而使报警电路接通，使报警灯亮起，实现报警，当工件被夹紧时，柜门可以关闭，使推动板接触挤压常闭开关使其断开，从而使报警电路断开，使报警灯不报警显示，使报警单元与水平气缸活塞杆的动作相联系，使工件未夹紧状态的发现更直观，进一步避免了气动夹具未夹紧工件就工作对设备人员造成的损害，进一步提高了自动加工的安全性。
综上，该气动夹紧装置整体结构简单、安全可靠、成本较低，运用该气动夹紧装置来控制夹紧防错，通过柜门的未闭合和报警灯的报警可直观地显示出工件未夹紧的状态，而无法启动自动加工，避免了气动夹具未夹紧就工作对设备人员造成的损害，提高了自动加工的安全性。
附图说明
下面对本发明说明书各幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：
图1为本发明的结构示意图；
图2为报警电路的结构示意图；
上述图中的标记均为：1.床身，2.柜门，3.工作气路，31.进气气路，32.排气气路，33.气源，34.控制阀，341.进气总口，342.进气支口，343.排气口，35.进气总管，36.气管Ⅰ，37.气管Ⅱ，38.流量调节阀，4.水平气缸，5.气动夹具，51.膨胀夹头，52.锥形杆，53.竖直气缸，6.工件，7.报警单元，71.外壳，72.报警电路，721.电源，722.常闭开关，723.报警灯，8.推动板。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明具体的实施方案为：如图1所示，一种数控机床气动夹紧装置，其中的数控机床包括床身1和柜门2，该气动夹紧装置包括工作气路3以及连接在工作气路3上的水平气缸4和气动夹具5，气动夹具5与工件6夹紧配合，工作气路3包括将工件6夹紧的进气气路31和将工件6放松的排气气路32，进气气路31与水平气缸4远离其缸底的气口相连通，排气气路32与水平气缸4靠近其缸底的气口相连通，水平气缸4固定在床身1上，水平气缸4的活塞杆与柜门2的开口处相对。该气动夹紧装置通过在工作气路3的进气气路31和排气气路32之间连接水平气缸4，将水平气缸4固定在床身上，水平气缸4的活塞杆与柜门2的开口处相对，整体结构简单、改进成本低，当工件未夹紧时，气体由排气气路32进入水平气缸4靠近其缸底的气口连通，使水平气缸4的活塞杆伸出，使柜门2无法关闭，自动加工无法进行，则通过观察柜门2的关闭情况可知工件6是否夹紧，工件夹紧检测方法简单，避免了气动夹具未夹紧工件就工作对设备人员造成的损害，提高了数控机床自动加工的安全性。
具体地，如图1所示，气动夹具5包括膨胀夹头51、锥形杆52和竖直气缸53，膨胀夹头51固定在工作台上，锥形杆52包括上端直径大于下端直径的锥形段和螺纹连接段，膨胀夹头51的内部与锥形杆52的锥形段胀紧配合，锥形杆52的底端的螺纹连接段与竖直气缸53的活塞杆螺纹固定相连，膨胀夹头51外套接工件6，竖直气缸53的活塞杆向下运动使锥形段挤压并胀紧膨胀夹头51，使膨胀夹头51夹紧工件6，竖直气缸53的活塞杆向上运动使锥形段相对于膨胀夹头51向上运动，使膨胀夹头51胀紧放松，从而使工件6夹紧放松。
具体地，如图1所示，其中的工作气路3还包括气源33和控制阀34，气源33可以是气泵，控制阀34包括进气总口341、进气支口342和排气口343，气源33通过进气总管35与进气总口341相通，进气支口342通过进气气路31与竖直气缸53远离其缸底的气口相通，排气口343通过排气气路32与竖直气缸53靠近其缸底的气口相通，通过控制阀34控制进气气路31或排气气路32的通气，控制阀34控制进气气路31通气使气体推动竖直气缸53的活塞杆向下运动，从而使膨胀夹头51夹紧工件6，控制阀34控制排气气路32排气，使竖直气缸53的出气口排气，使竖直气缸53的活塞杆向上运动，使膨胀夹头51放松工件6。该控制阀34可设置为两位三通式换向阀，可以设置成手动的，也可设置成电磁式的，通过两位三通式换向阀的换向完成进气气路31或排气气路32的通气。
