CN112846821B - 一种具有自动装夹工作线的立式加工中心 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于提供一种具有自动装夹工作线的立式加工中心，用以解决现有技术中存在的问题，包括机架和立式的主轴及其端部的刀具，包括设于机架上位于刀具下方的加工平台和位于加工平台上的输送线，输送线上设有入料工位、加工工位和出料工位，加工平台上设有多个沿输送线移动的支撑座，支撑座用于在入料工位处承托装夹于工件毛胚外的转位组件并依次向加工工位和出料工位输送；加工工位包括笼体，笼体位于刀具下方，转位组件位于加工工位时笼体耦合连接转位组件并通过刀具加工工件毛胚。通过该具有自动装夹工作线的立式加工中心可以实现对轴、杆类零件的流水线式生产，且其可以针对零件的多个方向或表面进行加工。

Description

一种具有自动装夹工作线的立式加工中心

技术领域

本发明涉及立式加工中心技术领域，尤其涉及一种具有自动装夹工作线的立式加工中心。

背景技术

一般轴类或杆类零件上会有键槽、槽孔等需要在立式加工中心中加工的特征，在现有一般的立式加工中心中，在一个轴或杆上设有多个槽孔类特征时，加工多个此类槽孔特征的话需要多次进行装夹使得待加工面朝向刀具，导致整体加工过程会多次暂停重新装夹、定位，使得加工效率降低。尤其在工件的一侧已经加工成型一个特征后，在对侧进行加工时还需要装夹位置与该特征进行校准、对准，进一步降低加工效率。而采用多轴加工中心的成本过高，难以大规模应用。尤其在大批量流水线生产中，传统的单件装夹式加工的加工中心具有需要多次装夹导致效率低、生产精度差的缺点，难以适应需求。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有自动装夹工作线的立式加工中心，用以解决现有技术中存在的问题，通过该具有自动装夹工作线的立式加工中心可以实现对轴、杆类零件的流水线式生产，且其可以针对零件的多个方向或表面进行加工。

为实现发明目的，本发明采用了如下技术方案：

一种具有自动装夹工作线的立式加工中心，包括机架和立式的主轴及其端部的刀具，包括设于所述机架上位于所述刀具下方的加工平台和位于加工平台上的输送线，所述输送线上设有入料工位、加工工位和出料工位，所述加工平台上设有多个沿输送线移动的支撑座，所述支撑座用于在所述入料工位处承托装夹于工件毛胚外的转位组件并依次向加工工位和出料工位输送；所述加工工位包括笼体，所述笼体位于所述刀具下方，所述转位组件位于所述加工工位时所述笼体耦合连接所述转位组件并通过刀具加工工件毛胚。

由此，在该加工中心加工过程中，预装夹有轴、杆类零件的转位组件在入料工位处通过外部设置的自动入料机器人或人工的方式放置到支撑座上，并在输送线的输送作用下向加工工位移动。在移动至加工工位后笼体与转位组件耦合将其固定，此时刀具向下移动对工件毛胚进行加工，在加工完成后，笼体与转位组件解耦并使得其可以继续向下游的出料工位移动并由机器人或人工的方式取走完成出料。从而实现在立式加工中心上轴、杆类零件的流水式自动化加工。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述笼体侧面设有举升方向为竖直方向的举升装置。

由此，在转位组件从入料工位进入加工工位时，笼体通过举升装置的举升抬起，使得支撑座和输送线可以无干涉地转位组件送入加工工位，此后笼体降下遮罩在加工工位的周围，起到耦合固定转位组件的同时，提供防止加工碎屑向外掉落的屏障。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述笼体下表面设有定位槽，所述加工平台表面设有与所述定位槽嵌合连接的定位锥。

由此，在笼体降下后，定位槽与定位锥实现两者之间的嵌合，从而对笼体进行稳定的定位。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述转位组件包括向内装夹工件毛胚的内壳体和与所述笼体可拆连接的外壳体，所述转位组件还包括驱动所述内壳体相对外壳体转动的驱动组件，所述笼体上分别设有从两侧连接至所述外壳体的第一连杆和至少一个第二连杆，所述第一连杆耦合连接至所述驱动组件。

