CN113857359B - 一种数控折弯中心自动换模系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种数控折弯中心自动换模系统，包括模具库和换模机械手；折弯中心包括机架、横梁和模具总成；横梁高度能够升降；模具总成包括若干个沿横梁长度方向并列排布的上模；模具库设置在横梁上，模具库中存储有若干个上模，换模机械手用于将模具库中的上模转移并安装至模具总成或将模具总成中的上模进行拆卸并转移；换模机械手包括驱动座、机械臂和机械抓手；驱动座滑动连接在横梁上，且沿横梁长度方向水平滑移；机械臂的顶端与驱动座相连接，机械臂的底端连接所述机械抓手，机械抓手上设置有用于抓取上模的夹爪。本发明能实现上模的自动装夹，且结构简单，紧凑，易于加工制造，不增加成本，可靠，精度高。

Description

一种数控折弯中心自动换模系统
技术领域
本发明涉及数控折弯领域，特别是一种数控折弯中心自动换模系统。
背景技术
近几年，数控折弯中心在国内数控板材加工设备市场发展很快，得益于其高加工效率和自动化程度，加工效率是传统数控折弯机的2-3倍，市场需求量很大。
模具作为数控折弯中心的核心部件，目前的装夹主要依靠人工装夹，且锁紧方式主要“螺钉锁紧”和“压板锁紧”，这两种方式均不能实现自动装夹。同时，装夹可靠性差，影响加工精度。由于折弯中心在加工过程中，承受水平、竖直方向两个方向载荷，这两种锁紧方式，受力过程中，都会出现模具的“翻转”，严重影响机床的加工精度，而且，加工精度不能补偿。这两种方式均依靠力锁紧，锁紧不可靠。
设备柔性化需要模具能够进行自动更换和装夹，是阻碍折弯中心由自动化向柔性化，智能化发展的瓶颈。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种数控折弯中心自动换模系统，该数控折弯中心自动换模系统能实现上模的自动装夹，且结构简单，紧凑，易于加工制造，不增加成本，可靠，精度高。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种数控折弯中心自动换模系统，包括模具库和换模机械手。
折弯中心包括机架、横梁和模具总成。
横梁安装在机架顶部，且高度能够升降。
模具总成安装在横梁底部，包括若干个沿横梁长度方向并列排布的上模。
模具库设置在横梁上，模具库中存储有若干个上模，换模机械手用于将模具库中的上模转移并安装至模具总成或将模具总成中的上模进行拆卸并转移。
换模机械手包括驱动座、机械臂和机械抓手。
驱动座滑动连接在横梁上，且沿横梁长度方向水平滑移。
机械臂的顶端与驱动座相连接，机械臂的底端连接所述机械抓手，机械抓手上设置有用于抓取上模的夹爪。
机械臂包括相互铰接的上臂和下臂。
上臂顶端与驱动座相铰接，下臂底端与机械抓手相铰接。
机械臂包括上臂、下臂和臂连杆。
上臂包括平行且等长设置的上臂一和上臂二。上臂一和上臂二的顶端分别与驱动座相铰接。
下臂包括平行且等长设置的下臂一和下臂二。下臂一顶端通过铰接点一与上臂一底端相铰接，下臂二顶端通过铰接点二与上臂二底端相铰接。下臂一和下臂二底端分别与机械抓手相铰接。
臂连杆两端分别与铰接点一和铰接点二相铰接。
机械臂包括竖直驱动臂和水平驱动臂。
竖直驱动臂侧壁与驱动座竖直滑动连接，竖直驱动臂底端与水平驱动臂水平滑动连接，水平驱动臂底部或端部固定连接所述机械抓手。
