CN111002038A - 一种多功能一体化加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多功能一体化加工装置，属于自动化加工技术领域，包括：底板；机器人本体，固定安装于底板上，轴向进给部，轴向进给部包括一进给主轴，进给主轴包括一工作端，工作端用于安装加工刀具，轴向进给部用于带动加工刀具做旋转运动和轴向进给运动；进给主轴与机器人本体相配合，并通过加工刀具对工件进行预定加工工艺的加工；刀具切换部，控制装置，并分别与机器人本体、轴向进给部和刀具切换部电连接；有益效果是：在同一台机器上实现了钻孔、攻丝和去毛刺等多种加工工艺，提高了企业的生产效率的同时还降低了企业的设备采购成本。

Description

一种多功能一体化加工装置

技术领域

本发明涉及自动化加工技术领域，尤其涉及一种多功能一体化加工装置。

背景技术

钻孔、铣削、攻丝及去毛刺均是机械加工过程中重要和常用的加工形式。现有技术中，针对钻孔、铣削、攻丝、去毛刺等加工工艺，企业通常需要购买不同设备来满足不同的加工需求。例如，采用加工中心加工工件光孔、螺纹孔等，采用机器人去毛刺单元或去毛刺专机去掉工件边缘毛刺，然而，现有的3轴加工中心灵活性受限，无法直接加工多个面的孔或斜孔，5自由度加工中心灵活性高，但同时设备的成本也相对较高；机器人去毛刺单元和去毛刺专机一般只具有去毛刺功能，无法同时加工光孔及螺纹孔；且现有的去毛刺设备又通常分为机械加工前去毛刺设备和机械加工后去毛刺设备，这将极大增加了制造型企业的采购设备的成本。

因此，目前急需一种基于工业机器人的集钻孔、攻丝和去毛刺工艺为一体的经济高效的多功能一体化加工装置。

发明内容

根据现有技术中存在的上述不足，现提供一种多功能一体化加工装置，该加工装置通过将机器人本体、轴向进给部和刀具切换部集成为一体，并通过控制装置集中控制三者协同工作，从而在同一台机器上实现了钻孔、攻丝和去毛刺等多种加工工艺，提高了企业的生产效率的同时还降低了企业的设备采购成本。

上述技术方案具体包括：

一种多功能一体化加工装置，其中包括：

底板；

机器人本体，固定安装于所述底板上，用于抓取所述工件；

轴向进给部，固定安装于所述底板上，所述轴向进给部包括一进给主轴，所述进给主轴包括一工作端，所述工作端用于安装加工刀具，所述轴向进给部用于带动所述加工刀具做旋转运动和轴向进给运动；

