CN110773754A - 一种高精度复杂薄壁件智能车削单元 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高精度复杂薄壁件智能车削单元，包括上下料单元；双主轴自动加工单元；设置在上下料单元与双主轴自动加工单元之间的桁架机械人单元；设置在双主轴自动加工单元内的机内检测模块；设置在双主轴自动加工单元内的自动补偿模块；分别与上下料单元、双主轴自动加工单元、桁架机械人单元、机内检测模块、自动补偿模块连接的PLC控制系统。本发明将各单元控制系统交互集成，实现封头全自动化加工，具有单人操作、使用方便的特点，一次装夹完成零件内孔、外形工序，保证了内、外椭球面成形的同轴度；一次走刀完成零件外椭球及球面内槽加工，保证了壁厚精度要求，大大提高了生产效率，减少了劳动强度。

Description

一种高精度复杂薄壁件智能车削单元
技术领域
本发明涉及机械加工领域，特别涉及一种高精度复杂薄壁件智能车削单元。
背景技术
封头是一种高精度复杂薄壁件，工作时由于受到瞬时冲量较大，壁厚加工超下偏差会造成使用过程中的烧穿现象；且封头与筒身对焊形成筒体，较大对接尺寸落差会造成焊接缺陷，故该零件的壁厚尺寸精度和一致性要求较高。零件壁厚差一致性的要求受限于机床精度和操作员工的技能水平，如出现装夹零件不同轴的情况，则会存在产品球面壁厚超差的风险，因此封头的加工较难实现大批量加工。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种结构简单、操作方便的高精度复杂薄壁件智能车削单元。
本发明解决上述问题的技术方案是：一种高精度复杂薄壁件智能车削单元，包括实现加工零件上下料的上下料单元；实现加工零件自动换向车削加工的双主轴自动加工单元；设置在上下料单元与双主轴自动加工单元之间，用于运输加工零件的桁架机械人单元；设置在双主轴自动加工单元内，用于测量加工零件尺寸的机内检测模块；设置在双主轴自动加工单元内，用于调整加工量的自动补偿模块；分别与上下料单元、双主轴自动加工单元、桁架机械人单元、机内检测模块、自动补偿模块连接，用于控制整个加工过程的PLC控制系统。
上述高精度复杂薄壁件智能车削单元，所述上下料单元包括物料旋转平台、光学定位检测模块、翻转卸料模块，所述物料旋转平台上呈环形分布若干插盘，插盘随物料旋转平台按预定环形轨迹移动，加工零件放置在插盘上，插盘上方设有翻转卸料模块，翻转卸料模块固定安装在物料旋转平台上，所述物料旋转平台上设有用于将插盘向上提升的顶出机构和用于测量插盘上的加工零件是否到达指定位置的光学定位检测模块。
上述高精度复杂薄壁件智能车削单元，所述翻转卸料模块包括机械手爪和电机，电机与机械手爪连接，驱动机械手爪180°方向翻转，完成加工零件在桁架机械人单元与上下料单元的换向转运。
上述高精度复杂薄壁件智能车削单元，所述光学定位检测模块采用激光传感器。
上述高精度复杂薄壁件智能车削单元，所述桁架机械人单元包括桁架、过梁导轨、机械手臂和可旋转机械卡爪，所述过梁导轨安装在桁架上且位于物料旋转平台上方，机械手臂可滑动安装在过梁导轨上，机械手臂上设有可旋转机械卡爪。
上述高精度复杂薄壁件智能车削单元，物料旋转平台上相邻插盘之间的距离可变。
上述高精度复杂薄壁件智能车削单元，所述机内检测模块采用雷尼绍测头。
本发明的有益效果在于：本发明将将上下料单元、光学定位检测模块、翻转卸料模块、桁架机械人单元、双主轴自动加工单元、气密检测模块、机内检测模块和自动补偿模块等各单元控制系统交互集成，实现封头全自动化加工，具有单人操作、使用方便的特点，一次装夹完成零件内孔、外形工序，保证了内、外椭球面成形的同轴度；一次走刀完成零件外椭球及球面内槽加工，保证了壁厚精度要求，大大提高了生产效率，减少了劳动强度，为企业生产节约了成本，提高了企业生产效率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
