CN117549122A - 一种人机交互式多轴加工***及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种人机交互式多轴加工***，包括机床、载物台和移料机械手，机床用于加工零件，所述机床内设有用于固定胚料以进行加工的工作台，所述机床的顶部开设有上下料孔，所述上下料孔位于所述工作台的正上方；载物台位于所述机床外，用于放置胚料及已完成加工的零件；移料机械手能穿过所述上下料孔并将所述载物台上的胚料移动至工作台上、或将工作台上完成加工的零件移动至载物台上。本发明人机交互式多轴加工***，结构紧凑，自动化程度及生产效率高，工作可靠稳定。

Description

一种人机交互式多轴加工***及加工方法

技术领域

本发明涉及一种机床加工***，特别涉及一种人机交互式多轴加工***及加工方法。

背景技术

机床是能将工件切削加工为期望的形状的装置，在进行切削加工的机床中，通过使切削用的工具接触旋转的工件来加工工件的车削中心、通过使旋转的工具接触工件来加工工件的加工中心、以及复合地具备这些功能的复合加工机等。加工时，刀具被固定于主轴或刀架等工具保持部，机床按照预先准备的加工程序，更换工具，并一边移动工具保持部一边加工工件。

现有技术中，在加工时，需要人工将配料放置工作台上并进行夹紧固定；加工完成后，通过人工方式将零件移出，费时费力，且具有一定的安全隐患。

因此，有通过在机床的前端设置一个机械臂，通过机械臂夹取物料（配料、零件），现有的机械臂为多节机械结构，成本高，且设置在机床前端，在一定程度会影响操作人员；同时，在夹料时，采用传统的卡爪夹紧结构，当胚料或零件侧壁为垂直面或倾斜面时，例如圆柱体、锥体时，夹取时容易松脱，因此，为了提高夹紧可靠性，需要增加夹紧力，其会夹伤零件表面，进而影响产品质量，特别是在零件材质较软的情况下。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能实现自动取放料、且取放稳定、可靠，效率高的人机交互式多轴加工***。

本发明提供一种人机交互式多轴加工***，其包括：

机床1，用于加工零件，所述机床1内设有用于固定胚料以进行加工的工作台，所述机床1的顶部开设有上下料孔10，所述上下料孔10位于所述工作台的正上方；

载物台，位于所述机床1外，用于放置胚料及已完成加工的零件；

移料机械手2，能穿过所述上下料孔10并将所述载物台上的胚料移动至工作台上、或将工作台上完成加工的零件移动至载物台上。

进一步的，所述移料机械手包括固定在所述机床1的左侧或右侧地面的立架21、固定在所述立架21上的横梁22、水平滑配在所述横梁22上的第一滑座23、及垂直滑配在所述第一滑座23上的纵梁24，所述纵梁24的下端垂直固定有能实现180度转动的旋转气缸，所述旋转气缸的输出端固定有安装板3，所述安装板3的下端对称设置有夹料装置；所述载物台位于所述立架1的前端。

进一步的，所述载物台上设有定料座，所述定料座上开设有能容胚料或零件***的置料孔，所述置料孔为两个、且两所述置料孔之间的距离与两所述夹料装置的距离相同；所述置料孔的侧壁设有用于进料或出料的开口，两所述置料孔的下端分别设有用于进料的第一输送带及用于出料的第二输送带。

进一步的，所述上下料孔10上设有光栅，当所述机床处于加工状态时，所述移料机械手2无法进入所述上下料孔；当移料机械手穿过光栅时，所述机床的主轴锁定初始位置。

进一步的，所述夹料装置包括垂直设置且下端敞口的外套筒8，所述外套筒8的内壁设有第一气囊52，所述第一气囊52为条形、且其长度方向平行于所述外套筒8的轴线，所述第一气囊52的伸缩方向垂直于所述外套筒8的轴线，所述第一气囊52为三个或四个且周向均布，所述第一气囊52之间形成夹紧区；所述第一气囊52的端部设有朝向所述夹紧区的条形的橡胶吸盘53，所述橡胶吸盘的长度方向平行于所述外套筒的轴线，所述条形橡胶吸盘53内设有气孔530，所述气孔530能实现吹气并对夹紧区内的胚料或零件的侧壁表面进行清理、及能吸气并与夹紧区内的所述胚料或零件侧壁之间形成负压以实现固定。

进一步的，所述外套筒内同轴设置有内套筒6，所述内套筒6与所述外套筒8之间滑配有条形的支撑板51，所述支撑板51的滑动方向平行于所述夹料区的半径方向，所述支撑板51为三个或四个且周向均布，所述外套筒8的内壁与所述支撑板51之间设有用于驱动所述支撑板51滑移的第二气囊54，所述第一气囊52固定在所述支撑板51的内侧端面。

