CN115194516A - 一种用于大型零件的自动调整姿态的装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于大型零件的自动调整姿态的装置和方法，一种用于大型零件的自动调整姿态的装置，包括一个三坐标系统、一个控制器和一个基座，三坐标系统包括一个三坐标运动机构和一个扫描装置，基座上设置有一个第一夹具组件和一个第二夹具组件，第一夹具组件包括一个第一基板，第一基板上还设置有第一夹持装置，第一基板上还设置有一个顶升装置和至少两个固定装置，第二夹具组件包括一个第二基板，第二基板上设置有一个第二夹持装置，第二基板上还设置有两个顶升装置和至少两个固定装置。本发明的有益效果是：通过扫描获取数据，通过程序进行比对，通过两个夹持组件调整待加工零件的姿态，省去了过程中大量人力参与，提高了生产效率和精度。

Description

一种用于大型零件的自动调整姿态的装置和方法

技术领域

本发明涉及机械领域，尤其涉及零件加工技术，特别是一种用于大型零件的自动调整姿态的装置和方法。

背景技术

大型零件在铸造或焊接过程中，存在尺寸偏差、整体变形等一系列客观共性问题。1、现有技术的零件加工往往是直接就零件定位基准实现装夹，对于一些大型零件以虚拟中心线为基准且存在较大差异及变形的零件，无法确保零件装夹后能满足加工要求；2、无法实现大型零件在加工前的毛坯余量自动检测；3、无法实现大型零件依据自动检测数据实现自动调姿到位，无法实现机床夹具对差异变形零件的自适应；4、人工机外手动划线，零件至机床后人工需在机床上进行二次装调，占用机床有效作业时间，不但劳动强度大，而且效率低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于大型零件的自动调整姿态的装置，所述的这种用于大型零件的自动调整姿态的装置，要解决现有技术中加工大型零件的工艺中零件无法满足加工工艺的需求和人工占比、大效率低的技术问题。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种用于大型零件的自动调整姿态的装置，包括一个三坐标系统、一个扫描装置、一个控制器和一个调姿工装，所述的三坐标系统包括一个三坐标运动机构，所述的扫描装置的输出端与所述的三坐标系统的输入端电性连接，其特征在于：所述的扫描装置设置在所述的三坐标运动机构的采样端，所述的三坐标系统的输出端与所述的控制器的输入端连接，所述的调姿工装包括一个基座，所述的三坐标系统设置在所述的基座的一侧，所述的基座上设置有一个第一夹具组件和一个第二夹具组件，所述的基座上沿长度方向设置有第一轨道，所述的第一夹具组件包括一个第一基板，所述的第一基板上设置有第二轨道，所述的第二轨道的运动方向与所述的第一轨道相垂直，所述的第一基板上还设置有第一夹持装置，所述的第一夹持装置与所述的第二轨道设置为滑动副，所述的第一基板上还设置有一个顶升装置和至少两个固定装置，所述的第二夹具组件包括一个第二基板，所述的第二基板上设置有一个第二夹持装置，所述的第二基板上还设置有两个顶升装置和至少两个固定装置，所述的第一基板和所述的第二基板分别与所述的第一轨道设置为滑动副，所述的第一夹持装置、所述的第二夹持装置、所述的顶升装置、所述的固定装置的控制端分别与所述的控制器的输出端电性连接。

进一步的，任意一个所述的固定装置均各自包括至少一个压紧机构和一个顶紧机构，所述的压紧机构包括一个压紧驱动装置和一个压紧件，所述的压紧驱动装置设置在所述的第一基板或所述的第二基板上，所述的压紧驱动装置的输出轴的前端与所述的压紧件连接，所述的顶紧机构包括一个顶紧驱动装置和一个顶紧件，所述的顶紧驱动装置设置在所述的第一基板或所述的第二基板上，所述的顶紧驱动装置的输出轴的前端与所述的顶紧件连接。

进一步的，所述的第一基板和所述的第二基板上的固定装置的数目分别是四个。

进一步的，所述的顶升装置包括一个顶升驱动装置和一个顶升接头，所述的顶升驱动装置设置在所述的第一基板或所述的第二基板上，所述的顶升驱动装置的输出端和所述的顶升接头的尾端连接。

进一步的，所述的第一夹持装置包括一个第一夹持底座，所述的第一夹持底座上设置有第一左夹持爪和第一右夹持爪，所述的第一左夹持爪和所述的第一右夹持爪分别和所述的第一夹持底座构成滑动副，所述的第一左夹持爪和所述的第一右夹持爪的滑动路径设置在同一直线上。

进一步的，所述的第二夹持装置包括一个第二夹持底座，所述的第二夹持底座上设置有第二左夹持爪和第二右夹持爪，所述的第二左夹持爪和所述的第二右夹持爪分别和所述的第二夹持底座构成滑动副，所述的第二左夹持爪和所述的第二右夹持爪的滑动路径设置在同一直线上。

