CN109226980B

CN109226980B - 一种全自动三维立体激光加工生产线

Info

Publication number: CN109226980B
Application number: CN201811357095.7A
Authority: CN
Inventors: 徐丰羽; 范保杰; 蒋国平
Original assignee: Nanjing University of Posts and Telecommunications
Current assignee: Nanjing University of Posts and Telecommunications
Priority date: 2018-11-15
Filing date: 2018-11-15
Publication date: 2021-05-28
Anticipated expiration: 2038-11-15
Also published as: CN109226980A

Abstract

本发明公开了一种全自动三维立体激光加工生产线，包括机架、上料机器人、切割机器人、下料机器人、X向导轨、移动工作台、待加工工件料架和成品料架。机架包括顶板和两侧X轴横梁；一侧X轴横梁下方区域形成上料区域，顶板下方区域形成切割加工区域；另一侧X轴横梁下方区域形成下料区域，下料区域的后端设置成品料架；在上料区域、切割加工区域和下料区域的底部铺设与X轴横梁相平行的X向导轨；移动工作台包括工件夹持组件和多自由度切换组件。本发明全自动上下料，无人工干预；切割机器人工作区域与上下料机器人工作区域完全分离，安全性高。同时，能不间断加工，多工位，上下料区间不间断切割加工，满足高效率。

Description

一种全自动三维立体激光加工生产线

技术领域

本发明涉及一种自动切割设备，特别是一种全自动三维立体激光加工生产线。

背景技术

现有生产过程中，需要大量的三维加工零件。典型的三维加工零件，需要高速，全自动加工。三维加工零件如图1所示，由于结构复杂，形状不规则，且每个侧面和顶面上均需切割不同形状的切割孔11，因而在三维加工零件上切孔，一般采用激光切割加工方法。

然而，现有激光切割加工过程中，存在着如下不足，有待改进：

1.现有技术中部分采用人工上下料，切割加工过程中，需要人工进行待加工面的调整更换，自动化程度低，加工效率低。

2.目前也有采用机器人进行自动上下料的，但是上下料往往需要停机操作，影响加工效率。

3.上下料机器人与切割机器人工作区域重合，容易引起机器人碰撞等安全事故。

4.工件固定，或者只能简单的平面移动，因而，对复杂零件的加工范围小，工件的很多位置不便加工。

5.无废料清除功能，加工过程中产生废料需要人工清理，安全性差，效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足，而提供一种全自动三维立体激光加工生产线，该全自动三维立体激光加工生产线全自动上下料，无人工干预；切割机器人工作区域与上下料机器人工作区域完全分离，安全性高。同时，能不间断加工，多工位，上下料区间不间断切割加工，满足高效率。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种全自动三维立体激光加工生产线，包括机架、上料机器人、切割机器人、下料机器人、X向导轨、移动工作台、待加工工件料架和成品料架。

机架包括顶板和对称设置在顶板两侧边中心的X轴横梁。

上料机器人安装其中一侧X轴横梁底部，该侧X轴横梁下方区域形成上料区域，上料区域的前端设置待加工工件料架。

顶板下方设置与X轴横梁相垂直的Y向导轨，切割机器人顶部与Y向导轨滑动连接，顶板下方区域形成切割加工区域。

下料机器人安装在另一侧X轴横梁底部，该侧X轴横梁下方区域形成下料区域，下料区域的后端设置成品料架。

在上料区域、切割加工区域和下料区域的底部铺设与X轴横梁相平行的X向导轨。

移动工作台底部能在直线驱动装置的作用下沿X向导轨滑移。

移动工作台包括工件夹持组件和多自由度切换组件；工件夹持组件用于夹持固定三维加工零件，多自由度切换组件能使夹持固定在工件夹持组件上的三维加工零件实现多自由度的姿态变换。

工件夹持组件为工件固定板，多自由度切换组件包括滑台、竖向旋转轴、旋转支架一和旋转支架二。

滑台底部与X向导轨滑动连接，滑台顶部中心设置转动连接竖向旋转轴。

旋转支架一包括水平旋板和两个三角架；水平旋板底部中心与竖向旋转轴活动连接，两个三角架对称设置在水平旋板的两个侧边上；每个三角架的顶角处各转动连接一个水平旋转轴，每个水平旋转轴的另一端各通过一个安装板与工件固定板相连接。

