一种龙门机床柔性化及自动化制造系统的制作方法

本发明涉及车床技术领域，具体而言，特别涉及一种龙门机床柔性化及自动化制造系统。

背景技术：

常见的龙门机床有龙门铣床、龙门刨床等。龙门机床从结构讲主要由门式框架和床身工作台两部分组成，门式框架由立柱和顶梁构成，中间还有横梁。横梁可沿两立柱导轨作升降运动。在横梁上安装有带垂直主轴的加工刀头（铣头或刨头），可沿横梁导轨作横向运动。相对于固定在床身工作台的工件，加工刀头在数控系统的驱动下可以按照预定程式进行x、y、z三轴的运动，以完成切削。

按龙门架是否移动，分为定柱龙门式（工作台移动）和动柱龙门式（龙门移动）。动柱龙门的特点是占地面积小，承载能力大，龙门架行程可达20米，便于加工特长或特重的工件。按横梁是否在立柱上运动，分为动梁式和定梁式两种；横梁在高架床身上移动称为高架式。

随着机床技术和制造工艺的不断发展，对于大件加工的自动化和柔性化需求日益迫切，尤其是在航空航天、汽车零部件、轮机零部件、模具等制造领域，如何减少零部件在制造过程中的转运、装夹等的辅助时间，提升机床加工效率等技术问题愈发显现。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。有鉴于此，本发明需要提供一种龙门机床柔性化及自动化制造系统，以实现大件加工的柔性化及自动化，确保高精度高可靠性的制造效果。

根据本发明实施例的一种龙门机床柔性化及自动化制造系统，包括：底座、设在所述底座上的机架、自动引导运输车、工作副台、多点同步顶升机构和驱动机构，所述机架上设有与底座具有预订距离的刀座组件；所述自动引导运输车可在加工位置和取卸货位置之间移动，所述自动引导运输车位于所述加工位置时，所述自动引导运输车位于所述底座上；所述工作副台可放置在所述自动引导运输车上，且可相对所述自动引导运输车沿上下方向移动，所述工作副台的宽度大于所述自动引导运输车的宽度，且所述工作副台在自动引导运输车一侧伸出有第一伸出部，所述工作副台在自动引导运输车的另一侧伸出有第二伸出部；所述多点同步顶升机构设在所述底座上，所述多点同步顶升机构包括与所述第一伸出部相抵的第一升降机组和与所述第二伸出部相抵的第二升降机组，所述驱动机构与所述第一升降机组和第二升降机组连接，以驱动所述第一升降机组和所述第二升降机组同步动作。

根据本发明的实施例的一种龙门机床柔性化及自动化制造系统，龙门机床柔性化及自动化制造系统的特点是集成度高，不仅实现了龙门机床的多品种小批量零件加工制造，还实现了机床的自动上下料及操作无人化。

另外，根据本发明上述实施例的一种龙门机床柔性化及自动化制造系统还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，第一升降机组包括位于同一直线上的多个间隔开的第一升降机，所述第二升降机组包括位于同一直线上的多个间隔开的第二升降机，所述第一升降机和所述第二升降机可同步地沿上下方向升降。

根据本发明的一个实施例，所述第一升降机和所述第二升降机均为螺杆升降机。

根据本发明的一个实施例，所述驱动机构为电机，所述电机通过减速机和转向器与所述第一升降机及所述第二升降机连接。

根据本发明的一个实施例，所述工作副台上设有用于定位工件的锁紧机构。

根据本发明的一个实施例，所述自动引导运输车上设有用于存放刀具的基础刀具库，所述自动引导运输车可在所述底座上移动到所述刀座组件下方，以便于对刀具更换和移转。

根据本发明的一个实施例，所述自动引导运输车上设有限位装置，所述限位装置用于将所述工作副台限制在可沿上下方向移动。

根据本发明的一个实施例，所述限位装置为设在所述小车上端面的多个立柱，所述工作副台上设有与多个所述立柱匹配的定位孔。

根据本发明的一个实施例，所述限位装置包括设在所述自动引导运输车上的限位座，所述限位座上设有沿上下方向延伸的导向孔，所述限位座上设有伸入所述导向孔内且可相对所述限位座沿上下方向滑动的滑动杆，所述滑动杆的顶端与所述工作副台固定连接。

根据本发明的一个实施例，所述导向孔的内周壁上设有螺旋状的油槽。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的一种龙门机床柔性化及自动化制造系统的立体结构示意图。

图2是根据发明的一个实施例的一种龙门机床柔性化及自动化制造系统的侧视图。

图3是根据发明的一个实施例的一种龙门机床柔性化及自动化制造系统的主视图。

图4是根据发明的一个实施例的一种龙门机床柔性化及自动化制造系统的多点同步顶升机构的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

