专利名称：冲压生产线两轴机械手及其工作过程的制作方法
技术领域：
本发明涉及金属成形加工领域，适用于压カ机自动化生产，尤其适用于中小型压力机串行生产线的自动上、下料装置。
背景技术：
金属板材冲压成形加工具有生产效率高、材料耗废少、可改善制件材料内部结构和机械性能，属少、无切削的零件成形エ艺，是众多机械制造行业ー种极为重要的加工手段。然而，在当前国内压カ机上、下料或压カ机生产线机间エ件的传送大多还是由人工操作完成，其生产效率低，作业环境差，生产安全得不到保障。虽然，近年来提出了一些冲压生产线自动上下料技木，如由国家知识产权局已·授权的发明专利ZL00210806.2 (冲压自动化上下料机械手)，以及已公布的发明专利200910065630.6 (用于冲压自动化上下料机械手)，(注后者完全为前者的翻版)，但存在如下诸多缺陷和不足(如下图)
I)现有技术提及的两自由度机械手，其垂直方向是通过固定行程的气缸实现，不能满足日益复杂多变的冲压エ件在垂直方向的行程要求；
2)水平方向驱动的伺服电机设置在机架ー侧，电机输出轴通过联轴器延伸至端拾器上下移动的驱动气缸处，传动轴太长，该轴支撑条件及刚度均较差；
3)机械手端拾器在水平方向的移动是由伺服电机输出轴通过同步带轮以及安装在直线导轨上的同步带轮传动的，但从图示说明其结构难以实现；
4)机械手端拾器在水平方向的行程通常较大，而在该方向没有设置导向机构，在机械手运行时会产生较大摆动或晃动，工作可靠性极差；
5)机械手机架底部安装面较小，且重心落在安装面之外，会引起机械手倾倒。
发明内容
本发明针对现有技术的缺陷和不足，提出了一种冲压生产线两轴机械手，其技术方案为包括机架、X轴传动机构、Y轴传动机构、端拾器及控制系统组成；
所述X轴传动机构，包括X轴伺服电机、固定支架、X轴传动装置、横杆和X轴导向装置组成，X轴伺服电机设置在固定支架中部，固定支架内壁两侧设有X轴导向装置，X轴传动装置与X轴伺服电机联接，横杆在X轴导向装置约束下经X轴传动装置驱动做水平运动；所述Y轴传动机构，包括Y轴伺服电机、滚珠丝杆螺母副、滑动平台和Y轴导向装置，Y轴伺服电机固设于机架的上方，经联轴节与滚珠丝杆相连，滚珠螺母固设于滑动平台上，滑动平台两侧设有Y轴导向装置；
Y轴传动机构与X轴传动机构经滑动平台与固定支架的固联实现两者之间上下联接； 横杆两端下方各自设置ー只端拾器。所述X轴传动机构的横杆为中空钢质矩形结构，X轴传动装置为设置在横杆上方的齿条和设置在減速器输出端的齿轮构成。所述X轴导向装置是由设置在横杆两侧上下共四条V型导轨以及固设在固定支架两侧上若干滚轮构成。所述X轴传动机构的横杆为铝质型材结构，X轴传动装置为固设在铝型材上方的同步带和设置在減速器输出端的同步带轮构成，同步带两端固设在铝型材上方两端，并由固设在机架上两只导轮张紫。X轴导向装置是由设置在横杆两侧的两条线性导轨以及与之配匹的固设在固定支架两侧上若干小滑台构成。机架上设有缓冲台，作为上位机和下位机间物料传送的中继站。上述机械手结构可串联形成一机械手。[wl]本发明按以下步骤进行作业 I)向ー侧水平伸出在X轴驱动下横杆向ー侧水平伸出，使一侧的端拾器移动至上位机中心位置，同时使另一侧的端拾器移动至机架缓冲台处；
2)下降取料在Y轴驱动下横杆向下移动，ー侧端拾器从上位机模具内取料，另ー侧端拾器从缓冲台取料；
3)取料提升Y轴向上移动，取料提升；
4)向另ー侧移动伸出在X轴驱动下,横杆向另一侧移动,直至一侧端拾器移动至机架缓冲台处，另ー侧端拾器移动至下位机中心位置；
5)下降放料Y轴驱动向下移动，一侧端拾器放料至机架缓冲台，另ー侧端拾器放料至下位机模具内；
6)提升Y轴向上移动,机械手空手提升；
