一種異形棒料柔性自動加工裝置製造方法

2023-05-06 15:27:56

一種異形棒料柔性自動加工裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種異形棒料柔性自動加工裝置。異形棒料柔性自動加工裝置包括底座、自動上下料模塊、柔性裝夾模塊和伺服進給切削模塊，分別實現了異形棒料的自動上下料、裝夾和切削加工操作。本實用新型從機電一體化設計思想出發，根據異形棒料的自身特點，採用柔性化設計方法，實現了異形棒料的裝夾自動化。配合專用分料機構和機械手之後，就能實現異形棒料的自動加工，使用簡單可靠，有效地提高了異形棒料加工自動化程度，減少了勞動力人數，降低了人為因素的影響，具有良好的性價比。
【專利說明】 —種異形棒料柔性自動加工裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種棒料加工裝置及其使用方法，尤其涉及一種異形棒料柔性自動加工裝置及其使用方法。
【背景技術】
[0002]異形棒料是一類體型細長、截面形狀奇異的棒料，如內六角扳手、汽車懸架拉杆以及各種鑽頭等常用工具或零件的毛坯件。異形棒料的截面形狀大致可分為圓形、扁平形以及多邊形，棒料兩端結構多為異形。
[0003]一般異形棒料具有多道加工工序，每道工序普遍採用專用工具機完成。目前市面上沒有適用於異形棒料的定位夾緊裝置，異形棒料定位和裝夾仍需人工完成。因此，在加工工程中，每臺專用工具機必須配備一名操作人員來完成異形棒料的定位和裝夾。我國是異形棒料的製造消費大國，但目前其生產模式仍為勞動密集型，技術含量低、附加值低。隨著勞動力成本上升、人民幣升值等因素的惡化，我國製造低成本的優勢將逐漸喪失。因此如何提升異形棒料加工工藝，實現異形棒料自動化生產已迫在眉睫。
[0004]可見，目前異形棒料製造過程存在以下局限性:1)自動化程度低。一般異形棒料的加工工序多，目前市場上雖然已有多種通用夾具，如端蓋類零件和軸類零件的通用或專用夾具，但都不適用於異形棒料的自動裝夾，完成每個零件製造需多個操作工人參與，生產模式仍為勞動密集型。2)產品質量不穩定。目前異形棒料的裝夾、定位需操作人員完成，操作工人的技術水平、工作態度、心理狀態等因素直接或間接異形棒料的定位精度和加工效率。
3)勞動力密集，招工和管理困難。目前每臺專用工具機需配備一名操作人員，勞動簡單重複，缺乏人性化。同時隨著中國勞動力成本上升、人民幣升值以及環境、資源瓶頸等因素惡化，不可避免的會出現招工和管理困難、製造成本上升、難以按時完成訂單任務等一系列問題。
實用新型內容
[0005]本實用新型的目的是克服現有技術的不足，提供一種異形棒料柔性自動加工裝置及其加工方法。本實用新型配合專用分料機構和機械手，就能實現異形棒料的自動加工，從而降低人為因素影響，提高產品質量和生產效率。
[0006]本實用新型採用的技術方案如下:
[0007]—種異形棒料柔性自動加工裝置，包括底座和設置在底座上的伺服進給切削模塊；
[0008]伺服進給切削模塊包括:
[0009]伺服進給部分:提供支撐和X軸方向、y軸方向的進給運動，
[0010]切削部分:通過刀具對工件進行切削；
[0011]其特徵在於，還包括自動上下料模塊和柔性裝夾模塊；
[0012]其中:
[0013]I)自動上下料模塊:包括y軸擺動氣缸、y軸方向平動氣缸、兩個擺臂、兩副平動氣爪和兩副手爪；y軸方向平動氣缸沿y軸方向固定安裝在底座內部，y軸擺動氣缸沿χ軸方向與y軸方向平動氣缸的活塞固定，擺臂與I軸擺動氣缸的輸出軸通過轉動副連接，兩副平動氣爪分別固定於兩擺臂外端沿y軸方向，兩副手爪分別與兩副平動氣爪通過滑動副連接；
[0014]2)柔性裝夾模塊:包括柔性自動定位機構和柔性自動夾緊機構；
[0015]柔性自動定位機構包括定位銷釘、固定座、彈性定位塊和定位氣缸；
[0016]柔性自動夾緊機構包括上氣動滑塊、上專用夾頭、下專用夾頭、下氣動滑塊、氣動卡盤、步進電機、迴轉臺和迴轉臺基座；
[0017]迴轉臺基座固定在伺服進給切削模塊上，迴轉臺固定在迴轉臺基座上，氣動卡盤與迴轉臺通過轉動副連接，步進電機與氣動卡盤通過同步帶連接，步進電機固定在迴轉臺基座上；
[0018]固定座固定在氣動卡盤上，定位銷釘通過頂絲固定在固定座上，上氣動滑塊和下氣動滑塊分別通過滑動副與氣動卡盤連接，上專用夾頭固定在上氣動滑塊上，下專用夾頭固定在下氣動滑塊上，定位氣缸固定在底座上，彈性定位塊固定在定位氣缸上。
[0019]所述伺服進給切削模塊:包括:
[0020]切削部分:電機座、電機、專用刀具；
[0021]伺服進給部分:支撐板、底座絲杆副、進給軸支承板、工作檯、進給絲杆副和兩個絲槓電機相連；
[0022]電機座與底座固定，專用刀具通過轉動副與電機座連接，支撐板固定在底座上，底座絲杆副兩端通過軸承與支撐板連接，底座絲杆副的絲槓螺母與進給軸支承板連接，進給軸支承板通過滑動副與支撐板連接，進給絲杆副的絲槓螺母與進給軸支承板連接，進給絲杆副與工作檯連接，工作檯與進給軸支承板通過滑動副連接，底座絲杆副和進給絲杆副分別通過聯軸器與絲槓電機相連接。
[0023]所述的柔性自動定位機構中，定位銷釘柔性可調地設置在固定座上，彈性定位塊末端為四分之三圓筒。
[0024]所述的柔性自動夾緊機構中，上專用夾頭的下端面和下專用夾頭的上端面分別與所夾持的工件外形配合。
[0025]一種異形棒料柔性自動加工方法，其特徵在於，包括以下步驟:
[0026]I)定位氣缸控制彈性定位塊沿χ軸負方向移動，平動氣爪控制手爪抓取毛坯件，y軸擺動氣缸控制擺臂轉動，把毛坯件送到規定垂直位置，y軸方向平動氣缸收縮，毛坯件送入氣動卡盤內部，毛坯件前端與彈性定位塊頂牢，兩端分別與定位銷釘和彈性定位塊的四分之三圓筒頂牢；
[0027]2)上專用夾頭與下專用夾頭將毛坯件夾緊，手抓打開，釋放毛坯件，定位氣缸控制彈性定位塊復位；
[0028]3)伺服進給切削模塊中的切削部分動作，刀具轉動，同時，步進電機啟動帶動氣動卡盤轉動，伺服進給部分帶動控制迴轉臺做χ方向、y方向的進給運動，實現毛還件的加工。
[0029]還包含以下步驟:
[0030]4)毛坯件加工完畢之後，伺服進給切削模塊中的伺服進給部分帶動迴轉臺返回初始位置，同時切削部分和步進電機停止運動；[0031]5)平動氣爪控制手爪抓取成品件，然後上專用夾頭與下專用夾頭在氣動作用下復位，y軸方向平動氣缸的活塞伸出，控制工件從裝夾機構內抽出，同時另一個平動氣爪控制手爪再次抓取毛坯件；y軸擺動氣缸控制擺臂轉動，平動氣爪控制手爪釋放成品件，進行下
一次加工。
[0032]本實用新型的有益效果是:
[0033]1、極大地提高了異形棒料加工自動化程度，操作簡單。本實用新型配合專用分料機構，就能實現異形棒料的自動加工，從而降低人為因素影響，提高產品質量和生產效率。在具體操作過程中，操作人員只需在自動分料機構放入設計的異形棒料數量，其餘的定位、裝夾和加工操作就能由本實用新型自動進行。
