CN216264586U - 一种针对固定直径圆环类工件加工设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于固定直径的圆环类工件加工技术领域，公开了一种针对固定直径圆环类工件加工设备。包括行走单元、工件旋转单元、直线刀库、视觉定位单元；行走单元自上而下分别是由加工主轴、Z轴位移滑台、X轴位移滑台、Y轴位移滑台叠放而成，工件旋转单元的侧向连接端面与Y轴位移滑台的侧向连接端面紧密把合，直线刀库安装在Y轴位移滑台的缺口处，视觉定位单元安装在加工主轴的两侧，工件旋转单元两侧设有排屑集屑系统；设备还设有防护装置，用于将工件旋转单元侧面的设备主体包裹防护。取消传统三轴的分布结构，采用主轴做X/Y/Z三轴滑移，工件绕圆心角向旋转。

Description

一种针对固定直径圆环类工件加工设备

技术领域

本实用新型属于固定直径的圆环类工件加工技术领域，本实用新型涉及一种针对固定直径圆环类工件加工设备。

背景技术

目前市面上加工大直径圆环类工件的立式加工中心大部分采用主轴Z向运动，工件沿X 向和Y向做水平滑移，这种结构兼容的工件直径范围较广，通用性较强。随着企业成本控制逐渐加强，加工效率要求越来越高，针对固定直径的圆环类需批量生产，且加工位置大多成角向对称分布，所以如采用通用龙门立式车床，其功能过剩，编程较为困难，针对固定直径圆环类零件的加工性价比过低，因此针对固定直径的圆环类工件，需要设计一种专用加工设备成为企业节约成本，增加加工效率的重要手段。

发明内容

本实用新型的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种针对固定直径圆环类工件加工设备，取消传统三轴的分布结构，采用主轴做X/Y/Z三轴滑移，工件绕圆心角向旋转，因其针对性比较强，在性价比、加工效率、自动化程度方面都显著提高。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种针对固定直径圆环类工件加工设备，包括行走单元、工件旋转单元、直线刀库、视觉定位单元；行走单元自上而下分别是由加工主轴、Z轴位移滑台、X轴位移滑台、Y轴位移滑台叠放而成，工件旋转单元的侧向连接端面与Y轴位移滑台的侧向连接端面紧密把合，直线刀库安装在Y轴位移滑台的缺口处，视觉定位单元安装在加工主轴的两侧，工件旋转单元两侧设有排屑集屑系统；设备还设有防护装置，用于将工件旋转单元侧面的设备主体包裹防护。

所述工件旋转单元包括旋转工作台；旋转工作台上固定设有电磁吸盘，旋转工作台还配设有伺服电机。电磁吸盘能随旋转工作台转动；由伺服电机驱动的旋转工作台、可实现高角向精度的定位，电磁吸盘用于夹紧工件。

所述直线刀库包括加工刀具，加工刀具设置在弹性刀夹上，弹性刀夹通过直线导轨与刀夹底座连接，加工刀具响应位置设有识别传感器，识别传感器通过连接支架固定在刀夹底座上；弹性刀夹配设有刀夹位置切换气缸，直线刀库主体还设有刀库防护罩，刀库防护罩配设有防护位置切换气缸。

所述直线刀库主体包括加工刀具、弹性刀夹、识别传感器。

加工刀具上设有若干个刀具，针对不同刀具在刀具各自的区别位置上对应分别设置识别传感器。所述加工刀具包括但不限于铣槽刀，倒角刀，CNC测头。

所述视觉定位单元包括粗定位视觉系统、精定位视觉系统；粗定位视觉系统与精定位视觉系统分别设置在加工主轴的两侧，其中粗定位视觉系统采用200W像素以上分辨率工业相机搭配定焦镜头，辅以两个条形光源；精定位视觉系统采用2000W像素分辨率工业相机搭配远心镜头，辅以环形光源。

所述排屑集屑系统包括排屑口、排屑器；旋转工作台上的两侧分别设有排屑口；每个排屑口分别连接有排屑器，每个排屑器的下方分别设有集屑车。切削下来的铁屑从排屑口落入到排屑器中，排屑器上的刮板将铁屑提升，并最终落入集屑车内。