进一步的，所述支撑板51的上端和/或下端的中心设有限位销55，所述限位销55的轴线平行于所述外套筒的轴线，所述内套筒6的上端和/或下端轴向延伸并形成环形的支承部65，所述支承部65外套设有限位环41，所述限位环41为圆环形且能实现径向转动，所述限位环41上周向均布有限位孔，所述限位孔为条形且其长度方向倾斜于所述支撑板51的滑动方向，其能容所述限位销***并实现各所述支撑板51的同步滑动。

进一步的，所述内套筒6包括圆筒形的内套筒本体61，所述内套筒本体61上成型有向外凸的安装部63，所述安装部63为三个且周向均布，所述安装部63上成型有开口朝向内套筒轴线的安装腔630，所述安装腔的两侧壁相互平行，所述安装腔的侧壁对称开设有条形导槽631，所述条形导槽631的长度方向垂直于所述内套筒的轴线；所述支撑板51的侧壁设有凸起并形成导块511，所述导块511套设在所述条形导槽内并实现滑动连接；所述内套筒内套设有限位套筒7，所述限位套筒的侧壁开设有能容所述第一气囊穿过且能对所述支撑板进行限位的矩形孔70，所述矩形孔70的两侧设有条形凸起，所述条形凸起能轴向***所述安装腔并实现径向限位。

进一步的，所述内套筒6的下端外侧垂直滑配有滑环91，所述滑环91的上端设有圆环形第三气囊92，所述第三气囊的顶部与所述内套筒6外壁的定位环42连接、并能通过伸缩驱动所述滑环91上下移动，所述定位环上设有使所述滑环有向上的运动趋势的弹性部件；所述滑环91下端转动地安装有圆环形的气环93，所述气环93内为中空并形成气道，所述气环93的内壁周向均布有与所述气道连通的喷气孔930，所述喷气孔朝下倾斜设置、且其轴线与所述气环的轴线位于不同平面内且在喷气时所述气环能实现径向转动，并能对胚料或零件的侧壁及工作台表面进行清理；当位于下极限位时，所述气环位于所述外套筒下方，当位于上极限位时，所述气环位于所述外套筒内。

进一步的，所述内套筒本体61的外壁设有平行于其轴线方向的支撑片62，所述支撑片62至少为三个且周向均布，所述外套筒的内壁设有容所述支撑片62由上而下***的安装卡槽80；所述外套筒的内壁上端套设有压套3，所述压套3的外壁设有能***所述安装卡槽的卡条，所述卡条的下端向下延伸至所述压套3外并形成压紧部，所述压紧部的端部与所述支撑片顶面接触并实现压紧，所述压套下端与所述内套筒上端之间具有间隙并形成用于安装限位环41的安装区。

同时，本发明还提供一种人机交互式多轴加工***加工方法，其包括以下步骤：

S0、启动；

S1、复位，对机床上的主轴及工作台进行复位，使工作台位于水平状态，且主轴位于工作台外的初始位置；

S2、第一输送带动作，使第一输送带上的胚料进入载物台上的进料端的置料孔内，该胚料触发该置料孔内的检测传感器并发出第一感应信号；

S3、移料机械手移动至该置料孔的正上方，并使其中一夹料装置与该置料孔同轴，接收到第一感应信号后，移料机械手垂直下移、且夹料装置依次进行以下动作：

S31、第三气囊充气，将滑环及气环推送至下极限位；

S32、对气环内的气道进行充气，气体从气环内壁的喷气孔倾斜朝下喷出、且在气压推力下产生径向转动，喷出的气体对胚料整个表面进行清理；

S33、当移料机械手移动至h1高度时，气环停止充气，且第三气囊抽气并使气环上升复位；

S34、当机械手运动至下极限位时，第二气囊54和第一气囊51充气，第二气囊推动支撑板径向向内滑动、并通过上端的限位环确保各支撑板的滑动距离相同，第一气囊51使橡胶吸盘53靠近胚料；

