CN113894339A - 一种型材双端同步铣切加工中心及型材加工方法 - Google Patents

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Abstract

本发明为一种型材双端同步铣切加工中心及型材加工方法。其技术方案为，一种型材双端同步铣切加工中心，包括基座，基座上相对设置两个铣切机头和两个材定位装置；第一型材定位装置和/或第二型材定位装置包括定基准机构。本发明的有益效果为，在本加工中心中，沿Z轴方向上料摆放型材，然后两侧定位装置固定型材的两端，在加工前通过定基准机构测量型材端部的位置，并将该位置设定为该端的加工基准，然后两端的铣切机头同时对型材的两端铣槽，大幅提高了生产效率，无需对型材进行转动，便于生产线的空间布置，同时消除了上料时型材摆放误差的影响，加工精度极高。

Description

一种型材双端同步铣切加工中心及型材加工方法
技术领域
本发明涉及型材加工领域，特别是涉及一种型材双端同步铣切加工中心，以及一种型材加工方法。
背景技术
型材广泛用于门窗领域，为了便于多根型材之间的拼接，在型材两端通常设置有槽。传统的型材端部加工是将型材一端固定在铣床上，固定后对该端铣槽，然后将型材调转过来，再加工另一端。这样的加工方式需要调转型材，需要很大的操作空间，并且加工效率较低。
随着工业生产自动化程度的不断提高，门窗加工行业中从型材切割、铣槽加工、到最后组装等一系列的生产过程逐渐采用自动化生产线来完成，型材在工位上的上下料由机器人实现，因此，上述的传统铣槽方法不但需要很大的机器人行程，长条型材更可能与机械臂发生碰撞，已不适用于生产线生产；另一方面，机器人上料时，由于型材在传送带上可能会发生滑动，以及机器人夹取位置可能存在误差的问题，导致每条型材在铣槽的摆放位置可能会存在误差，导致槽的尺寸不准，影响组装效果。
发明内容
本发明针对生产线的型材上料的空间需求，以及上料精度问题，提供了一种能够精准确定上料位置，并实现型材双端同时加工的型材双端同步铣切加工中心。
为解决以上问题，本发明采用的技术方案为，一种型材双端同步铣切加工中心，设竖直方向为Z轴，在水平面内相互垂直的两个方向分别为X轴和Y轴，加工中心包括基座，基座上沿X轴方向相对设置有第一铣切机头和第二铣切机头，第一铣切机头靠近第二铣切机头的一侧设有第一型材定位装置，第二铣切机头靠近第一铣切机头的一侧设有第二型材定位装置；第一型材定位装置和/或第二型材定位装置包括定基准机构。在本加工中心中，沿Z轴方向上料摆放型材，然后两侧定位装置固定型材的两端，在加工前通过定基准机构测量型材端部的位置，并将该位置设定为该端的加工基准，然后两端的铣切机头同时对型材的两端铣槽，大幅提高了生产效率，无需对型材进行转动，便于生产线的空间布置，同时消除了上料时型材摆放误差的影响，加工精度极高。
优选的，第一型材定位装置和第二型材定位装置包括定位台，定位台的上表面用于承托型材，定基准机构包括安装在定位台侧面的推板和水平推动装置，水平推动装置能够驱动推板沿X轴方向运动，定位台与推板之间设有用于检测推板位移的位移传感器，推板设置在第一型材定位装置靠近第一铣切机头的一侧和/或第二型材定位装置靠近第二铣切机头的一侧；定位台的上方设有垂直压紧机构，和/或，定位台的上表面一侧设有水平压紧机构。型材通过压紧机构固定后，推板沿X轴移动触碰型材端部，通过位移传感器得到推板的位移距离，结合预设的上料位置即可得到型材摆放的实际位置，同时能够在垂直于型材的两个方向夹紧型材，固定效果好，提高加工精度。
