CN114951737A

CN114951737A - 一种工件加工设备及加工方法

Info

Publication number: CN114951737A
Application number: CN202210385628.2A
Authority: CN
Inventors: 朱玉冲
Original assignee: Suzhou Youyuan Building Materials Co ltd
Current assignee: Suzhou Youyuan Building Materials Co ltd
Priority date: 2022-04-13
Filing date: 2022-04-13
Publication date: 2022-08-30
Anticipated expiration: 2042-04-13
Also published as: CN114951737B

Abstract

本发明公开了一种工件加工设备，包括机械臂和位移机构，机械臂的加工端端装配有加工机构，加工机构包括两套上下设置的工作部，工作部的最外端夹持有刀具，位移机构的底端装配有联动锁定机构，工作部包括固定板，固定板的右侧焊接有安装板，安装板的内侧装配有滑轨，且滑轨的内侧装配有位移板，位移板的外侧表面装配有传动条，传动条的外侧啮合有传动机，且传动机的外侧装配再安装板的内侧，本发明设置了一种在工件加工机床内部能够边进行洗消钻孔工作的同时还能够更换下一步所需刀具的问题，做到了加工过程中更换刀具工作不停的目的，极大的节约了加工时间，有效的提高了机加工机床设备的适用性和效率。

Description

一种工件加工设备及加工方法

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体为一种工件加工设备及加工方法。

背景技术

随着科技的发展，自动化的设备逐渐增多，机床的自动化也在不断的完善，但是在现有的设备中，由于单一加工件一次成型时，需要在此过程中更换多种刀具，现有的更换刀具的方式多采用全自动、半自动和手动三种方式更换，设备由繁至简，但是更换效率缺截然相反，但是在现有的带有自动更换刀头的机械机床中，需要停止现有的加工步骤，将加工和设备归位到更换刀头位置，随后更换完成后才能在进行下一步的加工，这样一来，加工件的加工时间会有很大一部分比重浪费在了更换刀头的步骤中，而且加工复杂程度越高的设备占比越大。

发明内容

本发明的目的在于提供一种工件加工设备及加工方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种工件加工设备，包括机械臂和位移机构，所述机械臂的加工端端装配有加工机构，所述加工机构包括两套上下设置的工作部，所述工作部的最外端夹持有刀具，所述位移机构的底端装配有联动锁定机构；所述工作部包括固定板，所述固定板的右侧焊接有安装板，所述安装板的内侧装配有滑轨，且滑轨的内侧装配有位移板，所述位移板的外侧表面装配有传动条，所述传动条的外侧啮合有传动机，且传动机的外侧装配再安装板的内侧；所述固定板的上下两端分别焊接有一个锁定器，且锁定器的内部焊接有锁定销，所述位移板的内侧装配有步进电机，所述步进电机的外侧装配有夹钻头，且锁定销能够锁定再夹钻头的外侧；所述位移机构包括支撑座以及能够带动支撑座在前后、左右和竖直方向运动的导轨结构；所述联动锁定机构包括固定管，所述固定管的内部套接有与刀具工作端相契合的保护体，所述固定管的外侧装配有可以升降的按压架，所述按压架的两侧中部分别设置有一个凸起块，且凸起块的外表面套接有矩形的套环，且套环的内侧焊接有锁定片，且锁定片能够锁定在刀具的外侧避免脱落。

优选的，所述机械臂包括第一支臂、第二支臂和第三支臂。

优选的，所述工作部包括一套可以工作的第二工作部和一套相对于第二工作部闲置的第一工作部，所述夹钻头的外侧均匀开设有定位槽，且定位槽能够套接在锁定销的外表面，所述锁定器包括第一锁定器和第二锁定器，且第一锁定器和第二锁定器的内表面分别焊接有一根锁定销，且第一锁定器和第二锁定器的外侧均焊接有与夹钻头相契合的半环结构。