所述进给主轴与所述机器人本体相配合，并通过所述加工刀具对所述工件进行预定加工工艺的加工；

刀具切换部，与所述轴向进给部固定连接，用于为所述进给主轴更换所述加工刀具；

控制装置，固定安装于所述底板上，并分别与所述机器人本体、所述轴向进给部和所述刀具切换部电连接，所述控制装置用于控制所述加工装置的一体化加工过程。

优选地，其中，还包括：

废屑收集部，固定安装于所述底板上且位于所述加工刀具的下方，用于收集所述加工刀具切削下来的废屑。

优选地，其中，所述废屑收集部进一步包括：

集屑抽屉，用于存储所述废屑，所述集屑抽屉的顶部设置有开口；

网格板，设置于所述开口的上方，并通过多个支柱与所述底板固定连接；

多个滚轮，固定安装于所述集屑抽屉的下部，所述集屑抽屉通过所述滚轮可相对移动的放置于所述底板上。

优选地，其中，所述轴向进给部还包括：

安装台，固定安装于所述底板上；

滑台，固定安装于所述安装台上，所述滑台进一步包括：

导轨，位于所述滑台的上部；

滑块，与所述滑轨可滑动的连接，且与所述进给主轴固定连接，所述滑块用于带动所述进给主轴沿所述导轨的方向做轴向进给运动；

驱动装置，连接所述滑块，用于为所述滑块的滑动提供动力。

优选地，其中，所述驱动装置为一伺服电机带动的滚珠丝杠。

优选地，其中，所述进给主轴具体包括：

轴体，所述轴体的一端为所述工作端，所述轴体具有拉刀和松刀功能；

打刀缸，连接所述轴体，用于驱动所述轴体实现所述拉刀和松刀功能；

主轴电机，连接所述轴体的另一端，用于驱动所述轴体做旋转运动。

优选地，其中，所述刀具切换部具体包括：

刀库，所述刀库呈圆盘状，用于存放所述加工刀具；

刀库电机，连接所述刀库，用于驱动所述刀库沿所述圆盘的圆心转动；

换刀杆，设置于与所述刀库所在平面垂直的平面上，所述换刀杆通过与一倒刀气缸配合将所述工作端的所述加工刀具和所述刀库中的所述加工刀具进行互换；

换刀电机，连接所述换刀杆，用于驱动所述换刀杆转动。

优选地，其中，所述轴向进给部还包括一油冷机，分别通过一进油管和一出油管与所述进给主轴连接，用于对所述进给主轴进行冷却。

优选地，其中，所述机器人本体包括一振动监测单元，用于采集所述机器人本体在工件加工过程中的振动信号，并将所述振动信号发送至所述控制装置；

所述控制装置根据所述振动信号调整所述加工装置的工作状态。

优选地，其中，所述预定加工工艺包括：钻孔、铣削、攻丝和去毛刺中的一项或多项。

上述技术方案的有益效果在于：

提供一种多功能一体化加工装置，该加工装置通过将机器人本体、轴向进给部和刀具切换部集成为一体，并通过控制装置集中控制三者协同工作，从而在同一台机器上实现了钻孔、攻丝和去毛刺等多种加工工艺，提高了企业的生产效率的同时还降低了企业的设备采购成本。

附图说明

图1是本发明的较佳实施例中，一种多功能一体化加工装置的结构示意图；

图2是本发明的较佳实施例中，于图1的基础上，废屑收集部结构示意图；

图3是本发明的较佳实施例中，于图1的基础上，轴向进给部的外部结构示意图；

图4是本发明的较佳实施例中，于图1的基础上，轴向进给部的剖视图；

图5是本发明的较佳实施例中，于图1的基础上，刀具切换部的结构示意图；

说明书附图标记表示如下：

底板(1)，机器人本体(2)，轴向进给部(3)，安装台(30)，滑台(31)，导轨(310)，滑块(311)，驱动装置(312)，进给主轴(32)，轴体(320)，打刀缸(321)，主轴电机(322)，油冷机(33)，刀具切换部(4)，刀库(40)，刀库电机(41)，换刀杆(42)，倒刀气缸(43)，换刀电机(44)，控制装置(5)，废屑收集部(6)，集屑抽屉(60)，网格板(61)，滚轮(62)，

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

一种多功能一体化加工装置，其特征在于，包括：

底板1；

机器人本体2，固定安装于底板1上，用于抓取工件；

轴向进给部3，固定安装于底板1上，轴向进给部3包括一进给主轴32，进给主轴32包括一工作端，工作端用于安装加工刀具，轴向进给部3用于带动加工刀具做旋转运动和轴向进给运动；

进给主轴32与机器人本体2相配合，并通过加工刀具对工件进行预定加工工艺的加工；

刀具切换部4，与轴向进给部3固定连接，用于为进给主轴32更换加工刀具；

控制装置5，固定安装于底板1上，并分别与机器人本体2、轴向进给部3和刀具切换部4电连接，控制装置5用于控制加工装置的一体化加工过程。

作为优选的实施方式，本发明通过将机器人本体2、轴向进给部3和刀具切换部4集成为一体，并通过控制装置5集中控制三者协同工作，实现了集工件钻孔、铣削、攻丝、去毛刺功能于一体，不仅使得加工装置的加工范围广，而且性价比高，相对于现有的3轴加工中心，具有更高灵活性，通过一次装夹即可完成多个面的钻孔及攻螺纹等功能；相对于现有的机器人手持工具式设备，具有更快的换刀速度，同时能够储备更多的刀具。相对于现有的5轴加工中心，本发明结构相对简单，具有更高的性价比。