7)返回原位，准备下一次工作循环。本发明特点1)本发明X轴伺服电机设置在机架中部，使传动路径缩短，提高了传动系统及相关部件的刚度；2)本发明垂直方向由Y轴伺服电机驱动，其行程自由度可控，能灵活的满足使用需求；3)本发明为了满足不同的使用场合，设置两种不同结构形式的传动机构，分别适合于高速轻载和低速重载两种不同エ况。综上所述，本发明具有垂直和水平两个方向可控自由度，机械手手臂有两种不同结构，适用于高速轻载和低速重载两种不同エ况，结构简洁，制造成本低，可用于单台压カ机上、下料，也可用于冲压生产线上位机和下位机间的物料传输。
图I为本发明的结构示意图。图2为图I的侧视图。图3、4为本发明两种不同结构形式的传动机构结构示意图。图5为对应图3中的传动机构的导向机构结构示意图。图6为对应图4中的传动机构的导向机构结构示意图。图7为本发明Y轴传动系统的结构示意图。图8为本发明应用于压カ机自动生产线实施例 图9为本发明的工作循环图。图中I为Y轴伺服电机、2为Y轴线性导轨、3为X轴支架、4为端拾器、5为机架、6为平衡缸、7为滚珠丝杆螺母副、8为滑动平台、9为缓冲台、10为X轴伺服电机、11为减速器、12为齿轮、13为齿条、14为滚轮、15为V型导轨、16为横杆一、17为同步带轮、18为同步带、19为导轮、20为小滑台、21为X轴线性导轨、22为横杆ニ。
具体实施例方式本发明两轴机械手，包括机架5、X轴传动系统、Y轴传动系统、X轴支架3、缓冲台9以及控制系统等组成。Y轴伺服电机I固设于机架5的上方，经联轴节与滚珠丝杆相连，滚珠螺母固设于滑动平台8上，滑动平台8由Y轴伺服电机I经滚珠丝杆螺母副7驱动实现其上下移动，滑动平台8导向是由固设于机架5上的Y轴线性导轨2完成；X轴传动系统包括X轴伺服电机10、減速器11、X轴支架3、横杆、传动机构和导向机构等组成，X轴支架3以其上结合面与Y轴滑动平台8固联，X轴伺服电机10经减速器11固联于X轴支架3上；在横杆两端，根据冲压エ件结构形状和尺寸大小 可设置不同的端拾器4。本发明的X轴传动系统有两种不同结构
ー种为中空钢质横杆ー 16结构，该横杆ー 16可为矩形钢管，也可为两只方形钢管在高度方向叠加；X轴传动结构为设置在钢管上方的齿条13和设置减速器11输出端的齿轮12构成，X轴伺服电机10经减速器11、齿轮齿条副驱动横杆一 16沿水平方向移动；X轴导向机构是由设置在横杆ー 16两侧上下共四条V型导轨15以及固设在X轴支架3两侧上若干滚轮14构成。这种X轴传动系统结构，横杆一 16刚性较好，适用于大工件重载エ况，但由于自身质量大，导致运动惯性カ大，不适合高速运行。另ー种X轴传动系统结构为铝质型材横杆ニ22结构，其传动结构为固设在铝型材上方两端的同步带18和设置在減速器11输出端的同步带轮17构成，X轴伺服电机10经減速器11、同步带轮17和同步带18驱动横杆ニ 22沿水平方向移动，同步带18由固设在X轴支架3上的两只导轮19张紧；X轴导向机构是由设置在横杆ニ 22两侧的两条X轴线性导轨21以及与之配匹的固设在X轴支架3两侧壁上若干小滑台20构成。这种X轴传动系统结构，横杆ニ 22及导向机构质量轻，惯性力小，适用于轻载高速运行エ况。本发明的机架5腰部设置ー缓冲台9，作为上位机和下位机间物料传送的中继站。本发明两轴机械手可作为上料、下料机械手，也可作为两台压カ机之间物料传送机械手。本发明两轴机械手工作循环可由控制系统编程任意设置，然而用于冲压生产线两轴机械手典型的工作循环如下
1)向左水平伸出在X轴驱动下机械手手臂向左水平伸出，使左端拾器4移动至上位机中心位置，同时使右端拾器4移动至机架缓冲台9处；
2)下降取料在Y轴驱动下机械手手臂向下移动，左端拾器4从上位机模具内取料，右端拾器4从缓冲台9取料；