在靠近过程中，与橡胶吸盘连接的气源供气，使橡胶吸盘上的气孔朝胚料待夹持的表面进行喷气清洗；

S35、当橡胶吸盘表面与胚料表面接触且第一气囊或第二气囊内的压力达到指定值时，第一气囊和第二气囊停止充气，且橡胶吸盘进行吸气并抽真空；

S36、当与橡胶吸盘连接的气源达到指定负压值时，胚料负压固定完成，并发出第二信号；

S4、移料机械手上升并水平移动至机床的上下料孔的正上方后，穿过上下料孔并下移，下移过程中触发上下料孔上的光栅，并发出第三信号；

S41、接收到第三信号后，对主轴和工作台的位置状态进行检测；

A当检测到主轴和工作台处于初始状时，移料机械手继续下移；

B否则，移料机械手停止下移，且优先对主轴和工作台进行复位，直至复位完成，并执行上述步骤A；

S5、当工作台上具有零件时，通过旋转气缸使另一空的夹料装置对准该零件并进行取料，取料步骤为S31-S36；

S51、取料完成后移料机械上移至h1高度，h1为预先设置的水平高度，旋转气缸转动180度，并使胚料端转换至待放置位置的正上方；

当转换完成或工作台上无零件时，执行以下步骤：

S6、移料机械手在靠近工作台的过程中，执行以下步骤：

S61、第三气囊充气，将滑环及气环推送至下极限位；

S62、对气环内的气道进行充气，气体从气环内壁的喷气孔倾斜朝下喷出、且在气压推力下产生径向转动，喷出的气体对工作台的表面进行清理；

S7、当移料机械手移动至h2高度时，气环停止充气，且第三气囊抽气并使气环上升复位，h2为预先设置的高度值；

S8、移料机械手移动至下极限位时，与橡胶吸盘连接的气源充气并解除橡胶吸盘与胚料之间的真空状态；

S9、第一气囊和第二气囊抽气，使橡胶吸盘外移并与胚料脱离；

S10、机械手上移并复位至载物台的正上方；

S101、当夹料装置上夹有零件时，将其放置在出料端的置料孔内，并触该发置料孔内的检测传感器，放置步骤为S8-S9，第二输送带动作并使该置料孔内的零件移出；

S11、移料机械手上移复位。

本发明的优点在于：本发明人机交互式多轴加工***，设置移料机械手和载物台，能实现对机床的自动上料和自动下料，自动化程度高，大大降低了操作人员的劳动强度，提高了生产加工效率；设置双夹料装置，能实现同时取料和放料，降低空行程时间，提高生产效率；设置双气囊夹紧机构，行程大，使用范围广，且夹紧或松开速率快；滑动至支撑板结构设置，结构强度高，避免在抓料时受重力影响产生向下的变形，抓料稳定、可靠；设置橡胶吸盘结构，能实现与零件之间的软接触，避免划伤零件表面，同时在吸盘上设置能进行进气和出气的气孔，能对零件的表面进行吹气清理，同时能实现负压取料，大大提高抓取强度和可靠性，避免脱落，特别适用于柱形体结构或锥形体结构的零件；设置气环，能对零件表面及工作台进行吹气清理，提高夹取可靠性及零件放置精度，避免杂质划伤零件表面；伸缩式气环结构，能实现隐藏，避免在工作过程中与其他零部件发生触碰，使用稳定可靠，且外形紧凑；可拆卸式内套筒结构，加工难度和成本低，且装配方便，便于后期维护保养；本发明人机交互式多轴加工***，结构紧凑，自动化程度及生产效率高，工作可靠稳定。

附图说明

图1为本发明人机交互式多轴加工***的结构示意图；

图2为本发明人机交互式多轴加工***的机床的多轴示意图；

图3为本发明人机交互式多轴加工***的移料机械手的结构示意图；

图4为图3中A部放大图；

图5为本发明人机交互式多轴加工***的安装板的结构示意图；

图6为本发明人机交互式多轴加工***的安装板的另一角度结构示意图；

图7为本发明人机交互式多轴加工***的夹料装置的结构示意图；

图8为本发明人机交互式多轴加工***的夹料装置的内部结构示意图；

图9为本发明人机交互式多轴加工***的夹料装置的剖视图；

图10为本发明人机交互式多轴加工***的夹料装置的***结构示意图；

图11为本发明人机交互式多轴加工***的内套筒的安装示意图；

图12为本发明人机交互式多轴加工***的外套筒的结构示意图；

图13为本发明人机交互式多轴加工***的内套筒的结构示意图；

图14为本发明人机交互式多轴加工***的内套筒的剖视图；

图15为本发明人机交互式多轴加工***的第一气囊的安装示意图；

图16为本发明人机交互式多轴加工***的第二气囊的安装示意图；

图17为本发明人机交互式多轴加工***的限位套的结构示意图；

图18为本发明人机交互式多轴加工***的第三气囊的安装示意图；

图19为本发明人机交互式多轴加工***的气环的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，详细介绍本发明实施例。

参阅图1-图19，本发明提供一种人机交互式多轴加工***，其包括机床1、载物台和移料机械手2。

机床1用于加工零件，在机床1内设有用于固定胚料以进行加工的工作台，参阅图2，该工作台设置在一转动支架上，转动支架包括能绕x轴转动的第一支架，及能绕z轴转动的第二支架，其中第二支架设置在第一支架上，工作台设置在该第二支架上；同时，主轴能实现x、y、z的移动，因此整体形成一个五轴机床；在机床的前端设有一滑门，用于操作人员进行操作，在机床1的顶部开设有上下料孔10，其用于配料的上料及零件的出料，该上下料孔10位于工作台的正上方，上述机床可以为一个或两个，为两个时，两者之间左右排列，且在两者之间设置间距，用于安装载体台和移料机械手。

为了提高使用安全性，避免状机，在该上下料孔10上设有光栅，该光栅能检测是否有物体（移料机械手）穿过该上下料孔，当机床处于加工状态时，移料机械手2无法进入上下料孔；当移料机械手穿过光栅时，机床的主轴锁定初始位置。

