CN111115239A - 一种基于精雕机的单机自动上下料设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于精雕机的单机自动上下料设备，包括设置在精雕机外部一侧的料仓，料仓的外部设置有外围防护，料仓的内部设置有组合机械手，组合机械手能够沿X轴和Z轴进行往复直线运动，通过末端抓取机构抓取快换托盘式末端抓取机构或待加工工件用于上下料。本发明设计合理、成本低廉、结构紧凑、运行稳定、柔性度高，能充分发挥自动上下料的作用。

Description

一种基于精雕机的单机自动上下料设备

技术领域

本发明属于机械设备技术领域，具体涉及一种基于精雕机的单机自动上下料设备。

背景技术

制造业是国民经济的主体，是立国之本、兴国之器、强国之基。作为国家的支柱产业，一直保持较好的发展态势。然而，随着我国人口红利的消失，人工费用的增长，传统制造业依靠人力发展的道路已经越走越窄。利用上下料设备代替人工工作，提高劳动中的生产率和稳定性，实现自动化和智能化，已成为一种趋势。由于自动化生产线的开发周期长、难度大、前期资金投入大，一般的公司没有能力承担，因此单机自动化设备逐年增多，市场竞争力也在逐步增强。目前市面上常见的单机自动化设备多以六轴机器人、SCARA机器人、桁架式机器人为主。采用机器人相比传统制造业拥有很多优势。首先，机器人能很大程度上代替人做单调、频繁和重复的长时间作业，或是危险、恶劣环境下的作业。其次，在重复动作中，机器人可以保持较高精度，保证产品质量的稳定。第三，机器人可以连续工作，生产效率较高。

但是，现在市面上的机器人成本较高，给企业转型增添了许多困难。另一方面，在现代化的工业自动化中，越来越讲究的是柔性化生产，迫切需要解决离散制造模式下人员成本高、生产效率低、品质不稳定的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种基于精雕机的单机自动上下料设备，以解决离散制造模式下人员成本高、生产效率低、品质不稳定的问题。

本发明采用以下技术方案：

一种基于精雕机的单机自动上下料设备，包括设置在精雕机外部一侧的料仓，料仓的外部设置有外围防护，料仓的上部设置有组合机械手，组合机械手包括机械手支撑板，机械手支撑板上竖直设置有机械手Z轴，机械手Z轴上水平设置有机械手X轴，末端抓取系统设置在机械手X轴上，组合机械手能够沿X轴和Z轴进行往复直线运动，通过末端抓取机构实现精雕机上下料。

具体的，机械手X轴为两级组合式伸缩臂；利用齿轮齿条与同步带组合；实现两级倍速伸缩运动；机械手Z轴为滚珠丝杠驱动。

进一步的，末端抓取机构为快换托盘式末端抓取机构，快换托盘式末端抓取机构包括快换托盘，快换托盘的一侧设置有气动手爪，气动手爪通过支撑连接件与手爪转接块连接，气动手爪的手指结构与快换托盘相匹配；手爪转接块与支撑连接件将末端抓取系统与组合机械手的机械手X轴相连接。

进一步的，末端抓取机构为双握爪抓取机构，双握爪抓取机构的气爪转接块上设置有摆动气缸，摆动气缸上对应设置有第一气动手爪和第二气动手爪，气爪转接块用于连接末端抓取机构和组合机械手的机械手X轴，实现机床内部的一次性上下料动作。

具体的，料仓包括圆盘料仓，圆盘料仓的底部周向设置有废液集流槽，废液集流槽连接废液收集箱，圆盘料仓上周向设置有多个托盘，每个托盘上用于放置目标工件。

进一步的，圆盘料仓采用整体料盘结构，通过旋转电机直接驱动旋转实现料位变化。

具体的，料仓还包括圆形顶升料仓，圆形顶升料仓的底部设置有顶升机构，圆形顶升料仓上周向设置有多个顶升物料托盘，每个顶升物料托盘上间隔设置有三个侧边定位杆，待加工工件设置在三个侧边定位杆之间。

