内嵌升降式数控脉动进给和转位调姿作业平台及作业方法与流程

本发明属于机械自动化加工技术，特别涉及一种内嵌升降式数控脉动进给和转位调姿作业平台。

背景技术：

在进行某些工件的加工、修整和装配等工艺中，需要对工件进行转位调姿运动和脉动式的分步移位进给运动，使工件达到各个工序上对应位姿。例如，在对大型长方体形晶体进行切片过程中，要求对晶体进行转位调姿运动和多段分步移位进给运动：根据晶向对晶体进行转向调姿，晶体移位进给至工位进行首次切割加工，加工完成后进行特定距离移位进给以达到下一次切割工位，以此类推，每次切割加工完成后晶体均要进行特定距离的移位进给，因此移位进给为多段脉动式的分步方式。在调姿运动过程中，工件进行高精度的转位调姿可确保所加工切片的晶向正确；工件分步移位进给距离精准可保证切片的尺寸精度。

现行业内对于工件的转位调姿和脉动进给，一般采取人工搬运或简单机械机构配合人工手动操作方式来实现，而对于部分有自动化要求的场合，一般采取传送带、轨道车或导轨滑台组等传统进给机构上加装电动转台的方式，主要存在以下不足：(1)运动精度低；人力驱动方式存在运动精度低和一致性差等问题；对于工件直接安装在进给机构上的转台方式，由于进给机构和转台均含有机械间隙，导致工件在作业过程中受力发生偏移和偏转，使工件相对正确工作位姿出现误差；(2)自动化程度低：依赖人工操作导致作业效率低下，对工人技能要求高，工作强度大，同时存在人工误操作的问题；(3)装置结构庞大：对于传送带、轨道车或导轨滑台组等传统进给装置，由于均存在轨道导向结构，通常要求装置的总长度大于工件的进给行程，造成对具有长行程移位进给要求工件所对应的装置结构庞大，造成占地大、结构冗杂和制造成本高等问题；(4)无法实现工件跨平台移位运送：对于传送带、轨道车或导轨滑台组等传统进给装置，工件相对装置上的安装台固定，在对工件有向其他平台移位运送要求时，装置无法实现工件从自身平台向其他平台的跨平台进给移位运送。

技术实现要素：

为解决上述现有技术存在的问题，本发明要设计一种高运动精度、高自动化程度、结构紧凑和可实现工件跨平台运送的内嵌升降式数控脉动进给和转位调姿作业平台及作业方法。

本发明的技术方案是：内嵌升降式数控脉动进给和转位调姿作业平台，包括床身、内嵌升降式数控脉动进给机构和内嵌升降式数控转位机构。

所述的床身由底板、支撑框架和工件安放平台组成。工件安放平台通过支撑框架固定安装于底板上方，工件安放平台设有工件托板伸出孔和工件转位托盘伸出孔。

所述的内嵌升降式数控脉动进给机构由导轨滑块副i、丝杠i、伺服电机系统i、楔形滑块i、楔形滑块ii、导轨滑块副ii、导轨滑块副iii、梯形升降台、导轨滑块副iv、丝杠ii、螺母座、伺服电机系统ii、工件托板连接座和工件托板组成。导轨滑块副i和丝杠i固定安装于床身下部的底板上，丝杠i的前端和尾端具有螺纹旋向相反的外螺纹；楔形滑块i和楔形滑块ii为结构尺寸相同的楔形结构，中部具有与丝杠i配合的内螺纹，顶端面和底端面成α角，楔形滑块i的底端面与导轨滑块副i的前端连接，楔形滑块i的中部内螺纹与丝杠i的前端外螺纹配合连接，楔形滑块ii的底端面与导轨滑块副i的尾端连接，楔形滑块ii的中部内螺纹与丝杠i的尾端外螺纹配合连接；梯形升降台为梯形结构，梯形升降台的前侧面和后侧面分别与顶面成α角，梯形升降台的前侧面与楔形滑块i的顶端面通过导轨滑块副ii连接，梯形升降台的后侧面与楔形滑块ii的顶端面通过导轨滑块副iii连接，梯形升降台的顶面处于水平面；伺服电机系统i与丝杠i连接，驱动楔形滑块i和楔形滑块ii同步靠近或同步远离，实现梯形升降台的上升或下降；导轨滑块副iv和丝杠ii固定安装于梯形升降台的顶面上，工件托板通过工件托板连接座与导轨滑块副iv连接，工件托板连接座通过螺母座与丝杠ii相配合连接，伺服电机系统ii与丝杠ii连接，实现驱动工件托板相对梯形升降台水平向前或向后直线进给运动。

