一种中大型零件废屑自动柔性清洁装置的制作方法

本发明涉及数控机床制造领域，具体涉及一种中大型零件废屑自动柔性清洁装置。

背景技术：

在数控机床自动化生产线中，工件自动柔性清洁是非常重要的一道工序。如果工件不能被自动柔性清洁，会影响工件的正常流转，导致加工过程不连续，影响整条自动化生产线的进程。一直以来，工件自动柔性清洁都是数控机床自动化生产中的一个难题。目前，数控机床自动化生产线关于中大型零件的清洁方式主要有两种：一种是通过专业的喷淋设备或者超声波清洗设备进行工件清洁；一种则是通过人工作业进行清理。市场上喷淋设备和超声波清洗设备大都采用固定喷头、移动工件的方式。由于大中型工件本身尺寸比较大，重量较重，导致专业清洗设备占地面积都很大，驱动工件移动的成本也较高，因此市场上的清洗设备一般需要单独布置的作业场地，不利于数控机床自动化生产单元的集成；人工清理作业主要是采用吸尘器吸除废屑并通过气枪吹赶废屑，如此容易造成废屑分散到整个车间，不利于集中回收。工人在废屑清理过程中不仅工作环境恶劣而且不时移动工件的整个过程比较费力，以上现有两种技术方案均不能满足数控机床自动化生产线中大型工件的自动柔性清洁需求。

要解决数控机床自动化生产线中大型工件的自动柔性清洁问题，首先，要求清洁装置可以单独作为数控机床自动化生产单元的一个模块使用，保证与数控机床自动化生产单元兼容性的同时又不能有过多的耦合；其次，由于数控机床自动化生产单元的布局空间有限，清洁装置的占地面积不能太大，否则不利于数控机床自动化生产单元系统的集成；最后，清洁装置可以充分结合工件的特点，通过更换喷淋模块及吹干模块，做到不同工件的自动柔性清洁。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种中大型零件废屑自动柔性清洁装置，采用工件固定、喷嘴移动喷淋的方式，能够同时对工件的四周进行冲洗。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

包括气液移动喷嘴机构、工件柔性支撑组件、移动喷嘴传动组件、移动喷嘴支撑组件、自动门组件、切削液循环过滤组件和切削液冲洗防护组件；气液移动喷嘴机构具有能够清洁到工件四面的多个喷嘴，所述的喷嘴分别连接切削液管路和空气管路，工件用切削液清洁后再用空气二次清洁吹干；所述的工件柔性支撑组件具有能够安装不同类型工件的支撑杆调整块，支撑杆调整块固定在能够调整其位置的工件支撑杆上，待位置调整好后将支撑杆调整块锁死；所述的移动喷嘴传动组件通过电机驱动链条机构来使气液移动喷嘴机构沿工件表面移动，移动喷嘴支撑组件用于使气液移动喷嘴机构在移动过程中连贯顺畅；自动门组件用于取放工件并封闭加工环境，切削液循环过滤组件用于对切削液过滤并重新收集至连通喷嘴的水箱；切削液冲洗防护组件用于将机械传动部分与冲洗清洁部分用挡板隔开。

优选的，气液移动喷嘴机构由四块喷嘴安装板支撑板根据工件尺寸构成一个矩形框架，四块喷嘴安装板分别安装在喷嘴安装板支撑板上，喷嘴安装在四块喷嘴安装板上，喷嘴的位置根据工件要清洁的位置确定，喷嘴安装板上布置切削液管路和空气管路。

优选的，工件柔性支撑组件由工件第一支撑杆、工件第二支撑杆、支撑杆支撑座及支撑杆调整块组成，两根工件支撑杆分别固定在支撑杆支撑座上，支撑杆支撑座的位置可调。

优选的，本发明自动柔性清洁装置的移动喷嘴传动组件由电机、同步带轮组件、第一链条、第二链条、传动第二链轮、传动第一链轮、接头链节以及涨紧链轮调整装置组成；电机通过同步带轮组件带动双链条传动，双链条的传动第一链轮与传动第二链轮安装在同一根传动轴上来保证传动的同步性，通过涨紧链轮调整装置调节传动链的松紧程度。