优选的，定基准机构还包括推板滑台，推板安装在推板滑台背向定位台背向定位台的一面，推板滑台上还设有竖直推动装置，竖直推动装置能够驱动推板滑台沿Z轴升降，当推板下降到最低位置时，推板的最高点位于定位台的上表面；水平推动装置的固定部与定位台固定连接，水平推动装置的运动部与推板滑台固定连接。推板可升降设置，定位完成后下降至定位台以下，避让铣槽时的走刀位置，避免位置干涉。
优选的，推板上设有缺口，缺口的第一面在Z-X平面内，第二面与第一面之间的夹角为45度，第二面与第一面的交线沿Z轴方向。缺口匹配端部为切角的型材，能够防止推板将型材尖端碰坏。
优选的，第一铣切机头和第二铣切机头分别包括机头座，机头座上安装有Y轴驱动装置，Y轴驱动装置上安装有Y轴滑台，Y轴驱动装置能够驱动Y轴滑台沿Y轴运动，Y轴滑台上设有第一X轴驱动装置，第一X轴驱动装置上安装有X轴滑台，第一X轴驱动装置能够驱动上X轴滑台沿X轴运动，X轴滑台上安装有Z轴驱动装置，Z轴驱动装置上安装有主轴，Z轴驱动装置能够主轴沿Z轴运动，主轴能够驱动铣刀转动。
优选的，有第一铣切机头和/或第二铣切机头采用塔式铣刀，塔式铣刀包括刀柄，刀柄上安装有至少一个片式锯刀，多个片式锯刀同轴平行设置，至少两个片式锯刀的公称尺寸相同，或多个片式锯刀的公称尺寸均不相同。根据型材端部的槽型设置具有多片锯刀的刀头，一次走刀即可完成全部槽的加工，大大提高加工效率。
优选的，第一铣切机头和/或第二铣切机头为移动机头，移动机头的机头座的底部设有第二X轴驱动装置。通过第二X轴驱动装置能够大幅调整两个机头之间的间距，扩大能够加工的型材长度范围。
优选的，第一铣切机头和/或第二铣切机头的一侧设有刀库，刀库包括刀库底座，刀库底座上设有至少一个刀库装置，刀库装置包括刀架和刀架推动装置，刀架推动装置的固定部固定安装在刀库底座上，刀架推动装置的运动部与刀架连接，刀架推动装置能够驱动刀架沿Y轴运动，刀架靠近基座的一侧设有一定数量的刀位，刀位用于放置铣切刀具。设有刀库，能够根据需要设置不同的铣刀，同时配合塔式铣刀的结构，能够根据预设程序直接换刀实现不同类型、不同批次型材的加工，无需中断生产进行调整，大大提高加工中心的泛用性和生产效率。
基于以上装置，本发明还提供一种型材加工方法，包括以下步骤：
S1.上料：将待加工型材放置在加工中心中，型材两端位于两侧的定位台上；
S2.夹持：两侧的垂直压紧机构和/或水平压紧机构将型材两端夹紧；
S3.确定基准：
竖直推动机构驱动推板上升至高于定位台上表面的位置；
水平推动装置驱动推板向型材端部靠近；
当推板与型材端部接触时，位移传感器测得推板的位移量数据d1，并将位移量数据d1上传至工控机；
推板复位；
工控机通过位移量数据和预设的上料位置数据判断出型材端部的实际位置；
将实际位置设定为加工基准；
S4.走刀加工：第一铣切机头和/或第二铣切机头中的第一X轴驱动装置和/或Y轴驱动装置和/或Z轴驱动装置配合，对型材两端同时铣切加工，和/或对型材一端进行铣切加工。
在以上加工方法中，根据待加工型材的长度，第一铣切机头和/或第二铣切机头通过第二X轴驱动装置位移一定距离d2；工控机通过d1、d2和预设的上料位置数据判断出型材端部的实际位置，并将该位置设定为加工基准。
本加工方法能够对型材两端同时铣槽加工，大大提高生产效率，能够在上料后根据型材的实际摆放位置确定加工基准，加工精度高，同时能够调整机头的位置，适用于更长或更短的型材加工。