优选的，所述夹钻头的内部装配有可以张合的夹爪，且夹爪的内部焊接有半球形的定位珠。

优选的，所述传动机包括底座，所述底座的一侧装配有伺服电机，且底座的另一侧装配有支撑杆，所述伺服电机的输出端外表面装配有固定管，所述支撑杆和固定管之间装配有蜗杆齿轮，且伺服电机的输出端与蜗杆齿轮的竖直重合处分别装配有相互啮合的第二齿轮和第二齿轮，所述蜗杆齿轮啮合在传动条的外表面。

优选的，刀具包括连接杆，所述连接杆的外侧开设有夹持面，所述夹持面的外表面开设有凹槽，且凹槽套接在定位珠的外表面，所述连接杆的外侧焊接有刀头，且刀头与连接杆的连接处开设有卡槽。

优选的，固定管的外侧开设有第一滑槽，所述第一滑槽的内部套接有升降杆，所述升降杆的顶端焊接在凸起块的下表面，且升降杆的厚度小于凸起块的厚度，所述升降杆与凸起块的厚度差大于卡槽的深度，所述锁定片的内部开设有第二滑槽，所述第二滑槽的内侧端装配有弹簧，所述弹簧的外侧端装配有固定片，所述固定片的顶端焊接有固定扣，所述固定扣装配在固定管的上表面。

优选的，所述支撑座的下表面装配在联动锁定机构的上表面，所述支撑座的上表面装配有第三导轨，所述第三导轨的上表面装配有至少两套竖直的第二导轨，所述第二导轨的内部装配有第二滑块，所述第二滑块的外侧装配有固定架，所述固定架的顶端装配有第一滑块，所述第一滑块的顶端装配有第一导轨，所述第一导轨装配在机床罩体的内部顶端。

一种基于工件加工设备的加工方法，所述方法包括以下步骤：步骤①，计算孔位：将待加工件的模型输入至机床计算机，并半自动设置计算，将待加工件的孔位、凹槽、凸体等必要信息输入计算，确定加工步骤，并输出加工工序方案和刀头更换顺序，随后系统会根据刀头更换顺序和单个步骤的加工时间以及该时间段内加工机构所在位置计算出位移机构带动对应的联动锁定机构以及联动锁定机构内部插接的刀具位移到该时段加工机构顶端的方案；步骤②，定位待加工件：将待加工件通过自动、半自动或者手动的方式夹持在机床的上方，并确定原点与计算机模型的原点相重合；步骤③，加工：机械臂通过加工步骤方案带动第二工作部在待加工件的外表面工作，与此同时位移机构将下一步骤需要使用的刀具通过位移机构移动至第一工作部的上方，并更换刀具，随后在进入到下一步骤时，机械臂将加工机构的两套工作部翻转，第一工作部充当第二工作部继续工作，同时第二工作部在上方继续重复更换刀头工作；步骤④：加工完成，使用完成后刀具、机械臂以及加工机构复位，开启机床罩，取出加工件。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明设置了一种在工件加工机床内部能够边进行洗消钻孔工作的同时还能够更换下一步所需刀具的问题，做到了加工过程中更换刀具工作不停的目的，极大的节约了加工时间，有效的提高了机加工机床设备的适用性和效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的位移机构装配示意图；

