一种冲床机械手的制作方法

本发明属于板料冲裁加工技术领域，特别涉及一种冲床机械手。

背景技术：

在冲床加工中，由于现在加工精度要求越来越高，对加工设备及操作设备的人员要求也逐步越高，企业经常不能招到合适的人，导致人工成本显著提高。同时在工人加工过程中，由于人工操作的不稳定性，不合格率普遍存在。此外在冲床加工中，人工操作危险性大，工人容易由于误操作或者特殊原因造成工伤，增加企业成本。基于这些问题，冲床加工企业都迫切的想找到既能有效降低成本，又能提高产品产量和质量的解决方案。因此开发一种板料冲床机械手，在冲床上下料环节取代人工完成工件的自动装卸及冲压功能，在大批量、重复性强的冲压锻造等作业环境下使用有很大优势。该机械手具有定位精确、生产质量稳定、工作节拍可调、运行平稳可靠、维修方便等特点。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种冲床机械手。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种冲床机械手，包括机械手送料结构和机械手出料结构；机械手送料结构和机械手出料结构分别设置在送料底座和出料底座上；具体的：机械手送料结构包括送料提升机构、料箱、平面定位机构、送料机构；机械手出料结构包括出料抓取机构、收料机构和电控箱；

送料提升机构包括送料提升气缸、送料机械手主体框架、送料导轨、送料一级气缸、送料二级气缸、滑轮、直线光轴、吸盘升降气缸和进料吸盘；送料提升气缸设置在送料机械手主体框架上，具体的送料提升气缸通过送料提升气缸高度调节垫块设置在送料机械手主体框架上，且送料提升气缸的输出轴穿过送料机械手主体框架的通孔后与送料导轨固定连接，能够通过送料提升气缸的伸缩上下拉动送料导轨；四根直线光轴设置在送料机械手主体框架内，直线光轴的一端与送料机械手主体框架内侧上表面固定连接，另一端固定在直线光轴支架上，直线光轴支架固定连接在送料机械手主体框架内；送料导轨固定在直线光轴上，具体的两根送料导轨分别通过四根直线光轴平行固定，且两根送料导轨能够沿着直线光轴上下滑动；送料一级气缸和送料二级气缸均固定在送料导轨的下表面，具体的：送料一级气缸直接固定在送料导轨的下表面，送料二级气缸通过滑轮与送料导轨的上表面滑动连接，即送料二级气缸能够通过滑轮的移动使其自身能够平移；送料一级气缸的输出轴直接与送料二级气缸相连接，送料二级气缸的输出轴与吸盘升降气缸相连接，吸盘升降气缸的输出轴通过吸盘支架与进料吸盘相连接。

平面定位机构包括横向定位气缸、纵向定位气缸、纵向定位挡块、横向定位挡块、纵向推块和横向推块；横向定位气缸的输出轴与横向推块相连接，纵向定位气缸与纵向推块相连接，纵向定位挡块和横向定位挡块设置在固定位置，用于对料箱中的板料进行定位。

所述的横向定位挡块和纵向定位挡块为可调，根据板料的大小来进行调节；横向推块和纵向推块为上下可微调，根据板料的厚度进行调节；定位时，首先由横向定位气缸通过横向推块将板料推到横向挡块处，完成横向的定位；之后纵向定位气缸运动，通过纵向推块将板料推到纵向定位挡块处，完成纵向的定位，至此完成板料起点位置的定位。

送料机构包括接近开关支架、接近开关微调机构、接近开关Ⅰ、料箱固定气缸、固定气缸调节结构、料箱定位挡块、提升丝杆电机、电机固定支架、丝杆、丝杆固定板、滚轮支架、滚轮、送料箱纵向气缸、送料箱纵向气缸连接块、接近开关Ⅱ、上升顶块、顶块支杆；