所述的内嵌升降式数控转位机构由安装底座、下驱动缸、上伸出缸、转台、伺服电机系统iii和工件转位托盘组成。下驱动缸通过安装底座固定安装在床身下部的底板上，上伸出缸安装于下驱动缸上方，下驱动缸实现上伸出缸的伸出和退回；转台安装在上伸出缸上，工件转位托盘安装在转台上，伺服电机系统iii与转台连接，驱动工件转位托盘转动。

所述的内嵌升降式数控脉动进给机构中的伺服电机系统i驱动工件托板升起后，从工件托板伸出孔中伸出，工件托板顶面相对床身中的工件安放平台顶面突出距离l1；伺服电机系统i驱动工件托板下降后，工件托板顶面相对工件安放平台顶面凹进距离l1’。

所述的内嵌升降式数控转位机构中的下驱动缸驱动工件转位托盘升起后，从工件转位托盘伸出孔中伸出，工件转位托盘顶面相对床身中的工件安放平台顶面突出距离l2；下驱动缸驱动工件转位托盘下降后，工件转位托盘顶面相对工件安放平台顶面凹进距离l2’。

所述的工件安放平台中的工件托板伸出孔长度大于工件托板长度和工件托板的水平直线进给行程之和，实现工件托板相对梯形升降台水平向前或向后直线进给运动过程中，工件托板与工件托板伸出孔不发生空间干涉。

所述的内嵌升降式数控转位机构中的安装底座具有水平向通口，内嵌升降式数控脉动进给机构中的丝杠i水平穿过水平向通口，所述的内嵌升降式数控脉动进给机构中的梯形升降台具有竖直向通口，内嵌升降式数控转位机构中的安装底座、下驱动缸和上伸出缸由下而上依次穿过竖直向通口，实现内嵌升降式数控转位机构与内嵌升降式数控脉动进给机构无空间干涉。

进一步地，所述的α角为10-45°。

进一步地，所述的距离l1＞5mm；距离l1’＞5mm。

进一步地，所述的距离l2＞5mm；距离l2’＞5mm。

进一步地，所述的伺服电机系统i、伺服电机系统ii、下驱动缸和伺服电机系统iii由数控系统控制。

内嵌升降式数控脉动进给和转位调姿作业方法，包括如下步骤：

a、放置工件：

将工件安放于床身中的工件安放平台上。

b、转位调姿：

b1、内嵌升降式数控转位机构中的下驱动缸驱动上伸出缸及工件转位托盘上升，工件转位托盘顶面相对工件安放平台顶面突出距离l2，实现工件转位托盘托起工件离开工件安放平台；

b2、伺服电机系统iii驱动工件转位托盘转向，使工件达到所需角度；

b3、下驱动缸驱动工件转位托盘下降，工件转位托盘顶面相对工件安放平台顶面凹进距离l2’，实现工件转位托盘放下工件至工件安放平台上。

c、单次进给：

c1、内嵌升降式数控脉动进给机构中的伺服电机系统i驱动工件托板上升，工件托板顶面相对工件安放平台顶面突出距离l1，实现工件托板托起工件离开工件安放平台；

c2、伺服电机系统ii驱动工件托板水平向前或向后直线进给运动，实现工件向前或向后直线进给运动；

c3、伺服电机系统i驱动工件托板下降，工件托板顶面相对工件安放平台顶面凹进距离l1’，实现工件托板放下工件至工件安放平台；

c4、伺服电机系统ii驱动工件托板水平反向直线进给运动，实现工件托板重返至初始工位。

d、多段脉动进给：根据总工序数依次循环重复步骤b、c，根据每道工序的工件角度和进给位置的工艺要求，改变相应步骤b、c中的转位调姿角度和进给距离，实现工件达到各个工序的对应位姿。

与现有技术相比，本发明的效果和益处是：

1、本发明通过采用多组伺服电机系统驱动方式，确保平台的高运动精度；采用工件托板和工件转位托盘内嵌升降式的结构形式，工件到达工位后工件托板和工件转位托盘均降回床身内，工件通过固定的工件安放平台提供支撑，不受进给机构和转台的机械间隙的影响，利于保持工件的位姿精度。