进一步的，圆形顶升料仓的一侧竖直设置有工件位置检测开关，工件位置检测开关连接PLC控制器；通过顶升机构和侧边定位杆完成对不同待加工工件的定位及更换调整。

具体的，料仓的下部设置有下防护，下防护内部设置有电柜箱，料仓上设置有上料圆弧门，外围防护的顶部设置有报警灯，料仓的一侧设置有用于操作的按钮平面，用于显示上料器状态的显示屏，以及用于位置调试及校点的示教器。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明一种基于精雕机的单机自动上下料设备，从精雕机侧门进行上下料，避免自动化单元对机床操作的影响；各组件均设计为标准模块，可根据实际需求进行配置；采用组合机械手，相比于六轴机器人和SCARA机器人，其成本低，结构稳定，输送快捷、精准，可满足现有的使用需求；外围防护设计配合机床尺寸，融入圆弧、多面体等复杂特征，设计尺寸符合人机工程学，便于操作者使用，外形美观，末端抓取部件可根据不同的目标工件和使用环境进行更换，自动上料器主体结构做为基础平台，既可抓取标准托盘，也可直接抓取工件，可实现在线上下料，当使用者对料仓进行人工上下料时，精雕机可不停机，连续加工，增加精雕机加工时间，加快生产节拍；可实现生产加工优先级设定，根据料仓中不同料位的工件的生产优先级，完成换序加工或料位屏蔽，提高设备柔性；单机自动上下料设备处于离线状态下时，精雕机可完成脱机工作，独立使用，提高设备的利用率，降低成本。

进一步的，本发明中自动上料器整体采用“X on Z”结构，增加了机械手的Z向自由度；机械手X轴为两级组合式伸缩臂，实现两级倍速伸缩运动，节省X轴空间。

进一步的，快换托盘式末端抓取机构，采用气动手爪抓取标准快换托盘，实现与机床设备间的快速配合，减小对X轴行程的消耗，提高自动化单元柔性。

进一步的，采用双握爪抓取机构，通过气动手爪及摆缸，实现机床内部一次性上下料动作，减少物料搬运时间，提高生产效率。

进一步的，本发明中料仓部分可根据待加工工件类型的不同分为圆盘料仓和圆形顶升料仓，两种料仓可以根据需求进行切换，提升了设备柔性。

进一步的，本发明中电柜箱、气动箱安装在设备底部，与储料系统、机械手集成在一套系统中，占地面积小，符合车间机床现有布局，方便维护与搬运。

进一步的，本发明中自动上料设备采用外围防护中的按键进行操作，设备运行模式随时可在手动和自动模式下切换，简单快捷，减少使用人员学习时间，提高操作效率。

进一步的，本发明中自动上料设备加入显示屏来提示报警信息、状态信息及机床测头测量信息等，便于对设备状态及报警原因进行及时查看。

综上所述，本发明设计合理、成本低廉、结构紧凑、运行稳定、柔性度高，能充分发挥自动上下料的作用。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的轴测图。

图2为本发明中外围防护的正视图。

图3为本发明中外围防护的后视图。

图4为本发明中组合机械手的轴测图。

图5为本发明中快换托盘末端抓取系统的正视图。

图6为本发明中圆盘式料仓的轴测图。

图7为本发明中圆形顶升料仓的轴测图。

图8为本发明中双握爪末端抓取机构的正视图。

其中：1.精雕机；2.组合机械手；3.料仓；4.气动箱；5.外围防护；6.按钮平面；7.显示屏；8.示教器；9.气动箱门；10.废液收集箱；11.报警灯；12.上料圆弧门；13.上防护；14.下防护；15.下围挡；16.排气扇；17.维修门；18.电柜箱；19.散热装置；20.地脚；21.机械手Z轴；22.机械手支撑板；23.机械手X轴；24.末端抓取系统；25.待加工工件；26.快换托盘；27.手爪转接块；28.支撑连接件；29.气动手爪；30.托盘；31.废液集流槽；32.目标工件；33.圆盘料仓；34.工件位置检测开关；35.待加工工件；36.顶升机构；37.侧边定位杆；38.顶升物料托盘；39.圆形顶升料仓；40.第一气动手爪；41.第二气动手爪；42.气爪转接块；43.摆动气缸。

具体实施方式

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”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，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种基于精雕机的单机自动上下料设备，采用自动化与精雕机的一体化设计形式；实现自动上下料、快速切换产品及治具、自动加工生产及自动检测；可适应多品小批量产品的加工。