由此，通过第一连杆和第二连杆实现对于整体转位组件的限位，进一步的通过第一连杆和驱动组件和配合实现内壳体相对于外壳体的受控的转动，从而在整体转位组件夹持工件毛胚不晃动的同时提供工件毛胚绕其轴向的转动动作，在轴、杆类零件的周向多个方向、表面需要加工时，可以在一次加工过程中通过转动完成所有的加工需求，进一步提高生产效率，减少多次装夹造成的时间浪费问题和定位精度下降问题。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述驱动组件包括具有锥齿的主动齿轮和从动齿轮，所述从动齿轮固接于所述内壳体表面，所述主动齿轮可转连接于所述外壳体内壁并啮合连接至所述从动齿轮，所述第一连杆耦合连接有转位电机，所述第一连杆上套接有编码器。

由此，通过齿轮传动实现驱动组件在内壳体和外壳体之间的稳定的转动动作传递，锥齿结构可以在较小的空间内提供稳定的传动效果。通过转位电机驱动第一连杆以带动内壳体的转动，编码器用于检测第一连杆的转动角度，因为主动齿轮和从动齿轮间的传动比及其他参数固定，在其转动过程中可以通过换算等效检测夹持工件毛胚的内壳体的转动角度，即在加工过程中可以准确检测转位角度以控制精确的自动化加工。编码器设于第一连杆的方式可以精简转位组件的整体结构和成本。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述第一连杆后端连接有第一气缸，所述第一气缸固接于所述笼体，所述第一连杆前端设有传动花键，所述外壳体上设有供所述传动花键通过的通孔，所述主动齿轮上设有与所述传动花键耦合连接的驱动孔。

由此，通过第一气缸驱动下的伸缩动作，使得第一连杆可以受控的与主动齿轮实现插接耦合。在流水线生产中，加工工件毛胚时通过第一气缸带动第一连杆的花键插入驱动孔实现耦合以进行驱动转位，在更换工件毛胚时通过第一连杆后退解耦实现便利的更换动作。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述第二连杆两端分别连接第二气缸和所述外壳体，所述第二气缸连接于所述笼体，所述第二连杆与所述外壳体的连接端呈正多棱柱体，所述外壳体上设有与所述第二连杆端部对应的固定孔。

由此，通过第二气缸驱动下的伸缩动作，使得第二连杆的端部可以受控的与固定孔实现插接固定。在流水线生产中，加工工件毛胚时通过第二气缸带动第二连杆的端部插入固定孔实现固定连接以将转位组件进行固定定位，在更换工件毛胚时通过第二连杆后退接触固定连接实现便利的更换动作。多棱柱体结构的端部使得可以实现稳定的固定插接。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述外壳体上设有第一定位部，所述第一定位部呈绕所述外壳体周向表面分布的至少一个，所述笼体上设有第一定位传感器，所述第一定位传感器用于在检测到所述第一定位部时发出电信号。

由此，第一定位部与第一定位传感器实现两者处于预设的相对位置时发出电信号，即在第一定位传感器检测到第一定位部时，其发出电信号至加工中心的控制系统并对举升装置进行控制，在转位组件移动至加工工位后笼体降下对其耦合，第一定位传感器检测到第一定位部并发出电信号时即外壳体上的通孔、固定孔的位置为对准第一连杆和第二连杆的位置，此时即可以驱动第一连杆和第二连杆实现对转位组件的自动精确连接。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述外壳体上设有第二定位部，所述第二定位部呈指向所述支撑座表面的凸起，所述支撑座上设有朝向所述外壳体表面的第二定位传感器，所述第二定位传感器用于在检测到所述第二定位部时发出电信号。