载物台位于机床1外，本实施例中，其设置在机床的左端或右端，用于放置胚料及已完成加工的零件，具体的，载物台上设有定料座，其用于对胚料或零件进行精确定位，以便于移料机械手进行准确抓取，在定料座上开设有能容胚料或零件***的置料孔，该置料孔为两个，且两个置料孔之间的距离与移料机械手上的两夹料装置的距离相同；在置料孔的侧壁设有用于进料或出料的开口，该开口为V形或U形，朝前设置，两在置料孔的下端分别设有用于进料的第一输送带及用于出料的第二输送带，即第一输送带向定料座方向输送，其上端的胚料在经过开口后进入置料孔，实现精确定位；第二输送带背向定料座方向输送，在出料端的置料孔内的零件下端的第二输送带将其从置料孔中移出，实现出料。

移料机械手2设置在机床的左端或右端，当机床为两个时，设置在两个机床之间，其能穿过上下料孔10，进而将载物台上的胚料移动至工作台上、或将工作台上完成加工的零件移动至载物台上；具体的，该移料机械手包括固定在机床1的左侧或右侧地面的立架21、固定在立架21上的横梁22、水平滑配在横梁22上的第一滑座23、及垂直滑配在第一滑座23上的纵梁24，在纵梁24的下端垂直固定有能实现180度转动的旋转气缸，其旋转轴线垂直于水平面，在该旋转气缸的输出端固定有安装板3，在安装板3的下端对称设置有夹料装置，即夹料装置能实现X、Y、Z轴的移动，即Z轴的180度转动，夹料装置用于夹取物料，特别是柱形或倾斜度较小的锥形物料，载物台位于立架1的前端。

以下对本申请中的夹料装置的结构进行说明：

该夹料装置包括垂直设置且下端敞口的外套筒8，外套筒整体为圆筒形，其顶部径向向外折弯并形成法兰部81，在法兰部上周向均布有安装孔，用于与安装板3连接。

在外套筒8的内壁设有第一气囊52，该第一气囊52为条形，且其长度方向平行于外套筒8的轴线，该第一气囊52的伸缩方向垂直于外套筒8的轴线，即能向外套筒的轴线方向靠近或远离，第一气囊52为三个或四个且周向均布，各第一气囊52之间形成夹紧区，该第一气囊的横截面为等腰梯形，在第一气囊52的端部设有橡胶吸盘53，该橡胶吸盘朝向夹紧区，具体的，朝向外套筒的轴线，该橡胶吸盘53为条形，其整体为环形体（跑道形），中间向内凹，边沿部分用于胚料或零件侧壁接触，橡胶吸盘的长度方向平行于外套筒的轴线，在橡胶吸盘53内（中间凹槽内）设有气孔530，该气孔为多个，且沿橡胶吸盘的长度方向等距设置，该橡胶吸盘通过换向阀与一气泵连接，能实现吹气或吸气（抽气），在吹气时，能对夹紧区内的胚料或零件的侧壁表面进行吹气清理，吸气（抽气）时，能使夹紧区内的胚料或零件侧壁之间形成负压，进而实现橡胶吸盘与胚料或零件之间的固定。

为了提高贴合度及抓料效果，本申请中，每一端的第一气囊可以有由上而下设置，即位于同一直线上的两个或多个第一气囊构成。

具体的，在外套筒内同轴设置有内套筒6，在内套筒外壁与外套筒内壁之间具有间距，形成一个安装区间，在该安装区间内，滑配有支撑板51，该支撑板51为条形（矩形），其长度方向平行于内套筒的轴线，其能实现径向滑动，即支撑板51的滑动方向平行于夹料区的半径方向，该支撑板51为三个或四个且周向均布，在外套筒8的内壁与支撑板51之间设有第二气囊54，该第二气囊为条形（矩形），其用于驱动支撑板51滑移，为了提高复位效率和可靠性，本实施例中，在外套筒的内壁设有拉簧，其端部与支撑板51连接，对支撑板产生向外的拉力，当第二气囊泄压时，在弹簧的拉力作用下能辅助支撑板朝远离夹紧区的方向移动并复位，其也可以通过第二气囊抽气并进行复位，或者为两者同时进行，以提高复位效率及复位可靠性；第一气囊52固定在支撑板51的内侧端面，同时设置第一气囊和第二气囊，能提高夹紧效率，其增大了橡胶吸盘的行程，能抓取的两件的直径范围大，应用范围广，同时，减小了单个气囊的径向宽度，提高了装夹可靠性，避免夹紧时受零件重力而使用气囊产生向下的变形，进而提高了抓料稳定性和可靠性。

本申请中，在支撑板51的上端和/或下端设有限位销55，该限位销位于支撑板的中心，其轴线平行于外套筒的轴线，同时，内套筒6的上端和/或下端设有支承部65，该支承部为内套筒的上端或下端轴向延伸形成，在该支承部65外套设有限位环41，该限位环41为圆环形，其能实现径向转动，在该限位环41上周向均布有限位孔，该限位孔的数量与限位销的数量相同，且其限位孔为条形且，且长度方向倾斜于支撑板51的滑动方向，即限位孔倾斜设置，其能容限位销***，并实现各支撑板51的同步滑动，即能控制支撑板51以相同的速度及距离向内或向外滑移。