进一步的，直线刀库位置在X轴位移滑台的正方向位移的极限点。

进一步的，所述行走单元是主轴X/Y/Z三方向行走单元；

进一步的，所述加工主轴、X轴、Y轴、Z轴分别配设有电机；

进一步的，视觉定位单元安装在加工主轴的两侧，随加工主轴一起运动。

本实用新型与现有技术相比具有的有益效果是：

本实用新型提供的一种针对固定直径圆环类工件加工设备，与市面上的通用加工中心相比，具有以下几方面优势：本实用新型提供的加工设备是一种专用加工中心采用针对工件加工内容设计的专门的结构形式，针对性强，价格更低，性价比高；本实用新型提供的加工设备占地面积和质量小，因本实用新型提供的技术方案取消工件的X轴和Y轴的水平移动，取而代之的是工件绕圆心旋转，这样一来使主轴在较小的位移内满足工件整圈的加工需求，在满足功能前提下，做到占地面积和整机质量比通用加工中心更小；本实用新型在工件旋转的基础上，为主轴加装了用来避让上料的Y轴，使专用加工中心无上料障碍，可从前面上料，也可从上方上料，可完全实现工件自动上料；本实用新型提供的加工设备的刀库结构紧凑：同一中规格的专用加工项目中，使用到的刀具数量大多集中在2～6把刀，这样的刀具数量没有必要使用现在市面上通用的斗笠刀库、链式刀库等形式，本实用新型提供了结构简单紧凑的直线刀库。换刀的时候主轴在X/Y/Z三轴的驱动下运动到对应刀具位置进行换刀操作。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

图1是本实用新型一种针对固定直径圆环类工件加工设备主视方向结构示意图。

图2是本实用新型一种针对固定直径圆环类工件加工设备侧视方向结构示意图。

图3是本实用新型一种针对固定直径圆环类工件加工设备俯视图。

图4是行走单元主视方向结构示意图。

图5是行走单元侧视方向结构示意图。

图6是工件旋转单元主视图。

图7是工件旋转单元俯视图。

图8是直线刀库的主视图。

图9是直线刀库的侧视图。

图10是直线刀库的俯视图。

图11是视觉定位单元的主视图。

图12是视觉定位单元的俯视图。

图13是排屑集屑系统示意图。

图中1.行走单元，2.工件旋转单元，3.直线刀库，4.视觉定位单元，5.排屑集屑系统， 101.加工主轴，102.Z轴位移滑台，103.X轴位移滑台，104.Y轴位移滑台，201.旋转工作台，202.电磁吸盘，203.伺服电机，301.加工刀具，302.识别传感器，303.刀库防护罩， 304.刀夹底座，305.刀夹位置切换气缸，306.防护位置切换气缸，401.粗定位视觉系统， 402.精定位视觉系统，501.集屑车A，502.排屑器A，503.集屑车B，504.排屑器B，505. 排屑口A，506机床外防护罩，507.排屑口B。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本实用新型进一步说明，但本实用新型并不局限于以下实施例。

实施例1

一种针对固定直径圆环类工件加工设备，如图1-图13所示，包括行走单元1、工件旋转单元2、直线刀库3、视觉定位单元4；行走单元1自上而下分别是由加工主轴101、Z轴位移滑台102、X轴位移滑台103、Y轴位移滑台104叠放而成，工件旋转单元2的侧向连接端面与Y轴位移滑台104的侧向连接端面紧密把合，直线刀库3安装在Y轴位移滑台104的缺口处，视觉定位单元4安装在加工主轴101的两侧，工件旋转单元2两侧设有排屑集屑系统 5；设备还设有防护装置，用于将工件旋转单元2侧面的设备主体包裹防护。

所述工件旋转单元2包括旋转工作台201；旋转工作台201上固定设有电磁吸盘202，旋转工作台201还配设有伺服电机203。电磁吸盘202能随旋转工作台201转动；由伺服电机 203驱动的旋转工作台201、可实现高角向精度的定位，电磁吸盘202用于夹紧工件。