通过以上技术方案可以看出，本发明的优点在于：对型材的定位效果好，在加工前通过定基准机构测量型材端部的位置，并将该位置设定为该端的加工基准，消除了上料时型材摆放误差的影响，加工精度极高；同时对型材的两端铣槽，大幅提高了生产效率，无需对型材进行转动，便于生产线的空间布置；定基准机构能够有效收纳，不干涉走刀位置；采用塔式铣刀，一次走刀即可完成全部槽的加工；通过第二X轴驱动装置能够大幅调整两个机头之间的间距，扩大能够加工的型材长度范围；同时，本发明提供的加工方法加工效率高、精度高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明具体实施方式的结构示意图。
图2为本发明具体实施方式中移动头的结构示意图。
图3为图2中A处的放大图。
图4为本发明具体实施方式中型材定位装置的结构示意图一。
图5为本发明具体实施方式中型材定位装置的结构示意图二。
图6为本发明具体实施方式中定基准机构的结构示意图。
图7为图6中B处的放大图。
图8为本发明具体实施方式中推板滑台的结构示意图。
图9为本发明具体实施方式中推板的结构示意图。
图10为本发明具体实施方式中刀库的结构示意图。
图中：1.基座，2-1第一铣切机头，2-2.第二铣切机头，3-1.第一型材定位装置，3-2.第二型材定位装置，4.定位台，5.垂直压紧机构，6.水平压紧机构，7.推板，7-2.辅助推板，8.水平推动装置，9.推板滑台，9-1.第一滑台板，9-2.第二滑台板，10.竖直推动装置，11.缺口，12.机头座，13.Y轴驱动装置，14.Y轴滑台，15.第一X轴驱动装置，16.X轴滑台，17.Z轴驱动装置，18.主轴，19.塔式铣刀，20.驱动电机，21.主动齿轮，22，齿条，23.刀库底座，24.刀架，25.刀架推动装置，26.磁尺，27.磁尺探头，28.保护壳，29.翻盖，30.下料板，31.限位块，32.限位头。
具体实施方式
为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本具体实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本专利中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利保护的范围。
在以下实施方式中，设竖直方向为Z轴，在水平面内相互垂直的两个方向分别为X轴和Y轴。
一种型材双端同步铣切加工中心，包括基座1，基座1上沿X轴方向相对设置有第一铣切机头2-1和第二铣切机头2-2，第一铣切机头2-1和第二铣切机头2-2分别包括机头座12，机头座12上安装有Y轴驱动装置13，Y轴驱动装置13上安装有Y轴滑台14，Y轴驱动装置13能够驱动Y轴滑台14沿Y轴运动，Y轴滑台14上设有第一X轴驱动装置15，第一X轴驱动装置15上安装有X轴滑台16，第一X轴驱动装置15能够驱动上X轴滑台16沿X轴运动，X轴滑台16上安装有Z轴驱动装置17，Z轴驱动装置17上安装有主轴18，Z轴驱动装置17能够主轴18沿Z轴运动，主轴18为Z轴主轴，主轴18的底端安装有铣刀，第一X轴驱动装置15、Y轴驱动装置13和Z轴驱动装置为伺服电机驱动的丝杠；第二铣切机头2-2为活动头，能够整体在基座1上沿X轴方向移动，在第二铣切机头2-2的机头座底部设有第二X轴驱动装置，第二X轴驱动装置包括驱动电机20，驱动电机为伺服电机，驱动电机20的输出轴沿Z轴方向且朝向下方，在驱动电机20的输出轴上安装有主动齿轮21，基座1的上表面设有沿X轴方向的齿条22，主动齿轮21与齿条22啮合，驱动电机20驱动主动齿轮21转动，即可驱动第二铣切机头2-2沿X轴运动；据此结构，可将第一铣切机头2-1也设置为活动头，或将第一铣切机头2-1固定在基座1上；
在基座1与活动头机头座之间、机头座12与Y轴滑台14之间、Y轴滑台14与X轴滑台16之间、X轴滑台16与主轴18之间还设有沿其相对运动方向的导向滑轨。