内套筒6包括内套筒本体61，该内套筒本体61整体为圆筒形，在内套筒本体61上成型有向外凸的安装部63，参阅图13-图14，安装部63为三个或四个且周向均布，在安装部63上成型有安装腔630，该安装腔630的开口朝向内套筒的轴线，该安装腔的横截面为U形状结构，同时，安装腔的两个侧壁相互平行，在安装腔的侧壁对称开设有条形导槽631，每侧的条形导槽至少为两个，且分别设置在上下两端，该条形导槽631的长度方向垂直于内套筒的轴线；相应的，在支撑板51的侧壁设有凸起并形成导块511，其与条形导槽的数量及位置分别对应，导块511套设在条形导槽内，进而实现支撑板的滑动连接。

为了起到对第一气囊的保护，同时对支撑板进行限位，本申请中，在内套筒内套设有限位套筒7，且内套筒的内壁与限位套筒的外壁贴合接触，在限位套筒的侧壁开设有矩形孔70，该矩形孔与第一气囊的数量相同且周向均布，该矩形孔的尺寸（长度及高度）大于第一气囊的尺寸，且小于支撑板的尺寸，因此，其能容第一气囊穿过，同时，能对支撑板进行限位，当支撑板与该矩形孔外壁边沿接触时，标识支撑板运动到位；在矩形孔70的外壁的两侧设有条形凸起71，两条形凸起的外壁之间的距离与安装腔的宽度相同，因此，条形凸起能轴向***安装腔，进而实现限位套筒的径向限位，本申请中，内限位套由下而上***，在限位套筒的下端端部设有一台阶面，能与内套筒的下端接触，并实现轴向限位。

为了能对配料及零件的侧壁表面进行清理，避免表面杂质影响抓取效果，甚至划伤零件表面，同时，在放置胚料时，对工作台的表面进行清理，便于胚料精确安装，本实施例中，在内套筒6的下端的外侧垂直滑配有滑环91，该滑环整体为圆环形，其刚好套在内套筒外，并能实现轴向移动，在内套筒的下端侧壁开设有至少三个限位孔64，该限位孔为条形，且其长度方向平行于内套筒的轴线，同时，在滑环的内壁周向均布由于限位孔数量相同的限位销911，该限位销911套设在限位孔内，并实现上下限位，在滑环91的上端设有圆环形第三气囊92，该第三气囊的顶部与内套筒6外壁的定位环42连接，其通过充气或抽气的伸缩来驱动滑环91上下移动，为了保障其上升复位可靠性，在定位环上设有弹性部件，该弹性部件为拉簧，其下端与滑环连接，使滑环有向上的运动趋势，以实现复位；在滑环91下端转动地安装有圆环形的气环93，该气环的横截面为矩形，其内部为中空，并形成气道，在气环93的内壁周向均布有喷气孔930，喷气孔930与气道连通，用于喷气，本申请中，该喷气孔朝下倾斜设置，同时，喷气孔的轴线与气环的轴线位于不同平面内，因此，在在喷气时，能推动气环转动，进而实现360度全方位喷气，能对胚料或零件的侧壁及工作台表面进行清理；当位于下极限位时，气环位于外套筒下方，具体的说，喷气孔位于内套筒外（下端），当位于上极限位时，气环位于外套筒内，具体的说，气环的底面高于内套筒或外套筒，达到隐藏及保护的目的，避免在下降过程中产生撞击而损坏。

为了降低制造难度，同时便于组装及日常维护，本实施例中，在内套筒本体61的外壁设有支撑片62，该支撑片62平行于内套筒的轴线方向，即垂直设置，该支撑片62至少为三个且周向均布，同时，在外套筒的内壁设有与支撑片对应的安装卡槽，该安装卡槽为条形，且垂直设置，安装卡槽的上端贯穿至外套筒外，其能容支撑片62由上而下***安装卡槽80，进而实现内套筒与外套筒之间的连接；同时，在外套筒的内壁上端套设有压套3，该压套整体为圆环形，在压套3的外壁设有卡条，该卡条为条形，且长度方向平行于压套的轴线方向，其能***安装卡槽的卡条，进而实现压套的径向定位安装，同时，卡条的下端向下延伸至压套3外，进而形成压紧部，压紧部的端部与支撑片顶面接触，进而实现对内套筒的轴向固定，在压套下端与内套筒的上端之间具有间隙，其形成安装区，用于安装限位环41。

同时，本发明还提供一种人机交互式多轴加工***加工方法，其包括以下步骤：

S0、启动电源，包括机床、移料机械手及载物台（第一、第二输送带）；

S1、复位，对机床上的主轴及工作台进行复位，使工作台位于水平状态，便于胚料的放置及零件的取料（下料），且使主轴位于工作台外的初始位置，避免与移料机械手产生碰撞；

S2、第一输送带动作，其向定座方向输送，第一输送带上的胚料进入载物台上的进料端的置料孔内，并实现胚料的精确定位，该胚料触发该置料孔内的检测传感器，并发出第一感应信号；