本发明还提供了一种利用上述装置实现的大型零件自动调整姿态的方法，包括以下步骤：

步骤一，将待加工零件放置在第一夹具组件和第二夹具组件上；

步骤二，对待加工零件进行夹持；

步骤三，对待加工零件进行第一次扫描；

步骤四，将第一次扫描结果与待加工零件的目标尺寸参数进行第一次比对；

步骤五，根据第一次比对结果进行零件姿态调整；

步骤六，对待加工零件进行第二次扫描；

步骤七，将第二次扫描结果与待加工零件的目标尺寸参数进行第二次比对；

步骤八，对第二次比对结果做出处理判断；

步骤九，根据处理判断结果对待加工零件进行机械加工。

工作原理：先将待加工零件放在夹具上，通过扫描获取待加工零件的外形尺寸，再与加工工艺参数进行比对，对待加工零件的姿态进行调整，使其符合加工需求。

本发明与现有技术相比，其效果是积极和明显的。1、针对大型零件的差异及变形等问题，设备可以通过自动检测来判定零件是否能够满足加工要求；2、对于不满足加工要求的大型零件，自动检测功能可以实现自动判定并给出问题零件需返修具体位置及数据供返修处理；3、对于满足加工要求的大型零件，自动检测功能可以实现自动扫描检测，软件计算并传输零件需调整数据，供零件自动位姿调整用；4、大型零件的自动调姿功能，按软件计算的调整数据，实现零件的高度方向以及宽度方向的自动位姿调整；5、能够实现大型零件自动位姿调整完后的自动装夹固定；6、自动检测和自动调姿后工装直接落位机床，不需人工二次装调，降低劳动强度，提高效率。

附图说明

图1为本发明的一种用于大型零件的自动调整姿态的装置结构示意图。

图2为本发明的一种用于大型零件的自动调整姿态的装置三坐标系统示意图。

图3为本发明的一种用于大型零件的自动调整姿态的装置的待加工零件调姿前状态示意图。

图4为本发明的一种用于大型零件的自动调整姿态的装置待加工零件调姿后状态示意图。

具体实施方式

实施例1

请参阅图1、图2，本发明提供一种技术方案：

一种用于大型零件的自动调整姿态的装置，包括一个三坐标系统、一个扫描装置2、一个控制器和一个调姿工装，所述的三坐标系统包括一个三坐标运动机构，扫描装置2的输出端与所述的三坐标系统的输入端电性连接，扫描装置2设置在所述的三坐标运动机构的采样端，三坐标系统的输出端与所述的控制器的输入端连接，所述的调姿工装包括一个基座3，三坐标系统1设置在基座3的一侧，基座3上设置有一个第一夹具组件和一个第二夹具组件，基座3上沿长度方向设置有第一轨道4，第一夹具组件包括一个第一基板5，第一基板5上设置有第二轨道6，第二轨道6的运动方向与第一轨道4相垂直，第一基板5上还设置有第一夹持装置7，第一夹持装置7与第二轨道6设置为滑动副，第一基板5上还设置有一个顶升装置8和至少两个固定装置，第二夹具组件包括一个第二基板11，第二基板11上设置有一个第二夹持装置12，第二基板11上还设置有两个顶升装置8和至少两个固定装置，第一基板5和第二基板11分别与第一轨道4设置为滑动副，第一夹持装置7、第二夹持装置12、顶升装置8、固定装置的控制端分别与控制器的输出端电性连接。

进一步的，任意一个固定装置均各自包括至少一个压紧机构和一个顶紧机构，压紧机构包括一个压紧驱动装置和一个压紧件9，压紧驱动装置设置在第一基板5或第二基板11上，压紧驱动装置的输出轴的前端与压紧件9连接，顶紧机构包括一个顶紧驱动装置和一个顶紧件10，顶紧驱动装置设置在第一基板5或第二基板11上，顶紧驱动装置的输出轴的前端与顶紧件10连接。

具体的，压紧机构和顶紧机构表面设置有罩壳，起保护作用。

具体的，压紧件9为压紧件9沿压紧驱动装置的输出轴做圆周向转动，在输出轴上升时压紧件9转向外侧，防止与待加工零件发生碰撞，在输出轴下压时压紧件9转向内侧，压紧件9在待加工零件的上侧面产生向下的压力。