具体地，如图1所示，进气气路31和排气气路32之间通过管路与水平气缸4并联，具体结构是，进气气路31和排气气路32上分别设置三通管，进气气路31上的三通管通过气管Ⅰ36与水平气缸4远离其缸底的气口相连通，排气气路32上的三通管通过气管Ⅱ37与水平气缸4靠近其缸底的气口相连通。当进气气路31通气将工件夹紧时，气体同时由气管Ⅰ36进入水平气缸4远离其缸底的气口，使水平气缸4的活塞杆收缩，使柜门2可以关闭，可以启动自动化加工；当排气气路32排气将工件夹紧放松时，气体同时由气管Ⅱ37进入水平气缸4靠近其缸底的气口，使水平气缸4的活塞杆伸出，使柜门2无法关闭，则无法启动自动化加工。
另外，如图1所示，其中的工作气路3还包括连接在气源33和控制阀34之间的流量调节阀38，流量调节阀38可以调节进气量从而调节气动夹具5的夹紧力度和水平气缸4活塞杆的伸出长度，更容易观察柜门2的关闭和打开的情况。
具体地，如图1所示，气动夹紧装置还包括固定在床身1上的报警单元7和固定在柜门2上的推动板8，报警单元7包括外壳71和设置在外壳71内的报警电路72，如图2所示，报警电路72包括电源721、常闭开关722和报警灯723，常闭开关722和报警灯723串联后连接在电源721的两极上，外壳71的端部设置卡口，卡口处设置常闭开关722，推动板8穿过卡口与常闭开关722相配合，柜门2关闭使推动板8接触并挤压常闭开关722，使常闭开关722断开，使报警电路72断开，使报警灯723不亮，柜门2无法关闭时，推动板8脱离常闭开关722，使常闭开关722闭合，使报警电路72接通，使报警灯723亮起。
为了进一步提高控制的自动化和报警显示的直观程度，报警电路72内还可设置与常闭开关722和报警灯723串联的继电器，该继电器可设置为RS485，该继电器的线圈引脚与PLC的信号输入引脚相连，PLC的信号输出引脚通过USB串口与PC机相连实现通信，可将PLC的信息导出到PC机上，即当柜门2无法关闭时，报警电路72接通，继电器的线圈引脚将接通信号传输给PLC，PLC内设置编程程序，该编程程序可将接收的信号转变成显示文本，由USB串口传输到PC机上显示出来。
运用上述气动夹紧装置的夹紧防错控制方法，包括以下控制状态：
1)当工件6未夹紧时，控制阀34控制竖直气缸53的出气口排气，使竖直气缸53的活塞杆向上运动，实现膨胀夹头51的夹紧放松，使气体由排气气路32进入气管Ⅱ37，最终由水平气缸4靠近其缸底的气口进入，推动水平气缸4的活塞杆向外伸出，使柜门2无法关闭，使推动板8脱离报警单元7的常闭开关722，常闭开关722闭合，使报警电路72接通，使报警灯723报警显示，同时PC机也可显示故障文本；
2)当工件6夹紧时，控制阀34换向控制竖直气缸53的进气口进气，竖直气缸53的活塞杆向下运动，实现膨胀夹头51的夹紧，同时使气体由进气气路31进入气管Ⅰ36，最终由水平气缸4远离其缸底的气口进入，推动水平气缸4的活塞杆向内收缩，柜门2可关闭，使推动板8接触并挤压报警单元7的常闭开关722，使常闭开关722断开，使报警电路72断开，使报警灯723停止报警显示。
综上，该气动夹紧装置整体结构简单、安全可靠、成本较低，运用该气动夹紧装置来控制夹紧防错，通过柜门的未闭合和报警灯的报警可直观地显示出工件未夹紧的状态，而无法启动自动加工，避免了气动夹具未夹紧就工作对设备人员造成的损害，提高了自动加工的安全性。
以上所述，只是用图解说明本发明的一些原理，本说明书并非是要将本发明局限在所示所述的具体结构和适用范围内，故凡是所有可能被利用的相应修改以及等同物，均属于本发明所申请的专利范围。
Claims (9)