所述直线刀库3包括加工刀具301，加工刀具301设置在弹性刀夹上，弹性刀夹通过直线导轨与刀夹底座304连接，加工刀具301响应位置设有识别传感器302，识别传感器302通过连接支架固定在刀夹底座304上；弹性刀夹配设有刀夹位置切换气缸305，直线刀库3主体还设有刀库防护罩303，刀库防护罩303配设有防护位置切换气缸306。

所述直线刀库3主体包括加工刀具301、弹性刀夹、识别传感器302。

加工刀具301上设有若干个刀具，针对不同刀具在刀具各自的区别位置上对应分别设置识别传感器302。所述加工刀具包括但不限于铣槽刀，倒角刀，CNC测头。

所述视觉定位单元4包括粗定位视觉系统401、精定位视觉系统402；粗定位视觉系统 401与精定位视觉系统402分别设置在加工主轴101的两侧，其中粗定位视觉系统401采用 200W像素以上分辨率工业相机搭配定焦镜头，辅以两个条形光源；精定位视觉系统402采用2000W像素分辨率工业相机搭配远心镜头，辅以环形光源。

所述排屑集屑系统5包括排屑口、排屑器；旋转工作台201上的两侧分别设有排屑口；每个排屑口分别连接有排屑器，每个排屑器的下方分别设有集屑车。切削下来的铁屑从排屑口落入到排屑器中，排屑器上的刮板将铁屑提升，并最终落入集屑车内。

进一步的，直线刀库3位置在X轴位移滑台103的正方向位移的极限点。

进一步的，所述行走单元1是主轴X/Y/Z三方向行走单元；

进一步的，所述加工主轴101、X轴、Y轴、Z轴分别配设有电机；

进一步的，视觉定位单元4安装在加工主轴101的两侧，随加工主轴101一起运动。

加工主轴101通过工件加工内容匹配的主轴电机和机械主轴提供切削动力，通过Z轴位移滑台102使主轴能做竖直方向的精确运动，通过X轴位移滑台102使主轴能做水平面内的横向精确运动，通过Y轴位移滑台104使主轴能做水平面内的纵向精确运动。其中主轴电机和三个移动轴的驱动电机均选用伺服电机，若所需加工精度要求较高，还可外置光栅尺等第二编码器，实现闭环控制。

工件旋转单元2工作时，工件吊装到电磁吸盘202上，此时电磁吸盘202没有通电，工件水平方向处于自由状态此时，待工件摆放平稳后电磁吸盘202通电，将金属工件牢牢吸附。

专用加工中心整体搭配力士乐数控系统，能够实现多轴联动，并具有多种通讯模块，能够接收包括光纤识别传感器、视觉工业相机、CNC测头的多重检测元件发出的信号，并将信号处理结果反馈到控制面板上。

加工刀具301按预定设计摆放在直线刀库中弹性刀夹上，弹性刀夹由刀夹位置切换气缸 305驱动，实现加工刀具301在刀夹底座304上的直线运动。为了避免加工刀具301摆放位置错误造成道具取放错误，特在刀具各自的特殊位置上设置了识别传感器302，当对应位置上摆放的刀具不是预设刀具时，识别传感器302会发出报警，报警信号直接传输给力士乐数控系统，并通过数控系统反馈到控制面板上。需要换刀具时，装在刀夹底座304一侧的防护位置切换气缸306缩回，驱动刀库防护罩303滑动到最左边，此时加工刀具301裸露在外；换刀结束开始加工时，防护位置切换气缸306伸出，驱动刀库防护罩303滑动到最右边，此时加工301刀具被刀库防护罩303防护保护上；需要人工更换磨损加工刀具301时，刀夹位置切换气缸305缩回，驱动弹性刀夹滑到最左侧，此时刀具裸露在外，方便人工换刀。