折弯中心还包括自锁机构和压紧机构。
横梁底部设置有倒U型槽。
每个上模均包括上模本体，上模本体顶部设置有能伸入倒U型槽内的榫头。
压紧机构包括相铰接的连杆一和连杆二。连杆一顶端与锁紧块相铰接，连杆二尾端设置有倾斜的压紧释放连杆。
机械抓手还包括均能水平伸缩的夹紧顶杆和释放顶杆。
当夹紧顶杆伸长时，夹紧顶杆将能对连杆一和连杆二之间的铰接点进行推压，使锁紧块伸入倒U型槽内，将榫头锁紧在倒U型槽内。
当释放顶杆伸长时，释放顶杆将对压紧释放连杆进行推压，使锁紧块从倒U型槽内脱离，解除榫头与倒U型槽的锁合。
模具库包括支撑梁和若干个上模，支撑梁安装在驱动座和模具总成之间的横梁上，且沿横梁长度方向布设。若干个上模平行并列排布且可拆卸式连接在支撑梁底部。
支撑梁的两端分别从横梁两端伸出。
折弯中心还包括挂钩和挂钩顶出装置。
倒U型槽一侧的横梁上设置有与倒U型槽相连通的横向挂钩槽。
挂钩对称布设在上模本体顶部两侧，且每个挂钩中部均通过铰接轴与上模本体相铰接。
挂钩能在挂钩顶出装置的驱动下，绕铰接轴转动，并能使挂钩的钩爪伸入横向挂钩槽中。
上模本体两侧的两个挂钩底部均通过一根导向销相连接。
上模本体中设置有水平导向槽，导向销位于水平导向槽内。
每个挂钩底部均设置有导向销沟槽，导向销能在导向销沟槽内移动。
导向销位于水平导向槽内。
背离挂钩顶出装置一侧的水平导向槽内设置有弹簧，导向销的中部套装有导向块，导向块的一端能与弹簧相接触，导向块的另一端能与挂钩顶出装置相接触。
挂钩顶出装置能驱动导向销沿水平导向槽移动，进而驱动挂钩转动，并使挂钩的钩爪伸入横向挂钩槽中。
榫头与相邻近倒U型槽侧壁之间设置有调整垫。
本发明具有如下有益效果：
1、本发明中换模机械手和模具库的设置，能实现上模的自动装夹，且结构简单，紧凑，易于加工制造，不增加成本，可靠，精度高。
2、设置在换模机械手上的夹紧顶杆和释放顶杆，可以快速夹紧，释放模具，无需提供动力源。由于快速装夹和自动换模的需要，通常给模具总成提供动力源是一个很大的难题(布置线路困难)，而本案无需为模具提供外接动力源即可实现拆装，从而使用方便。
3、上述自锁机构和压紧机构的设置，两者均可以实现自锁，双重自锁，安全可靠。
4、上述调整垫的设置，通过配磨调整垫的厚度，进而使得自锁机构的锁紧位置会相应的改变，能够现前后精度的调整，而不至于整个模具体报废。
附图说明
图1为本发明一种数控折弯中心自动换模系统的结构示意图。
图2为本发明中模具抓手和上模的配合示意图。
图3为本发明中模具抓手的结构示意图。
图4为本发明中上模锁紧工作原理示意图。
图5为本发明中上模释放工作原理示意图。
图6为本发明实施例3中上模的侧视图。
图7为图6中的A-A剖面图。
图8为本发明实施例3中挂钩打开时的结构示意图。
图9为本发明实施例3中上模的立体图。
图10为本发明实施例3中上模的剖面图。
图11为本发明中实施例3中上模的局部剖面图。
图12为本发明中换模机械手的第一种结构示意图；其中，图12(a)为换模机械手第一种结构的立体图；图12(b)为换模机械手第一种结构的上模安装图一；图12(c)为换模机械手第一种结构的上模安装图二；
图13为本发明中换模机械手的第二种结构示意图；其中，图13(a)为换模机械手第二种结构的立体图；图13(b)为换模机械手第二种结构的上模安装图一；图13(c)为换模机械手第二种结构的上模安装图二；