图3为本发明的加工机构装配示意图；

图4为本发明的刀头更换机构装配示意图；

图5为本发明的刀头更换器剖切装配示意图；

图6为本发明的联动锁定机构剖切装配示意图；

图7为本发明的钻铣机构结构示意图；

图8为本发明的传动机剖切装配示意图。

图中：1、机械臂，11、第一支臂，12、第二支臂，13、第三支臂，2、加工机构，21、固定板，22、第一工作部，23、第二工作部，24、第一锁定器，25、第二锁定器，26、锁定销，27、位移板，28、滑轨，29、传动条，210、步进电机，211、钻夹头，212、定位槽，213、夹爪，214、定位珠，3、传动机，31、底座，32、伺服电机，33、固定管，34、第一齿轮，35、第二齿轮，36、蜗杆齿轮，37、支撑杆，4、刀具，41、连接杆，42、夹持面，43、凹槽，44、卡槽，45、刀头，5、联动锁定机构，51、固定管，52、保护体，53、第一滑槽，54、升降杆，55、凸起块，56、按压架，57、套环，58、锁定片，59、第二滑槽，510、弹簧，511、固定片，512、固定扣，6、位移机构，61、第一导轨，62、第一滑块，63、固定架，64、第二滑块，65、第二导轨，66、第三导轨，67、支撑座。

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做出创造性劳动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。

请参阅图1-8，本发明提供一种技术方案：一种工件加工设备，包括机械臂1和位移机构6，机械臂1的加工端端装配有加工机构2，加工机构2包括两套上下设置的工作部，工作部的最外端夹持有刀具4，位移机构6的底端装配有联动锁定机构5。工作部包括固定板21，固定板21的右侧焊接有安装板，安装板的内侧装配有滑轨28，且滑轨28的内侧装配有位移板27，位移板27的外侧表面装配有传动条29，传动条29的外侧啮合有传动机3，且传动机3的外侧装配再安装板的内侧。固定板21的上下两端分别焊接有一个锁定器，且锁定器的内部焊接有锁定销26，位移板27的内侧装配有步进电机210，步进电机210的外侧装配有夹钻头211，且锁定销26能够锁定再夹钻头211的外侧。位移机构6包括支撑座67以及能够带动支撑座67在前后、左右和竖直方向运动的导轨结构。联动锁定机构5包括固定管51，固定管51的内部套接有与刀具4工作端相契合的保护体52，固定管51的外侧装配有可以升降的按压架56，按压架56的两侧中部分别设置有一个凸起块55，且凸起块55的外表面套接有矩形的套环57，且套环57的内侧焊接有锁定片58，且锁定片58能够锁定在刀具4的外侧避免脱落；

本发明设置了一种在工件加工机床内部能够边进行洗消钻孔工作的同时还能够更换下一步所需刀具的问题，做到了加工过程中更换刀具工作不停的目的，极大的节约了加工时间，有效的提高了机加工机床设备的适用性和效率。

具体而言，机械臂1包括第一支臂11、第二支臂12和第三支臂13，在本发明中使用到的机械臂和图例中展示的机械臂结构仅为示意，在实际应用中，第一支臂11、第二支臂12和第三支臂13可以实现左右转动和垂直翻转等动作，根据实际需要增加或减少工作轴，以适应不同需求的加工工作。

具体而言，工作部包括一套可以工作的第二工作部23和一套相对于第二工作部23闲置的第一工作部22，夹钻头211的外侧均匀开设有定位槽212，且定位槽212能够套接在锁定销26的外表面，锁定器包括第一锁定器24和第二锁定器25，且第一锁定器24和第二锁定器25的内表面分别焊接有一根锁定销26，且第一锁定器24和第二锁定器25的外侧均焊接有与夹钻头211相契合的半环结构，在更换刀具或者非钻孔工序的过程中（利于轴类加工件的铣削）传动机3带动位移板27向锁定器的方向移动，即可将夹钻头211锁定。

此时便可以利用不转动的夹钻头211以及不转动的步进电机210，将工作部作为固定刀具在高速转动的轴类加工件的外表面铣削，打磨等工序；

在锁定后，通过步进电机的转动便可以实现夹钻头211内部机构的啮合传动，进而张开和缩小夹爪213之间的间距，从而实现连接杆41的释放和夹持。

具体而言，夹钻头211的内部装配有可以张合的夹爪213，且夹爪213的内部焊接有半球形的定位珠214，夹爪213的使用数量最优选为3个，且夹持面42的开设数量也最优选为3个面，便于在一个平面最为固定刀具的定位初始面，定位珠214和凹槽43之间具有啮合效果，能提高夹爪213与刀具4之间的稳定效果。