由此，第二定位部与第二定位传感器实现两者处于预设的相对位置时发出点信号，即在第二定位传感器检测到第二定位部时，其发出电信号至加工中心表明此时转位组件处于的相位位置时的通孔、固定孔的位置为与第一连杆和第二连杆平行可以在对准后直接连接的位置。从而可以在进入加工工位之前通过这一检测方式预先将转位装置放置于准确的可以进行与笼体后续耦合连接的位置，提供更高的加工效率。

作为本发明的进一步优选技术方案，所述支撑座上还设有驱动轮，所述驱动轮表面摩擦止抵于所述外壳体表面，所述驱动轮电连接至所述第二定位传感器。

由此，无需在入料时进行额外的人工或机械调节位置以满足上述转位组件地第二定位部与第二定位传感器的对准，在入料工位将转位组件放置至支撑座上后，驱动轮启动并通过摩擦力带动转位组件整体转动，在转动过程中第二定位传感器检测到第二定位部时即发出电信号使得驱动轮停机，从而实现自动化的转动定位效果，提高生产效率。

本发明的有益效果在于：通过支撑座、输送线和具有举升装置的笼体，实现夹持有工件毛胚的转位组件的自动定位，使得整体入料-加工-出料的过程人工至多只涉及出入料搬运，有效降低劳动强度，提高生产效率，进一步的也即使得整体加工流畅性好。通过转位组件和笼体和配合提供自动的工件毛胚的绕轴线转动的转位动作驱动，从而可以自动地进行工件毛胚在加工过程中多个待加工面的调节，从而使得加工过程更为流畅、便利，有效的提高加工效率。

附图说明

图1为本发明的俯视整体结构示意图；

图2为本发明的正视整体结构示意图；

图3为本发明通过外壳体轴线的水平截面示意图；

图4为本发明通过外壳体轴线的纵向截面示意图；

图5为本发明朝向外壳体轴线的结构示意图；

图6为图5中A处的放大示意图；

图中各项分别为：1100笼体，1110第一定位传感器，1120定位槽，1200转位组件，1210外壳体，1211通孔，1212固定孔，1213第一定位部，1214第二定位部，1220内壳体，1230驱动组件，1231主动齿轮，1232从动齿轮，1233驱动孔，1300第一连杆，1310转位电机，1320编码器，1330第一气缸，1340传动花键，1400第二连杆，1410第二气缸，1500支撑座，1510第二定位传感器，1520驱动轮，1600举升装置，2000机架，2100主轴，2200刀具，2300加工平台，2301输送线，2310入料工位，2320加工工位，2330出料工位，2340定位锥。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行详细描述：

如图1、2、3、4、5、6所示的一种具有自动装夹工作线的立式加工中心，包括机架2000和立式的主轴2100及其端部的刀具2200，包括设于机架2000上位于刀具2200下方的加工平台2300和位于加工平台2300上的输送线2301。输送线上设有入料工位2310、加工工位2320和出料工位2330，从俯视的角度可见，输送线2301为呈U形的通过机架的结构（图1中未示出主轴2100和刀具2200），其两端在机架2000外侧的即分别为入料工位2310和出料工位2330，位于机架2000内的即为加工工位2320。输送线2301可以为链条式或履带式的输送线。加工平台2300上设有多个固接在输送线2301上沿输送线2301移动方向随动的支撑座1500，支撑座1500用于在入料工位2310处承托装夹于工件毛胚外的转位组件1200并依次向加工工位2320和出料工位2330输送；加工工位2320包括在俯视方向上呈矩形的笼体1100，笼体1100在竖直方向上位于刀具2200下方，转位组件1200位于加工工位2320时笼体1100耦合连接转位组件1200并通过刀具2200加工工件毛胚。在该加工中心加工过程中，预装夹有轴、杆类零件的转位组件1200在入料工位2310处通过外部设置的自动入料机器人或人工的方式放置到支撑座1500上，并在输送线的输送作用下向加工工位2320移动。在移动至加工工位2320后笼体1100与转位组件1200耦合将其固定，此时刀具2200向下移动对工件毛胚进行加工，在加工完成后，笼体1100与转位组件1200解耦并使得其可以继续向下游的出料工位2330移动并由机器人或人工的方式取走完成出料。从而实现在立式加工中心上轴、杆类零件的流水式自动化加工。