S3、移料机械手移动至该置料孔的正上方，并使其中一个夹料装置与该置料孔同轴，当接收到第一感应信号后，移料机械手垂直下移，同时，夹料装置依次执行以下动作：

S31、第三气囊充气，将滑环推送至下极限位，使气环位于内套筒外；

S32、对气环内的气道进行充气，气体从气环内壁的喷气孔倾斜朝下喷出，在气压推力下气环产生径向转动，喷出的气体对胚料整个表面进行360度清理；

S33、当移料机械手移动至h1高度时，气环停止充气，且第三气囊抽气并使气环上升复位，h1为预先设置的高度值；

S34、当机械手运动至下极限位时（设定值），第二气囊54和第一气囊51充气，同时充气提高夹紧效率，即橡胶吸盘的靠近速度，第二气囊推动支撑板径向向内滑动，在滑动过程中，上端的限位环能确保各支撑板的滑动距离相同，第一气囊51使橡胶吸盘53靠近胚料；

在靠近过程中，与橡胶吸盘连接的气源供气，使橡胶吸盘上的气孔朝胚料待夹持的表面进行喷气清洗；

S35、当橡胶吸盘表面与胚料表面接触，同时，第一气囊或第二气囊内的压力达到指定值时，表示已充分夹紧，此时，第一气囊和第二气囊停止充气并对气压进行锁定，同时，橡胶吸盘进行吸气，抽真空；

S36、当与橡胶吸盘连接的气源达到指定负压值时，胚料负压固定完成，并发出第二信号；

S4、接收到第二信号后，表示已经装夹完成，移料机械手上升，并水平移动至机床的上下料孔的正上方后，穿过上下料孔并下移，下移过程中触发上下料孔上的光栅，并发出第三信号；

S41、接收到第三信号后，对主轴和工作台的位置状态进行检测；

A当检测到主轴和工作台处于初始状时，为正常状态，移料机械手继续下移；

B否则，即检测到主轴或工作台处于非初始状态时，移料机械手停止下移，且优先对主轴和工作台进行复位，直至复位完成，并执行上述步骤A；

S5、当工作台上具有零件时，通过旋转气缸使另一空的夹料装置对准该零件并进行取料，取料步骤为S31-S36；

具体的为

S31、第三气囊充气，将滑环推送至下极限位，使气环位于内套筒外；

S32、对气环内的气道进行充气，气体从气环内壁的喷气孔倾斜朝下喷出，在气压推力下气环产生径向转动，喷出的气体对零件整个表面进行360度清理；

S33、当移料机械手移动至h1高度时，气环停止充气，且第三气囊抽气并使气环上升复位，h1为预先设置的高度值；

S34、当机械手运动至下极限位时（设定值），第二气囊54和第一气囊51充气，同时充气提高夹紧效率，即橡胶吸盘的靠近速度，第二气囊推动支撑板径向向内滑动，在滑动过程中，上端的限位环能确保各支撑板的滑动距离相同，第一气囊51使橡胶吸盘53靠近零件；

S35、当橡胶吸盘表面与零件表面接触，同时，第一气囊或第二气囊内的压力达到指定值时，表示已充分夹紧，此时，第一气囊和第二气囊停止充气并对气压进行锁定，同时，橡胶吸盘进行吸气，抽真空；

S36、当与橡胶吸盘连接的气源达到指定负压值时，零件负压固定完成，并发出第二信号；

取料完成后移料机械上移至h1高度，h1为预先设置的水平高度，旋转气缸转动180度，并使胚料端转换至待放置位置的正上方；

当转换完成或工作台上无零件时，执行以下步骤：

S6、移料机械手在靠近工作台的过程中，执行以下步骤：

S61、第三气囊充气，将滑环及气环推送至下极限位；

S62、对气环内的气道进行充气，气体从气环内壁的喷气孔倾斜朝下喷出、且在气压推力下产生径向转动，喷出的气体对工作台的表面进行清理；

S7、当移料机械手移动至h2高度时，气环停止充气，且第三气囊抽气并使气环上升复位，h2为预先设置的高度值；

S8、移料机械手移动至下极限位时（设定值），与橡胶吸盘连接的气源充气并解除橡胶吸盘与胚料之间的真空状态；

S9、第一气囊和第二气囊抽气，使橡胶吸盘外移并与胚料脱离；

S10、机械手上移并复位至载物台的正上方；

S101、当夹料装置上夹有零件时，将其放置在出料端的置料孔内，并触该发置料孔内的检测传感器，放置步骤为S8-S9，而后，第二输送带动作，并使该置料孔内的零件移出；