对于视觉定位单元4，粗定位视觉系统401能实现图像的动态捕捉，视野范围比较大，但测量精度不高；精定位视觉系统402能实现图像畸变小，视野范围较小，但测量精度较高，实际应用中采用粗定位视觉系统401识别特征孔，将被测特征至于可测量范围内后，再用精定位视觉系统402就行3-4个特征的详细偏差的测量；测量结果通过TCP/IP通讯协议直接传递给力士乐数控系统，数控系统根据测量值拟合出工件实际的圆心位置，并与转台原点位置进行比较得出差补值；再将差补值反馈给数控系统，调整加工主轴101的初始位置。当加工完成这一区域后，旋转工作台201转台带动工件转动，直至粗定位视觉系统401再次识别出下个特征孔位置为止，再循环上述精定位动作，如此往复，直至整面加工结束。

针对固定直径圆环类工件加工设备工作进程为：由桁架机械手或者其他上料机构将工件上料至电磁吸盘夹具202上，电磁吸盘202断电靠吸力夹紧工件，启动旋转工作台201，工件缓慢转动，此时粗定位视觉系统401对工件上的指定特征进行动态识别，并在检测到指定特征后发出指令，旋转工作台201随即停止转动；此时由主轴X/Y/Z三方向行走单元1带动精定位视觉系统402对指定区域内3-4个特征进行精确测量，并根据测量值拟合工件的圆心，最终反馈出此原点与旋转工作台201中心的偏差值，并将这个偏差值作为操作系统实际差补值反馈给plc系统；之后加工主轴101转动，对工件进行预设程序的切削；一个区域切削完成后，重复定位动作，进行下一区域的测量，如此往复，直至工件整面加工完成。电磁吸盘 202夹具通电，吸力取消，工件通过桁架机械手或者其他上下料装置下料工件。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (6)

1.针对固定直径圆环类工件加工设备，其特征是，包括行走单元(1)、工件旋转单元(2)、直线刀库(3)、视觉定位单元(4)；行走单元(1)自上而下分别是由加工主轴(101)、Z轴位移滑台(102)、X轴位移滑台(103)、Y轴位移滑台(104)叠放而成，工件旋转单元(2)的侧向连接端面与Y轴位移滑台(104)的侧向连接端面紧密把合，直线刀库(3)安装在Y轴位移滑台(104)的缺口处，视觉定位单元(4)安装在加工主轴(101)的两侧，工件旋转单元(2)两侧设有排屑集屑系统(5)；设备还设有防护装置，用于将工件旋转单元(2)侧面的设备主体包裹防护。

2.如权利要求1所述的针对固定直径圆环类工件加工设备，其特征是，所述工件旋转单元(2)包括旋转工作台(201)；旋转工作台(201)上固定设有电磁吸盘(202)，旋转工作台(201)还配设有伺服电机(203)。

3.如权利要求1所述的针对固定直径圆环类工件加工设备，其特征是，所述直线刀库(3)包括加工刀具(301)，加工刀具(301)设置在弹性刀夹上，弹性刀夹通过直线导轨与刀夹底座(304)连接，加工刀具(301)响应位置设有识别传感器(302)，识别传感器(302)通过连接支架固定在刀夹底座(304)上；弹性刀夹配设有刀夹位置切换气缸(305)，直线刀库(3)主体还设有刀库防护罩(303)，刀库防护罩(303)配设有防护位置切换气缸(306)。

4.如权利要求1所述的针对固定直径圆环类工件加工设备，其特征是，所述视觉定位单元(4)包括粗定位视觉系统(401)、精定位视觉系统(402)；粗定位视觉系统(401)与精定位视觉系统(402)分别设置在加工主轴(101)的两侧。

5.如权利要求1所述的针对固定直径圆环类工件加工设备，其特征是，所述排屑集屑系统(5)包括排屑口、排屑器；旋转工作台(201)上的两侧分别设有排屑口；每个排屑口分别连接有排屑器，每个排屑器的下方分别设有集屑车。

6.如权利要求1所述的针对固定直径圆环类工件加工设备，其特征是，直线刀库(3)位置在X轴位移滑台(103)的正方向位移的极限点。

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