本实施例中，笼体1100对置的两个侧面设有举升方向为竖直方向的举升装置1600并形成跨越在输送线2301上方的结构，举升装置1600为伸缩方向为竖直方向的气缸或液压缸。在转位组件1200从入料工位2310进入加工工位2320时，笼体1100通过举升装置1600的举升抬起，使得支撑座1500和输送线可以无干涉地转位组件1200送入加工工位2320，此后笼体1100降下遮罩在加工工位2320的周围，起到耦合固定转位组件1200的同时，提供防止加工碎屑向外掉落的屏障。

本实施例中，笼体1100下表面机加工有定位槽1120，加工平台2300表面焊接有与定位槽1120嵌合连接的定位锥2340。在笼体1100降下后，定位槽1120与定位锥2340实现两者之间的嵌合，从而对笼体1100进行稳定的定位，定位锥为三棱锥或四棱锥，从而可以通过其斜面实现一定的自定心引导笼体1100固定并实现各向承载的效果。

本实施例中，转位组件1200包括同轴套接的圆柱筒形的向内装夹工件毛胚的内壳体1220和与笼体1100可拆连接的外壳体1210，两者之间通过轴承实现稳定的支承。转位组件1200还包括驱动内壳体1220相对外壳体1210转动的驱动组件1230，笼体1100上分别设有从两侧连接至外壳体1210的第一连杆1300和五个第二连杆1400，一共六根连杆三三成组的在同一水平面上在转为组建1200的两侧对称设置，其中第一连杆1300设置在一侧的两根第二连杆1400之间，从而形成在水平面内的完全的限位，并且具有良好的各处支承效果。第一连杆1300耦合连接至驱动组件1230。通过第一连杆1300和第二连杆1400实现对于整体转位组件1200的限位，进一步的通过第一连杆1300和驱动组件1230和配合实现内壳体1220相对于外壳体1210的受控的转动，从而在整体转位组件1200夹持工件毛胚不晃动的同时提供工件毛胚绕其轴向的转动动作，在轴、杆类零件的周向多个方向、表面需要加工时，可以在一次加工过程中通过转动完成所有的加工需求，进一步提高生产效率，减少多次装夹造成的时间浪费问题和定位精度下降问题。

本实施例中，驱动组件1230包括具有锥齿的主动齿轮1231和从动齿轮1232，从动齿轮1232呈环状固接于内壳体1220表面，主动齿轮1231通过其后侧的套筒结构可转连接于外壳体1210内壁并啮合连接至从动齿轮1232，第一连杆1300耦合连接有转位电机1310，第一连杆1300上套接有编码器1320。通过齿轮传动实现驱动组件1230在内壳体1220和外壳体1210之间的稳定的转动动作传递，锥齿结构可以在较小的空间内提供稳定的传动效果。通过转位电机1310驱动第一连杆1300以带动内壳体1220的转动，编码器1320用于检测第一连杆1300的转动角度，因为主动齿轮1231和从动齿轮1232间的传动比及其他参数固定，在其转动过程中可以通过换算等效检测夹持工件毛胚的内壳体1220的转动角度，即在加工过程中可以准确检测转位角度以控制精确的自动化加工。编码器1320设于第一连杆1300的方式可以精简转位组件1200的整体结构和成本。

本实施例中，第一连杆1300后端固定连接有第一气缸1330的活塞杆端部，第一气缸1330固接于笼体1100，第一连杆1300前端加工有传动花键1340，外壳体1210上设有供传动花键1340通过的通孔1211，主动齿轮1231上设有与传动花键1340耦合连接的驱动孔1233。通过第一气缸1330驱动下的伸缩动作，使得第一连杆1300可以受控的与主动齿轮1231实现插接耦合。在流水线生产中，加工工件毛胚时通过第一气缸1330带动第一连杆1300的花键插入驱动孔1233实现耦合以进行驱动转位，在更换工件毛胚时通过第一连杆1300后退解耦实现便利的更换动作。