优选的，移动喷嘴支撑组件在气液移动喷嘴机构的一侧采用导向杆及无油衬套支撑导向，另一侧采用不锈钢导向板及凸轮随动器支撑导向，凸轮随动器的位置可调。

优选的，自动门组件采用第一气缸与第二气缸双向推动自动门向上翻的曲柄滑块机构，设置自动门硬限位块保证门打开时不会超过四杆机构的死点，自动门上设置观察窗。

优选的，本发明自动柔性清洁装置的切削液循环过滤组件由水箱基体、冲洗水泵、二片式球阀、压力表、废屑收集盒、切削液二次过滤网、分水块及水气管路组成，废屑通过废屑导流面冲洗到废屑收集盒中收集清理，切削液在收集盒中进行第一层过滤后回流到水箱中，切削液在水箱内进行环形沉淀并通过切削液二次过滤网进行二次过滤。

所述的切削液冲洗防护组件由多面防护钣金挡板拼装而成。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：采用工件固定、移动喷嘴喷淋的方式，进行工件表面上、下、左、右四周同时冲洗铁屑，并能够通过更换喷嘴安装板满足多种规格以及不同形状工件的柔性清洁。该清洁装置的结构紧凑，占地面积小，并设计有自动门组件，能够满足六轴机器人对中大型工件进行自动上下料清洁的要求。本发明采取先用切削液清洁，再通过空气二次清洁吹干，保证工件经过吹气干燥后不会有带液情况，保证数控机床自动化生产单元现场环境的干净卫生。本发明移动喷嘴支撑组件的设置使气液移动喷嘴机构在移动过程中连贯顺畅，阻尼小，无卡滞，切削液循环过滤组件对切削液过滤并重新收集至连通喷嘴的水箱，废屑回收清理方便，不会出现堵塞情况。本发明整体上采用模块化设计，结构简单，容易实现，适用于数控机床自动化生产单元中大型工件的自动柔性清洁。

进一步的，本发明的废屑通过一个废屑导流大斜面被冲洗到箱体的废屑收集盒中进行收集清理，方便废屑的回收清理，并且切削液会在废屑收集盒中进行第一层过滤，再在水箱内进行环形沉淀并通过第二层过滤网过滤，保证冲洗水泵能够正常运转，不会被废屑堵塞。

附图说明

图1本发明的俯视结构剖视示意图；

图2本发明的右视结构剖视示意图；

图3本发明的左视结构示意图；

图4本发明的正视结构剖视示意图；

1-传动第一链轮；2-水箱基体；3-第一限位块；4-支撑杆支撑座；5-工件第一支撑杆；6-第一链条；7-拖链；8-第二限位块；9-工件第二支撑杆；10-第一气缸；11-调整链轮；12-接头链节；13-待清洁工件；14-第二链条；15-传动第二链轮；16-收集盒；17-电机；18-同步带轮组件；19-喷嘴安装板支撑板；20-右防护钣金挡板，21-分水块，22-导向杆及无油衬套，23-支撑杆调整块，24-喷嘴，25-喷嘴安装板，26-凸轮随动器，27-不锈钢导向板，28-左防护钣金挡板，29-观察窗，30-自动门限位块，31-自动门，32-第二气缸，33-气缸支撑调整块，34-冲洗水泵，35-压力表，36-二片式球阀，37-涨紧链轮调整装置，38-废屑导流面，39-切削液二次过滤网。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

本实施例给出其中一种零件如横向底板的自动柔性清洁装置及方法，将此清洁装置并入到数控机床自动化生产单元里，自动柔性清洁横向底板表面的废屑及各个孔里的废屑。

参见图1-4，本发明主要包括气液移动喷嘴机构、工件柔性支撑组件、移动喷嘴传动组件、移动喷嘴支撑组件、自动门组件、切削液循环过滤组件和切削液冲洗防护组件。

气液移动喷嘴机构主要由四块喷嘴安装板支撑板19根据工件尺寸构成一个矩形框架，然后将四块喷嘴安装板25分别安装在喷嘴安装板支撑板19上，再将喷嘴24安装在四块喷嘴安装板25上，喷嘴24的位置根据工件要清洁的位置确定，如此可保证工件四面都能清洁到，可满足大部分零件的清洁要求。喷嘴安装板25上布置的管路有两路，一路为切削液，一路为空气，在工件用切削液清洁后，再用气二次清洁吹干，保证清洁完工件不会有带液情况。第一限位块3与第二限位块8来确定移动喷嘴组件的左、右两侧极限位置。