图14为本发明中换模机械手的第三种结构示意图；其中，图14(a)为换模机械手第三种结构的立体图；图14(b)为换模机械手第三种结构的上模安装图一；图14(c)为换模机械手第三种结构的上模安装图二；
图15为本发明中模具库的结构示意图；其中，图15(a)为模具库的第一种设置方式；图15(b)为模具库的第二种设置方式；图15(c)为模具库的第三种设置方式；
图16为本发明自锁原理图；图16(a)表示自锁斜面自锁原理图；图16(b)表示压紧机构自锁原理图。
图17为上模本体与横梁之间增设调整垫的结构示意图。
其中有：
10.折弯中心；
11.折边C型架；12.横梁；121.倒U型槽；122横向挂钩槽；
13.机架；14.模具总成；15.下压模；
20.上模本体；21.榫头；22.上压脚；23.夹爪安装槽；24.挂钩安装槽；25.导向孔；26水平导向槽；27调整架；
30.挂钩；31.铰接轴；32.导向销；34.弹簧；35.导向销沟槽；36.挂钩顶出杆；37.挂钩导向杆；
40.模具抓手；41.夹爪安装平板；42.夹爪手指；43.夹紧顶杆；44.释放顶杆；
50.自锁机构；51.固定斜块；511.中心定位安装杆；512.侧挡板；
52.锁紧块；521.中空腔；
60.板材；
70.压紧机构；71.连杆一；72.连杆二；73.压紧释放连杆；
80.摇摆机械手；81.驱动座；82.上臂；821.上臂一；822.上臂二；823.竖直驱动臂；
83.下臂；831.下臂一；832.下臂二；833.水平驱动臂；
84.臂连杆；
90.模具库；91.支撑梁。
具体实施方式
下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。
本发明的描述中，需要理解的是，术语“左侧”、“右侧”、“上部”、“下部”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，“第一”、“第二”等并不表示零部件的重要程度，因此不能理解为对本发明的限制。本实施例中采用的具体尺寸只是为了举例说明技术方案，并不限制本发明的保护范围。
本发明采用如下三个优先实施例进行详细说明。
实施例1
如图1所示，一种数控折弯中心自动换模系统，包括模具库90和换模机械手80。
折弯中心包括折边C型梁11、横梁12、机架13、模具总成14和下压模15。
折边C型梁11位于机架中部折弯空腔中，用于板材60的正角度或负角度折弯。
横梁安装在机架顶部，且高度能够升降，横梁底部设置有倒U型槽121，倒U型槽包括边腿一和边腿二，其中，边腿一优选邻近折边C型梁11设置。
模具总成安装在横梁底部，包括若干个沿横梁长度方向并列排布的上模。
每个上模均包括上模本体20，每个上模本体顶部均设置有能伸入倒U型槽内的榫头21，每个上模本体底部朝向折边C型梁的一侧设置有上压脚22。每个上模本体背离折边C型梁的一侧侧壁优选设置有若干个夹爪安装槽23。
模具库优选设置在横梁上，如图15所示，模具库优选包括支撑梁91和若干个上模，支撑梁安装在驱动座和模具总成之间的横梁上，且沿横梁长度方向布设。若干个上模平行并列排布且可拆卸式连接在支撑梁底部。上模在支撑梁上的可拆卸方式为现有技术，如弹性夹紧组件、吸附组件或实施例2中所述的挂钩等。
在图15中，给出了模具库的3种优选设置方式。
模具库的第一种设置方式：支撑梁有2根或2根以上，且相互平行。