[0034]2、有效地減少了勞動力人數，提高了產品加工質量穩定性，緩解了招工和管理困難。本實用新型配合專用分料機構和機械手，只需配備一名專職人員就能實現6臺以上專用工具機操作，產品的加工質量基本上不受人為因素影響，產品質量穩定性高。
[0035]3、能夠滿足多種規格和種類的異形棒料的自動裝夾，提高了整套裝置的利用率。本實用新型柔性裝夾模塊中，定位銷釘的位置是可以調節的，以適應不同規格異形棒料的定位，彈性定位塊的形狀設計成四分之三圓筒狀，有效地避免了因為夾緊力過大給工件帶來不必要的損傷；此外上下專用夾頭也是可以根據所加工對象不同而更換的，以適應不同類型異形棒料的加工。
[0036]4、本實用新型從機電一體化設計思想出發，根據異形棒料的加工特點，為異形棒料的自動加工提供了一套切實可行的解決方案。
[0037]本實用新型配合專用分料機構和機械手，就能實現異形棒料的自動加工，從而降低人為因素影響，提高產品質量和生產效率，具有良好的性價比。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]圖1為本實用新型異形棒料柔性自動加工裝置的示意圖；
[0039]圖2為本實用新型異形棒料柔性自動加工裝置的裝夾部分示意圖(除去自動上下料模塊、伺服進給切削模塊以及支架和底座);
[0040]圖中，底座100、電機座201、電機202、專用刀具203、支撐板204、底座絲杆副205、進給軸支承板206、工作檯207、進給絲杆副208、定位銷釘301、固定座302、螺釘303、上氣動滑塊304、上專用夾頭305、下專用夾頭306、下氣動滑塊307、氣動卡盤308、步進電機309、迴轉臺310、迴轉臺基座311、彈性定位塊312、定位氣缸313、Y軸擺動氣缸401、Y軸方向平動氣缸402、擺臂403、平動氣爪404、手爪405。
【具體實施方式】
[0041]如附圖1和附圖2所示，本實用新型包括底座100、自動上下料模塊、柔性裝夾模塊和伺服進給切削模塊；其中:
[0042]I)自動上下料模塊:包括一個y軸擺動氣缸401、一個y軸方向平動氣缸402、兩個擺臂403、兩副平動氣爪404和兩副手爪405 ；y軸方向平動氣缸402沿y軸方向固定安裝在底座100內部，y軸擺動氣缸401沿χ軸方向與y軸方向平動氣缸402的活塞固定，擺臂403與y軸擺動氣缸401的輸出軸通過轉動副連接，兩副平動氣爪404分別固定於兩擺臂403外端沿y軸方向，兩副手爪405分別與兩副平動氣爪404通過滑動副連接；
[0043]2)伺服進給切削模塊:包括一個電機座201、一個電機202、一把專用刀具203、一塊支撐板204、一個底座絲杆副205、一塊進給軸支承板206、一塊工作檯207、一個進給絲杆副208和兩個絲槓電機相連；電機座201與底座100固定，專用刀具203通過轉動副與電機座201連接，支撐板204固定在底座100上，底座絲杆副205兩端通過軸承與支撐板204連接，底座絲杆副205的絲槓螺母與進給軸支承板206連接，進給軸支承板206通過滑動副與支撐板204連接，進給絲杆副208的絲槓螺母與進給軸支承板206連接，進給絲杆副208與工作檯207連接，工作檯207與進給軸支承板206通過滑動副連接，底座絲杆副205和進給絲杆副208分別通過聯軸器與絲槓電機相連接；