工件柔性支撑组件由工件第一支撑杆5、工件第二支撑杆9、支撑杆支撑座4以及支撑杆调整块23组成，两根工件支撑杆分别固定在箱体支撑杆支撑座4上，支撑杆支撑座4在箱体上的位置可通过u型槽以及箱体上的螺纹孔在有限范围内任意调整；同时将支撑杆调整块23固定在工件支撑杆上来支撑不同类型的工件，支撑杆调整块23可通过圆形缺口在工件支撑杆上任意调整支撑位置，待位置调整好后通过螺钉锁死支撑杆调整块23。

移动喷嘴传动组件由电机17、同步带轮组件18、第一链条6、第二链条14、传动第二链轮15、传动第一链轮1、接头链节12及涨紧链轮调整装置37组成。传动机构由电机17通过同步带轮组件18带动双链条传动，双链条的传动第一链轮1与传动第二链轮15安装在同一根传动轴上来保证传动的同步性，并通过调整涨紧链轮调整装置37来保证传动链松紧程度。

移动喷嘴支撑组件在一边采用导向杆及无油衬套22进行支撑导向，在另一边采用不锈钢导向板27以及凸轮随动器26支撑导向，并可通过凸轮随动器安装板上的u型孔调节凸轮随动器的位置来保证大跨距移动喷嘴动作连贯顺畅，阻尼小，无卡滞。

自动门组件采用第一气缸10与第二气缸32双向推动自动门31向上翻的曲柄滑块机构形式，并设置自动门硬限位块30保证门打开时不会超过四杆机构的死点。

同时，在自动门31上设置观察窗29，方便实时观察工件的清洁效果。

切削液循环过滤组件由水箱基体2、冲洗水泵34、二片式球阀36、压力表35、收集盒16、切削液二次过滤网39、分水块21及水气管路组成，满足清洁装置的切削液循环使用。柔性清洁装置的废屑通过废屑导流面38冲洗到箱体的废屑收集盒16中进行收集清理，切削液在收集盒16中进行第一层过滤后回流到清洁装置水箱中。切削液在清洁装置水箱内进行环形沉淀并通过切削液二次过滤网39进行二次过滤，保证切削液的洁净程度。

切削液冲洗防护组件由左防护钣金挡板28、右防护钣金挡板20及前防护钣金挡板组成，具体防护结构根据工件的结构进行设计，主要目的是将清洁装置的机械传动部分与冲洗清洁部分用挡板隔开，防止大部分切削液及废屑飞溅到传动机构上，提高传动机构的寿命。

本发明的工作过程如下所示：

首先进行目标工件评估，确定清洁方案。此实施例的目标工件为某机床的基本零件横向底板，横向底板属于尺寸较大、形状特殊的铸件，表面沉孔特别多，在加工过程中废屑多在工件表面及沉孔里堆积。根据目标工件废屑积攒的特点，选择用移动喷嘴上下两面冲洗工件，喷嘴24在喷嘴安装板25的位置根据工件孔的位置设计，喷嘴24在移动过程中能正对工件13要清洁的孔。在支撑杆调整块23上设计v性块来支撑横向底板的竖筋，如图2，支撑杆调整块23可在工件支撑杆上任意位置固定，保证工件的柔性支撑。切削液管路从二片式球阀36经拖链7连接至清洁装置的分水块21，再从分水块21连接至上下22路液喷嘴24。通过实验验证，采用ldpb2v-60-tp的水泵分别从22路φ1.5mm的喷嘴喷出切削液，出口压力可以达到0.35mpa，本实施例就采用此型号水泵及相似的管路配置。气管从数控机床自动化生产单元气源引出，同样通过分水块21连接至14路气喷嘴24，保证气出口压力也为0.35mpa。

然后安装移动喷嘴传动组件、移动喷嘴支撑组件及自动门组件，并进行上电测试。按照清洁装置的要求，进行电机17，同步带轮组件18，传动第一链轮1、传动第二链轮及第一链条6、第二链条14的安装，如图1，调整接头链节12及涨紧链轮调整装置37保证传动组件运转平稳。其次安装导向杆及无油衬套22、不锈钢导向板27及凸轮随动器26等支撑导向组件，通过凸轮随动器安装板上的u型孔调节凸轮随动器26的位置来保证大跨距移动喷嘴动作连贯顺畅。然后在水箱基体2的两侧分别安装第二气缸32及第一气缸10，同时安装自动门31及自动门限位块30，通过调整气缸支撑调整块33保证两气缸动作顺畅连贯。最后按测试要求进行电气接线及测试程序编制并进行上电，对自动门进行100次打开闭合，保证自动门动作顺畅，无卡滞；测试喷嘴处喷液压力，控制电磁阀正常吹气，测试喷嘴处吹气压力。

