CN111331157A - 一种带有自动上下料结构的数控车床 - Google Patents

Abstract

一种带有自动上下料结构的数控车床，包括车床；所述车床的内部安装有车床夹爪；所述车床的顶部安装支撑平台，所述支撑平台的表面安装有棒料储存机构、Y轴运动组件以及收料机构；所述棒料储存机构的X轴方向设有所述Y轴运动组件，所述棒料储存机构的Y轴方向设有所述收料机构，所述收料机构设于所述所述棒料储存机构靠近所述车床夹爪的一侧；所述Y轴运动组件上滑动连接有Z轴运动组件；本发明通过在车床上方架设自动上下料机构进行车床轴类零件的自动上下料，零件抓取机构通过设计可调节夹爪、固定板适应加工不同长度和直径的轴类零件，同时弹簧的设置是在上下料工程中保护零件不受压伤。

Description

一种带有自动上下料结构的数控车床

技术领域

本发明属于车床数控加工技术领域，特别涉及一种带有自动上下料结构的数控车床。

背景技术

在车床数控加工中，为了节约人力资源，降低劳动强度，人们设计了多种多样的车床自动上下料装置，目前采用的大多是对车床圆棒料进行自动上下料，这样的零件大都一次成型，但是对二次加工的轴类零件就不适用。对于次加工的车床自动上下料装置也有一些运用案例，如专利号CN201510132876.6和CN201821087191.X设计了一种直推式数控辅助上料料系统、一种车床自动上下料装置，这两个系统都采用振动盘供料的直推式为车床夹爪供料，两个装置的直推方式不一样，振动盘对单一产品有效，但对于多规格的产品就没有效果，存在很大的局限性，不适于推广使用，无法满足中小批量、多规格轴类零件生产。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供了一种带有自动上下料结构的数控车床，具体技术方案如下：

一种带有自动上下料结构的数控车床，包括车床；所述车床的内部安装有车床夹爪；所述车床的顶部安装支撑平台，所述支撑平台的表面安装有棒料储存机构、Y轴运动组件以及收料机构；所述棒料储存机构的X轴方向设有所述Y轴运动组件，所述棒料储存机构的Y轴方向设有所述收料机构，所述收料机构设于所述所述棒料储存机构靠近所述车床夹爪的一侧；所述Y轴运动组件上滑动连接有Z轴运动组件，所述Z轴运动组件的底端连接悬臂，所述悬臂的底端连接棒料抓取机构，所述Z轴运动组件用以带动棒料抓取机构升降运动，所述棒料抓取机构用以夹持转移棒料；所述棒料储存机构用以存储待加工棒料。

进一步的，所述棒料抓取机构包括安装块、夹爪安装座、固定板、顶杆导向套、弹簧以及顶杆，所述安装块安装于所述悬臂的底端，所述安装块的底面设有所述夹爪安装座，所述夹爪安装座的底面一侧垂直设有延伸板，所述夹爪安装座的底面垂直设有所述固定板，所述固定板的底端设有顶杆导向套，所述顶杆导向套的内部滑动套装有所述顶杆，所述顶杆的端部开口用以储存棒料，所述顶杆背离所述固定板的一端设有压环，所述顶杆的外壁滑动套装有所述弹簧，所述弹簧的一端连接所述压环，所述弹簧另一端连接所述顶杆导向套，所述延伸板背离所述固定板的侧面设有所述平行开闭气缸，所述平行开闭气缸的底面连接有所述夹爪，所述夹爪用以开合运动夹持棒料。

进一步的，所述夹爪安装座的底面开设有滑槽，所述滑槽的内部垂直滑动连接所述固定板，所述固定板与所述夹爪安装座之间通过锁紧螺钉固定。

进一步的，所述棒料储存机构包括载盘安装座、X轴电机、X轴活动杆、X轴固定架以及棒料载具；所述X轴固定架安装于所述支撑台上，所述X轴固定架的内侧安装有X轴活动杆，所述X轴活动杆上连接有所述载盘安装座，所述载盘安装座的内侧滑动套设有所述棒料载具；所述X轴活动杆的端部连接所述X轴电机，所述X轴电机用以驱动所述X轴活动杆伸缩运动。