具体的，顶紧件10的顶端为球型或方形，避免损伤待加工零件的表面。

进一步的，第一基板5和第二基板11上的固定装置的数目分别是四个。

进一步的，顶升装置包括一个顶升驱动装置和一个顶升接头，顶升驱动装置设置在第一基板5或第二基板11上，顶升驱动装置的输出端和顶升接头的尾端连接。

进一步的，第一夹持装置7包括一个第一夹持底座，第一夹持底座上设置有第一左夹持爪和第一右夹持爪，第一左夹持爪和第一右夹持爪分别和第一夹持底座构成滑动副，第一左夹持爪和第一右夹持爪的滑动路径设置在同一直线上。

进一步的，第二夹持装置12包括一个第二夹持底座，第二夹持底座上设置有第二左夹持爪和第二右夹持爪，第二左夹持爪和第二右夹持爪分别和第二夹持底座构成滑动副，第二左夹持爪和第二右夹持爪的滑动路径设置在同一直线上。

具体的，三坐标运动机构为现有技术中的常用设备，原理不再赘述，本例中使用的是北京立科新兴数字化技术有限公司 STD型单悬臂式三坐标测量机。

扫描装置2用于扫描待加工零件的外形尺寸，本实施例中采用激光轮廓扫描仪。

固定装置中的压紧驱动装置和顶紧驱动装置均使用液压油缸，通过带动压紧件9向下运动和带动顶紧件10向上运动，实现从上侧和下侧对待加工零件的夹紧和固定。

顶升驱动装置使用伺服电机驱动控制，调整待加工零件的姿态时精度更高。共有三个顶升装置，通过三个顶升接头构成一个平面，调整其中任意顶升接头的高度即可调整这个平面的位置。

第一夹持装置7与第二轨道6之间的滑动副使用伺服电机驱动控制，调整待加工零件的姿态时精度更高。第二夹持装置12在第二基板11上相对保持固定，第一夹持装置7在第一基板5上左右移动，用于调整待加工零件13的左右位置。

请参阅图1、图2，本发明还提供了一种采用上述装置实现的大型零件自动调整姿态的方法，包括以下步骤：

步骤一，将待加工零件13（图1中虚线表示部分）放置在第一夹具组件和第二夹具组件上；

具体的，第一夹具组件和第二夹具组件可沿基座3长度方向运动，调整互相之间的距离，用于适配不同尺寸规格的待加工零件13。

步骤二，对待加工零件13进行夹持；

具体的，通过第一夹具组件和第二夹具组件上的第一夹持装置7和第二夹持装置12夹持待加工零件13，使待加工零件13位置保持稳定，实现预对中，完成初步定位。

步骤三，对待加工零件13进行第一次扫描；

具体的，通过三坐标运动机构带动扫描装置2对待加工零件13进行扫描检测，获得待加工零件13外形、孔等尺寸数据。

具体的，如图3所示，待加工零件13底面水平放置，扫描获得待加工零件13上已有孔R1（其相对水平高度为h1），孔R2（其相对水平高度为h2），其他参数略。

步骤四，将第一次扫描结果与待加工零件的成型目标尺寸参数进行第一次比对；

将获得的外形尺寸数据和机床工艺数据对比，看是否符合加工要求。

具体的，机床工序需要获得孔R3和孔R4，其他参数略。由图3可知，R1在R3范围内，将R1扩大即可获得R3，R2与R4重叠，直接加工无法获得完整的R4，R4的一侧圆弧会产生缺口，不符合工艺需求。

步骤五，根据第一次比对结果进行零件姿态调整；

具体的，根据对比结果生成调整方案，松开第二夹持装置12，驱动顶升装置从水平方向和驱动第一夹持装置7从左右方向调整待加工零件13的姿态。

具体的，因待加工零件13整体尺寸较大，而驱动顶升装置、第一夹持装置7的调整尺寸范围有限，所以不会发生待加工零件13翻倒的状况。

具体的，通过三个顶升装置将待加工零件13的右侧抬高，使待加工零件13变成如图4所示的状态，此时孔R1高度变为H1，孔R2高度变为H2，其他参数略，由图4可知，此时R1处于R3范围内，R2处于R4范围内，分别对R1和R2扩大，即可获得R3和R4。

步骤六，对待加工零件13进行第二次扫描；

再次进行扫描，获得当前待加工零件13的外形尺寸数据。

步骤七，将第二次扫描结果与待加工零件的成型目标尺寸参数进行第二次比对；

再次进行比对待加工零件13的外形、孔等尺寸数据和机床工艺数据。

步骤八，对第二次比对结果做出处理判断；

确认当前的待加工零件13是否可以用于机床加工。

步骤九，根据处理判断结果对待加工零件13进行机械加工。

对无法满足工艺需求的待加工零件13，将待加工零件13送往返修车间，返修车间对待加工零件13进行补焊或其他调整工序。

对满足工艺需求的待加工零件13，第一夹持装置7、第二夹持装置12从左右两侧、驱动固定装置从上下两侧夹持待加工零件13，防止待加工零件13晃动，使用吊车将基座3连同待加工零件13一同转运至机床前，由机床对待加工零件13开始加工。加工完成后再将待加工零件13和基座3分离，基座3可以重新运回三坐标系统1前承载新的待加工零件13。车间生产过程中，可以预备大量基座3，在三坐标系统1前待用，调整完一个待加工零件13即可运走。控制器和各驱动装置之间的线缆，使用插拔式接头，方便转运。