工件固定板、两个安装板和两个水平旋转轴共同构成旋转支架二。

两个三角架的中心均设置有三角形的减重孔。

顶板底部与X轴横梁相垂直的两条侧边各设置一条Y向导轨，每条Y向导轨上均滑动连接至少一个切割机器人。

X向导轨和移动工作台均为若干个，若干个X向导轨平行并列设置，每一条或两条X向导轨上滑动连接一个移动工作台。

还包括废料输送装置，废料输送装置设置在切割加工区域和下料区域的下方，且与X向导轨相平行，且高度不超过X向导轨的顶部高度。

废料输送装置为皮带输送机或履带输送机。

本发明具有如下有益效果：

1、全自动，无人工干预。

2、带有废料排除功能。

3、切割机器人工作区域与上下料机器人工作区域完全分离，安全性高。

4、不间断加工，多工位，上下料区间不间断切割加工，满足高效率。

5、加工能力强，通过附加旋转轴，增强加工的范围，各个角度的加工。

6、本发明加工范围大，可以用于汽车车身，大型工程机械，船舶，航天飞机等大型三维零部件的自动化加工。另外，还可以讲激光切割头更换为焊接头，用于大型，复杂零部件的自动化、精密、高效加工。

附图说明

图1显示了三维加工零件的结构示意图。

图2显示了本发明一种全自动三维立体激光加工生产线的正视图。

图3显示了本发明一种全自动三维立体激光加工生产线的立体图一。

图4显示了本发明一种全自动三维立体激光加工生产线的立体图二。

图5显示了本发明中移动工作台的立体结构示意图。

其中有：

10.三维加工零件；11.切割孔；

20.机架；21.顶板；211.支腿；212.减重孔；23.X轴横梁；24.Y向导轨；

30.上料机器人；40.切割机器人；50.下料机器人；60.X向导轨；

70.移动工作台；

71.滑台；72.竖向旋转轴；73.旋转支架一；731.水平旋板；732.三角架；

74.旋转支架二；741.工件固定板；742.安装板；743.水平旋转轴；

80.待加工工件料架；90.成品料架；100.废料输送装置；

另外，图1中A表示上料区域；B表示切割加工区域；C表示下料区域。

具体实施方式

下面结合附图和具体较佳实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图2、3和4所示，一种全自动三维立体激光加工生产线，包括机架20、上料机器人30、切割机器人40、下料机器人50、X向导轨60、移动工作台70、待加工工件料架80、成品料架90和废料输送装置100。

上料机器人30、切割机器人40、下料机器人50、待加工工件料架80和成品料架90的具体结构均为现有技术，这里不再赘述。

切割机器人为激光切割机器人，手腕末端，安装激光切割头，能完成对三维加工零件10的切割。

机架包括顶板21和对称设置在顶板两侧边中心的X轴横梁23。

顶板的底部四角优选分别设置一条支腿211，顶板中心优选设置有呈日字形的减重孔212，且便于观察切割状态。

上料机器人安装其中一侧X轴横梁底部，该侧X轴横梁下方区域形成上料区域A，上料区域的前端设置待加工工件料架。进一步，上料机器人可以在X轴横梁上运动，增加移动范围。

顶板下方设置与X轴横梁相垂直的Y向导轨24，切割机器人顶部与Y向导轨滑动连接，顶板下方区域形成切割加工区域B。

进一步，顶板底部与X轴横梁相垂直的两条侧边各优选设置一条Y向导轨，每条Y向导轨上均滑动连接至少一个切割机器人，切割机器人的数量可以根据需要进行设置。

下料机器人安装在另一侧X轴横梁底部，该侧X轴横梁下方区域形成下料区域C，下料区域的后端设置成品料架。

移动工作台底部能在直线驱动装置的作用下沿X向导轨滑移。

上述X向导轨和下述移动工作台均可以为若干个，根据实际需要确定。若干个X向导轨平行并列设置，每一条或两条X向导轨上滑动连接一个移动工作台。

移动工作台包括工件夹持组件和多自由度切换组件。

工件夹持组件用于夹持固定三维加工零件10，具体夹持方法为现有技术，如定位柱固定或四周限位挡板限位固定等。

本申请中，工件夹持组件为如图5所示的工件固定板741。

多自由度切换组件能使夹持固定在工件夹持组件上的三维加工零件实现多自由度的姿态变换。

如图5所示，多自由度切换组件包括滑台71、竖向旋转轴72、旋转支架一73和旋转支架二74。

滑台底部与X向导轨滑动连接，滑台顶部中心设置转动连接竖向旋转轴，竖向旋转轴优选由旋转电机所驱动。

旋转支架一包括水平旋板731和两个三角架732。

水平旋板底部中心与竖向旋转轴活动连接，优选为铰接。两个三角架对称设置在水平旋板的两个侧边上。每个三角架的顶角处各转动连接一个水平旋转轴743，每个水平旋转轴的另一端各通过一个安装板742与工件固定板相连接。