接近开关Ⅰ通过接近开关微调机构设置在接近开关支架上，且接近开关Ⅰ设置在板料边缘位置，用于检测板料起始位置的高度；板料放置在料箱内，料箱放置在送料机构框架上表面；送料机构框架设置有多个夹紧单元，每个夹紧单元由料箱固定气缸、固定气缸调节结构和料箱定位挡块组成，料箱固定气缸设置在固定气缸调节结构上，固定气缸调节结构设置在送料机构框架上表面，料箱固定气缸的输出轴通过连杆与料箱定位挡块相连接，且固定气缸调节结构通过夹紧块与连杆相连接，从而将料箱固定气缸、固定气缸调节结构和料箱定位挡块组成一体；方便料箱固定气缸的伸缩，来控制料箱定位挡块固定料箱；提升丝杆电机通过电机固定支架设置在送料机构框架内，且电机固定支架的下表面设置有接近开关Ⅱ，用于判断丝杆固定板的最高位置；丝杆电机的输出轴与丝杆一端相连接，丝杆的另一端穿过丝杆固定板后与送料机构框架内底面相连接；丝杆与丝杆固定板之间为螺纹连接，当丝杆电机工作时，丝杆固定板沿丝杆上下运动；上升顶块设置在送料机构框架内表面，顶块支杆的一端与上升顶块固定连接，另一端穿过电机固定支架后与丝杆固定板固定连接；滚轮支架固定在送料机构框架外底面，滚轮设置在滚轮支架上，与设置在底座上的料箱导轨对应，送料箱纵向气缸通过送料箱纵向气缸连接块与送料机构框架相连接；当送料箱纵向气缸工作时，送料箱纵向气缸能够通过滚轮带动整个送料机构沿着料箱导轨相对运动。

所述的料箱用于放置板料，工作时料箱置于送料机构上；所述的料箱和储气罐均设置在送料机械手主体框架内，且所有气缸均通过两位五通电磁阀与储气罐相连接，储气罐为所有气缸提供气源。

机械手出料结构包括出料抓取机构、收料机构和电控箱；

出料抓取机构与送料提升机构类似；具体的：出料抓取机构包括出料提升气缸、出料机械手主体框架、出料导轨、出料一级气缸、出料二级气缸、滚轮、导轨直线光轴、伺服电机、出料吸盘、出料吸盘支架、伺服电机连接块；出料提升气缸设置在出料机械手主体框架上，具体的出料提升气缸通过高度调节垫块设置在出料机械手主体框架上，且出料提升气缸的输出轴穿过出料机械手主体框架的通孔后与出料导轨固定连接，能够通过出料提升气缸的伸缩上下拉动出料导轨；四根导轨直线光轴设置在出料机械手主体框架内，导轨直线光轴的一端与出料机械手主体框架内侧上表面固定连接，另一端固定在直线光轴支架上，直线光轴支架固定连接在出料机械手主体框架内；出料导轨固定在导轨直线光轴上，具体的两根出料导轨分别通过四根导轨直线光轴平行固定，且两根出料导轨能够沿着导轨直线光轴上下滑动；出料一级气缸和出料二级气缸均固定在出料导轨的下表面，具体的：出料一级气缸直接固定在出料导轨的下表面，出料二级气缸通过滑轮与出料导轨的上表面滑动连接，即出料二级气缸能够通过滑轮的移动使其自身能够平移；出料一级气缸的输出轴直接与出料二级气缸相连接，出料二级气缸的输出轴通过伺服电机连接块与伺服电机相连接，伺服电机通过出料吸盘支架与出料吸盘相连接；伺服电机能够驱使出料吸盘支架与出料吸盘旋转。

收料机构和电控箱均设置在出料机械手主体框架内；其中收料机构包括滑槽和收料箱；滑槽为斜坡，且直接与收料箱贯通，当板料从出料抓取机构放落时，板料通过滑槽的缓冲进入收料箱。