第一铣切机头2-1靠近第二铣切机头2-2的一侧设有第一型材定位装置3-1，第二铣切机头2-2靠近第一铣切机头2-1的一侧设有第二型材定位装置3-2，第一型材定位装置3-1和第二型材定位装置3-2其中一者的结构如图4、图5所示(另一者的结构与其镜像对称)，包括定位台4，定位台4的上表面用于承托型材，定位台4的上方设有垂直压紧机构5，垂直压紧机构5为沿Z轴方向设置的气缸，气缸杆的底端设有垂直压头，定位台4的上表面一侧设有水平压紧机构6，水平压紧机构6为Y轴方向的气缸，气缸杆朝向定位台，气缸杆的端部设有水平压块，在水平压块的对侧设有与水平压块配合的固定压块；
在两个定位台4相互相背的一面设有定基准机构，如图6-9所示，包括安装在定位台4侧面的推板滑台9和水平推动装置8，水平推动装置8的固定部与定位台4固定连接，水平推动装置8的运动部与推板滑台9固定连接，水平推动装置8沿X轴方向设置，推板滑台9包括相互垂直的第一滑台板9-1和第二滑台板9-2，第一滑台板9-1、第二滑台板9-2相互垂直，竖直推动装置10和推板7安装在第一滑台板9-1背向定位台4的一面，水平推动装置8与第二滑台板9-2背向推板7的一面连接，竖直推动装置10的固定部与推板滑台9固定连接，竖直推动装置10的运动部与推板7固定连接，竖直推动装置10能够驱动推板7在Z轴方向上运动，当推板7运动到最低位置时，推板7的顶端不高于定位台4的上表面；位移传感器包括相互配合的磁尺26和磁尺探头27，磁尺26安装在推板滑台9上，磁尺26的长度方向为X轴方向，磁尺探头27安装在定位台4上；推板滑台9上安装有限位块31，定位台4上安装有限位头32，限位头32在X轴方向上位于限位块31远离定位台4的一侧，推板7上设有缺口11，缺口11的第一面在Z-X平面内，第二面与第一面之间的夹角为45度，第二面与第一面的交线沿Z轴方向，具体的，推板7上部设有缺口，缺口中安装有辅助推板7-2，第一面为缺口11的竖直面，第二面为辅助推板7-2朝向第一面的一面；
为避免切屑对运动机构造成影响，定基准机构外部覆盖有保护壳28，保护壳28的顶部设有翻盖29，翻盖29的位置对应推板7升起的位置，保护壳28的顶部还设有下料板30，下料板30具有坡度，能够引导切屑排出。
第一铣切机头2-1和第二铣切机头2-2采用塔式铣刀19，塔式铣刀19包括刀柄，刀柄上安装有至少一个片式锯刀，多个片式锯刀同轴平行设置，至少两个片式锯刀的公称尺寸相同，或多个片式锯刀的公称尺寸均不相同，根据型材端部需要加工的槽型设置塔式铣刀的锯刀组合，多个锯刀同时切割，一次走刀即可完成型材端部的加工。
基座1的一侧设有刀库，刀库分别位于第一铣切机头2-1和第二铣切机头2-2旁边，两个刀库分别包括刀库底座23，如图10所示，刀库底座23上设有两个刀库装置，刀库装置包括刀架24和刀架推动装置25，刀架推动装置25的固定部固定安装在刀库底座23上，刀架推动装置25的运动部与刀架24连接，刀架推动装置25能够驱动刀架24沿Y轴运动，刀架24靠近基座1的一侧设有两个的刀位，刀位用于放置铣切刀具，根据需要设置不同的铣刀，同时配合塔式铣刀的结构，能够根据预设程序直接换刀实现不同类型、不同批次型材的加工，无需中断生产进行调整，大大提高加工中心的泛用性和生产效率。
水平推动装置、竖直推动装置和刀架推动装置优选为气缸，还可以选用电推杆等直线驱动器件。
基于以上加工中心，本发明还提供一种型材加工方法，包括以下步骤：
S1.上料：将待加工型材放置在加工中心中，型材两端位于两侧的定位台4上；
S2.夹持：两侧的垂直压紧机构5和/或水平压紧机构6将型材两端夹紧；