进一步的，所述棒料呈矩形阵列插装于所述棒料载具上。

进一步的，所述Y轴运动组件包括Y轴电机、Y轴活动杆以及安装架；所述安装架安装于所述支撑台的表面，所述安装架上设有所述Y轴活动杆，所述Y轴活动杆的端部设有所述Y轴电机，所述Y轴活动杆连接所述Z轴运动组件。

进一步的，所述Z轴运动组件包括Z轴电机和Z轴活动杆；所述Z轴活动杆装配于所述Y轴活动杆上，所述Z轴活动杆的顶端连接所述Z轴电机，所述Z轴活动杆的底端连接所述悬臂。

进一步的，所述收料机构包括收料盒、红外检测传感器以及检测支架；所述收料盒安装于所述支撑台上，所述收料盒的两侧均垂直设有所述检测支架，所述检测支架上安装有红外检测传感器。

本发明的有益效果是：

通过在车床上方架设自动上下料机构进行车床轴类零件的自动上下料，采用车床夹爪松开作为装置自动上料的工作开始点，采用X轴模组、Y轴模组、Z轴模组驱动零件抓取机构运动，进而快速把零件载具上的轴类零件抓取至车床夹爪进行上下料；

零件抓取机构通过设计可调节夹爪、固定板适应加工不同长度和直径的轴类零件，同时弹簧的设置是在上下料工程中保护零件不受压伤；

零件预先储存在零件载具上，更换工产品只需要更换零件载具即可，整体更换简便、快捷；

红外检测传感器设计有上下料循环监测点，有效避免了上下料过程中出现故障不能及时处理的问题。

附图说明

图1示出了本发明的带有自动上下料结构的数控车床的结构示意图；

图2示出了本发明的棒料储存机构结构示意图；

图3示出了本发明的车床、棒料抓取机构以及悬臂配合结构示意图；

图4示出了本发明的棒料抓取机构结构示意图；

图5示出了本发明的平行开合气缸与夹爪连接结构示意图；

图6示出了本发明的夹爪安装座与固定板连接结构示意图；

图7示出了本发明的棒料与棒料抓取机构装配结构示意图；

图8示出了本发明的Z轴运动组件与Y轴运动组件连接结构示意图；

图9示出了本发明的收料机构结构示意图；

图中所示：1、车床，11、车床夹爪，2、支撑平台，3、棒料储存机构，31、载盘安装座，32、X轴电机，33、X轴活动杆，34、X轴固定架，35、棒料载具，4、棒料抓取机构，41、安装块，42、夹爪安装座，421、滑槽，422、锁紧螺钉，423、延伸板，43、固定板，44、顶杆导向套，45、弹簧，46、顶杆，461、压环，47、平行开闭气缸，48、夹爪，5、悬臂，6、Z轴运动组件，61、Z轴电机，62、Z轴活动杆，7、Y轴运动组件，71、Y轴电机，72、Y轴活动杆，73、安装架，8、收料机构，81、收料盒，82、红外检测传感器，83、检测支架。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

一种带有自动上下料结构的数控车床，包括车床1；所述车床1的内部安装有车床夹爪11；所述车床1的顶部安装支撑平台2，所述支撑平台2的表面安装有棒料储存机构3、Y轴运动组件7以及收料机构8；所述棒料储存机构3的X轴方向设有所述Y轴运动组件7，所述棒料储存机构3的Y轴方向设有所述收料机构8；所述收料机构8设于所述所述棒料储存机构3靠近所述车床夹爪11的一侧；

所述Y轴运动组件7上滑动连接有Z轴运动组件6，所述Z轴运动组件6的底端连接悬臂5，所述悬臂5的底端连接棒料抓取机构4，所述Z轴运动组件6用以带动棒料抓取机构4升降运动，所述棒料抓取机构4用以夹持转移棒料；所述棒料储存机构3用以存储待加工棒料；Y轴运动组件7、Z轴运动组件6负责完成空间内YZ平面运动轨迹；棒料抓取机构4用以将棒料储存机构3上的待加工棒料转移至车床夹爪11上，然后在棒料加工完毕后，棒料抓取机构4再将加工完成后的棒料转移至收料机构8内；收料机构8用以集中储存各个棒料。