机器人本体2包括机械臂和机械手，机械臂用于带动机械手移动，机械手则用于抓放工件，轴向进给部3的工作端用于安装加工刀具，同时轴向进给部3通过相应的电机带动，使其具备轴向的进给功能和高速的旋转功能，通过与机器人本体2的配合，实现刀具对工件的钻孔、铣削、攻丝和去毛刺等工艺过程。刀具切换部4固定安装于轴向进给部3上，刀具切换部4内配置有多种不同类型的刀具，能够与轴向进给部3相配合实现工作端的自动换刀功能，将加工工艺需要的预定刀具切换到工作端上。

在本发明的一个较佳实施例中，该一体化加工装置还包括：

废屑收集部6，固定安装于底板1上且位于加工刀具的下方，用于收集加工刀具切削下来的废屑。

具体的，在本实施例中，废屑收集部6安装于轴向进给部3工作端的底部，用于承接加工刀具切削工件后产生的废屑，以便于对废屑进行统一资源化处理。

在本发明的一个较佳实施例中，废屑收集部6进一步包括：

集屑抽屉60，用于存储废屑，集屑抽屉60的顶部设置有开口；

网格板61，设置于开口的上方，并通过多个支柱与底板1固定连接；

多个滚轮62，固定安装于集屑抽屉60的下部，集屑抽屉60通过滚轮62可相对移动的放置于底板1上。

具体的，在本实施例中，集屑抽屉60采用上开口形式，网格板61覆盖于集屑抽屉60的开口上，网格板61的大小与集屑抽屉60的上开口大小相适配，且由于加工装置在机械加工过程中产生的废屑通常具有较高的温度，因此网格板61采用钢格板，集屑抽屉60也采用耐热和耐火的材料制作，网格板61通过支柱固定连接在底板1上，集屑抽屉60则通过底部安装的多个滚轮62，可滑动的放置在底板1上，该种滑动式设计可以方便将集屑抽屉60抽离出加工装置，从而方便的对废屑进行清理。

在本发明的另一个具体实施例中，加工装置还设置有用于冷却加工刀具的冷却装置，该冷却装置在加工刀具工作过程中通过向刀具喷洒冷却液体来为高温刀具进行降温，避免加工刀具温度过高，进而提高加工刀具的切削效率以及使用寿命。

在本发明的一个较佳实施例中，轴向进给部3还包括：

安装台30，固定安装于底板1上；

滑台31，固定安装于安装台30上，滑台31进一步包括：

导轨310，位于滑台31的上部；

滑块311，与滑轨可滑动的连接，且与进给主轴32固定连接，滑块311用于为进给主轴32的轴向进给提供导向作用；

驱动装置312，连接进给主轴32，用于为进给主轴32的滑动提供动力。

具体的，在本实施例中，轴向进给部3还包括一保护外壳，罩在上述装置的外围，避免加工刀具在切削加工过程中产生的高温废屑飞入轴向进给部3内部，对零部件造成损坏。安装台30用于安装滑台31和进给主轴32，安装台30固定于底板1上，滑台31安装在安装台30上，进给主轴32则与滑台31固定连接，滑台31用于带动进给主轴32沿着导轨310方向做轴向的进给运动。滑台31中，导轨310水平设置，滑块311卡钳在导轨310上，与导轨310可相对滑动的固定连接，滑块311下方安装有一驱动装置312用于驱动滑块311沿导轨310滑动，滑块311的上方与进给主轴32固定连接，驱动装置312则与控制装置5电连接，根据控制装置5发送的控制命令来驱动滑块311的进给量，进而确定进给主轴32的进给量。

在本发明的一个较佳实施例中，驱动装置312为一伺服电机带动的滚珠丝杠。

具体的，在本实施例中，驱动装置312为伺服电机驱动的滚珠丝杠，滑块311固定连接滚珠丝杠，滚珠丝杠是精密机械上最常使用的传动元件，其同时兼具高精度、可逆性和高效率的特点。