S11、移料机械手上移复位，一个工作周期完成。

本发明人机交互式多轴加工***，设置移料机械手和载物台，能实现对机床的自动上料和自动下料，自动化程度高，大大降低了操作人员的劳动强度，提高了生产加工效率；设置双夹料装置，能实现同时取料和放料，降低空行程时间，提高生产效率；设置双气囊夹紧机构，行程大，使用范围广，且夹紧或松开速率快；滑动至支撑板结构设置，结构强度高，避免在抓料时受重力影响产生向下的变形，抓料稳定、可靠；设置橡胶吸盘结构，能实现与零件之间的软接触，避免划伤零件表面，同时在吸盘上设置能进行进气和出气的气孔，能对零件的表面进行吹气清理，同时能实现负压取料，大大提高抓取强度和可靠性，避免脱落，特别适用于柱形体结构或锥形体结构的零件；设置气环，能对零件表面及工作台进行吹气清理，提高夹取可靠性及零件放置精度，避免杂质划伤零件表面；伸缩式气环结构，能实现隐藏，避免在工作过程中与其他零部件发生触碰，使用稳定可靠，且外形紧凑；可拆卸式内套筒结构，加工难度和成本低，且装配方便，便于后期维护保养；本发明人机交互式多轴加工***，结构紧凑，自动化程度及生产效率高，工作可靠稳定。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种人机交互式多轴加工***，其特征在于，包括：

机床1，用于加工零件，所述机床1内设有用于固定胚料以进行加工的工作台，所述机床1的顶部开设有上下料孔10，所述上下料孔10位于所述工作台的正上方；

载物台，位于所述机床1外，用于放置胚料及已完成加工的零件；

移料机械手2，能穿过所述上下料孔10并将所述载物台上的胚料移动至工作台上、或将工作台上完成加工的零件移动至载物台上。

2.如权利要求1所述的人机交互式多轴加工***，其特征在于：所述移料机械手包括固定在所述机床1的左侧或右侧地面的立架21、固定在所述立架21上的横梁22、水平滑配在所述横梁22上的第一滑座23、及垂直滑配在所述第一滑座23上的纵梁24，所述纵梁24的下端垂直固定有能实现180度转动的旋转气缸，所述旋转气缸的输出端固定有安装板3，所述安装板3的下端对称设置有夹料装置；所述载物台位于所述立架1的前端。

3.如权利要求1所述的人机交互式多轴加工***，其特征在于：所述载物台上设有定料座，所述定料座上开设有能容胚料或零件***的置料孔，所述置料孔为两个、且两所述置料孔之间的距离与两所述夹料装置的距离相同；所述置料孔的侧壁设有用于进料或出料的开口，两所述置料孔的下端分别设有用于进料的第一输送带及用于出料的第二输送带。

4.如权利要求1所述的人机交互式多轴加工***，其特征在于：所述上下料孔10上设有光栅，当所述机床处于加工状态时，所述移料机械手2无法进入所述上下料孔；当移料机械手穿过光栅时，所述机床的主轴锁定初始位置。

5.如权利要求1所述的人机交互式多轴加工***，其特征在于：所述夹料装置包括垂直设置且下端敞口的外套筒8，所述外套筒8的内壁设有第一气囊52，所述第一气囊52为条形、且其长度方向平行于所述外套筒8的轴线，所述第一气囊52的伸缩方向垂直于所述外套筒8的轴线，所述第一气囊52为三个或四个且周向均布，所述第一气囊52之间形成夹紧区；所述第一气囊52的端部设有朝向所述夹紧区的条形的橡胶吸盘53，所述橡胶吸盘的长度方向平行于所述外套筒的轴线，所述条形橡胶吸盘53内设有气孔530，所述气孔530能实现吹气并对夹紧区内的胚料或零件的侧壁表面进行清理、及能吸气并与夹紧区内的所述胚料或零件侧壁之间形成负压以实现固定。

6.如权利要求1所述的人机交互式多轴加工***，其特征在于：所述外套筒内同轴设置有内套筒6，所述内套筒6与所述外套筒8之间滑配有条形的支撑板51，所述支撑板51的滑动方向平行于所述夹料区的半径方向，所述支撑板51为三个或四个且周向均布，所述外套筒8的内壁与所述支撑板51之间设有用于驱动所述支撑板51滑移的第二气囊54，所述第一气囊52固定在所述支撑板51的内侧端面。

7.如权利要求1所述的人机交互式多轴加工***，其特征在于：所述支撑板51的上端和/或下端的中心设有限位销55，所述限位销55的轴线平行于所述外套筒的轴线，所述内套筒6的上端和/或下端轴向延伸并形成环形的支承部65，所述支承部65外套设有限位环41，所述限位环41为圆环形且能实现径向转动，所述限位环41上周向均布有限位孔，所述限位孔为条形且其长度方向倾斜于所述支撑板51的滑动方向，其能容所述限位销***并实现各所述支撑板51的同步滑动。