图2为图1的左视图。
图3为图1的俯视图。
图4为图1中上下料单元的主视结构示意图。
图5为图4的侧视图。
图6为图4的俯视图。
图7为图1中上下料单元的立体图。
图8为图1中桁架机械人单元的结构示意图。
图9为图1中可旋转机械卡爪的结构示意图。
图10为图1中卸料翻转模块的结构示意图。
图11为图1中机内检测模块的测量示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1-图3所示，一种高精度复杂薄壁件智能车削单元，包括实现加工零件上下料的上下料单元1；实现加工零件自动换向车削加工的双主轴自动加工单元11；设置在上下料单元1与双主轴自动加工单元11之间，用于运输加工零件的桁架机械人单元2；设置在双主轴自动加工单元11内，用于测量加工零件尺寸的机内检测模块9；设置在双主轴自动加工单元11内，用于调整加工量的自动补偿模块；分别与上下料单元1、双主轴自动加工单元11、桁架机械人单元2、机内检测模块9、自动补偿模块连接，用于控制整个加工过程的PLC控制系统12。
双主轴自动加工单元11在现有车床设备的基础上增加了副主轴，可通过副主轴进行辅助加工，保证了加工零件封头6内、外椭球面成形的同轴度。
如图4-图7所示，所述上下料单元1用于半成品坯料与成品零件的堆叠，其包括物料旋转平台13、光学定位检测模块7、翻转卸料模块5，所述物料旋转平台13上呈环形分布若干插盘14，插盘14随物料旋转平台13按预定环形轨迹移动，加工零件放置在插盘14上，通过调整物料旋转平台13上相邻插盘14之间的距离，可适应不同规格的加工零件。插盘14上方设有翻转卸料模块5，翻转卸料模块5固定安装在物料旋转平台13上，所述物料旋转平台13上设有用于将插盘14向上提升的顶出机构和用于测量插盘14上的加工零件是否到达指定位置的光学定位检测模块7。所述顶出机构可以为千斤顶或其它机构，只要能够实现上抬即可。
所述光学定位检测模块7采用两组激光传感器，一组用于检测含零件的插盘是否旋转到达预定区域，另一组用于检测含零件的顶出机构是否提升至指定位置。当放在插盘14的加工零件坯料沿轨道进入预定区域后遮挡信号光源，物料旋转平台13停止旋转；随后，顶出机构带动插盘14和加工零件向上提升至预定高度后遮挡信号光源，物料旋转平台13的顶出机构停止提升。
如图10所示，所述翻转卸料模块5包括机械手爪和电机，电机与机械手爪连接，驱动机械手爪作180°方向翻转，完成加工零件在桁架机械人单元2与上下料单元1的换向转运。
如图8所示，所述桁架机械人单元2包括桁架16、过梁导轨17、机械手臂3和可旋转机械卡爪4，所述过梁导轨17安装在桁架16上且位于物料旋转平台13上方，机械手臂3可滑动安装在过梁导轨17上，机械手臂3上设有可旋转机械卡爪4，可旋转机械卡爪4的结构如图9所示。
所述机内检测模块9采用雷尼绍测头18。雷尼绍测头18通过连接座、螺钉安装在机床刀塔上，占用一个刀位。零件加工完成后，双主轴自动加工单元11的控制器对机内检测模块9发出信号，雷尼绍测头18按预设路径实现对主副轴零件的内外径尺寸测量。设测头初始位置为测量系统坐标零点，雷尼绍测头18移动至接触零件待测面时生成若干新坐标，雷尼绍测头18测得的坐标数据实时发送到接收装置19中，经接收装置19送入双主轴自动加工单元11的控制器中，双主轴自动加工单元11的控制器通过两个坐标计算相对位移量，拟合得出零件的内外径尺寸值。
自动补偿模块工作流程简述：机内检测模块9生成的零件内外径测量值与数控程序中的预设值进行比对，针对超出预设值阈值的偏差量调整进行自动补偿。
本发明的工作原理如下：
人工将待加工封头6坯料先按顺序堆叠置于物料旋转平台13的插盘14上。输入启动信号后，物料旋转平台13通过驱动电机带动链条按预定环形轨迹运转。