模具库的第二种设置方式：支撑梁两端分别从横梁两端伸出，也即两侧扩展模具库。
模具库的第三种设置方式：支撑横梁为一根。
换模机械手用于将模具库中的上模转移并安装至模具总成或将模具总成中的上模进行拆卸并转移。
如图12至图14所示，换模机械手包括驱动座81、机械臂和机械抓手83。
驱动座滑动连接在横梁上，且沿横梁长度方向水平滑移。
机械臂的顶端与驱动座相连接，机械臂的底端连接机械抓手40，机械抓手上设置有用于抓取上模的夹爪。在本实施例中，如图2和图3所示，夹爪包括夹爪安装平板41和设置在夹爪安装平板两侧的若干个夹爪手指42，夹爪手指为现有技术，能伸入上模本体的夹爪安装槽23中，实现对上模本体的抓取。夹爪手指具有驱动，该驱动为现有技术，用于控制手指的张开与夹紧。
下面以三种优选结构，对换模机械手进行详细说明。
换模机械手第一种结构
如图12所示，机械臂包括相互铰接的上臂82和下臂83。
上臂顶端与驱动座相铰接(可以是驱动连接)，下臂底端与机械抓手相铰接(可以是驱动连接)。
换模机械手第二种结构
如图13所示，机械臂包括上臂82、下臂83和臂连杆84。
上臂包括平行且等长设置的上臂一821和上臂二822。上臂一和上臂二的顶端分别与驱动座相铰接，两个铰接点称为铰接点对A。
下臂包括平行且等长设置的下臂一831和下臂二832。下臂一顶端通过铰接点一与上臂一底端相铰接，下臂二顶端通过铰接点二与上臂二底端相铰接。铰接点一和铰接点二形成铰接点对B。
下臂一和下臂二底端分别与机械抓手相铰接，两个铰接点称为铰接点对C。
臂连杆两端分别与铰接点一和铰接点二相铰接，臂连杆的设置，使得铰接点对A、铰接点对B和铰接点对C三者之间的距离相等。
在上述铰接点对A、铰接点对B和铰接点对C中，任意选出两对铰接点对，并从每对铰接点对中各选出一个铰接点，形成驱动铰接点。然后，将驱动装置设置在两个驱动铰接点上。
换模机械手第三种结构
如图14所示，机械臂包括竖直驱动823和水平驱动臂833。
竖直驱动臂侧壁与驱动座竖直滑动连接，竖直驱动臂底端与水平驱动臂水平滑动连接，水平驱动臂底部或端部固定连接机械抓手。
实施例2
与实施例1基本相同，折弯中心还包括自锁机构50和压紧机构70。
如图17所示，上述榫头21与与相邻近倒U型槽侧壁之间设置有调整垫27。因长期使用，模具磨损。当模具出现磨损，可以采用调整垫，配磨，并调整垫的厚度。这时，自锁机构的锁紧位置会相应的改变，能够实现前后精度的调整，而不至于整个模具体报废。
自锁机构优选包括固定斜块51和锁紧块52。
固定斜块安装在倒U型槽中，固定斜块朝向榫头的一侧设置有自锁斜面，自锁斜面的倾斜角为α，则α<arctan(μ)；其中，μ为自锁斜面的摩擦系数。
锁紧块位于固定斜块和榫头之间，锁紧块朝向固定斜块的一侧设置有自锁斜面，锁紧块的自锁斜面能与固定斜块的自锁斜面相配合。
进一步，如图10所示，锁紧块优先为中空结构，具有中空腔521。
上述固定斜块包括中心定位安装杆511和两块侧挡板512，中心定位安装杆穿过锁紧块的竖直滑槽和中空腔，从而安装在榫头上，且能水平滑移。中心定位安装杆在起到安装定位和水平滑移作用的同时，还能对锁紧块的竖向位移进行限位。
在图9中，两块侧挡板位于锁紧块的前侧面和后侧面，能防止产生前后位移。
当锁紧块在压紧机构的驱动下向下运动时，自锁机构解锁；锁紧块向上运动将使得自锁机构锁定，即两者自锁斜面相配合。