上述水平旋转轴的转动也优选由旋转电机所驱动。

上述旋转支架一和旋转支架二的的复合实现三维加工零件的姿态变换，达到多角度切割加工的目的。

进一步，两个三角架的中心均设置有三角形的减重孔。

废料输送装置设置在切割加工区域和下料区域的下方，且与X向导轨相平行，且高度不超过X向导轨的顶部高度。进一步，废料输送装置优选为皮带输送机或履带输送机等。

工艺流程：

1.上料

上料机器人从待加工工件料架上取料，将待加工工件放置在移动工作台上，上料机器人可以在X轴横梁上运动，增加移动范围。另外，上料过程中，移动工作台沿X向导轨运动至左侧的上料区域，远离激光切割机器人的工作范围，避免发生碰撞。

2.切割

上料完成后，移动工作台运动至切割加工区域，激光切割机器人，手腕末端，安装激光切割头，完成对工件的切割，由于激光切割机器人可以沿Y 向导轨运动，所以可以扩展加工范围。切割过程中，移动工作台通过旋转支架一和旋转支架二的旋转变化，能够实现工件多个角度的加工。切割过程中，废料输送装置将切割产生的废料回收再利用。

3.下料

加工结束后，移动工作台在直线驱动装置的作用下运动到下料区域，下料过程与上料过程相似。

以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种全自动三维立体激光加工生产线，其特征在于：包括机架、上料机器人、切割机器人、下料机器人、X向导轨、移动工作台、待加工工件料架和成品料架；

机架包括顶板和对称设置在顶板两侧边中心的X轴横梁；

上料机器人安装其中一侧X轴横梁底部，该侧X轴横梁下方区域形成上料区域，上料区域的前端设置待加工工件料架；

顶板下方设置与X轴横梁相垂直的Y向导轨，切割机器人顶部与Y向导轨滑动连接，顶板下方区域形成切割加工区域；

下料机器人安装在另一侧X轴横梁底部，该侧X轴横梁下方区域形成下料区域，下料区域的后端设置成品料架；

在上料区域、切割加工区域和下料区域的底部铺设与X轴横梁相平行的X向导轨；

移动工作台底部能在直线驱动装置的作用下沿X向导轨滑移；

移动工作台包括工件夹持组件和多自由度切换组件；工件夹持组件用于夹持固定三维加工零件，多自由度切换组件能使夹持固定在工件夹持组件上的三维加工零件实现多自由度的姿态变换；

工件夹持组件为工件固定板，多自由度切换组件包括滑台、竖向旋转轴、旋转支架一和旋转支架二；

滑台底部与X向导轨滑动连接，滑台顶部中心设置转动连接竖向旋转轴；

旋转支架一包括水平旋板和两个三角架；水平旋板底部中心与竖向旋转轴活动连接，两个三角架对称设置在水平旋板的两个侧边上；每个三角架的顶角处各转动连接一个水平旋转轴，每个水平旋转轴的另一端各通过一个安装板与工件固定板相连接；

工件固定板、两个安装板和两个水平旋转轴共同构成旋转支架二；

顶板底部与X轴横梁相垂直的两条侧边各设置一条Y向导轨，每条Y向导轨上均滑动连接至少一个切割机器人；X向导轨和移动工作台均为若干个，若干个X向导轨平行并列设置，每一条X向导轨上滑动连接一个移动工作台；还包括废料输送装置，废料输送装置设置在切割加工区域和下料区域的下方，且与X向导轨相平行，且高度不超过X向导轨的顶部高度；

上料机器人从待加工工件料架上取料，将待加工工件放置在移动工作台上，上料机器人在X轴横梁上运动，增加移动范围；上料过程中，移动工作台沿X向导轨运动至左侧的上料区域，远离激光切割机器人的工作范围，避免发生碰撞。

2.根据权利要求1所述的全自动三维立体激光加工生产线，其特征在于：两个三角架的中心均设置有三角形的减重孔。

3.根据权利要求1所述的全自动三维立体激光加工生产线，其特征在于：废料输送装置为皮带输送机或履带输送机。