2、本发明采用数控系统控制工件转位调姿和脉动进给运动，具有高自动化特点，提高平台作业效率，避免人工误操作。

3、本发明通过工件托板多次的“上升-前进-下降-退回”的“口”形轨迹运动循环实现工件移位进给，对于长距离移位要求的工件，平台整体长度小于工件要求行程，平台结构具有紧凑的特点，便于平台相对整机的集成安装。

4、本发明通过工件托板的“口”形轨迹运动可实现工件从自身平台向其它平台进给移位运送，解决传统装置无法实现工件跨平台搬运的问题。

5、本发明通过改变工件安放平台、工件托板和工件转位托盘等组件尺寸规格，实现满足多种结构形式工件作业，具备较高扩展性。

附图说明

图1是本发明的数控平台的剖切结构示意图。

图2是本发明的数控平台的外形结构示意图。

图3是去除床身中支撑框架和工件安放平台的平台前视结构示意图。

图4是内嵌升降式数控转位机构结构示意图。

图5是图1的a处局部剖切放大图。

图6是本发明的作业方法中步骤b1、b2的运动示意图。

图7是本发明的作业方法中步骤b3的运动示意图。

图8是本发明的作业方法中步骤c1的运动示意图。

图9是本发明的作业方法中步骤c2的运动示意图。

图10是本发明的作业方法中步骤c3的运动示意图。

图11是本发明的作业方法中步骤c4的运动示意图。

图中：1、内嵌升降式数控脉动进给机构，2、内嵌升降式数控转位机构，3、床身，4、导轨滑块副i，5、丝杠i，6、伺服电机系统i，7、楔形滑块i，8、楔形滑块ii，9、导轨滑块副ii，10、导轨滑块副iii，11、梯形升降台，12、导轨滑块副iv，13、丝杠ii，14、螺母座，15、伺服电机系统ii，16、工件托板连接座，17、工件托板，18、安装底座，19、下驱动缸，20、上伸出缸，21、转台，22、伺服电机系统iii，23、工件转位托盘，24、底板，25、支撑框架，26、工件安放平台，27、工件托板伸出孔，28、工件转位托盘伸出孔，29、工件，30、水平向通口，31、竖直向通口。

具体实施方式

以下结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

如图1-5所示，一种内嵌升降式数控脉动进给和转位调姿作业平台，包括床身3、内嵌升降式数控脉动进给机构1和内嵌升降式数控转位机构2。

所述的床身3由底板24、支撑框架25和工件安放平台26组成。工件安放平台26通过支撑框架25固定安装于底板24上方，工件安放平台26设有工件托板伸出孔27和工件转位托盘伸出孔28。

所述的内嵌升降式数控脉动进给机构1由导轨滑块副i4、丝杠i5、伺服电机系统i6、楔形滑块i7、楔形滑块ii8、导轨滑块副ii9、导轨滑块副iii10、梯形升降台11、导轨滑块副iv12、丝杠ii13、螺母座14、伺服电机系统ii15、工件托板连接座16和工件托板17组成。导轨滑块副i4和丝杠i5固定安装于床身3下部的底板24上，丝杠i5的前端和尾端具有螺纹旋向相反的外螺纹；楔形滑块i7和楔形滑块ii8为结构尺寸相同的楔形结构，中部具有与丝杠i5配合的内螺纹，顶端面和底端面成α角，楔形滑块i7的底端面与导轨滑块副i4的前端连接，楔形滑块i7的中部内螺纹与丝杠i5的前端外螺纹配合连接，楔形滑块ii8的底端面与导轨滑块副i4的尾端连接，楔形滑块ii8的中部内螺纹与丝杠i5的尾端外螺纹配合连接；梯形升降台11为梯形结构，梯形升降台11的前侧面和后侧面分别与顶面成α角，梯形升降台11的前侧面与楔形滑块i7的顶端面通过导轨滑块副ii9连接，梯形升降台11的后侧面与楔形滑块ii8的顶端面通过导轨滑块副iii10连接，梯形升降台11的顶面处于水平面；伺服电机系统i6与丝杠i5连接，驱动楔形滑块i7和楔形滑块ii8同步靠近或同步远离，实现梯形升降台11的上升或下降；导轨滑块副iv12和丝杠ii13固定安装于梯形升降台11的顶面上，工件托板17通过工件托板连接座16与导轨滑块副iv12连接，工件托板连接座16通过螺母座14与丝杠ii13相配合连接，伺服电机系统ii15与丝杠ii13连接，实现驱动工件托板17相对梯形升降台11水平向前或向后直线进给运动。