如图4和图5所示，压紧机构包括相铰接的连杆一71和连杆二72。连杆一顶端与锁紧块相铰接，连杆二尾端设置有倾斜的压紧释放连杆73。
如图2和图3所示，机械抓手还包括均能水平伸缩的夹紧顶杆43和释放顶杆44。
如图4所示，当夹紧顶杆伸长时，夹紧顶杆将能对连杆一和连杆二之间的铰接点进行推压，使锁紧块伸入倒U型槽内，将榫头锁紧在倒U型槽内。
如图5所示，当释放顶杆伸长时，释放顶杆将对压紧释放连杆进行推压，使锁紧块从倒U型槽内脱离，解除榫头与倒U型槽的锁合。
上述自锁机构和压紧机构均可以实现自锁，实际上是双重自锁，安全可靠。
自锁机构的自锁，如图16(a)所示，当a<arctan(μ))，其中a为固定斜块或锁紧块的倾角，μ为自锁斜面的摩擦系数。自锁机构能够自锁，即不管F多大，斜面配合都能保证静止不动。
压紧机构的自锁，如图16(b)所示，当角度β足够小的时候，压紧机构处于自锁位置，即不管F多大，压紧机构都能保证静止不动。其中，β为连杆二与竖直方向的夹角。
故而，本申请的模具夹紧可靠，外部载荷不管大小，方向，位置的改变都不会影响模具装夹可靠性和稳定性，以及精度。
实施例3
与实施例2基本相同，不同点在于：折弯中心还包括如图6所示的挂钩30和挂钩顶出装置。
倒U型槽一侧的横梁(也即边腿一)上设置有与倒U型槽相连通的横向挂钩槽122。
挂钩对称布设在上模本体顶部两侧的挂钩安装槽24内，且每个挂钩中部均通过铰接轴31与上模本体相铰接。
挂钩能在挂钩顶出装置的驱动下，绕铰接轴转动，并能使挂钩的钩爪伸入横向挂钩槽中。
上模本体两侧的两个挂钩底部均通过一根导向销32相连接。
上模本体中设置有水平导向槽26，导向销位于水平导向槽内。
进一步，每个挂钩底部均优选设置有导向销沟槽35，导向销还能在导向销沟槽内移动。
如图7所示，导向销位于水平导向槽内，导向销两端分别位于两个挂钩底部的导向销沟槽35内。
挂钩顶出装置能驱动导向销沿水平导向槽移动，进而驱动挂钩转动，并使挂钩的钩爪伸入横向挂钩槽中。如图10所示，上述挂钩顶出装置优选包括挂钩顶出杆36和挂钩导向杆37。
进一步，背离挂钩顶出装置一侧的水平导向槽内设置有弹簧34，导向销的中部套装有导向块33，导向块的一端能与弹簧相接触，导向块的另一端能与挂钩顶出杆36相接触。
进一步，朝向挂钩顶出杆36一侧的上模本体上还设置有与导向槽相连通的导向孔25。
上述挂钩导向杆37优选位于释放顶出杆下方的夹爪安装平板上，主要起辅助导向作用。
上模的快速拆装方法，包括如下步骤。
步骤1、挂钩顺时针转动：挂钩顶出杆36伸长，进入导向孔与导向块压紧接触，挂钩顶出杆36继续伸长，弹簧压缩，挂钩顺时针转动，挂钩的钩爪缩回至挂钩安装槽内。
步骤2、自锁：移动夹爪，使上模顶部的榫头进入横梁底部的倒U型槽内，在榫卯配合的同时，自锁机构在压紧机构的驱动下，将榫头锁紧在倒U型槽。
步骤3、钩挂连接：自锁完成后，挂钩顶出杆缩回，弹簧复位，推动挂钩逆时针旋转，挂钩顶端的钩爪伸入横向挂钩槽中，使上模与横梁实现钩挂连接。
步骤4、上模拆卸：压紧机构向下运动，自锁机构解锁，重复步骤1，使上模与横梁实现拆卸。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种数控折弯中心自动换模系统，其特征在于：包括模具库、换模机械手、自锁机构和压紧机构；
折弯中心包括机架、横梁和模具总成；
横梁安装在机架顶部，且高度能够升降；
