CN107471885B - 一种精雕机的柔性自动生产装置 - Google Patents

Abstract

一种精雕机的柔性自动生产装置，包括储料***、机器人搬运***、托盘交换***、装载***、加工***以及检测管理***；储料***采用能够旋转的环形料仓，机器人搬运***由桁架机械手构成，装载***采用预装台，托盘交换***包括设置在环形料仓不同料位上的多个标准托盘以及与标准托盘配合的标准定位***，工件通过治具固定在标准托盘上，标准托盘与标准定位***之间通过标准接口连接；加工***由分别布置于环形料仓两侧的精雕机组成，精雕机设有用于上下料的自动门，桁架机械手的末端安装有握爪主盘，标准托盘上设有握爪工具盘。本发明能够加工多品种批量产品，无需花费时间验证治具更改，保证高精度产品机内定位精度与机外装夹精度的一致性。

Description

一种精雕机的柔性自动生产装置

技术领域

本发明涉及精密零件雕刻加工领域，具体涉及一种精雕机的柔性自动生产装置。

背景技术

现有精雕机加工的工件都是一些重量较轻、加工精度要求较高且切削量较小的工件，精雕机的结构布局比较类似于立式加工中心，上下料采用手工进行，其自动化程度低，操作时劳动强度大且工作效率低，不利于企业大规模零件的生产加工。传统用关节机器人上下料采用的方案是：一台六轴机器人加上两台或三台机床构成一个加工单元，毛坯料主要是人工摆放到初定位台上，更换产品时需要针对不同的产品采用不同的机器人执行末端，针对不同的产品设计不同的治具，其专用性很强，虽然用多自由度的机器人进行搬运，但是柔性较差，并且对工件的加工治具要求较高。由于精雕机加工的工件一般属于精加工工件，精度要求高，因此自动化上下料的难度大，少数的自动上下料机构，实现方法和结构比较复杂、效率低、精度低，不利于批量生产，因此需要设计一种柔性较好，并适用于精雕机的生产装置。

现有技术中使用的六轴机器人存在以下缺陷：

加工产品的种类非常有限；更改治具或手爪带来的验证周期非常长，其定位面的防护、切削及切削液的处理情况复杂；工件需要人工搬到机器人的抓料位或者通过立体料库结合堆垛机放到初定位台上；配套设备多，需要较多的操作人员，同时六轴机器人的成本较高。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种精雕机的柔性自动生产装置，能够加工多品种批量产品，无需花费时间验证治具更改，满足高精度治具标准化的要求，治具定位面在加工时能够防护，保证高精度产品机内定位精度与机外装夹精度的一致性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

包括储料***、机器人搬运***、托盘交换***、装载***、加工***以及检测管理***；所述的储料***采用能够旋转的环形料仓，机器人搬运***由支撑架设在环形料仓上的桁架机械手构成，装载***采用预装台，托盘交换***包括设置在环形料仓不同料位上的多个标准托盘以及与标准托盘配合的标准定位***，工件通过治具固定在标准托盘上，标准托盘与标准定位***之间能够通过标准接口连接；加工***由布置于环形料仓两侧的精雕机组成，精雕机设有用于上下料的自动门，所述桁架机械手的末端安装有握爪主盘，标准托盘上设有与之配合的握爪工具盘；当进行放料时桁架机械手能够将标准托盘及治具通过自动门送入精雕机，标准定位***定位夹紧，装配合格的工件进行加工；当换料时将标准定位***打开，桁架机械手能够将标准托盘及治具通过自动门取出并放置到环形料仓的空缺料位上。

所述的精雕机内具有能够进行定位检测的测头以及能够容纳测头的刀库。

所述的桁架机械手通过支撑立柱支撑架设在环形料仓上，支撑立柱上安装机械手X轴、机械手Z轴以及机械手C轴，桁架机械手的末端为C轴前臂，所述的C轴前臂包括支撑前臂以及设置在其端部的握爪主盘。

所述的环形料仓包括安装在支撑框架上的导轨安装台面，导轨安装台面上铺设环形导轨，环形导轨通过驱动机构驱动旋转，环形导轨上布置标准托盘。

所述的支撑框架上安装有定位机构，定位机构设置在与精雕机上下料的自动门对应处。

所述的预装台包括安装在调平装置上的工作台，工作台上设置有标准定位***，所述的标准托盘通过标准定位***能够固定在工作台上。

所述环形料仓两侧的精雕机均将自动门开设在面对环形料仓的侧面上。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：通过组合握爪工具盘、标准托盘以及标准定位***形成托盘交换***，方便了工件的更换，提升了产品的柔性。本发明标准托盘与标准定位***之间通过标准接口连接，使得精雕机、环形料仓、预装台的定位基准相一致，方便了机外干预调节且不耽误机床的加工时间，同时不同产品的治具与机床的定位接口一致，方便定位面的切削防护。此外，本发明采用了预装台进行预装，从产品的第一次装夹就进行精度控制，确保只有第一次装夹合格的产品，才能被放到环形料仓上，这为后期机床治具的精确定位提供了条件。本发明采用了三轴桁架机器人与环形料仓的运动相结合，使搬运动作流程简化，控制***仅是点对点的控制，控制简单，节省了成本。本发明能够实现标准定位及在机测量，确保了加工产品定位的准确性，产品的一致性较好。