请参阅图1，本发明一种基于精雕机的单机自动上下料设备，包括组合机械手2、料仓3、气动箱4、外围防护5和电柜箱18；气动箱4设置在外围防护5的正下方，料仓3设置在外围防护5的内部上方，组合机械手2设置在料仓3的上部，电柜箱18设置在外围防护5的内部下方，精雕机1分别与组合机械手2、气动箱4、外围防护5和电柜箱18连接，组合机械手2能够根据精雕机1发出的信号抓取料仓3内的目标工件32送入精雕机1内进行加工，并将加工好的成品放回至料仓3内。

请参阅图2和图3，外围防护5包括按钮平面6、显示屏7、示教器8、气动箱门9、废液收集箱10、报警灯11、上料圆弧门12、上防护13、下防护14、下围挡15、排气扇16、维修门17、散热装置19和地脚20；上防护13和下防护14设置在外围防护5的箱体前侧，上防护13设置在下防护14的上方，下防护14的底部设置有下围挡15，上防护13的前侧设置有上料圆弧门12，上防护13的上方设置有报警灯11；气动箱门9设置在下防护14的一侧，下部设置有废液收集箱10，气动箱门9上方的箱体依次设置有示教器8、显示屏7和按钮平面6。

请参阅图3，外围防护5后侧的下部设置有电柜箱18，电柜箱18上设置有散热装置19，电柜箱18底部的箱体设置有地脚20，电柜箱18的上方设置有维修门17，一侧设置有排气扇16。

按钮平面6包括急停、启动、暂停、手动/自动、换料等按钮；，简单快捷，减少使用人员学习时间，提高工作效率，减少误操作；可实现手动和自动模式的随时切换，方便操作人员手动上下料；可满足上料器使用者的日常基本操作要求。

显示屏7可对上料器现有状态进行显示说明；可实时显示机床测头测量信息、料位状态信息、机床状态以及报警信息等；便于使用者明确当前状态下上料器是否正常工作。

示教器8可满足电气人员对上料器的位置调试及校点。

气动箱门9可满足对气动箱4的外观防护；门上设计有机玻璃；便于使用者观察气动箱连接及使用状态。

由于在生产加工中组合机械手2会带出少量机床切削液，故添加废液收集箱10对废液进行收集。

报警灯11可在突发状态下进行报警蜂鸣提示，报警灯11设计位置为上料器右上方；便于使用者随时观察上料器报警状态。

上料圆弧门12通过导轨及转轴与上料器的上防护13相连；打开上料圆弧门12可进行料仓3上料操作。

上防护13与上料器支撑架相连；在满足设备安全防护的基础上；做到外形美观；可靠；下防护14完成对电柜箱18气动箱等结构的防护。

下围挡15可完成对地脚20的防护。

排气扇16、散热装置19可进行对电柜箱18的散热。

维修门17采用双扇门对开结构；节省空间的同时保证门结构的稳定。

地脚20是整个结构的支撑件；增强结构抗震性。

外围防护5融入圆弧多面体等复杂特征；提高上料器美观度；设计尺寸符合人机工程学；便于操作者使用；整体框架采用钣金与有机玻璃配合的结构；在保证轻便、可视性好的同时满足结构稳定性要求；采用圆弧；多面体特征；增大内部空间；简洁大方；整体设计中将上料器结构与电柜箱18结合为一个整体；减少占地空间。

请参阅图4，组合机械手2包括机械手Z轴21、机械手支撑板22、机械手X轴23和末端抓取系统24；机械手Z轴21竖直设置在机械手支撑板22上，机械手X轴23水平设置在机械手Z轴21上，末端抓取系统24设置在机械手X轴23上，机械手支撑板22与上料器支撑架固定连接；将机械手X轴23、机械手Z轴21装配在机械手支撑板22上；结构稳定可靠；组合机械手2通过末端抓取机构24抓取快换托盘式末端抓取机构或待加工工件25进行上下料；采用“X onZ”结构；能够沿机械手X轴23、机械手Z轴21进行往复直线运动。