具体而言，传动机3包括底座31，底座31的一侧装配有伺服电机32，且底座31的另一侧装配有支撑杆37，伺服电机32的输出端外表面装配有固定管33，支撑杆37和固定管33之间装配有蜗杆齿轮36，且伺服电机32的输出端与蜗杆齿轮36的竖直重合处分别装配有相互啮合的第二齿轮35和第二齿轮34，蜗杆齿轮36啮合在传动条29的外表面，利用蜗杆传动的方式在不使用时，也具有自锁定的效果，保证设备在使用时的稳定。

而且即使在铣削工序中，刀具4的受力方向为传动条29的垂直方向，因此蜗杆传动机构的锁定力能够保证刀具4的稳定使用。

具体而言，刀具4包括连接杆41，连接杆41的外侧开设有夹持面42，夹持面42的外表面开设有凹槽43，且凹槽43套接在定位珠214的外表面，连接杆41的外侧焊接有刀头45，且刀头45与连接杆41的连接处开设有卡槽44，刀具的刀头45能够根据不同的需要进行设置，但在设置时，会以单个夹持面42作为初始面，一些固定铣削刀具的刀刃会相对于初始面开设，这样有利于更换刀具时，设备系统对虚拟刀具刀刃位置进行定位，而且连接杆41的直径大小在本发明中仅为示意，在实际的应用中，连接杆41的直径应当大于刀头45最宽距离到连接杆41圆心的距离，保证联动锁定机构5能够正常的释放刀具4，而且刀具的连接杆41在单批次的加工刀具头中，应当采用相同尺寸。

固定管51的外侧开设有第一滑槽53，第一滑槽53的内部套接有升降杆54，升降杆54的顶端焊接在凸起块55的下表面，且升降杆54的厚度小于凸起块55的厚度，升降杆54与凸起块55的厚度差大于卡槽44的深度，锁定片58的内部开设有第二滑槽59，第二滑槽59的内侧端装配有弹簧510，弹簧510的外侧端装配有固定片511，固定片511的顶端焊接有固定扣512，固定扣512装配在固定管51的上表面，在第一滑槽53与升降杆54之间也装配有弹簧，用于带到那个升降杆54始终保持外侧移动的趋势，并且升降杆54与第一滑槽53之间具有防脱落的锁定结构。

固定管51的外侧开设有一个开口，在跟换内部刀具时，手指移动按压架56即可将不需要的刀具解锁拔出，随后将卡块连接或者螺栓连接的保护体52取出，更换为新的所需刀具4的保护体52，并将刀具4锁定在其内部，保护体52多采用橡胶制作，是刀具在使用过程中防潮湿防尘用的护具，也具有在更换刀具4的过程中具有稳定定位的效果。

刀具4的具体更换步骤如下：

首先，位移机构6通过第一导轨61、第二导轨65和第三导轨66的移动，将支撑座67以及联动锁定机构5移动到位于上方的工作部位置，并且在加工的过程中，根据相同的节奏随着工作部移动。

其次，位于顶端的工作部启动传动机3，将整套步进电机210和夹钻头211移动到锁定位（即定位槽212套接在锁定销26的外表面），随后将现有的刀具插入到与其对应且空的联动锁定机构5的内部，并启动步进电机210转动释放刀具4，释放后位移机构6带动联动锁定机构5上移，在夹钻头211离开按压架56时，凸起块55外移，套环57收到弹簧510的作用向内侧移动，进而将刀具4夹持。

最后，位移机构6带动下一步需要的刀具再次移动到该位置，并跟随工作部移动，随后位移机构6带动联动锁定机构5下移，将刀具4的连接杆41插入到夹钻头211的内部，并且按压架56受力，利用凸起块55向外侧弹开锁定片58，随后步进电机210转动，带动夹爪213夹紧刀具4；