作为上述技术方案的改进，所述棒料抓取机构4包括安装块41、夹爪安装座42、固定板43、顶杆导向套44、弹簧45以及顶杆46，所述安装块41安装于所述悬臂5的底端，所述安装块41的底面设有所述夹爪安装座42，所述夹爪安装座42的底面一侧垂直设有延伸板423，所述夹爪安装座42的底面垂直设有所述固定板43，所述固定板43的底端设有顶杆导向套44，所述顶杆导向套44的内部滑动套装有所述顶杆46，所述顶杆的端部开口用以储存棒料，所述顶杆46背离所述固定板43的一端设有压环461，所述顶杆46的外壁滑动套装有所述弹簧45，所述弹簧45的一端连接所述压环461，所述弹簧45另一端连接所述顶杆导向套44，所述延伸板423背离所述固定板43的侧面设有所述平行开闭气缸47，所述平行开闭气缸47的底面连接有所述夹爪48，所述夹爪48用以开合运动夹持棒料；平行开闭气缸47用以驱动夹爪48开合运动，闭合时夹紧固定棒料；棒料可收入储存在顶杆46的端部开口内；顶杆46在顶杆导向套44内滑动时，压环461会压缩弹簧45，使得顶杆46能够储备弹性势能。

作为上述技术方案的改进，所述夹爪安装座42的底面开设有滑槽421，所述滑槽421的内部垂直滑动连接所述固定板43，所述固定板43与所述夹爪安装座42之间通过锁紧螺钉422固定；固定板43的安装位置可根据棒料的长度而自由调节，从而满足不同棒料的加工需要，适用范围广。

作为上述技术方案的改进，所述棒料储存机构3包括载盘安装座31、X轴电机32、X轴活动杆33、X轴固定架34以及棒料载具35；所述X轴固定架34安装于所述支撑台2上，所述X轴固定架34的内侧安装有X轴活动杆33，所述X轴活动杆33上连接有所述载盘安装座31，所述载盘安装座31的内侧滑动套设有所述棒料载具35；所述X轴活动杆33的端部连接所述X轴电机32，所述X轴电机32用以驱动所述X轴活动杆33沿着X轴伸缩运动；X轴活动杆33伸缩运动用以带动载盘安装座31跟随伸缩运动，从而实现棒料沿着X轴不断的上料；棒料载具35用以储存棒料，当需要进行更换时，只需取下棒料载具35便可，插接方式便于安装更换。

作为上述技术方案的改进，所述棒料呈矩形阵列插装于所述棒料载具35上；矩形阵列分布的棒料，能够最大限度的储存棒料，X轴电机32每次向前输送一列。

作为上述技术方案的改进，所述Y轴运动组件7包括Y轴电机71、Y轴活动杆72以及安装架73；所述安装架73安装于所述支撑台2的表面，所述安装架73上设有所述Y轴活动杆72，所述Y轴活动杆72的端部设有所述Y轴电机71，所述Y轴活动杆72连接所述Z轴运动组件6；Y轴电机71能够驱动Y轴活动杆72沿着Y轴伸缩运动，从而使得Z轴运动组件6跟随Y轴活动杆72沿着Y轴伸缩运动。

作为上述技术方案的改进，所述Z轴运动组件6包括Z轴电机61和Z轴活动杆62；所述Z轴活动杆62装配于所述Y轴活动杆72上，所述Z轴活动杆62的顶端连接所述Z轴电机61，所述Z轴活动杆62的底端连接所述悬臂5；Z轴电机61用以驱动Z轴活动杆62沿着Z轴升降运动，进而带动棒料抓取机构4升降运动。

作为上述技术方案的改进，所述收料机构8包括收料盒81、红外检测传感器82以及检测支架83；所述收料盒81安装于所述支撑台2上，所述收料盒81的两侧均垂直设有所述检测支架83，所述检测支架83上安装有红外检测传感器82；红外检测传感器82能够检测是否有轴类零件卸料，保证卸料成功。