最后，编制清洁装置数控机床自动化生产单元内自动清洁程序，并进行自动化生产单元内动作调试，保证机器人动作连贯不干涉。具体流程为机器人请求上料清洁，清洁装置自动门31打开，机器人上料至清洁装置，清洁装置清洁待清洁工件13，清洁装置自动门31打开，清洁装置发命令给机器人下料，机器人下料至料架。根据现场布置情况，清洁装置的清洁动作为切削液清洁往返5次，气二次清洁吹干往返两次，便可完成此横向底板的清洁。

本发明的技术特点主要体现在以下几方面：

(1)可满足六轴机器人对中大型工件进行清洁装置自动上下料的要求，机器人请求上料清洁，清洁装置门打开，机器人上料至清洁装置，清洁装置清洁工件，清洁装置门打开，清洁装置发命令给机器人下料，机器人下料。考虑大部分数控机床自动化生产单元是湿切，针对部分铁屑粘着工件表面不易清理，本发明采取切削液中低压冲洗方案，通过实验验证得到：一般情况下，切削液压力在0.35mpa左右可满足一般工件废屑的切削液冲洗清洁。工件用切削液清洁后，会有切削液水珠残留在工件表面，需用气二次清洁吹干后才能用机器人下料。

(2)考虑工件尺寸较大，为尽量缩小清洁装置占地面积，与传统喷淋清洁装置不同的是本发明采用工件固定、移动喷嘴进行喷淋的方式，实现工件表面上、下、左、右四周同时冲洗铁屑。移动喷嘴喷气喷液组件可通过更换喷嘴安装板及不同形状及规格的喷嘴改变工件冲洗位置和切削液冲洗压力，实现不同类型工件的柔性清洁。

(3)本发明为了尽可能避开工件的积屑位置，清洁装置工件支撑组件选择使用可调整点支撑工件，同时还能保证可柔性支撑工件。具体方案为采用两根圆钢在箱体上做基本支撑杆，两根圆钢在箱体上的位置可通过u型槽及箱体上的螺纹孔在有限范围内任意调整；同时，在圆钢上做支撑杆调整块来支撑不同类型的工件，支撑杆调整块可通过圆形缺口在圆钢上任意调整支撑位置，待位置调整好后再通过螺钉锁死支撑杆调整块。

(4)考虑移动喷嘴组件整体是框形结构，两侧安装板之间跨距较大，为防止移动喷嘴移动过程中左右不同步而导致扭摆卡滞，传动机构采用双链条传动，双链条的传动第一链轮1安装在同一根传动轴上来保证传动的同步性。传动第二链轮15安装在箱体上的链轮涨紧机构上，保证传动链的松紧程度。移动喷嘴组件一边采用直线导杆及无油衬套支撑导向，另一边采用直线导板及凸轮随动器支撑导向，满足移动喷嘴动作连贯顺畅，阻尼小，无卡滞。

(5)清洁装置自动门采用气缸推动门向上翻的曲柄滑块机构形式，要求门打开时保证机器人手爪和工件有足够的空间通过，并设置自动门限位块30来保证门打开时不会超过四杆机构的死点。同时，在气缸上安装磁性开关感应器，与自动化单元主控交互信号，方便机器人按清洁程序对清洁装置进行自动上下料。

(6)切削液循环过滤及废屑收集组件由冲洗水箱、冲洗泵、二片式球阀、对丝、三通、压力表、过滤网、各种不同规格的喷嘴及管路组成，满足清洁装置的水路循环使用。本清洁装置的废屑通过一个废屑导流大斜面被冲洗到箱体的一个过滤盒中进行收集清理，切削液在收集盒中进行第一层过滤后回流到清洁装置的水箱中。切削液在清洁装置水箱内进行环形沉淀并通过第二层过滤网过滤，保证冲洗水泵可以正常运转，不会被废屑堵塞。

(7)为提高清洁装置的可靠性及使用寿命，需将清洁装置的机械传动部分与冲洗清洁部分用挡板隔开，防止大部分切削液及废屑飞溅到传动机构上，提高传动机构寿命。切削液冲洗防护组件根据清洁装置结构由三片防护钣金挡板组成，分别为左防护板、右防护板及前防护板，三片防护钣金挡板分别用螺钉固定在清洁装置箱体上，方便拆卸及维护。