刀具更换完成。

支撑座67的下表面装配在联动锁定机构5的上表面，支撑座67的上表面装配有第三导轨66，第三导轨66的上表面装配有至少两套竖直的第二导轨65，第二导轨65的内部装配有第二滑块64，第二滑块64的外侧装配有固定架63，固定架63的顶端装配有第一滑块62，第一滑块62的顶端装配有第一导轨61，第一导轨61装配在机床罩体的内部顶端。

一种基于工件加工设备的加工方法，方法包括以下步骤：步骤①，计算孔位：将待加工件的模型输入至机床计算机，并半自动设置计算，将待加工件的孔位、凹槽、凸体等必要信息输入计算，确定加工步骤，并输出加工工序方案和刀头更换顺序，随后系统会根据刀头更换顺序和单个步骤的加工时间以及该时间段内加工机构2所在位置计算出位移机构6带动对应的联动锁定机构5以及联动锁定机构5内部插接的刀具4位移到该时段加工机构2顶端的方案。步骤②，定位待加工件：将待加工件通过自动、半自动或者手动的方式夹持在机床的上方，并确定原点与计算机模型的原点相重合。步骤③，加工：机械臂1通过加工步骤方案带动第二工作部23在待加工件的外表面工作，与此同时位移机构将下一步骤需要使用的刀具4通过位移机构6移动至第一工作部22的上方，并更换刀具4，随后在进入到下一步骤时，机械臂1将加工机构2的两套工作部翻转，第一工作部22充当第二工作部23继续工作，同时第二工作部23在上方继续重复更换刀头工作。步骤④：加工完成，使用完成后刀具4、机械臂1以及加工机构2复位，开启机床罩，取出加工件。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种工件加工设备，包括机械臂（1）和位移机构（6），其特征在于：所述机械臂（1）的加工端端装配有加工机构（2），所述加工机构（2）包括两套上下设置的工作部，所述工作部的最外端夹持有刀具（4），所述位移机构（6）的底端装配有联动锁定机构（5）；所述工作部包括固定板（21），所述固定板（21）的右侧焊接有安装板，所述安装板的内侧装配有滑轨（28），且滑轨（28）的内侧装配有位移板（27），所述位移板（27）的外侧表面装配有传动条（29），所述传动条（29）的外侧啮合有传动机（3），且传动机（3）的外侧装配再安装板的内侧；所述固定板（21）的上下两端分别焊接有一个锁定器，且锁定器的内部焊接有锁定销（26），所述位移板（27）的内侧装配有步进电机（210），所述步进电机（210）的外侧装配有夹钻头（211），且锁定销（26）能够锁定再夹钻头（211）的外侧；所述位移机构（6）包括支撑座（67）以及能够带动支撑座（67）在前后、左右和竖直方向运动的导轨结构；所述联动锁定机构（5）包括固定管（51），所述固定管（51）的内部套接有与刀具（4）工作端相契合的保护体（52），所述固定管（51）的外侧装配有可以升降的按压架（56），所述按压架（56）的两侧中部分别设置有一个凸起块（55），且凸起块（55）的外表面套接有矩形的套环（57），且套环（57）的内侧焊接有锁定片（58），且锁定片（58）能够锁定在刀具（4）的外侧避免脱落。

2.根据权利要求1所述的一种工件加工设备，其特征在于：所述机械臂（1）包括第一支臂（11）、第二支臂（12）和第三支臂（13）。

3.根据权利要求1所述的一种工件加工设备，其特征在于：所述工作部包括一套可以工作的第二工作部（23）和一套相对于第二工作部（23）闲置的第一工作部（22），所述夹钻头（211）的外侧均匀开设有定位槽（212），且定位槽（212）能够套接在锁定销（26）的外表面，所述锁定器包括第一锁定器（24）和第二锁定器（25），且第一锁定器（24）和第二锁定器（25）的内表面分别焊接有一根锁定销（26），且第一锁定器（24）和第二锁定器（25）的外侧均焊接有与夹钻头（211）相契合的半环结构。