3)取料提升Y轴向上移动，取料提升；
4)向右移动伸出在X轴驱动下，机械手向右移动，直至左端拾器4移动至机架缓冲台9处，右端拾器4移动至下位机中心位置；
5)下降放料Y轴驱动向下移动，左端拾器4放料至机架缓冲台9，右端拾器4放料至下位机模具内；
6)提升Y轴向上移动,机械手空手提升；7)返回原位，准备下一次工作循环 。
权利要求
1.冲压生产线两轴机械手，其特征在于，包括机架、X轴传动机构、Y轴传动机构、端拾器及控制系统组成； 所述X轴传动机构，包括X轴伺服电机、固定支架、X轴传动装置、横杆和X轴导向装置组成，X轴伺服电机设置在固定支架中部，固定支架内壁两侧设有X轴导向装置，X轴传动装置与X轴伺服电机联接，横杆在X轴导向装置约束下经X轴传动装置驱动做水平运动； 所述Y轴传动机构，包括Y轴伺服电机、滚珠丝杆螺母副、滑动平台和Y轴导向装置，Y轴伺服电机固设于机架的上方，经联轴节与滚珠丝杆相连，滚珠螺母固设于滑动平台上，滑动平台两侧设有Y轴导向装置； Y轴传动机构与X轴传动机构经滑动平台与固定支架的固联实现两者之间上下联接； 横杆两端下方各自设置ー只端拾器。
2.根据权利要求I所述的冲压生产线两轴机械手，其特征在于，所述X轴传动机构的横杆为中空钢质矩形结构，X轴传动装置为设置在横杆上方的齿条和设置在減速器输出端的齿轮构成。
3.根据权利要求2所述的冲压生产线两轴机械手，其特征在于，所述X轴导向装置是由设置在横杆两侧上下共四条V型导轨以及固设在固定支架两侧上若干滚轮构成。
4.根据权利要求I所述的冲压生产线两轴机械手，其特征在于，所述X轴传动机构的横杆为铝质型材结构，X轴传动装置为固设在铝型材上方的同步带和设置在減速器输出端的同步带轮构成，同步带两端固设在铝型材上方两端，并由固设在机架上两只导轮张紫。
5.根据权利要求4所述的冲压生产线两轴机械手，其特征在干，X轴导向装置是由设置在横杆两侧的两条线性导轨以及与之配匹的固设在固定支架两侧上若干小滑台构成。
6.根据权利要求I所述的冲压生产线两轴机械手，其特征在于，机架上设有在物料从上位机传送至下位机过程中起中转作用的缓冲台。
7.—种冲压生产线两轴机械手的工作过程，其特征在于，按以下步骤进行作业 I)向ー侧水平伸出在X轴驱动下横杆向ー侧水平伸出，使一侧的端拾器移动至上位机中心位置，同时使另一侧的端拾器移动至机架缓冲台处；2)下降取料在Y轴驱动下横杆向下移动，ー侧端拾器从上位机模具内取料，另ー侧端拾器从缓冲台取料；3)取料提升Y轴向上移动，取料提升；4)向另ー侧移动伸出在X轴驱动下,横杆向另一侧移动,直至一侧端拾器移动至机架缓冲台处，另ー侧端拾器移动至下位机中心位置；5)下降放料Y轴驱动向下移动，一侧端拾器放料至机架缓冲台，另ー侧端拾器放料至下位机模具内；6)提升Y轴向上移动,机械手空手提升； 7)返回原位，准备下一次工作循环。
全文摘要
本发明涉及冲压生产线两轴机械手及其工作过程。包括机架、Y轴传动机构、X轴传动机构、端拾器及控制系统组成，Y轴伺服电机固设于机架的上方，经联轴节与滚珠丝杆相连，滚珠螺母固设于滑动平台上，滑动平台两侧设有Y轴导向装置；X轴伺服电机设置在固定支架中部，固定支架内壁两侧设有导向装置，横杆可水平移动设置在导向装置内；横杆两端下方分别设置有端拾器。本发明传动路径短，传动刚度高；两种不同横杆结构分别适合于高速轻载和低速重载不同工况；设置有缓冲台结构可使两端拾器同时作业，工作效率高。
文档编号B21D43/02GK102950590SQ201210396240
公开日2013年3月6日 申请日期2012年10月18日 优先权日2012年10月18日
发明者王隆太, 项余建 申请人:江苏省(扬州)数控机床研究院, 王隆太