本发明所述的一种冲床机械手的使用方法，包括机械手送料结构工作过程和机械手出料结构工作过程；

所述的机械手送料结构工作过程如下：

首先：工人将板料依次放入料箱中，再手动将料箱放在送料机构上，并在电控箱中启动工作按钮；工作启动后：四个夹紧单元将料箱夹紧于送料机构上，具体的：夹紧单元中料箱固定气缸的输出轴通过连杆与料箱定位挡块相连接，且固定气缸调节结构通过夹紧块与连杆相连接，从而将料箱固定气缸、固定气缸调节结构和料箱定位挡块组成；通过料箱固定气缸的伸缩控制料箱定位挡块固定料箱；

其次：送料机构通过送料纵向气缸将料箱拖入工作区中，具体的：送料箱纵向气缸通过料箱导轨与滚轮带动整个送料机构沿着料箱导轨相对运动；从而将料箱拖入工作区中；

接着：送料提升机构通过送料提升气缸的伸缩，将送料导轨沿着直线光轴下移，直至料吸盘位于板料上方；此时通过平面定位机构完成板料起始位置的定位，具体的：横向定位气缸动作，完成板料横向定位；纵向定位气缸动作，完成板料纵向定位；送料提升机构通过吸盘升降气缸输出轴下移到指定位置，从而方便进料吸盘将板料吸住；

然后：送料提升机构通过送料提升气缸的伸缩，将送料导轨沿着直线光轴上移，板料提升；进行送料一级气缸平移动作，间接推动送料二级气缸平移动作，在送料一级气缸的推动下，送料二级气缸沿着送料导轨平移，从而将板料放于冲头正下方；此时送料提升气缸下伸，将板料放置于工作台的模具上；最后：送料提升机构回位，准备吸取下一块板料，此时启动冲床，进行冲压；

所述的机械手出料结构工作过程具体如下：

首先：待冲床通过冲头完成一次冲压后，出料一级气缸运动，从而推动出料二级气缸沿着导轨平移，从而将放置在工作台模具上的板料通过出料吸盘吸住；

其次：出料抓取机构通过出料提升气缸伸缩将板料提升到指定位置，此时伺服电机工作，旋转180度，完成板料的旋转工作后，出料提升气缸输出轴伸长使得出料吸盘下移，下移一定位置后将板料从新放置于工作台的模具上；随后出料抓取机构复位到出料一级气缸最远端；

然后：待冲床通过冲头完成第二次冲压后，出料一级气缸运动，从而推动出料二级气缸沿着导轨平移，从而将放置在工作台模具上的板料通过出料吸盘吸住；

再然后：出料一级气缸和出料二级气缸通过运动将板料处于滑槽正上方；松开吸盘，放下板料，完成一次完成出料过程；

最后：出料抓取机构回位，准备吸取下一块板料。

本发明有益效果：

本发明能够实现故障自诊断：整个工作过程中，PLC实时对工作参数进行诊断，发现有异常动作(如在规定时间内未接收到到位信号)及时停机，并声光报警以提示工作人员进行检修；

本发明方便用户对系统的维护和扩展：系统有完整的维修保养说明及故障的诊断排除方法，同时预留多路控制接口及通讯接口方便系统的扩展及组网。

本发明采用一线式摆放，将送料机械手和出料机械手排放在同一条直线上，方便操作。同时便于模具更换。

本发明既能有效降低成本，又能提高产品产量和质量；在冲床上下料环节取代人工完成工件的自动装卸及冲压功能，在大批量、重复性强的冲压锻造等作业环境下使用有很大优势。且该机械手具有定位精确、生产质量稳定、工作节拍可调、运行平稳可靠、维修方便等特点。