Claims (7)

1.一种用于大型零件的自动调整姿态的装置，包括一个三坐标系统、一个扫描装置（2）、一个控制器和一个调姿工装，所述的三坐标系统包括一个三坐标运动机构（1），所述的扫描装置（2）的输出端与所述的三坐标系统的输入端电性连接，其特征在于：所述的扫描装置（2）设置在所述的三坐标运动机构（1）的采样端，所述的三坐标系统的输出端与所述的控制器的输入端连接，所述的调姿工装包括一个基座（3），所述的三坐标系统设置在所述的基座（3）的一侧，所述的基座（3）上设置有一个第一夹具组件和一个第二夹具组件，所述的基座（3）上沿长度方向设置有第一轨道（4），所述的第一夹具组件包括一个第一基板（5），所述的第一基板（5）上设置有第二轨道（6），所述的第二轨道（6）的运动方向与所述的第一轨道（4）相垂直，所述的第一基板（5）上还设置有第一夹持装置（7），所述的第一夹持装置（7）与所述的第二轨道（6）设置为滑动副，所述的第一基板（5）上还设置有一个顶升装置（8）和一个固定装置，所述的第二夹具组件包括一个第二基板（11），所述的第二基板（11）上设置有一个第二夹持装置（12），所述的第二基板（11）上还设置有两个顶升装置（8）和一个固定装置，所述的第一基板（5）和所述的第二基板（11）分别与所述的第一轨道（4）设置为滑动副，所述的第一夹持装置（7）、所述的第二夹持装置（12）、所述的顶升装置（8）、所述的固定装置的控制端分别与所述的控制器的输出端电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种用于大型零件的自动调整姿态的装置，其特征在于：任意一个所述的固定装置均各自包括至少一个压紧机构和一个顶紧机构，所述的压紧机构包括一个压紧驱动装置和一个压紧件（9），所述的压紧驱动装置设置在所述的第一基板（5）或所述的第二基板（11）上，所述的压紧驱动装置的输出轴的前端与所述的压紧件（9）连接，所述的顶紧机构包括一个顶紧驱动装置和一个顶紧件（10），所述的顶紧驱动装置设置在所述的第一基板（5）或所述的第二基板（11）上，所述的顶紧驱动装置的输出轴的前端与所述的顶紧件（10）连接。

3.根据权利要求1所述的一种用于大型零件的自动调整姿态的装置，其特征在于：所述的第一基板（5）和所述的第二基板（11）上的所述的固定装置的数目分别是四个。

4.根据权利要求1所述的一种用于大型零件的自动调整姿态的装置，其特征在于：所述的顶升装置包括一个顶升驱动装置和一个顶升接头，所述的顶升驱动装置设置在所述的第一基板（5）或所述的第二基板（11）上，所述的顶升驱动装置的输出端和所述的顶升接头的尾端连接。

5.根据权利要求1所述的一种用于大型零件的自动调整姿态的装置，其特征在于：所述的第一夹持装置（7）包括一个第一夹持底座，所述的第一夹持底座上设置有第一左夹持爪和第一右夹持爪，所述的第一左夹持爪和所述的第一右夹持爪分别和所述的第一夹持底座构成滑动副，所述的第一左夹持爪和所述的第一右夹持爪的滑动路径设置在同一直线上。

6.根据权利要求1所述的一种用于大型零件的自动调整姿态的装置，其特征在于：所述的第二夹持装置（12）包括一个第二夹持底座，所述的第二夹持底座上设置有第二左夹持爪和第二右夹持爪，所述的第二左夹持爪和所述的第二右夹持爪分别和所述的第二夹持底座构成滑动副，所述的第二左夹持爪和所述的第二右夹持爪的滑动路径设置在同一直线上。

7.一种采用权利要求1所述的装置实现的大型零件自动调整姿态的方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，将待加工零件放置在第一夹具组件和第二夹具组件上；

步骤二，对待加工零件进行夹持；

步骤三，对待加工零件进行第一次扫描；

步骤四，将第一次扫描结果与待加工零件的目标尺寸参数进行第一次比对；

步骤五，根据第一次比对结果进行零件姿态调整；

步骤六，对待加工零件进行第二次扫描；

步骤七，将第二次扫描结果与待加工零件的目标尺寸参数进行第二次比对；

步骤八，对第二次比对结果做出处理判断；

步骤九，根据处理判断结果对待加工零件进行机械加工。

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