当放在插盘14的封头6坯料沿轨道进入预定区域后遮挡信号光源，光学定位检测模块7发出信号至PLC控制系统12，PLC控制系统12控制物料旋转平台13停止旋转；随后，顶出机构带动插盘14和封头6向上提升至预定高度后遮挡信号光源，如图7中，位于右下角的插盘14处于提升状态；光学定位检测模块7再次发出信号至PLC控制系统12，PLC控制系统12控制物料旋转平台13的顶出机构停止提升。
PLC控制系统12对桁架机械人单元2传递上下料单元1顶出机构的停止提升信号后，桁架机械人单元2接收指令，驱动机械手臂3沿过梁导轨17移动至插盘14上方，用可旋转机械卡爪4抓取封头6，转运至双主轴自动加工单元11内部。
夹持在可旋转机械卡爪4上的封头6坯料通过桁架机械人单元2电机驱动调整至封头6坯料中心线与车削主轴中心线对齐位置后，水平移动至贴近双主轴自动加工单元11主轴卡盘基准面，PLC控制系统12驱动双主轴自动加工单元11主轴卡盘夹紧，可旋转机械卡爪4移出，双主轴自动加工单元11舱门关闭。
主轴零件工序加工完毕后，PLC控制系统12驱动双主轴自动加工单元11副主轴沿机床导轨水平移动、对接主轴封头6后，回原位。
封头6端面贴合夹具通气孔，气源向夹具内部充压，当压力信号达设定值后，对机床发出通讯指令，机内检测模块9测量封头6半成品尺寸，并按算法分配道次工艺余量，自动调整数控程序，封头6开始加工。
零件加工后按预设程序流程，再次启动机内检测模块9测量封头6尺寸，自动补偿模块根据预设值进行刀补自动修正，精确控制零件尺寸精度。
PLC控制系统12接收封头6加工完成信号后，驱动双主轴自动加工单元11打开舱门，并对桁架机械人单元2传递抓取信号，可旋转机械卡爪4伸入机床内部，抓取封头6，放置在上下料单元1的翻转卸料模块5上。
所述翻转卸料模块5通过电机驱动机械手爪的180°方向翻转，完成封头6在桁架机械人单元2与上下料单元1的换向转运。至此，封头6整个加工流程完成。

Claims (7)

1.一种高精度复杂薄壁件智能车削单元，其特征在于：包括实现加工零件上下料的上下料单元；实现加工零件自动换向车削加工的双主轴自动加工单元；设置在上下料单元与双主轴自动加工单元之间，用于运输加工零件的桁架机械人单元；设置在双主轴自动加工单元内，用于测量加工零件尺寸的机内检测模块；设置在双主轴自动加工单元内，用于调整加工量的自动补偿模块；分别与上下料单元、双主轴自动加工单元、桁架机械人单元、机内检测模块、自动补偿模块连接，用于控制整个加工过程的PLC控制系统。
2.根据权利要求1所述的高精度复杂薄壁件智能车削单元，其特征在于：所述上下料单元包括物料旋转平台、光学定位检测模块、翻转卸料模块，所述物料旋转平台上呈环形分布若干插盘，插盘随物料旋转平台按预定环形轨迹移动，加工零件放置在插盘上，插盘上方设有翻转卸料模块，翻转卸料模块固定安装在物料旋转平台上，所述物料旋转平台上设有用于将插盘向上提升的顶出机构和用于测量插盘上的加工零件是否到达指定位置的光学定位检测模块。
3.根据权利要求2所述的高精度复杂薄壁件智能车削单元，其特征在于：所述翻转卸料模块包括机械手爪和电机，电机与机械手爪连接，驱动机械手爪180°方向翻转，完成加工零件在桁架机械人单元与上下料单元的换向转运。
4.根据权利要求2所述的高精度复杂薄壁件智能车削单元，其特征在于：所述光学定位检测模块采用激光传感器。
5.根据权利要求2所述的高精度复杂薄壁件智能车削单元，其特征在于：所述桁架机械人单元包括桁架、过梁导轨、机械手臂和可旋转机械卡爪，所述过梁导轨安装在桁架上且位于物料旋转平台上方，机械手臂可滑动安装在过梁导轨上，机械手臂上设有可旋转机械卡爪。
6.根据权利要求2所述的高精度复杂薄壁件智能车削单元，其特征在于：所述物料旋转平台上相邻插盘之间的距离可变。
7.根据权利要求2所述的高精度复杂薄壁件智能车削单元，其特征在于：所述机内检测模块采用雷尼绍测头。
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