附图说明

图1为系统结构剖视简图

图2为系统结构俯视简图

图3为本发明送料机械结构工作流程图

图4为本发明出料机械结构工作流程图

图5(a)为本发明送料提升机构主视图

图5(b)为本发明送料提升机构俯视图

图6为本发明平面定位机构

图7为本发明送料机械结构剖视图

图8为本发明送料机械结构导轨部分俯视图

图9(a)为本发明旋转机构主要部件结构图

图9(b)为本发明旋转机构主要部件俯视图

图中：1.送料提升气缸 2.触摸屏 3送料机械手主体框架 4送料导轨 5送料一级气缸 6送料二级气缸 7滑轮 8直线光轴 9横向定位气缸 10料箱 11储气罐 12送料提升机构 13底座 14冲床主体 15冲头 16工作台 17出料提升气缸 18出料机械手主体框架 19导轨直线光轴 20滚轮 21出料导轨 22出料一级气缸 23出料二级气缸 24出料滑槽 25收料箱 26电控箱 27底座 28料箱导轨 29吸盘 30吸盘支架 31纵向定位气缸 32伺服电机33接近开关支架 34接近开关微调机构 35接近开关Ⅰ 36板料37料箱固定气缸 38固定气缸调节结构 39夹紧块 40料箱定位挡块 41提升丝杆电机 42电机固定支架 43丝杆 44丝杆固定板45滚轮支架 46滚轮 47送料箱纵向气缸 48送料箱纵向气缸连接块 49接近开关Ⅱ 50上升顶块 51顶块支杆 52纵向定位挡块53横向定位挡块 54纵向推块 55横向推块 56送料提升气缸高度调节垫块 57送料二级气缸连接块 58吸盘升降气缸 59直线光轴支架 60进料吸盘 61出料吸盘 62出料吸盘支架 63伺服电机连接块

具体实施方式

本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种冲床机械手，包括机械手送料结构和机械手出料结构；机械手送料结构和机械手出料结构分别设置在送料底座和出料底座上；具体的：机械手送料结构包括送料提升机构、料箱、平面定位机构、送料机构；机械手出料结构包括出料抓取机构、收料机构和电控箱；

如图1、2、7所示，送料提升机构包括送料提升气缸1、送料机械手主体框架3、送料导轨4、送料一级气缸5、送料二级气缸6、滑轮7、直线光轴8、吸盘升降气缸58和进料吸盘60；送料提升气缸1设置在送料机械手主体框架3上，具体的送料提升气缸1通过送料提升气缸高度调节垫块56设置在送料机械手主体框架3上，且送料提升气缸1的输出轴穿过送料机械手主体框架3的通孔后与送料导轨4固定连接，能够通过送料提升气缸1的伸缩上下拉动送料导轨4；四根直线光轴8设置在送料机械手主体框架3内，直线光轴8的一端与送料机械手主体框架3内侧上表面固定连接，另一端固定在直线光轴支架59上，直线光轴支架59固定连接在送料机械手主体框架3内；送料导轨4固定在直线光轴8上，具体的两根送料导轨4分别通过四根直线光轴8平行固定，且两根送料导轨4能够沿着直线光轴8上下滑动；送料一级气缸5和送料二级气缸6均固定在送料导轨4的下表面，具体的：送料一级气缸5直接固定在送料导轨4的下表面，送料二级气缸6通过滑轮与送料导轨4的上表面滑动连接，即送料二级气缸6能够通过滑轮的移动使其自身能够平移；送料一级气缸5的输出轴直接与送料二级气缸6相连接，送料二级气缸6的输出轴与吸盘升降气缸58相连接，吸盘升降气缸58的输出轴通过吸盘支架30与进料吸盘60相连接。

如图1和6所示，平面定位机构包括横向定位气缸9、纵向定位气缸31、纵向定位挡块52、横向定位挡块53、纵向推块54和横向推块55；横向定位气缸9的输出轴与横向推块55相连接，纵向定位气缸31与纵向推块54相连接，纵向定位挡块52和横向定位挡块53设置在固定位置，用于对料箱中的板料进行定位；

所述的横向定位挡块和纵向定位挡块为可调，根据板料的大小来进行调节。横向推块和纵向推块为上下可微调，根据板料的厚度进行调节；定位时，首先由横向定位气缸9通过横向推块55将板料推到横向挡块处，完成横向的定位；之后纵向定位气缸31运动，通过纵向推块54将板料推到纵向定位挡块52处，完成纵向的定位，至此完成板料起点位置的定位。