在本发明的一个较佳实施例中，进给主轴32具体包括：

轴体320，轴体320的一端为工作端，轴体320具有拉刀和松刀功能；

打刀缸321，连接轴体320，用于驱动轴体320实现拉刀和松刀功能；

主轴电机322，连接轴体320的另一端，用于驱动轴体320做旋转运动。

具体的，在本实施例中，主轴电机322为永磁同步主轴电机322，轴体320的另一端通过一联轴器连接主轴电机322，轴体320的工作端上设置有刀柄接口，在本发明的一个具体实施例中，刀柄接口为标准BT30刀柄接口，用于安装加工刀具，轴体320上还安装有打刀法兰盘，打刀法兰与刀柄接口相配合实现轴体320的松刀与拉刀功能。打刀缸321为气缸，与轴体320连接，通过输出端缸结构压迫轴体320的打刀法兰盘，进而驱动轴体320实现拉刀和松刀功能。

在本发明的一个较佳实施例中，刀具切换部4具体包括：

刀库40，刀库40呈圆盘状，用于存放加工刀具；

刀库电机41，连接刀库40，用于驱动刀库40沿圆盘的圆心转动；

换刀杆42，设置于与刀库40所在平面垂直的平面上，换刀杆42通过与一倒刀气缸43配合将工作端的加工刀具和刀库40中的加工刀具进行互换；

换刀电机44，连接换刀杆42，用于驱动换刀杆42转动。

具体的，在本实施例中，刀库40上设置有多个刀套，刀套用来安装存放加工刀具，刀库40呈圆盘状，位于圆盘边缘的刀套可以通过围绕圆盘的圆心转动，圆盘刀库40通过一安装支架卧式侧面固定于轴向进给部3上，刀套上可安装有BT30标准刀柄，BT30标准刀柄上夹持铣刀、麻花钻、丝锥、旋转锉等工具实现铣削、钻削、攻丝、去毛刺等功能。刀库电机41通过驱动刀库40转动，将目标刀具旋转至换刀位置，倒刀气缸43将位于换刀位置的刀套旋转90°。换刀杆42非换刀状态为竖直状态，换刀工作时换刀杆42旋转至水平状态同时抓住倒刀状态下刀套上的刀柄和轴体320工作端上的刀柄，然后将两刀柄拔出，随后换刀杆42旋转180°，再将刀柄插入对应刀套上和轴体320上，实现轴体320上刀柄的更换，换刀完毕后换刀杆42回到竖直状态。

轴向进给部3中轴体320在缩回至行程为0时，为轴体320的换刀位置，此位置可与刀具切换部4配合进行刀具更换。轴体320更换刀具完成后，伸出轴向进给部3进行钻孔、铣削、攻丝及去毛刺工艺加工。在钻孔及攻丝过程中，机器人本体2手持工件停于固定位置，轴向进给部3通过轴向进给及轴体320旋转动作实现钻孔及攻丝；在铣削及去毛刺加工中，轴向进给的工作端固定，通过机器人本体2手持工件在刀具上运动，实现切削和去毛刺加工。

在本发明的一个较佳实施例中，轴向进给部3还包括一油冷机33，分别通过一进油管和一出油管与进给主轴32连接，用于对进给主轴32进行冷却。

具体的，在本实施例中，油冷机33安装在底板1上，且位于轴向进给部3下端，通过两根油管与进给主轴32相连，带走轴体320在高速旋转工作过程中产生的热量，防止轴体320一温度过高损坏。

在本发明的一个较佳实施例中，机器人本体2包括一振动监测单元，用于采集机器人本体2在工件加工过程中的振动信号，并将振动信号发送至控制装置5；

控制装置5根据振动信号调整加工装置的工作状态。

具体的，在本实施例中，机器人本体2的机械手上设置有振动检测传感器。振动检测传感器能够检测加工过程中的振动信号。采用NI cDAQ9171机箱及振动控制信号板卡及振动传感器采集加工过程振动信号，当振动信号阈值时，降低轴向进给部3的加工进给速度，减少机器人本体2的运动速度。