机械手X轴23为两级组合式伸缩臂；利用齿轮齿条与同步带组合；实现两级倍速伸缩运动；机械手Z轴21为滚珠丝杠驱动；运行平稳；承载力大。

请参阅图5，末端抓取系统24可根据抓取对象的不同分为快换托盘式末端抓取机构和双握爪抓取机构；快换托盘式末端抓取机构包括待加工工件25；快换托盘26；手爪转接块27；支撑连接件28；气动手爪29，待加工工件25设置在快换托盘26上，快换托盘26通过气动手爪29进行取放操作，气动手爪29通过支撑连接件28与手爪转接块27连接，气动手爪29的手指结构与快换托盘26相匹配；手爪转接块27与支撑连接件28将末端抓取系统24与机械手X轴23相连接。

请参阅图8，双握爪抓取机构包括第一气动手爪40、第二气动手爪41、气爪转接块42和摆动气缸43；摆动气缸43固定在气爪转接块42上，第一气动手爪40和第二气动手爪41分别设置在摆动气缸43上，摆动气缸43可切换第一气动手爪40及第二气动手爪41的位置；气爪转接块42将末端抓取机构24与机械手X轴23相连接；双握爪抓取机构可实现机床内部的一次性上下料动作。

料仓3进行物料存储与输送；料仓可根据待加工工件类型的不同分为圆盘料仓33和圆形顶升料仓39。

请参阅图6，圆盘料仓33的底部周向设置有废液集流槽31，圆盘料仓33上周向依次设置有多个托盘30，托盘30与圆盘料仓33通过拉钉连接，每个托盘30上用于放置目标工件32，目标工件32定位在托盘30上，废液集流槽31可收集目标工件32、托盘30及圆盘料仓33上的切削液；并可将切削液导入至废液收集箱10中进行统一处理。

圆盘料仓33采用整体料盘结构；通过旋转电机直接驱动旋转实现料位的变化；抓取标准快换托盘30满足生产需要；提高自动化加工的柔性。

请参阅图7，圆形顶升料仓39的底部设置有顶升机构36，圆形顶升料仓39上周向设置有多个顶升物料托盘38，每个顶升物料托盘38上间隔设置有三个侧边定位杆37，待加工工件35设置在三个侧边定位杆37之间。圆形顶升料仓39通过底部顶升机构36将顶升物料托盘38和待加工工件35逐层顶起；将圆形顶升料仓39顶部空间进行有效利用；扩大料仓容量；确保更长的自动加工时间；圆形顶升料仓39的一侧竖直设置有工件位置检测开关34，由PLC和工件位置检测开关34结合的控制模式；确保了抓料的准确性；通过顶升机构36和侧边定位杆37可完成对不同待加工工件35的定位及更换调整；提高自动化柔性。

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中的描述和所示的本发明实施例的组件可以通过各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。

本发明一种基于精雕机的单机自动上下料设备的工作过程如下：

操作人员打开外围防护5上料圆弧门12；通过操作按钮平面6中换料按钮；将待加工工件25依次放置在快换托盘26或顶升物料托盘38上。完成全部上料操作后；关闭上料器圆弧门12。

精雕机1发出上料信号；控制精雕机1自动门打开；自动上料器的组合机械手2抓取料仓3内的托盘30或待加工工件35；组合机械手2进入精雕机1内部；移动至指定位置后；将托盘30或待加工工件35送入精雕机1治具中；组合机械手2中末端抓取系统24松开托盘30或待加工工件35；退出精雕机1；精雕机1自动门关闭；精雕机1开始加工；加工完成后；对成品进行再次检验；精雕机1自动门打开；组合机械手2进入精雕机1内部；抓取成品；退出精雕机1；移动至料仓3上方；放置成品到料盘指定料位；重新抓取待加工件；完成一次自动上下料。

在生产过程中，由于生产任务的实时性，可能会出现目标工件32生产优先级有区别的情况；自动上料器可根据生产任务的优先级划分，将优先级更高的目标工件32所在的料位提前加入到加工序列，实现换序加工；也可将已取消加工任务的目标工件32所在的料位进行屏蔽操作，直接忽略此工件的加工。

在生产过程中，若使用者对料仓3进行人工操作时，精雕机1可不停机，连续加工，增加机床加工时间，加快生产节拍。单机自动上下料设备处于离线状态下时，精雕机1可独立使用，提高设备的利用率，降低成本。