附图说明

图1本发明的整体结构示意图；

图2本发明桁架机械手的结构示意图；

图3本发明预装台的结构示意图；

图4本发明环形料仓的装设结构示意图；

图5本发明握爪主盘的连接结构示意图；

附图中：1.第一精雕机；2.桁架机械手；3.第二精雕机；4.预装台；5.环形料仓；21.支撑立柱；22.机械手X轴；23.机械手Z轴；24.机械手C轴；25.C轴前臂；41.标准定位***；42.工作台；43.调平装置；51.导轨安装台面；52.标准托盘；53.定位机构；54.支撑框架；55.环形导轨；56.驱动机构；251.握爪主盘；252.支撑前臂；521.托盘支撑板；522.握爪工具盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明。

参见图1-5，本发明柔性自动生产装置在结构上主要由第一精雕机1、桁架机械手2、第二精雕机3、预装台4、环形料仓5以及控制***组成。第一精雕机1与第二精雕机3至少包括一个能够容纳测头的刀库、标准定位***41以及可以从机床侧面打开的自动门；

桁架机械手2包括支撑立柱21、机械手X轴22、机械手Z轴23、机械手C轴24以及C轴前臂25，X轴、Z轴可以直线运动，C轴可以在一定的角度范围摆动，C轴前臂25由握爪主盘251、支撑前臂252组成，构成了桁架机械手的末端抓取装置。

环形料仓5主要由导轨安装台面51、标准托盘52、定位机构53、支撑框架54、环形导轨55、驱动机构56组成，导轨安装台面51与支撑框架54安装在一起，构成***的支撑结构，其他结构均布置在支撑结构上，工件通过治具固定在标准托盘上，其中标准托盘52可以设置多个，与环形导轨滑块初定位，在驱动机构56的驱动下可以沿环形导轨移动，通过驱动机构56及定位机构53精确定位在桁架机械手的抓取点上。

预装台4主要由标准定位***41、工作台42、调平装置43组成，标准托盘52可以通过标准定位***41固定在工作台上，预装台4与第一精雕机1、第二精雕机3上的标准定位***41一致，工作台42可以通过调平装置43进行调平。

本发明的柔性自动生产单元主要由第一精雕机1与第二精雕机3构成的加工***、由桁架机械手2构成的机器人搬运***、环形料仓5构成的储料***、标准定位***41与标准托盘52构成的标准托盘交换***、由预装台4构成的预装及装载***、以及检测***和一体化的管理***组成，柔性生产单元实现自动化生产的原理如下：

1.机床工作台与工件之间接口的标准化；

通过标准定位***41与标准托盘52使治具与精雕机之间形成一个标准的接口，以便装有工件的托盘***从一台精雕机移动到另一台精雕机或储料***，并定位于预定位置。

具体操作时，首先准备好标准托盘52，快速更换到加工位置，精雕机便能够立即重新启动。同样，在其它机床上也配备标准定位***41与标准托盘52，能够迅速更换夹具，用于其它加工工序，无需在机床上装调工件。在标准托盘52上预留标准的机器人抓取接口握爪工具盘522，从而与机器人末端上的握爪主盘251也形成了一个标准接口，针对不同的产品只需要把夹具固定在标准托盘41上即可，而机器人的自动搬运流程不需要改变。

2.产品装夹及预调节等准备工作放在机床外完成；

预装台4构成专门的预调工位，使预调工位的标准定位***41与机床内部一致，确保在机床内外有标准接口，这样就能够在机外通过打表调节或自动检测，确保每个托盘的工件装夹合格，对于测量的数据可以传输到管理***，为机床内部测头的补偿提供参照，也降低了在机床内部进行调节清理的难度，因而减少了机床非生产所用时间。因为所有安装调整和准备工作都是在机床外进行的，所以能大幅度降低机床的停机时间。

3.通过机器人自动的实现上下料；

对每个机床用户来说，基本上具备24小时运行潜力，但一般来说，不是全部时间都得以应用。通过前两步标准化、预调化的实施，借助于机器人搬运***能自动地实现上下料作业，即使操作员不在现场，机床也能正常运行。使用机器人搬运***的柔性自动生产单元，根据储料***的大小，能够在无人照管情况下运行一个班次，一个人可以同时管理多个自动化单元。这样就提高了机床利用时间，减少了人员，增加了实际效益。

4.实现多个自动单元的一体化集成；

通过前三个步骤的实施，通过扩展市场上成熟的线型移动***，把切削液/切削集中处理，就能够将独立的加工单元串起来，形成一个整体的***，再加上DNC等管理***，它将所有生产数据、CAM文件、补偿值及生产次序集成到一起，因此，机床操作员可以确认每一项目的工作启停。在管理***中也集成了监控和报警装置，能够展示车间中的实际运行。通过计算机遥控，可以看到整个生产线或单台机床的生产状态。