[0044]3)柔性裝夾模塊:包括柔性自動定位機構和柔性自動夾緊機構；柔性自動定位機構包括一根定位銷釘301、一個固定座302、一根螺釘303、一塊彈性定位塊312和一個定位氣缸313 ;柔性自動夾緊機構包括一塊上氣動滑塊304、一個上專用夾頭305、一個下專用夾頭306、一塊下氣動滑塊307、一個氣動卡盤308、一個步進電機309、一個迴轉臺310和一個迴轉臺基座311 ;迴轉臺基座311通過螺栓固定在工作檯207上，迴轉臺310通過螺栓固定在迴轉臺基座311上，氣動卡盤308與迴轉臺310通過轉動副連接，步進電機309與氣動卡盤308通過同步帶連接，步進電機309與迴轉臺基座311通過螺栓固定，固定座302通過螺釘303固定在氣動卡盤308上，定位銷釘301通過頂絲固定在固定座302上，上氣動滑塊304和下氣動滑塊307分別通過滑動副與氣動卡盤308連接，上專用夾頭305通過螺栓固定在上氣動滑塊304上，下專用夾頭306通過螺栓固定在下氣動滑塊307上，定位氣缸313固定在底座100上，彈性定位塊312固定在定位氣缸313上。
[0045]柔性自動定位機構中，定位銷釘301在固定座302上的位置是柔性可調的，彈性定位塊312末端為四分之三圓筒。
[0046]柔性自動夾緊機構中，上專用夾頭305的下端面和下專用夾頭306的上端面分別根據所夾持的工件外形所製作。
[0047]本實用新型的加工方法包括以下步驟:
[0048]I)定位氣缸313控制彈性定位塊312沿χ軸負方向移動，平動氣爪404控制手爪405抓取毛坯件，y軸擺動氣缸401控制擺臂403轉動，把毛坯件送到規定垂直位置，y軸方向平動氣缸402收縮，毛坯件送入氣動卡盤308內部，毛坯件前端與彈性定位塊312頂牢，兩端分別與定位銷釘301和彈性定位塊312的四分之三圓筒頂牢；
[0049]2)上專用夾頭305與下專用夾頭306將毛坯件夾緊，手抓405打開，釋放毛坯件，定位氣缸313控制彈性定位塊312復位；
[0050]3)電機202啟動，帶動專用刀具203轉動，步進電機309啟動帶動氣動卡盤308轉動，同時兩個絲槓電機啟動，帶動底座絲杆副205和進給絲杆副208運動，控制迴轉臺311完成進給，實現毛坯件的加工；
[0051]4)毛坯件加工完畢之後，絲槓電機啟動，帶動底座絲杆副205和進給絲杆副208運動，使得迴轉臺311返回初始位置，同時電機202和步進電機309停止運動；
[0052]5)平動氣爪404控制手爪405抓取成品件，然後上專用夾頭305與下專用夾頭306在氣動作用下復位，y軸方向平動氣缸402的活塞伸出，控制工件從裝夾機構內抽出，同時另一個平動氣爪404控制手爪405再次抓取毛坯件；y軸擺動氣缸401控制擺臂403轉動，平動氣爪404控制手爪405釋放成品件，進行下一次加工。
[0053]本實用新型的設計原理:
[0054]首先，本實用新型根據異形棒料的幾何特性，完成了對異形棒料自動化加工的可靠性設計。異形棒料具有多規格和形狀奇異等特點，本實用新型設計了專用定位機構，確保異形棒料自動定位和夾緊精確、可靠；本實用新型上下夾頭根據毛坯件形狀而特製，方便對毛坯件的夾緊。
[0055]其次，本實用新型採用自動化技術，實現了整個裝置的機電一體化。在具體應用中，本實用新型配合專用分料機構，操作人員只需在自動分料機構放入設計的異形棒料數量，其餘的定位、裝夾和加工操作由本實用新型裝置自動進行，就能實現異形棒料的自動加工，從而降低人為因素影響，提高產品質量和生產效率。