如图1所示，图1示出了本发明的带有自动上下料结构的数控车床的结构示意图；

该装置包括：车床1、支撑平台2、零件储存机构3、棒料抓取机构4、悬臂5、Z轴运动组件6、Y轴运动组件7、收料机构8；

在对传统的车床1进行改造时，只需在外壁布设支撑平台，然后安装零件储存机构3、Z轴运动组件6、Y轴运动组件7、收料机构8，在Z轴运动组件6的底端安装棒料抓取机构4，然后根据零件储存机构3与车床夹爪11的间距，设计好各个电机的工作程序。

如图2所示，图2示出了本发明的棒料储存机构结构示意图；

所述的X轴固定架34固定在支撑平台2上，X轴活动杆33安装于X轴固定架34上，载盘安装座31安装于X轴活动杆33上，棒料载具35插入到载盘安装座31内，如需要更换棒料的话只需要更换棒料载具35即可完成夹爪夹持范围内棒料的自动上下料；棒料9插入棒料载具35上；

棒料载具35可从载盘安装座31内拔出，便于人工在棒料载具35上装入需要加工的棒料；

如图3-图6所示，棒料抓取机构包含安装块41、夹爪安装座42、固定板43、顶杆导向套44、弹簧45、顶杆46、平行开闭气缸47、夹爪48、棒料49，安装块42与悬臂5下端连接，平行开闭气缸47安装于夹爪安装座42上，固定板43安装于夹爪安装座42的T型槽内；

固定板43可以通过在T型槽内移动，通过拧紧螺钉固定弹性机构，以适应不同棒料的长度；

弹性机构包含固定板43、顶杆导向套44、弹簧45、顶杆46，顶杆导向套44安装于固定板43上，顶杆46在顶杆导向套44滑动，弹簧45套在顶杆46上；

两个夹爪48通过锁紧螺钉固定在平行开闭气缸47上；

夹爪48闭合时，夹爪48的齿形错位啮合，可以使夹爪的夹持棒料49适应直径变化范围增大，提高夹爪的适用范围。

如图7所示，图7示出了本发明的棒料与棒料抓取机构装配结构示意图；

顶杆46的左端开设有圆形内孔，当装配时，棒料9会嵌入到圆形内孔内，棒料9会推动顶杆46向右运动，压环461压紧弹簧45，当压紧就位后，夹爪48夹持固定顶杆46，从而使得顶杆46稳定储存在顶杆内，弹簧45保持收缩状态。

图8示出了本发明的Z轴运动组件与Y轴运动组件连接结构示意图；

上料运动机构包含Z轴运动组件6、Y轴运动组件7和悬臂5组成，Z轴运动组件6包含Z轴电机61、Z轴活动杆62、Z轴电缆保护链和Z轴电缆保护链连接块组成；

Y轴运动组件7由Y轴电机71、Y轴活动杆72、Y轴电缆保护链和Y轴电缆保护链连接块，Y轴支架横梁，Y轴支架立板、Y轴支架加强筋，Y轴支架底板组成；

所述的Z轴组件6安装在Y轴活动杆72上，Y轴支架底板固定在支撑平台2上，两个轴负责完成空间内YZ平面运动轨迹；

所述的悬臂5由悬臂连接块和悬臂组成，悬臂连接块连接在Z轴活动杆62上，可以竖直直线运动。

本发明在实施时，

先将棒料9垂直插入到零件载具35内侧面，使得棒料9在零件载具35上呈矩形阵列分布，预先制作好多个装满棒料9的棒料载具35；将一个棒料载具35插入到载盘安装座31上；

初始状态，零件抓取机构4位于棒料载具35的右侧，平行开闭气缸47驱动夹爪48打开；Z轴电机61驱动Z轴活动杆62向下运动，零件抓取机构4跟随向下运动，当顶杆46与第一列最顶端的棒料9对齐时，Z轴电机61停止运动；