本发明精雕机的柔性自动生产装置具体操作流程如下：

第一步：通过预装台4把工件安装到标准托盘52上并打表检验，确认合格后放在备料区的转运车上；第二步：把转运车上的标准托盘治具放到环形料仓5上，环形料仓5在控制***的控制下可以移动到放料工位，放料工位在料仓的90度方向；第三步：根据第一精雕机1或第二精雕机3的首次请求，在机床内部的测头先检测内部有无标准托盘52，如没有标准托盘52，桁架机械手2运动到0度或180度的取料位置，抓取标准托盘52及治具；第四步：通过桁架机械手2把标准托盘及治具放到第一精雕机1或第二精雕机3的放料位置，通过标准定位***41进行定位夹紧，机床内部的测头检测，装配合格的工件进行加工；第五步：根据第一精雕机1或第二精雕机3的换料请求，机床的侧门打开，标准定位***41松开，桁架机械手2先运行到机床内部的卸料位置，抓取标准托盘52及治具；第六步：环形料仓5运行到空工位，并通过传感器检测，桁架机械手2把抓取的标准托盘52及治具放到空工位上；第七步：桁架机械手2移动到一个安全位置，然后环形料仓5运行到下一个工件未加工工位，桁架机械手2再运动到0度或180度的取料位置抓取标准托盘及治具；第八步：通过桁架机械手2把标准托盘及治具放到第一精雕机1或第二精雕机3的放料位置，通过标准定位***41定位夹紧，并且机床内部的测头检测，装配合格的工件进行加工，桁架机械手2退回到机床外安全位置；其他环形料仓5的工件托盘重复第五到第八步的运行步骤，全部加工完成后从环形料仓5把加工完成的工件放在成品区，标准托盘52返回到预装区，在机床的运行过程中，操作人员可以一直在预装区进行工件的预装及检测。

本发明解决了多品种批量产品的加工单元柔性问题，无需花费时间验证治具更改，满足高精度治具标准化的要求，治具定位面在加工时能够防护，保证高精度产品机内定位精度与机外装夹精度的一致性，精雕机上设置测头，能完成在机测量，定位面能够实现切削防护。

Claims (3)

1.一种精雕机的柔性自动生产装置，其特征在于：包括储料***、机器人搬运***、托盘交换***、装载***、加工***以及检测管理***；所述的储料***采用能够旋转的环形料仓(5)，机器人搬运***由支撑架设在环形料仓(5)上的桁架机械手(2)构成，装载***采用预装台(4)，托盘交换***包括设置在环形料仓(5)不同料位上的多个标准托盘(52)以及与标准托盘(52)配合的标准定位***(41)，工件通过治具固定在标准托盘(52)上，标准托盘(52)与标准定位***(41)之间通过标准接口连接；加工***由分别布置于环形料仓(5)两侧的精雕机组成，精雕机设有用于上下料的自动门，所述桁架机械手(2)的末端安装有握爪主盘(251)，标准托盘(52)上设有与之配合的握爪工具盘(522)；当进行放料时桁架机械手(2)能够将标准托盘(52)及治具通过自动门送入精雕机，标准定位***(41)定位夹紧，装配合格的工件进行加工；当换料时将标准定位***(41)打开，桁架机械手(2)能够将标准托盘(52)及治具通过自动门取出并放置到环形料仓(5)的空缺料位上；所述的精雕机内具有能够进行定位检测的测头以及能够容纳测头的刀库；所述的桁架机械手(2)通过支撑立柱(21)支撑架设在环形料仓(5)上，支撑立柱(21)上安装机械手X轴(22)、机械手Z轴(23)以及机械手C轴(24)，桁架机械手(2)的末端为C轴前臂(25)，所述的C轴前臂(25)包括支撑前臂(252)以及设置在其端部的握爪主盘(251)；

所述环形料仓(5)两侧的精雕机均将自动门开设在面对环形料仓(5)的侧面上；所述的预装台(4)包括安装在调平装置(43)上的工作台(42)，工作台(42)上设置有标准定位***(41)，所述的标准托盘(52)通过标准定位***(41)能够固定在工作台(42)上；

所述的X轴、Z轴可以直线运动，C轴可以在一定的角度范围摆动。

2.根据权利要求1所述精雕机的柔性自动生产装置，其特征在于：所述的环形料仓(5)包括安装在支撑框架(54)上的导轨安装台面(51)，导轨安装台面(51)上铺设环形导轨(55)，环形导轨(55)通过驱动机构(56)驱动旋转，环形导轨(55)上布置标准托盘(52)。

3.根据权利要求2所述精雕机的柔性自动生产装置，其特征在于：所述的支撑框架(54)上安装有定位机构(53)，定位机构(53)设置在与精雕机上下料的自动门对应处。