如图1-4所示，根据本发明的实施例的龙门机床柔性化及自动化制造系统100，包括：底座10、设在底座10上的机架20、自动引导运输车30、工作副台40、多点同步顶升机构50和驱动机构60。

具体而言，机架20上可以设有与底座10具有预订距离的刀座组件21，刀座组件可以包括铣刀，以便对工件进行加工。

自动引导运输车30可在加工位置和取卸货位置之间移动，自动引导运输车30位于加工位置时，自动引导运输车30位于底座10上。工作副台40用于放置工件200，工作副台40可放置在自动引导运输车30上，且可相对自动引导运输车30沿上下方向移动，需要说明的是，自动引导运输车30位于底座10上的加工位置时，可以控制工作副台40相对于自动引导运输车30在上下方向上移动，以在工作副台40移动到预订位置时，对工作副台40上的工件进行加工。

工作副台40的宽度可以大于自动引导运输车30的宽度，且工作副台40在自动引导运输车30一侧伸出有第一伸出部41，工作副台在自动引导运输车30的另一侧伸出有第二伸出部42。

多点同步顶升机构50设在底座10上，多点同步顶升机构50可以包括与第一伸出部41相抵的第一升降机组51和与第二伸出部42相抵的第二升降机组52，第一升降机组51和第二升降机组52可以推动工作副台40在上下方向上移动。

驱动机构60与第一升降机组51和第二升降机组52连接，以驱动第一升降机组51和第二升降机组52同步动作。

根据本发明的实施例的一种龙门机床柔性化及自动化制造系统100，龙门机床柔性化及自动化制造系统的特点是集成度高，不仅实现了龙门机床的多品种小批量零件加工制造，还实现了机床的自动上下料及操作无人化。

如图1-4所示，根据本发明的一个实施例，第一升降机组51包括位于同一直线上的多个间隔开的第一升降机511，第二升降机组52包括位于同一直线上的多个间隔开的第二升降机521，第一升降机511和第二升降机521可同步地沿上下方向升降。由此，可以稳步地带动工作副台40在上下方向往复上移动。

为了便于控制，根据本发明的一个实施例，第一升降机511和第二升降机521均为螺杆升降机。

如图4所示，根据本发明的一个实施例，驱动机构60可以为电机，电机通过减速机61和转向器62与第一升降机511及第二升降机521连接。由此，可以保证第一升降机511及第二升降机521同步而稳定的运行。

为了便于锁紧工件进行加工，根据本发明的一个实施例，工作副台40上可以设有用于定位工件的锁紧机构。

如图1-3所示，根据本发明的一个实施例，自动引导运输车30上可以设有用于存放刀具的基础刀具库（未示出），自动引导运输车30可在底座10上移动到刀座组件21下方，以便于对刀具更换和移转。由此，可以便于对刀具的自动更换。

可以理解的是，为了保证龙门机床柔性化及自动化制造系统100工作时的稳定性，根据本发明的一个实施例，自动引导运输车30上可以设有限位装置，限位装置用于将工作副台40限制在可沿上下方向移动。进一步地，限位装置为设在小车上端面的多个立柱，工作副台40上设有与多个立柱匹配的定位孔。

可以理解的是，限位装置并不限于此，例如，根据本发明的一个实施例，限位装置包括设在自动引导运输车30上的限位座，限位座上设有沿上下方向延伸的导向孔，限位座上设有伸入导向孔内且可相对限位座沿上下方向滑动的滑动杆，滑动杆的顶端与工作副台固定连接。优选地，为了避免以外磨损，导向孔的内周壁上设有螺旋状的油槽。

可以理解的是，在使用自动引导运输车30是，需要配合检测纠偏装置（未示出），确保自动引导运输车30定点运行的重复定位精度，从而最终确保工件的自动定位装夹精度及加工精度。

在配合检测纠偏装置后，使得系统可靠性强，调试维护方便，适用于加工自动化、柔性制造及智能制造领域。

根据本发明的实施例的一种龙门机床柔性化及自动化制造系统100，还可以包括控制系统，控制系统需要既能够与机床数控及逻辑控制系统进行交互，还能够与其它子系统（自动引导运输车、多点同步顶升机构、定位锁紧机构、检测与纠偏装置等）进行通讯、运算等。最终确保自动引导运输车定点运行的重复定位精度，从而最终确保工件的自动定位装夹精度及加工精度。

由此，相比传统的人工上下料、读数对刀、调整数控系统等，效率上可以有较大提升，管理成本也较大降低。此外，加工过程中人员干预的减少，有利于更好的控制加工精度的稳定性，提供整个系统的可靠性。因此从大件加工系统的可靠性与精度要求出发考虑：机床要满足高可靠性与系统刚度，自动引导运输车要满足高可靠性与重复定位精度，多点同步顶升机构要能满足同步性，定位锁紧机构、检测与纠偏装置等要能够配合控制系统完成整个系统的闭环控制，完成工件的定位和自动引导运输车的姿态调整，与其它部分的通讯、驱动、逻辑动作；在加工切削过程中会伴随较大的切削力和振动，工作副台尽可能选用刚度大的结构