如图1、2、5(a)和5(b)所示，送料机构包括接近开关支架33、接近开关微调机构34、接近开关Ⅰ35、料箱固定气缸37、固定气缸调节结构38、料箱定位挡块40、提升丝杆电机41、电机固定支架42、丝杆43、丝杆固定板44、滚轮支架45、滚轮46、送料箱纵向气缸47、送料箱纵向气缸连接块48、接近开关Ⅱ49、上升顶块50、顶块支杆51；

接近开关Ⅰ35通过接近开关微调机构34设置在接近开关支架33上，且接近开关Ⅰ35设置在板料边缘位置，用于检测板料起始位置的高度；板料36放置在料箱内，料箱放置在送料机构框架上表面；送料机构框架设置有多个夹紧单元，每个夹紧单元由料箱固定气缸37、固定气缸调节结构38和料箱定位挡块40组成一体，料箱固定气缸37设置在固定气缸调节结构38上，固定气缸调节结构38设置在送料机构框架上表面，料箱固定气缸37的输出轴通过连杆与料箱定位挡块40相连接，且固定气缸调节结构38通过夹紧块39与连杆相连接，从而将料箱固定气缸37、固定气缸调节结构38和料箱定位挡块40组成一体；方便料箱固定气缸37的伸缩，来控制料箱定位挡块40固定料箱；提升丝杆电机41通过电机固定支架42设置在送料机构框架内，且电机固定支架42的下表面设置有接近开关Ⅱ49，用于判断丝杆固定板44的最高位置；丝杆电机41的输出轴与丝杆一端相连接，丝杆43的另一端穿过丝杆固定板44后与送料机构框架内底面相连接；丝杆43与丝杆固定板44之间为螺纹连接，当丝杆电机41工作时，丝杆固定板44沿丝杆43上下运动；上升顶块50设置在送料机构框架内表面，顶块支杆51的一端与上升顶块50固定连接，另一端穿过电机固定支架42后与丝杆固定板44固定连接；滚轮支架45固定在送料机构框架外底面，滚轮46设置在滚轮支架45上，与设置在底座上的料箱导轨28对应，送料箱纵向气缸47通过送料箱纵向气缸连接块48与送料机构框架相连接；当送料箱纵向气缸47工作时，送料箱纵向气缸47能够通过滚轮46带动整个送料机构沿着料箱导轨28相对运动；

所述的料箱用于放置板料，工作时料箱置于送料机构上；所述的料箱和储气罐均设置在送料机械手主体框架3内，且所有气缸均通过两位五通电磁阀与储气罐11相连接，储气罐11为所有气缸提供气源。

如图1、2、8和9(a)、9(b)所示，机械手出料结构包括出料抓取机构、收料机构(包括滑槽和收料箱)和电控箱；

如图1、2、8和9(a)、9(b)所示，出料抓取机构与送料提升机构类似；具体的：出料抓取机构包括出料提升气缸17、出料机械手主体框架18、出料导轨21、出料一级气缸22、出料二级气缸23、滚轮20、导轨直线光轴19、伺服电机32、出料吸盘61、出料吸盘支架62、伺服电机连接块63；出料提升气缸17设置在出料机械手主体框架18上，具体的出料提升气缸17通过高度调节垫块设置在出料机械手主体框架18上，且出料提升气缸17的输出轴穿过出料机械手主体框架18的通孔后与出料导轨21固定连接，能够通过出料提升气缸17的伸缩上下拉动出料导轨21；四根导轨直线光轴19设置在出料机械手主体框架18内，导轨直线光轴19的一端与出料机械手主体框架18内侧上表面固定连接，另一端固定在直线光轴支架59上，直线光轴支架59固定连接在出料机械手主体框架18内；出料导轨21固定在导轨直线光轴19上，具体的两根出料导轨21分别通过四根导轨直线光轴19平行固定，且两根出料导轨21能够沿着导轨直线光轴19上下滑动；出料一级气缸22和出料二级气缸23均固定在出料导轨21的下表面，具体的：出料一级气缸22直接固定在出料导轨21的下表面，出料二级气缸23通过滑轮与出料导轨21的上表面滑动连接，即出料二级气缸23能够通过滑轮的移动使其自身能够平移；出料一级气缸22的输出轴直接与出料二级气缸23相连接，出料二级气缸23的输出轴通过伺服电机连接块63与伺服电机32相连接，伺服电机32通过出料吸盘支架62与出料吸盘61相连接；伺服电机32能够驱使出料吸盘支架62与出料吸盘61旋转180度。