在本发明的一个较佳实施例中，预定加工工艺包括：钻孔、铣削、攻丝和去毛刺中的一项或多项。

上述技术方案的有益效果在于：

提供一种多功能一体化加工装置，该加工装置通过将机器人本体、轴向进给部和刀具切换部集成为一体，并通过控制装置集中控制三者协同工作，从而在同一台机器上实现了钻孔、攻丝和去毛刺等多种加工工艺，提高了企业的生产效率的同时还降低了企业的设备采购成本。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种多功能一体化加工装置，其特征在于，包括：

底板；

机器人本体，固定安装于所述底板上，用于抓取所述工件；

轴向进给部，固定安装于所述底板上，所述轴向进给部包括一进给主轴，所述进给主轴包括一工作端，所述工作端用于安装加工刀具，所述轴向进给部用于带动所述加工刀具做旋转运动和轴向进给运动；

所述进给主轴与所述机器人本体相配合，并通过所述加工刀具对所述工件进行预定加工工艺的加工；

刀具切换部，与所述轴向进给部固定连接，用于为所述进给主轴更换所述加工刀具；

控制装置，固定安装于所述底板上，并分别与所述机器人本体、所述轴向进给部和所述刀具切换部电连接，所述控制装置用于控制所述加工装置的一体化加工过程。

2.根据权利要求1所述的多功能一体化加工装置，其特征在于，还包括：

废屑收集部，固定安装于所述底板上且位于所述加工刀具的下方，用于收集所述加工刀具切削下来的废屑。

3.根据权利要求2所述的多功能一体化加工装置，其特征在于，所述废屑收集部进一步包括：

集屑抽屉，用于存储所述废屑，所述集屑抽屉的顶部设置有开口；

网格板，设置于所述开口的上方，并通过多个支柱与所述底板固定连接；

多个滚轮，固定安装于所述集屑抽屉的下部，所述集屑抽屉通过所述滚轮可相对移动的放置于所述底板上。

4.根据权利要求1所述的多功能一体化加工装置，其特征在于，所述轴向进给部还包括：

安装台，固定安装于所述底板上；

滑台，固定安装于所述安装台上，所述滑台进一步包括：

导轨，位于所述滑台的上部；

滑块，与所述滑轨可滑动的连接，且与所述进给主轴固定连接，所述滑块用于为所述进给主轴的轴向进给提供导向作用；

驱动装置，连接所述进给主轴，用于为所述进给主轴的滑动提供动力。

5.根据权利要求4所述的多功能一体化加工装置，其特征在于，所述驱动装置为一伺服电机带动的滚珠丝杠。

6.根据权利要求1所述的多功能一体化加工装置，其特征在于，所述进给主轴具体包括：

轴体，所述轴体的一端为所述工作端，所述轴体具有拉刀和松刀功能；

打刀缸，连接所述轴体，用于驱动所述轴体实现所述拉刀和松刀功能；

主轴电机，连接所述轴体的另一端，用于驱动所述轴体做旋转运动。

7.根据权利要求1所述的多功能一体化加工装置，其特征在于，所述刀具切换部具体包括：

刀库，所述刀库呈圆盘状，用于存放所述加工刀具；

刀库电机，连接所述刀库，用于驱动所述刀库沿所述圆盘的圆心转动；

换刀杆，设置于与所述刀库所在平面垂直的平面上，所述换刀杆通过与一倒刀气缸配合将所述工作端的所述加工刀具和所述刀库中的所述加工刀具进行互换；

换刀电机，连接所述换刀杆，用于驱动所述换刀杆转动。

8.根据权利要求1所述的多功能一体化加工装置，其特征在于，所述轴向进给部还包括一油冷机，分别通过一进油管和一出油管与所述进给主轴连接，用于对所述进给主轴进行冷却。

9.根据权利要求1所述的多功能一体化加工装置，其特征在于，所述机器人本体包括一振动监测单元，用于采集所述机器人本体在工件加工过程中的振动信号，并将所述振动信号发送至所述控制装置；

所述控制装置根据所述振动信号调整所述加工装置的工作状态。

10.根据权利要求1所述的多功能一体化加工装置，其特征在于，所述预定加工工艺包括：钻孔、铣削、攻丝和去毛刺中的一项或多项。

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