本发明的一种龙门机床柔性化及自动化制造系统100，不仅实现了龙门机床的多品种小批量零件加工制造，还实现了机床的自动上下料及操作无人化。通过采用自动引导运输车（agv）配合检测纠偏装置，确保自动引导运输车（agv）定点运行的重复定位精度，从而最终确保工件的自动定位装夹精度及加工精度。系统可靠性强，调试维护方便，适用于加工自动化、柔性制造及智能制造领域。

需要说明的是，本发明提供了一种龙门机床自动化及柔性化制造系统100，将传统的人工通过天车吊装物料上下工作台的形式改为工作台自动化上下料方式；将传统的刀具人工更换方式改为刀具库自动换刀方式；将传统的人工定期排屑方式改为自动集中排屑方式；大负载自动引导小车运输大型零件，选用激光导航定位方式结合精确的机械定位方式确保零件最终装夹位置的精确定位；采用特殊的机床工作台形式，设计了特殊的升降式的运放工作台；在控制系统方面，将机床数控系统、机床控制系统、agv控制系统等部分进行集成，具备柔性化制造的基础条件。

本发明的一种龙门机床柔性化及自动化制造系统100，底座10主要承载机床本身运动部件、工作副台40，为加工过程提供一个稳定运行的基础。

工作副台40可以包括定位部分和装夹部分。该部分主要实现加工件与agv、机床本体之间的串联，大型加工件在非加工区完成在工作副台上的预装预调，后经agv3托运至加工区；agv3经调度系统确认龙门机床缺料后，从等待位置移动至龙门机床本体1上，这期间需要agv路径规划系统与机床床身上加装的传感器配合，以便完成路径的精确导航及微调，顺畅到达预定的位置。工作副台的装夹部分主要完成对工件的装夹。工作副台的定位部分主要完成与外部系统的定位，包括agv、机床本体，定位主要依靠特定的可伸缩的定位块来完成。

多点同步顶升机构50主要用以配合机床完成对工作副台40的举升/下降，既要能够实现定位，还要能够实现举升力的输出。依靠多点同步顶升机构50与自动引导运输车30、工作副台40的定位锁紧机构可以实现大型工件的自动上下料与定位装夹，确保工件的自动定位装夹精度及加工精度。

要完成自动化加工，除了工件的自动上下料外，还要能够实现刀具的自动装夹、换刀。刀具配送过程由专用的刀具配送自动引导运输车30完成，刀具配送自动引导运输车30在基础刀具库与机床间穿梭，实现机床刀具与基础刀具库间刀具的移转。刀具配送自动引导运输车30驶入确定的换刀位置，与机床的控制系统进行通讯，机床控制系统确认后，与数控系统通讯，机床主轴移入特定换刀位置，在换刀位置在z轴方向移动，由自动引导运输车30上机械手配合主轴完成换刀动作。

可以理解的是，本发明是基于要缩短大件加工的辅助时间，根本上要解决大件装夹的柔性化和上下料和程式驱动的自动化等问题而提出的，这些问题的解决，还有助于推动龙门机床自动化加工等新技术的普及与推广。同时有助于减少人工的测量误差、装夹误差及操作误差，有助于提升工件的加工质量。

由此考虑开发一种龙门机床柔性化及自动化制造系统，包含自动引导运输车、多点同步顶升机构、定位锁紧机构、检测与纠偏装置、控制系统、工件副台等部分。龙门机床柔性化及自动化制造系统的特点是集成度高，既能够与机床数控及逻辑控制系统进行交互，还能够与其它子系统（自动引导运输车、多点同步顶升机构、定位锁紧机构、检测与纠偏装置等）进行通讯、运算等。最终确保自动引导运输车（agv）定点运行的重复定位精度，从而最终确保工件的自动定位装夹精度及加工精度。由此相比传统的人工上下料、读数对刀、调整数控系统等，效率上可以有较大提升，管理成本也较大降低。此外，加工过程中人员干预的减少，有利于更好的控制加工精度的稳定性，提供整个系统的可靠性。因此从大件加工系统的可靠性与精度要求出发考虑：机床要满足高可靠性与系统刚度，自动引导运输车要满足高可靠性与重复定位精度，多点同步顶升机构要能满足同步性，定位锁紧机构、检测与纠偏装置等要能够配合控制系统完成整个系统的闭环控制，完成工件的定位和自动引导运输车的姿态调整，与其它部分的通讯、驱动、逻辑动作；在加工切削过程中会伴随较大的切削力和振动，工作副台40尽可能选用刚度大的结构。

所以，需要提供一种龙门机床柔性化及自动化制造系统，实现大件加工的柔性化及自动化，确保高精度高可靠性的制造效果。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。