本实施例中，第二连杆1400两端分别连接第二气缸1410和外壳体1210，第二气缸1410连接于笼体1100，第二连杆1400与外壳体1210的连接端呈正四棱柱体，外壳体1210上设有与第二连杆1400端部对应的固定孔1212。通过第二气缸1410驱动下的伸缩动作，使得第二连杆1400的端部可以受控的与固定孔1212实现插接固定。在流水线生产中，加工工件毛胚时通过第二气缸1410带动第二连杆1400的端部插入固定孔1212实现固定连接以将转位组件1200进行固定定位，在更换工件毛胚时通过第二连杆1400后退接触固定连接实现便利的更换动作。多棱柱体结构的端部使得可以实现稳定的固定插接。

本实施例中，外壳体1210上设有凸起的两个第一定位部1213（在其他优选实施方式中可以为更多个绕外壳体1210周向设置的第一定位部1213），笼体1100上设有第一定位传感器1110，第一定位传感器1110为光电传感器，通过发射出的激光在外壳体1210上的反射时长的差值检测第一定位部1213，其在检测到第一定位部1213时发出电信号。第一定位部1213与第一定位传感器1110实现两者处于预设的相对位置时发出电信号，即在第一定位传感器1110检测到第一定位部1213时，其发出电信号至加工中心的控制系统并对举升装置1600进行控制，在转位组件1200移动至加工工位2320后笼体1100降下对其耦合，第一定位传感器1110检测到第一定位部1213并发出电信号时即外壳体1210上的通孔1211、固定孔1212的位置为对准第一连杆1300和第二连杆1400的位置，此时控制关停举升组件1600的运动，此时即可以驱动第一连杆1300和第二连杆1400实现对转位组件1200的自动精确连接。

本实施例中，外壳体1210上设有凹陷的第二定位部1214，第二定位部1214呈指向支撑座1500表面的凸起，支撑座1500上设有朝向外壳体1210表面的第二定位传感器1510，第二定位传感器1510用于在检测到第二定位部1214时发出电信号。第二定位部1214与第二定位传感器1510实现两者处于预设的相对位置时发出点信号，即在第二定位传感器1510检测到第二定位部1214时，其发出电信号至加工中心表明此时转位组件1200处于的相位位置时的通孔1211、固定孔1212的位置为与第一连杆1300和第二连杆1400平行可以在对准后直接连接的位置。从而可以在进入加工工位2320之前通过这一检测方式预先将转位装置放置于准确的可以进行与笼体1100后续耦合连接的位置，提供更高的加工效率。

本实施例中，支撑座1500上还设有位于其内部的通过内置电机驱动的驱动轮1520，驱动轮1520的周面呈与支撑座1500和转为组件1200接触表面相切，驱动轮1520的表面设置橡胶或其他软质材料制成的摩擦层，使得其摩擦止抵于外壳体1210表面，驱动轮1520电连接至第二定位传感器1510。无需在入料时进行额外的人工或机械调节位置以满足上述转位组件1200地第二定位部1214与第二定位传感器1510的对准，在入料工位2310将转位组件1200放置至支撑座1500上后，驱动轮1520启动并通过摩擦力带动转位组件1200整体转动，在转动过程中第二定位传感器1510检测到第二定位部1214时即发出电信号使得驱动轮1520停机，从而实现自动化的转动定位效果，提高生产效率。

以上实施例只是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (9)