所述的内嵌升降式数控转位机构2由安装底座18、下驱动缸19、上伸出缸20、转台21、伺服电机系统iii22和工件转位托盘23组成。下驱动缸19通过安装底座18固定安装在床身3下部的底板24上，上伸出缸20安装于下驱动缸19上方，下驱动缸19实现上伸出缸20的伸出和退回；转台21安装在上伸出缸20上，工件转位托盘23安装在转台21上，伺服电机系统iii22与转台21连接，驱动工件转位托盘23转动。

所述的内嵌升降式数控脉动进给机构1中的伺服电机系统i6驱动工件托板17升起后，从工件托板伸出孔27中伸出，工件托板17顶面相对床身3中的工件安放平台26顶面突出距离l1；伺服电机系统i6驱动工件托板17下降后，工件托板17顶面相对工件安放平台26顶面凹进距离l1’。

所述的内嵌升降式数控转位机构2中的下驱动缸19驱动工件转位托盘23升起后，从工件转位托盘伸出孔28中伸出，工件转位托盘23顶面相对床身3中的工件安放平台26顶面突出距离l2；下驱动缸19驱动工件转位托盘23下降后，工件转位托盘23顶面相对工件安放平台26顶面凹进距离l2’。

所述的工件安放平台26中的工件托板伸出孔27长度大于工件托板17长度和工件托板17的水平直线进给行程之和，实现工件托板17相对梯形升降台11水平向前或向后直线进给运动过程中，工件托板17与工件托板伸出孔27不发生空间干涉。

所述的内嵌升降式数控转位机构2中的安装底座18具有水平向通口30，内嵌升降式数控脉动进给机构1中的丝杠i5水平穿过水平向通口30，所述的内嵌升降式数控脉动进给机构1中的梯形升降台11具有竖直向通口31，内嵌升降式数控转位机构2中的安装底座18、下驱动缸19和上伸出缸20由下而上依次穿过竖直向通口31，实现内嵌升降式数控转位机构2与内嵌升降式数控脉动进给机构1无空间干涉。

进一步地，所述的α角为10-45°。

进一步地，所述的距离l1＞5mm；距离l1’＞5mm。

进一步地，所述的距离l2＞5mm；距离l2’＞5mm。

进一步地，所述的伺服电机系统i6、伺服电机系统ii15、下驱动缸19和伺服电机系统iii22由数控系统控制。

如图1-11所示，内嵌升降式数控脉动进给和转位调姿作业平台的作业方法，包括如下步骤：

a、放置工件29：

将工件29安放于床身3中的工件安放平台26上。

b、转位调姿：

b1、内嵌升降式数控转位机构2中的下驱动缸19驱动上伸出缸20及工件转位托盘23上升，工件转位托盘23顶面相对工件安放平台26顶面突出距离l2，实现工件转位托盘23托起工件29离开工件安放平台26；

b2、伺服电机系统iii22驱动工件转位托盘23转向，使工件29达到所需角度；

b3、下驱动缸19驱动工件转位托盘23下降，工件转位托盘23顶面相对工件安放平台26顶面凹进距离l2’，实现工件转位托盘23放下工件29至工件安放平台26上。

d、单次进给：

c1、内嵌升降式数控脉动进给机构1中的伺服电机系统i6驱动工件托板17上升，工件托板17顶面相对工件安放平台26顶面突出距离l1，实现工件托板17托起工件29离开工件安放平台26；

c2、伺服电机系统ii15驱动工件托板17水平向前或向后直线进给运动，实现工件29向前或向后直线进给运动；

c3、伺服电机系统i6驱动工件托板17下降，工件托板17顶面相对工件安放平台26顶面凹进距离l1’，实现工件托板17放下工件29至工件安放平台26；

c4、伺服电机系统ii15驱动工件托板17水平反向直线进给运动，实现工件托板17重返至初始工位。

d、多段脉动进给：根据总工序数依次循环重复步骤b、c，根据每道工序的工件29角度和进给位置的工艺要求，改变相应步骤b、c中的转位调姿角度和进给距离，实现工件29达到各个工序的对应位姿。

本发明不局限于本实施例，任何在本发明披露的技术范围内的等同构思或者改变，均列为本发明的保护范围。