模具总成安装在横梁底部，包括若干个沿横梁长度方向并列排布的上模；
模具库设置在横梁上，模具库中存储有若干个上模，换模机械手用于将模具库中的上模转移并安装至模具总成或将模具总成中的上模进行拆卸并转移；
换模机械手包括驱动座、机械臂和机械抓手；
驱动座滑动连接在横梁上，且沿横梁长度方向水平滑移；
机械臂的顶端与驱动座相连接，机械臂的底端连接所述机械抓手，机械抓手上设置有用于抓取上模的夹爪；
机械臂包括相互铰接的上臂和下臂；
上臂顶端与驱动座相铰接，下臂底端与机械抓手相铰接；
横梁底部设置有倒U型槽；
每个上模均包括上模本体，上模本体顶部设置有能伸入倒U型槽内的榫头；
自锁机构包括锁紧块；
压紧机构包括相铰接的连杆一和连杆二；连杆一顶端与锁紧块相铰接，连杆二尾端设置有倾斜的压紧释放连杆；
机械抓手还包括均能水平伸缩的夹紧顶杆和释放顶杆；
当夹紧顶杆伸长时，夹紧顶杆将能对连杆一和连杆二之间的铰接点进行推压，使锁紧块伸入倒U型槽内，将榫头锁紧在倒U型槽内；
当释放顶杆伸长时，释放顶杆将对压紧释放连杆进行推压，使锁紧块从倒U型槽内脱离，解除榫头与倒U型槽的锁合。
2.根据权利要求1所述的数控折弯中心自动换模系统，其特征在于：机械臂包括上臂、下臂和臂连杆；
上臂包括平行且等长设置的上臂一和上臂二；上臂一和上臂二的顶端分别与驱动座相铰接；
下臂包括平行且等长设置的下臂一和下臂二；下臂一顶端通过铰接点一与上臂一底端相铰接，下臂二顶端通过铰接点二与上臂二底端相铰接；下臂一和下臂二底端分别与机械抓手相铰接；
臂连杆两端分别与铰接点一和铰接点二相铰接。
3.根据权利要求1所述的数控折弯中心自动换模系统，其特征在于：机械臂包括竖直驱动臂和水平驱动臂；
竖直驱动臂侧壁与驱动座竖直滑动连接，竖直驱动臂底端与水平驱动臂水平滑动连接，水平驱动臂底部或端部固定连接所述机械抓手。
4.根据权利要求1所述的数控折弯中心自动换模系统，其特征在于：模具库包括支撑梁和若干个上模，支撑梁安装在驱动座和模具总成之间的横梁上，且沿横梁长度方向布设；若干个上模平行并列排布且可拆卸式连接在支撑梁底部。
5.根据权利要求4所述的数控折弯中心自动换模系统，其特征在于：支撑梁的两端分别从横梁两端伸出。
6.根据权利要求1所述的数控折弯中心自动换模系统，其特征在于：折弯中心还包括挂钩和挂钩顶出装置；
倒U型槽一侧的横梁上设置有与倒U型槽相连通的横向挂钩槽；
挂钩对称布设在上模本体顶部两侧，且每个挂钩中部均通过铰接轴与上模本体相铰接；
挂钩能在挂钩顶出装置的驱动下，绕铰接轴转动，并能使挂钩的钩爪伸入横向挂钩槽中。
7.根据权利要求1所述的数控折弯中心自动换模系统，其特征在于：上模本体两侧的两个挂钩底部均通过一根导向销相连接；
上模本体中设置有水平导向槽，导向销位于水平导向槽内；
每个挂钩底部均设置有导向销沟槽，导向销能在导向销沟槽内移动；
导向销位于水平导向槽内；
背离挂钩顶出装置一侧的水平导向槽内设置有弹簧，导向销的中部套装有导向块，导向块的一端能与弹簧相接触，导向块的另一端能与挂钩顶出装置相接触；
挂钩顶出装置能驱动导向销沿水平导向槽移动，进而驱动挂钩转动，并使挂钩的钩爪伸入横向挂钩槽中。
8.根据权利要求1所述的数控折弯中心自动换模系统，其特征在于：榫头与相邻近倒U型槽侧壁之间设置有调整垫。
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