1.一种具有自动装夹工作线的立式加工中心，包括机架（2000）和立式的主轴（2100）及其端部的刀具（2200），其特征在于，包括设于所述机架（2000）上位于所述刀具（2200）下方的加工平台（2300）和位于加工平台（2300）上的输送线（2301），所述输送线（2301）上设有入料工位（2310）、加工工位（2320）和出料工位（2330），所述加工平台（2300）上设有多个沿输送线（2301）移动的支撑座（1500），所述支撑座（1500）用于在所述入料工位（2310）处承托装夹于工件毛胚外的转位组件（1200）并依次向加工工位（2320）和出料工位（2330）输送；所述加工工位（2320）包括笼体（1100），所述笼体（1100）位于所述刀具（2200）下方，所述转位组件（1200）位于所述加工工位（2320）时所述笼体（1100）耦合连接所述转位组件（1200）并通过刀具（2200）加工工件毛胚；所述转位组件（1200）包括向内装夹工件毛胚的内壳体（1220）和与所述笼体（1100）可拆连接的外壳体（1210），所述转位组件（1200）还包括驱动所述内壳体（1220）相对外壳体（1210）转动的驱动组件（1230），所述笼体（1100）上分别设有从两侧连接至所述外壳体（1210）的第一连杆（1300）和至少一个第二连杆（1400），所述第一连杆（1300）耦合连接至所述驱动组件（1230）。

2.根据权利要求1所述的一种具有自动装夹工作线的立式加工中心，其特征在于，所述笼体（1100）侧面设有举升方向为竖直方向的举升装置（1600）。

3.根据权利要求2所述的一种具有自动装夹工作线的立式加工中心，其特征在于，所述笼体（1100）下表面设有定位槽（1120），所述加工平台（2300）表面设有与所述定位槽（1120）嵌合连接的定位锥（2340）。

4.根据权利要求1所述的一种具有自动装夹工作线的立式加工中心，其特征在于，所述驱动组件（1230）包括具有锥齿的主动齿轮（1231）和从动齿轮（1232），所述从动齿轮（1232）固接于所述内壳体（1220）表面，所述主动齿轮（1231）可转连接于所述外壳体（1210）内壁并啮合连接至所述从动齿轮（1232），所述第一连杆（1300）耦合连接有转位电机（1310），所述第一连杆（1300）上套接有编码器（1320）。

5.根据权利要求4所述的一种具有自动装夹工作线的立式加工中心，其特征在于，所述第一连杆（1300）后端连接有第一气缸（1330），所述第一气缸（1330）固接于所述笼体（1100），所述第一连杆（1300）前端设有传动花键（1340），所述外壳体（1210）上设有供所述传动花键（1340）通过的通孔（1211），所述主动齿轮（1231）上设有与所述传动花键（1340）耦合连接的驱动孔（1233）。

6.根据权利要求1所述的一种具有自动装夹工作线的立式加工中心，其特征在于，所述第二连杆（1400）两端分别连接第二气缸（1410）和所述外壳体（1210），所述第二气缸（1410）连接于所述笼体（1100），所述第二连杆（1400）与所述外壳体（1210）的连接端呈正多棱柱体，所述外壳体（1210）上设有与所述第二连杆（1400）端部对应的固定孔（1212）。

7.根据权利要求1所述的一种具有自动装夹工作线的立式加工中心，其特征在于，所述外壳体（1210）上设有第一定位部（1213），所述第一定位部（1213）呈绕所述外壳体（1210）周向表面分布的至少一个，所述笼体（1100）上设有第一定位传感器（1110），所述第一定位传感器（1110）用于在检测到所述第一定位部（1213）时发出电信号。

8.根据权利要求1所述的一种具有自动装夹工作线的立式加工中心，其特征在于，所述外壳体（1210）上设有第二定位部（1214），所述第二定位部（1214）呈指向所述支撑座（1500）表面的凸起，所述支撑座（1500）上设有朝向所述外壳体（1210）表面的第二定位传感器（1510），所述第二定位传感器（1510）用于在检测到所述第二定位部（1214）时发出电信号。

9.根据权利要求8所述的一种具有自动装夹工作线的立式加工中心，其特征在于，所述支撑座（1500）上还设有驱动轮（1520），所述驱动轮（1520）表面摩擦止抵于所述外壳体（1210）表面，所述驱动轮（1520）电连接至所述第二定位传感器（1510）。

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