1.一种数控机床气动夹紧装置，所述数控机床包括床身(1)和柜门(2)，其特征在于，所述气动夹紧装置包括工作气路(3)以及连接在工作气路(3)上的水平气缸(4)和气动夹具(5)，所述气动夹具(5)与工件(6)夹紧配合，所述工作气路(3)包括将工件(6)夹紧的进气气路(31)和将工件(6)放松的排气气路(32)，所述进气气路(31)与水平气缸(4)远离其缸底的气口相连通，所述排气气路(32)与水平气缸(4)靠近其缸底的气口相连通，所述水平气缸(4)固定在床身(1)上，所述水平气缸(4)的活塞杆与所述柜门(2)的开口处相对。
2.根据权利要求1所述的数控机床气动夹紧装置，其特征在于：所述气动夹具(5)包括膨胀夹头(51)、锥形杆(52)和竖直气缸(53)，所述膨胀夹头(51)固定在工作台上，所述膨胀夹头(51)的内部与所述锥形杆(52)胀紧配合，所述锥形杆(52)的底端与所述竖直气缸(53)的活塞杆固定相连，所述膨胀夹头(51)外套接工件(6)。
3.根据权利要求2所述的数控机床气动夹紧装置，其特征在于：所述工作气路(3)还包括气源(33)和控制阀(34)，所述控制阀(34)包括进气总口(341)、进气支口(342)和排气口(343)，所述气源(33)通过进气总管(35)与所述进气总口(341)相通，所述进气支口(342)通过所述进气气路(31)与所述竖直气缸(53)远离其缸底的气口相通，所述排气口(343)通过排气气路(32)与所述竖直气缸(53)靠近其缸底的气口相通，所述进气气路(31)和排气气路(32)之间通过管路与所述水平气缸(4)并联。
4.根据权利要求3所述的数控机床气动夹紧装置，其特征在于：所述控制阀(34)设置为两位三通式换向阀。
5.根据权利要求3所述的数控机床气动夹紧装置，其特征在于：所述进气气路(31)和排气气路(32)上分别设置三通管，所述进气气路(31)上的三通管通过气管Ⅰ(36)与所述水平气缸(4)远离其缸底的气口相连通，所述排气气路(32)上的三通管通过气管Ⅱ(37)与所述水平气缸(4)靠近其缸底的气口相连通。
6.根据权利要求3所述的数控机床气动夹紧装置，其特征在于：所述工作气路(3)还包括连接在气源(33)和控制阀(34)之间的流量调节阀(38)。
7.根据权利要求1～6任意一项所述的数控机床气动夹紧装置，其特征在于：所述气动夹紧装置还包括固定在床身(1)上的报警单元(7)和固定在柜门(2)上的推动板(8)，所述报警单元(7)包括外壳(71)和设置在外壳(71)内的报警电路(72)，所述报警电路(72)包括电源(721)、常闭开关(722)和报警灯(723)，所述常闭开关(722)和报警灯(723)串联后连接在电源(721)的两极上，所述推动板(8)与所述常闭开关(722)相配合，所述柜门(2)关闭使所述推动板(8)接触并挤压所述常闭开关(722)，使常闭开关(722)断开。
8.一种夹紧防错控制方法，运用如权利要求1～6任意一项所述气动夹紧装置，其特征在于，包括以下控制状态：
1)当工件(6)未夹紧时，竖直气缸(53)的活塞杆向上运动，竖直气缸(53)的出气口排气，使气体由排气气路(32)进入气管Ⅱ(37)，最终由水平气缸(4)靠近其缸底的气口进入，推动水平气缸(4)的活塞杆向外伸出，柜门(2)不能关闭，使推动板(8)脱离报警单元(7)的常闭开关(722)，常闭开关(722)闭合，使报警灯(723)报警显示；
2)当工件(6)夹紧时，竖直气缸(53)的活塞杆向下运动，竖直气缸(53)的进气口进气，同时使气体由进气气路(31)进入气管Ⅰ(36)，最终由水平气缸(4)远离其缸底的气口进入，推动水平气缸(4)的活塞杆向内收缩，柜门(2)可关闭，使推动板(8)接触并挤压报警单元(7)的常闭开关(722)，使常闭开关(722)断开，使报警灯(723)停止报警显示。
9.根据权利要求8所述的数控机床气动夹具(5)的夹紧防错控制方法，其特征在于：所述竖直气缸(53)的出气口排气和进气口进气是通过所述控制阀(34)的换向实现的。
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