S3.确定基准：
竖直推动机构10驱动推板7上升至高于定位台4上表面的位置；
水平推动装置8驱动推板7向型材端部靠近；
当推板7与型材端部接触时，位移传感器测得推板7的位移量数据d1，并将位移量数据d1上传至工控机；
工控机通过位移量数据和预设的上料位置数据判断出型材端部的实际位置；
将实际位置设定为加工基准；
S4.走刀加工：第一铣切机头2-1和/或第二铣切机头2-2中的第一X轴驱动装置15和/或Y轴驱动装置13和/或Z轴驱动装置17配合，对型材两端同时铣切加工，和/或对型材一端进行铣切加工。
其中，根据待加工型材的长度，运动头通过第二X轴驱动装置位移一定距离，通过驱动电机20的伺服器得到运动头的位移距离d2；工控机通过d1、d2和预设的上料位置数据判断出型材端部的实际位置，并将该位置设定为加工基准。
通过以上实施方式可以看出，本发明的有益效果为，对型材的定位效果好，在加工前通过定基准机构测量型材端部的位置，并将该位置设定为该端的加工基准，消除了上料时型材摆放误差的影响，加工精度极高；同时对型材的两端铣槽，大幅提高了生产效率，无需对型材进行转动，便于生产线的空间布置；定基准机构能够有效收纳，不干涉走刀位置；设有保护壳和下料板，及时排出切屑，避免切屑干扰推板的运动机构；采用塔式铣刀，一次走刀即可完成全部槽的加工；通过第二X轴驱动装置能够大幅调整两个机头之间的间距，扩大能够加工的型材长度范围；同时，本发明提供的加工方法加工效率高、精度高。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种型材双端同步铣切加工中心，设竖直方向为Z轴，在水平面内相互垂直的两个方向分别为X轴和Y轴，其特征在于，包括基座(1)，所述基座(1)上沿X轴方向相对设置有第一铣切机头(2-1)和第二铣切机头(2-2)，所述第一铣切机头(2-1)靠近所述第二铣切机头(2-2)的一侧设有第一型材定位装置(3-1)，所述第二铣切机头(2-2)靠近所述第一铣切机头(2-1)的一侧设有第二型材定位装置(3-2)；所述第一型材定位装置(3-1)和/或第二型材定位装置(3-2)包括定基准机构。
2.根据权利要求1所述的型材双端同步铣切加工中心，其特征在于，所述第一型材定位装置(3-1)和所述第二型材定位装置(3-2)包括定位台(4)，所述定位台(4)的上表面用于承托型材，所述定基准机构包括安装在所述定位台(4)侧面的推板(7)和水平推动装置(8)，所述水平推动装置(8)能够驱动所述推板(7)沿X轴方向运动，所述定位台(4)与所述推板(7)之间设有用于检测所述推板(7)位移的位移传感器，所述推板(7)设置在所述第一型材定位装置(3-1)靠近所述第一铣切机头(2-1)的一侧和/或所述第二型材定位装置(3-2)靠近所述第二铣切机头(2-2)的一侧；所述定位台(4)的上方设有垂直压紧机构(5)，和/或，所述定位台(4)的上表面一侧设有水平压紧机构(6)。
3.根据权利要求2所述的型材双端同步铣切加工中心，其特征在于，所述定基准机构还包括推板滑台(9)，所述推板(7)安装在所述推板滑台(9)背向所述定位台(4)背向所述定位台(4)的一面，所述推板滑台(9)上还设有竖直推动装置(10)，所述竖直推动装置(10)能够驱动所述推板滑台(9)沿Z轴升降，当所述推板(7)下降到最低位置时，所述推板(7)的最高点位于所述定位台(4)的上表面；所述水平推动装置(8)的固定部与所述定位台(4)固定连接，所述水平推动装置(8)的运动部与所述推板滑台(9)固定连接。