为了满足市场需求，本发明针对离散制造条件下的多品种小批量零件加工，设计了一种基于精雕机的单机自动上下料设备，输送快捷、精准、柔性度高、结构稳定，且成本低廉。自动上料器可与多个系列精雕机快速配对使用，受车间场地影响小，各组件均设计为标准模块，可根据实际需求进行配置，能充分发挥自动上下料单元设备的优势。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于精雕机的单机自动上下料设备，其特征在于，包括设置在精雕机(1)外部一侧的料仓(3)，料仓(3)的外部设置有外围防护(5)，料仓(3)的上部设置有组合机械手(2)，组合机械手(2)包括机械手支撑板(22)，机械手支撑板(22)上竖直设置有机械手Z轴(21)，机械手Z轴(21)上水平设置有机械手X轴(23)，末端抓取系统(24)设置在机械手X轴(23)上，组合机械手(2)能够沿X轴和Z轴进行往复直线运动，通过末端抓取机构(24)实现精雕机(1)的上下料。

2.根据权利要求1所述的基于精雕机的单机自动上下料设备，其特征在于，机械手X轴(23)为两级组合式伸缩臂；利用齿轮齿条与同步带组合；实现两级倍速伸缩运动；机械手Z轴(21)为滚珠丝杠驱动。

3.根据权利要求1或2所述的基于精雕机的单机自动上下料设备，其特征在于，末端抓取机构(24)为快换托盘式末端抓取机构，快换托盘式末端抓取机构包括快换托盘(26)，快换托盘(26)的一侧设置有气动手爪(29)，气动手爪(29)通过支撑连接件(28)与手爪转接块(27)连接，气动手爪(29)的手指结构与快换托盘(26)相匹配；手爪转接块(27)与支撑连接件(28)将末端抓取系统(24)与组合机械手(2)的机械手X轴(23)相连接。

4.根据权利要求1或2所述的基于精雕机的单机自动上下料设备，其特征在于，末端抓取机构(24)为双握爪抓取机构，双握爪抓取机构的气爪转接块(42)上设置有摆动气缸(43)，摆动气缸(43)上对应设置有第一气动手爪(40)和第二气动手爪(41)，气爪转接块(42)用于连接末端抓取机构(24)和组合机械手(2)的机械手X轴(23)，实现机床内部的一次性上下料动作。

5.根据权利要求1所述的基于精雕机的单机自动上下料设备，其特征在于，料仓(3)包括圆盘料仓(33)，圆盘料仓(33)的底部周向设置有废液集流槽(31)，废液集流槽(31)连接废液收集箱(10)，圆盘料仓(33)上周向设置有多个托盘(30)，每个托盘(30)上用于放置目标工件(32)。

6.根据权利要求5所述的基于精雕机的单机自动上下料设备，其特征在于，圆盘料仓(33)采用整体料盘结构，通过旋转电机直接驱动旋转实现料位变化。

7.根据权利要求1所述的基于精雕机的单机自动上下料设备，其特征在于，料仓(3)还包括圆形顶升料仓(39)，圆形顶升料仓(39)的底部设置有顶升机构(36)，圆形顶升料仓(39)上周向设置有多个顶升物料托盘(38)，每个顶升物料托盘(38)上间隔设置有三个侧边定位杆(37)，待加工工件(35)设置在三个侧边定位杆(37)之间。

8.根据权利要求7所述的基于精雕机的单机自动上下料设备，其特征在于，圆形顶升料仓(39)的一侧竖直设置有工件位置检测开关(34)，工件位置检测开关(34)连接PLC控制器；通过顶升机构(36)和侧边定位杆(37)完成对不同待加工工件(35)的定位及更换调整。

9.根据权利要求1所述的基于精雕机的单机自动上下料设备，其特征在于，料仓(3)的下部设置有下防护(14)，下防护(14)内部设置有电柜箱(18)，料仓(3)上设置有上料圆弧门(12)，外围防护(5)的顶部设置有报警灯(11)，料仓(3)的一侧设置有用于操作的按钮平面(6)，用于显示上料器状态的显示屏(7)，以及用于位置调试及校点的示教器(8)。

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