[0056]第三，本實用新型採用柔性化設計，能夠滿足多種規格和種類的異形棒料的自動裝夾，極大地提高了整套裝置的利用率。本實用新型柔性裝夾模塊中，定位銷釘的位置是可以調節的，以適應不同規格異形棒料的定位，彈性定位塊的形狀設計成四分之三圓筒狀，有效地避免了因為夾緊力過大給工件帶來不必要的損傷；此外上下專用夾頭也是可以根據所加工對象不同而更換的，以適應不同類型異形棒料的加工。
[0057]最後，本實用新型採用了模塊化設計方法，針對異形棒料的上下料、裝夾和切削加工，分別設計了自動上下料模塊、柔性裝夾模塊和伺服進給切削模塊，降低設計複雜度，使得設計、調試和維護簡單化。
【權利要求】
1.一種異形棒料柔性自動加工裝置，包括底座(100)和設置在底座(100)上的伺服進給切削模塊； 伺服進給切削模塊包括: 伺服進給部分:提供支撐和X軸方向、y軸方向的進給運動， 切削部分:通過刀具對工件進行切削； 其特徵在於，還包括自動上下料模塊和柔性裝夾模塊； 其中: 1)自動上下料模塊:包括y軸擺動氣缸(401)、y軸方向平動氣缸(402)、兩個擺臂(403)、兩副平動氣爪(404)和兩副手爪(405) ；y軸方向平動氣缸(402)沿y軸方向固定安裝在底座(100)內部，y軸擺動氣缸(401)沿X軸方向與y軸方向平動氣缸(402)的活塞固定，擺臂(403)與y軸擺動氣缸(401)的輸出軸通過轉動副連接，兩副平動氣爪(404)分別固定於兩擺臂(403)外端沿y軸方向，兩副手爪(405)分別與兩副平動氣爪(404)通過滑動副連接； 2)柔性裝夾模塊:包括柔性自動定位機構和柔性自動夾緊機構； 柔性自動定位機構包括定位銷釘(301 )、固定座(302)、彈性定位塊(312)和定位氣缸(313)； 柔性自動夾緊機構包括上氣動滑塊(304)、上專用夾頭(305 )、下專用夾頭(306 )、下氣動滑塊(307)、氣動卡盤(308)、步進電機(309)、迴轉臺(310)和迴轉臺基座(311)； 迴轉臺基座(311)固定在伺服進給切削模塊上，迴轉臺(310)固定在迴轉臺基座(311)上，氣動卡盤(308)與迴轉臺(310)通過轉動副連接，步進電機(309)與氣動卡盤(308)通過同步帶連接，步進電機(309)固定在迴轉臺基座(311)上； 固定座(302 )固定在氣動卡盤(308 )上，定位銷釘(301)通過頂絲固定在固定座(302 )上，上氣動滑塊(304)和下氣動滑塊(307)分別通過滑動副與氣動卡盤(308)連接，上專用夾頭(305)固定在上氣動滑塊(304)上，下專用夾頭(306)固定在下氣動滑塊(307)上，定位氣缸(313 )固定在底座(100 )上，彈性定位塊(312 )固定在定位氣缸(313 )上。
2.根據權利要求1所述的一種異形棒料柔性自動加工裝置，其特徵在於，所述的柔性自動定位機構中，定位銷釘(301)在固定座(302)上的位置柔性可調，彈性定位塊(312)末端為四分之三圓筒。
3.根據權利要求1所述的一種異形棒料柔性自動加工裝置，其特徵在於，所述的柔性自動夾緊機構中，上專用夾頭(305)的下端面和下專用夾頭(306)的上端面分別與所夾持的工件外形配合。
【文檔編號】B23B15/00GK203390201SQ201320379240
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2013年6月28日 優先權日:2013年6月28日
【發明者】傅建中, 丁正龍, 徐月同, 王鄭拓, 吳森洋 申請人:蘇州紫金港智能製造裝備有限公司