4.根据权利要求2或3所述的型材双端同步铣切加工中心，其特征在于，所述推板(7)上设有缺口(11)，所述缺口(11)的第一面在Z-X平面内，第二面与第一面之间的夹角为45度，第二面与第一面的交线沿Z轴方向。
5.根据权利要求1-3任一所述的型材双端同步铣切加工中心，其特征在于，所述第一铣切机头(2-1)和所述第二铣切机头(2-2)分别包括机头座(12)，所述机头座(12)上安装有Y轴驱动装置(13)，所述Y轴驱动装置(13)上安装有Y轴滑台(14)，所述Y轴驱动装置(13)能够驱动所述Y轴滑台(14)沿Y轴运动，所述Y轴滑台(14)上设有第一X轴驱动装置(15)，所述第一X轴驱动装置(15)上安装有X轴滑台(16)，所述第一X轴驱动装置(15)能够驱动所述X轴滑台(16)沿X轴运动，所述X轴滑台(16)上安装有Z轴驱动装置(17)，所述Z轴驱动装置(17)上安装有主轴(18)，所述Z轴驱动装置(17)能够所述主轴(18)沿Z轴运动，所述主轴(18)能够驱动铣刀转动。
6.根据权利要求1-3任一所述的型材双端同步铣切加工中心，其特征在于，所述有第一铣切机头(2-1)和/或所述第二铣切机头(2-2)采用塔式铣刀(19)，所述塔式铣刀(19)包括刀柄，所述刀柄上安装有至少一个片式锯刀，多个所述片式锯刀同轴平行设置，至少两个所述片式锯刀的公称尺寸相同，或多个所述片式锯刀的公称尺寸均不相同。
7.根据权利要求5所述的型材双端同步铣切加工中心，其特征在于，所述第一铣切机头(2-1)和/或所述第二铣切机头(2-2)为移动机头，所述移动机头的所述机头座(12)的底部设有第二X轴驱动装置。
8.根据权利要求1-3任一所述的型材双端同步铣切加工中心，其特征在于，所述第一铣切机头(2-1)和/或所述第二铣切机头(2-2)的一侧设有刀库，所述刀库包括刀库底座(23)，所述刀库底座(23)上设有至少一个刀库装置，所述刀库装置包括刀架(24)和刀架推动装置(25)，所述刀架推动装置(25)的固定部固定安装在所述刀库底座(23)上，所述刀架推动装置(25)的运动部与所述刀架(24)连接，所述刀架推动装置(25)能够驱动所述刀架(24)沿Y轴运动，所述刀架(24)靠近所述基座(1)的一侧设有一定数量的刀位，所述刀位用于放置铣切刀具。
9.一种型材加工方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.上料：将待加工型材放置在加工中心中，型材两端位于两侧的定位台(4)上；
S2.夹持：两侧的垂直压紧机构(5)和/或水平压紧机构(6)将型材两端夹紧；
S3.确定基准：
竖直推动机构(10)驱动推板(7)上升至高于定位台(4)上表面的位置；
水平推动装置(8)驱动所述推板(7)向型材端部靠近；
当所述推板(7)与型材端部接触时，位移传感器测得所述推板(7)的位移量数据d1，并将位移量数据d1上传至工控机；
所述推板(7)复位；
工控机通过位移量数据和预设的上料位置数据判断出型材端部的实际位置；
将实际位置设定为加工基准；
S4.走刀加工：第一铣切机头(2-1)和/或第二铣切机头(2-2)中的第一X轴驱动装置(15)和/或Y轴驱动装置(13)和/或Z轴驱动装置(17)配合，对型材两端同时铣切加工，和/或对型材一端进行铣切加工。
10.根据权利要求9所述的型材加工方法，其特征在于，根据待加工型材的长度，所述第一铣切机头(2-1)和/或所述第二铣切机头(2-2)通过第二X轴驱动装置位移一定距离d2；工控机通过d1、d2和预设的上料位置数据判断出型材端部的实际位置，并将该位置设定为加工基准。
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