然后Y轴电机71带动Y轴活动杆72向左运动，在运动过程中，棒料9会插入到顶杆46的左端开口内，Y轴电机71继续带动Z轴运动组件6向左运动时，棒料9会反向推动顶杆46，顶杆46沿着顶杆导向套44向右运动，压环461压缩弹簧45，当压环461压缩至一定形变量时，Y轴电机71停止运动，平行开闭气缸47驱动夹爪48收拢，从而使得夹爪48夹持住棒料49，实现对棒料49的定位，弹簧45保持收缩状态；此时上料便可完成；

然后Y轴电机71驱动Y轴模组72向右运动，当零件抓取机构4运动至机床1的加工位时停止，Z轴电机61驱动Z轴活动杆62向下运动，使得零件抓取机构4运动至车床夹爪11的一侧，此时，棒料9相对位于车床夹爪11的一侧，随后，平行开合气缸47驱动夹爪48打开，弹簧45便可驱动顶杆46向左运动，从而将棒料9弹出至车床夹爪11内，实现棒料9上料至车床夹爪11内；上料完成后，Z轴电机61、Y轴电机71驱动零件抓取机构4离开车床1加工位，等待下次取料；

然后车床1开始对棒料9进行车削加工，加工为所需的轴类零件；

加工完毕后，Z轴电机61驱动零件抓取机构4向下运动，然后Y轴电机71驱动顶杆46向左运动，使得加工完成的轴类零件再次进入到顶杆46内，平行开闭气缸47驱动夹爪48靠拢夹持住轴类零件，然后Z轴电机61、Y轴电机71驱动零件抓取机构4、轴类零件运动至收料盒81上，红外检测传感器82检测轴类零件是否就位，当轴类零件就位时，夹爪48打开，轴类零件掉入收料盒81内，当轴类零件未就位时，夹爪48不打开；从而避免夹爪48错误动作；

当下料完毕后，零件抓取机构4抓取第一列第二个棒料，如此重复，直至第一列完全取出，然后，X轴电机32驱动X轴活动杆33向前运动，使得第二列棒料位于零件抓取机构4运动平面上，当棒料载具35上所有的棒料9均被取出后，便可抽出空的棒料载具35，更换上装满待加工棒料的棒料载具。

本发明采用零件抓取机构4，夹爪为可适应不同直径零件的夹爪，能够夹取不同直径的棒料，采用夹爪48取料棒料9前，顶杆46压缩弹簧45，从而实现弹簧45对顶杆46提供一个预压力，当棒料9放入车床夹爪11时，松开夹爪48时，弹簧45可提供一个柔性的弹力给棒料9，使棒料9能够与车床夹爪11内部限位平面接触，避免了直接强硬插入车床夹爪11内部时，限位面与棒料9硬接触造成零件损伤的问题；

固定板可以在夹爪安装座42的T型槽内滑动，如果更换不同长度的棒料9可以通过调整这个距离来适应棒料9的长度；

对于多规格、中小批量的轴类零件生产，这种自动上下料机构可以有效地节约人力成本，1个操作人员可以管理6-8台车床。操作人员只需要在零件载具35处放零件，采用两个载盘，一个零件载具35在的工作的时候，另一个零件载具35装零件。在车床上方设计支撑平台2，把上料机构安装于支撑平台2上，这种设计方案使自动上下料机构与车床使用互不干涉，可以车床根据需求可以随时切换到手工作业模式。

由于本发明采用的特殊上下料方式，上料和卸料采用的同一个夹爪48，既节约了成本，又降低了车床与上下料装置发生碰撞的风险，取料和上料动作依靠X轴模组、Y轴模组、Z轴模组三个运动组件组合完成，可以到达工作空间中的任意点，对运动组件的使用做到最精简；

通过在车床1上方架设自动上下料机构进行车床轴类零件的自动上下料，采用车床夹爪11松开作为装置自动上料的工作开始点，采用X轴模组、Y轴模组、Z轴模组三个直线运动模组机构携带零件抓取机构4把零件载具35上的轴类零件抓取至车床夹爪11的方式进行上下料；