8.如权利要求1所述的人机交互式多轴加工***，其特征在于：所述内套筒6包括圆筒形的内套筒本体61，所述内套筒本体61上成型有向外凸的安装部63，所述安装部63为三个且周向均布，所述安装部63上成型有开口朝向内套筒轴线的安装腔630，所述安装腔的两侧壁相互平行，所述安装腔的侧壁对称开设有条形导槽631，所述条形导槽631的长度方向垂直于所述内套筒的轴线；所述支撑板51的侧壁设有凸起并形成导块511，所述导块511套设在所述条形导槽内并实现滑动连接；所述内套筒内套设有限位套筒7，所述限位套筒的侧壁开设有能容所述第一气囊穿过且能对所述支撑板进行限位的矩形孔70，所述矩形孔70的两侧设有条形凸起，所述条形凸起能轴向***所述安装腔并实现径向限位。

9.如权利要求1所述的人机交互式多轴加工***，其特征在于：所述内套筒6的下端外侧垂直滑配有滑环91，所述滑环91的上端设有圆环形第三气囊92，所述第三气囊的顶部与所述内套筒6外壁的定位环42连接、并能通过伸缩驱动所述滑环91上下移动，所述定位环上设有使所述滑环有向上的运动趋势的弹性部件；所述滑环91下端转动地安装有圆环形的气环93，所述气环93内为中空并形成气道，所述气环93的内壁周向均布有与所述气道连通的喷气孔930，所述喷气孔朝下倾斜设置、且其轴线与所述气环的轴线位于不同平面内且在喷气时所述气环能实现径向转动，并能对胚料或零件的侧壁及工作台表面进行清理；当位于下极限位时，所述气环位于所述外套筒下方，当位于上极限位时，所述气环位于所述外套筒内。

10.一种人机交互式多轴加工***加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

S0、启动；

S1、复位，对机床上的主轴及工作台进行复位，使工作台位于水平状态，且主轴位于工作台外的初始位置；

S2、第一输送带动作，使第一输送带上的胚料进入载物台上的进料端的置料孔内，该胚料触发该置料孔内的检测传感器并发出第一感应信号；

S3、移料机械手移动至该置料孔的正上方，并使其中一夹料装置与该置料孔同轴，接收到第一感应信号后，移料机械手垂直下移、且夹料装置依次进行以下动作：

S31、第三气囊充气，将滑环及气环推送至下极限位；

S32、对气环内的气道进行充气，气体从气环内壁的喷气孔倾斜朝下喷出、且在气压推力下产生径向转动，喷出的气体对胚料整个表面进行清理；

S33、当移料机械手移动至h1高度时，气环停止充气，且第三气囊抽气并使气环上升复位；

S34、当机械手运动至下极限位时，第二气囊54和第一气囊51充气，第二气囊推动支撑板径向向内滑动、并通过上端的限位环确保各支撑板的滑动距离相同，第一气囊51使橡胶吸盘53靠近胚料；

在靠近过程中，与橡胶吸盘连接的气源供气，使橡胶吸盘上的气孔朝胚料待夹持的表面进行喷气清洗；

S35、当橡胶吸盘表面与胚料表面接触且第一气囊或第二气囊内的压力达到指定值时，第一气囊和第二气囊停止充气，且橡胶吸盘进行吸气并抽真空；

S36、当与橡胶吸盘连接的气源达到指定负压值时，胚料负压固定完成，并发出第二信号；

S4、移料机械手上升并水平移动至机床的上下料孔的正上方后，穿过上下料孔并下移，下移过程中触发上下料孔上的光栅，并发出第三信号；

S41、接收到第三信号后，对主轴和工作台的位置状态进行检测；

A、当检测到主轴和工作台处于初始状时，移料机械手继续下移；

B、否则，移料机械手停止下移，且优先对主轴和工作台进行复位，直至复位完成，并执行上述步骤A；

S5、当工作台上具有零件时，通过旋转气缸使另一空的夹料装置对准该零件并进行取料，取料步骤为S31-S36；

S51、取料完成后移料机械上移至h1高度，h1为预先设置的水平高度，旋转气缸转动180度，并使胚料端转换至待放置位置的正上方；

当转换完成或工作台上无零件时，执行以下步骤：

S6、移料机械手在靠近工作台的过程中，执行以下步骤：

S61、第三气囊充气，将滑环及气环推送至下极限位；

S62、对气环内的气道进行充气，气体从气环内壁的喷气孔倾斜朝下喷出、且在气压推力下产生径向转动，喷出的气体对工作台的表面进行清理；

S7、当移料机械手移动至h2高度时，气环停止充气，且第三气囊抽气并使气环上升复位，h2为预先设置的高度值；

S8、移料机械手移动至下极限位时，与橡胶吸盘连接的气源充气并解除橡胶吸盘与胚料之间的真空状态；

S9、第一气囊和第二气囊抽气，使橡胶吸盘外移并与胚料脱离；

S10、机械手上移并复位至载物台的正上方；

S101、当夹料装置上夹有零件时，将其放置在出料端的置料孔内，并触该发置料孔内的检测传感器，放置步骤为S8-S9，第二输送带动作并使该置料孔内的零件移出；

S11、移料机械手上移复位。