4.根据权利要求1所述的一种工件加工设备，其特征在于：所述夹钻头（211）的内部装配有可以张合的夹爪（213），且夹爪（213）的内部焊接有半球形的定位珠（214）。

5.根据权利要求1所述的一种工件加工设备，其特征在于：所述传动机（3）包括底座（31），所述底座（31）的一侧装配有伺服电机（32），且底座（31）的另一侧装配有支撑杆（37），所述伺服电机（32）的输出端外表面装配有固定管（33），所述支撑杆（37）和固定管（33）之间装配有蜗杆齿轮（36），且伺服电机（32）的输出端与蜗杆齿轮（36）的竖直重合处分别装配有相互啮合的第二齿轮（35）和第二齿轮（34），所述蜗杆齿轮（36）啮合在传动条（29）的外表面。

6.根据权利要求4所述的一种工件加工设备，其特征在于：刀具（4）包括连接杆（41），所述连接杆（41）的外侧开设有夹持面（42），所述夹持面（42）的外表面开设有凹槽（43），且凹槽（43）套接在定位珠（214）的外表面，所述连接杆（41）的外侧焊接有刀头（45），且刀头（45）与连接杆（41）的连接处开设有卡槽（44）。

7.根据权利要求6所述的一种工件加工设备，其特征在于：固定管（51）的外侧开设有第一滑槽（53），所述第一滑槽（53）的内部套接有升降杆（54），所述升降杆（54）的顶端焊接在凸起块（55）的下表面，且升降杆（54）的厚度小于凸起块（55）的厚度，所述升降杆（54）与凸起块（55）的厚度差大于卡槽（44）的深度，所述锁定片（58）的内部开设有第二滑槽（59），所述第二滑槽（59）的内侧端装配有弹簧（510），所述弹簧（510）的外侧端装配有固定片（511），所述固定片（511）的顶端焊接有固定扣（512），所述固定扣（512）装配在固定管（51）的上表面。

8.根据权利要求1所述的一种工件加工设备，其特征在于：所述支撑座（67）的下表面装配在联动锁定机构（5）的上表面，所述支撑座（67）的上表面装配有第三导轨（66），所述第三导轨（66）的上表面装配有至少两套竖直的第二导轨（65），所述第二导轨（65）的内部装配有第二滑块（64），所述第二滑块（64）的外侧装配有固定架（63），所述固定架（63）的顶端装配有第一滑块（62），所述第一滑块（62）的顶端装配有第一导轨（61），所述第一导轨（61）装配在机床罩体的内部顶端。

9.一种基于权利要求1-8任一项所述的工件加工设备的加工方法，所述方法包括以下步骤：步骤①，计算孔位：将待加工件的模型输入至机床计算机，并半自动设置计算，将待加工件的孔位、凹槽、凸体等必要信息输入计算，确定加工步骤，并输出加工工序方案和刀头更换顺序，随后系统会根据刀头更换顺序和单个步骤的加工时间以及该时间段内加工机构（2）所在位置计算出位移机构（6）带动对应的联动锁定机构（5）以及联动锁定机构（5）内部插接的刀具（4）位移到该时段加工机构（2）顶端的方案；步骤②，定位待加工件：将待加工件通过自动、半自动或者手动的方式夹持在机床的上方，并确定原点与计算机模型的原点相重合；步骤③，加工：机械臂（1）通过加工步骤方案带动第二工作部（23）在待加工件的外表面工作，与此同时位移机构将下一步骤需要使用的刀具（4）通过位移机构（6）移动至第一工作部（22）的上方，并更换刀具（4），随后在进入到下一步骤时，机械臂（1）将加工机构（2）的两套工作部翻转，第一工作部（22）充当第二工作部（23）继续工作，同时第二工作部（23）在上方继续重复更换刀头工作；步骤④：加工完成，使用完成后刀具（4）、机械臂（1）以及加工机构（2）复位，开启机床罩，取出加工件。