如图1和2所示，收料机构和电控箱均设置在出料机械手主体框架18内；其中收料机构包括滑槽和收料箱；滑槽为斜坡，且直接与收料箱贯通，当板料从出料抓取机构放落时，板料通过滑槽的缓冲进入收料箱。

本发明所述的冲床机械手的工作过程包括两部分，分别为机械手送料结构工作过程和机械手出料结构工作过程；

如图3所示，所述的机械手送料结构工作过程如下：

首先：工人将板料依次放入料箱中，再手动将料箱放在送料机构上，并在电控箱中启动工作按钮。工作启动后：四个夹紧单元将料箱夹紧于送料机构上，具体的：夹紧单元中料箱固定气缸37的输出轴通过连杆与料箱定位挡块40相连接，且固定气缸调节结构38通过夹紧块39与连杆相连接，从而将料箱固定气缸37、固定气缸调节结构38和料箱定位挡块40组成一体；通过料箱固定气缸37的伸缩控制料箱定位挡块40固定料箱；

其次：送料机构通过送料纵向气缸将料箱拖入工作区中，具体的：送料箱纵向气缸47通过料箱导轨28与滚轮46带动整个送料机构沿着料箱导轨28相对运动；从而将料箱拖入工作区中。

接着：送料提升机构通过送料提升气缸1的伸缩，将送料导轨4沿着直线光轴8下移，直至进料吸盘60位于板料上方；此时通过平面定位机构完成板料起始位置的定位，具体的：横向定位气缸动作，完成板料横向定位；纵向定位气缸动作，完成板料纵向定位；送料提升机构通过吸盘升降气缸58输出轴下移到指定位置，从而方便进料吸盘60将板料吸住。

然后：送料提升机构通过送料提升气缸的伸缩，将送料导轨沿着直线光轴上移，板料提升；进行送料一级气缸平移动作，间接推动送料二级气缸平移动作，在送料一级气缸的推动下，送料二级气缸沿着送料导轨平移，从而将板料放于冲头正下方；此时送料提升气缸下伸，将板料放置于工作台的模具上；

最后：送料提升机构回位，准备吸取下一块板料，此时启动冲床，进行冲压。

如图4所示，机械手出料结构工作过程具体如下：

首先：待冲床通过冲头完成一次冲压后，出料一级气缸运动，从而推动出料二级气缸沿着导轨平移，从而将放置在工作台模具上的板料通过出料吸盘61吸住；

其次：出料抓取机构通过出料提升气缸17伸缩将板料提升到指定位置，此时伺服电机32工作，旋转180度，完成板料的旋转工作后，出料提升气缸17输出轴伸长使得出料吸盘61下移，下移一定位置后将板料从新放置于工作台的模具上；随后出料抓取机构复位到出料一级气缸22最远端；

然后：待冲床通过冲头完成第二次冲压后，出料一级气缸运动，从而推动出料二级气缸沿着导轨平移，从而将放置在工作台模具上的板料通过出料吸盘61吸住；

再然后：出料一级气缸22和出料二级气缸23通过运动将板料处于滑槽正上方；松开吸盘，放下板料，完成一次完成出料过程。

最后：出料抓取机构回位，准备吸取下一块板料。