零件抓取机构4通过设计可调节夹爪48、固定板43适应加工不同长度和直径的轴类零件，同时弹簧45的设置是在上下料工程中保护零件不受压伤。装置设计零件载具，更换工产品只需要更换零件载具即可，红外检测传感器82设计有上下料循环监测点，有效避免了上下料过程中出现故障不能及时处理的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种带有自动上下料结构的数控车床，其特征在于：包括车床；所述车床的内部安装有车床夹爪；所述车床的顶部安装支撑平台，所述支撑平台的表面安装有棒料储存机构、Y轴运动组件以及收料机构；所述棒料储存机构的X轴方向设有所述Y轴运动组件，所述棒料储存机构的Y轴方向设有所述收料机构，所述收料机构设于所述所述棒料储存机构靠近所述车床夹爪的一侧；所述Y轴运动组件上滑动连接有Z轴运动组件，所述Z轴运动组件的底端连接悬臂，所述悬臂的底端连接棒料抓取机构，所述Z轴运动组件用以带动棒料抓取机构升降运动，所述棒料抓取机构用以夹持转移棒料；所述棒料储存机构用以存储待加工棒料。

2.根据权利要求1所述的一种带有自动上下料结构的数控车床，其特征在于：所述棒料抓取机构包括安装块、夹爪安装座、固定板、顶杆导向套、弹簧以及顶杆，所述安装块安装于所述悬臂的底端，所述安装块的底面设有所述夹爪安装座，所述夹爪安装座的底面一侧垂直设有延伸板，所述夹爪安装座的底面垂直设有所述固定板，所述固定板的底端设有顶杆导向套，所述顶杆导向套的内部滑动套装有所述顶杆，所述顶杆的端部开口用以储存棒料，所述顶杆背离所述固定板的一端设有压环，所述顶杆的外壁滑动套装有所述弹簧，所述弹簧的一端连接所述压环，所述弹簧另一端连接所述顶杆导向套，所述延伸板背离所述固定板的侧面设有平行开闭气缸，所述平行开闭气缸的底面连接有所述夹爪，所述夹爪用以开合运动夹持棒料。

3.根据权利要求2所述的一种带有自动上下料结构的数控车床，其特征在于：所述夹爪安装座的底面开设有滑槽，所述滑槽的内部垂直滑动连接所述固定板，所述固定板与所述夹爪安装座之间通过锁紧螺钉固定。

4.根据权利要求2或3所述的一种带有自动上下料结构的数控车床，其特征在于：所述棒料储存机构包括载盘安装座、X轴电机、X轴活动杆、X轴固定架以及棒料载具；所述X轴固定架安装于所述支撑台上，所述X轴固定架的内侧安装有X轴活动杆，所述X轴活动杆上连接有所述载盘安装座，所述载盘安装座的内侧滑动套设有所述棒料载具；所述X轴活动杆的端部连接所述X轴电机，所述X轴电机用以驱动所述X轴活动杆伸缩运动。

5.根据权利要求4所述的一种带有自动上下料结构的数控车床，其特征在于：所述棒料呈矩形阵列插装于所述棒料载具上。

6.根据权利要求4所述的一种带有自动上下料结构的数控车床，其特征在于：所述Y轴运动组件包括Y轴电机、Y轴活动杆以及安装架；所述安装架安装于所述支撑台的表面，所述安装架上设有所述Y轴活动杆，所述Y轴活动杆的端部设有所述Y轴电机，所述Y轴活动杆连接所述Z轴运动组件。

7.根据权利要求6所述的一种带有自动上下料结构的数控车床，其特征在于：所述Z轴运动组件包括Z轴电机和Z轴活动杆；所述Z轴活动杆装配于所述Y轴活动杆上，所述Z轴活动杆的顶端连接所述Z轴电机，所述Z轴活动杆的底端连接所述悬臂。

8.根据权利要求7所述的一种带有自动上下料结构的数控车床，其特征在于：所述收料机构包括收料盒、红外检测传感器以及检测支架；所述收料盒安装于所述支撑台上，所述收料盒的两侧均垂直设有所述检测支架，所述检测支架上安装有红外检测传感器。

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