一种液压式五自由度机床上下料机械手的制作方法
【专利摘要】本发明涉及机床上下料自动化【技术领域】，提供了一种液压式五自由度机床上下料机械手。包括龙门框架、液压泵站、一轴液压马达、一轴马达连接板、回转底座连接板、回转底座、大臂、二轴液压马达、小臂、三轴液压马达、电磁抓手、四轴液压马达、电磁抓手主电源、电磁抓手备用电源；液压泵站设置于龙门框架上方。本发明采用四支液压马达作为驱动元件，实现机械手的空间运动，在较大范围内对毛坯和成品零件进行抓取、搬运和放置等操作，实现对机床的上下料。
【专利说明】一种液压式五自由度机床上下料机械手
【技术领域】
[0001]本发明涉及机床上下料自动化【技术领域】，具体涉及一种液压式五自由度机床上下料机械手。
[0002]
【背景技术】
[0003]机床上下料机械手是将待加工工件送装到机床上的加工位置和将已加工工件从加工位置取下的自动或半自动机械装置。
[0004]大部分机床上下料机械手的下料机构比较粗糙，或上料机构兼具下料的功能，所以大部分上下料机械手基本上就是上料机械手。机床上下料装置是自动机床的一个组成部分，用于效率高、机动时间短、工件装卸频繁的半自动机床，能显著地提高生产率和减轻体力劳动。机床上下料机械手也是组成自动生产线必不可少的辅助装置。
[0005]采用机床上下料机械手，具有如下几个方面的突出优势:第一，可实现节约人力资源。有的料，尤其是比较重的料，往往需要几个工人才能完成，这时采用机床上下料装置，可以轻松解决问题；第二，可实现程序化操作。机床上下料装置是可以进行编程控制的，只要通过程序控制执行元件，即可实现自动操作控制，并且速度可调；第三，可减少人为损耗。如果是人工操作的话，很难保证不出意外，造成工人伤亡或者机器损坏，亦或是工件受损，采用机床上下料装置，这些意外情况都可以避免；第四，可大幅提高效率。显而易见，机床上下料装置可显著减少空余时间，不间断的操作，对于加工任务在时间紧任务多的情况下，具有明显的优势。
[0006]国外由于资金比较充足，所以机床上下料机械手基本都采用独立的工业机器人，有四自由度、五自由度和六自由度的，其中六自由度工业机器人用于上下料的操作最为普遍。机器人具有六个自由度，安装在机床的外边，与机床有一定的距离，两者是分离式，通过控制机器人的六个关节，实现对毛坯和成品零件的抓取、搬运和放置。而且，这其中并不包括末端执行器的夹紧和释放的自由度。末端执行器一般采用成熟的抓手产品，如德国熊克公司生产的抓手等。国内的机床上下料机械手也与国外有相似之处，大部分企业都采用昂贵的工业机器人，末端执行器采用成熟的气动抓手，需要气源及气动元器件组成气动系统；还有一部分企业根据具体的机床、具体的坯料自行设计机械手，来实现上下料的功能，但是末端夹紧机构仍然采购成品，造成气源和气动系统以及电机及驱动系统并用的局面。
[0007]因此，目前机床上下料机械手价格昂贵、缺乏与机床的一体化设计。鉴于此，本发明提供了一种液压式五自由度机床上下料机械手，其龙门框架便于与机床实现一体化衔接，包括末端执行元件的夹紧与释放自由度在内总计仅有五个自由度，实现了较大范围的空间运动，且单一采用液压传动，避免了电动与气动的混合使用。
[0008]
【发明内容】
[0009]本发明要解决的技术问题在于提供一种结构简单、能够实现较大范围的空间运动且自由度最少的液压式机床上下料机械手。
[0010]本发明采用如下技术方案:
一种液压式五自由度机床上下料机械手，包括龙门框架、液压泵站、一轴液压马达、一轴马达连接板、回转底座连接板、回转底座、大臂、二轴液压马达、小臂、三轴液压马达、电磁抓手、四轴液压马达、电磁抓手主电源、电磁抓手备用电源；
所述液压泵站设置于龙门框架的上方；
所述一轴马达连接板固结于龙门框架上，回转底座连接板也固结于龙门框架上，二者中心孔轴线竖直重合；
所述一轴液压马达螺栓连接于一轴马达连接板上，输出轴朝下，并与回转底座用花键连接，回转底座通过轴承与回转底座连接板连接，其仅存在相对回转自由度；
所述回转底座水平孔与大臂一端通过轴承链接，二轴液压马达固结在大臂的这一端上，输出轴通过花键与回转底座连接；
所述大臂另一端与小臂一端链接，三轴液压马达也固结于大臂的这一端上，其输出轴通过花键与小臂的这一端连接；
所述小臂的另一端与电磁抓手链接，四轴液压马达也固结于小臂的这一端上，其输出轴通过花键与电磁抓手连接；
所述电磁抓手主电源和电磁抓手备用电源固定放置于龙门框架上，位于液压泵站的两侧。
[0011]所述一轴液压马达、二轴液压马达、三轴液压马达、四轴液压马达与电磁抓手共同完成机械手的空间大范围运动及抓取操作。
[0012]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
1、仅采用四支液压马达和一个电磁抓手作为驱动元件和执行元件，整个机械手总计五个自由度即可实现在较大范围的空间运动，完成对机床的上下料操作；
2、避免了对气动系统的需求，气源及相关气动元器件等均不再需要，排出了电动与气动的混合使用和控制。
[0013]
【专利附图】
【附图说明】
[0014]图1是本发明的液压式五自由度机床上下料机械手的三维结构示意图。
[0015]图2是本发明的液压式五自由度机床上下料机械手的俯视图。
[0016]图3是本发明的液压式五自由度机床上下料机械手的主视图。
[0017]图4是本发明的液压式五自由度机床上下料机械手的工作原理图。
[0018]附图标记说明:
1、龙门框架，2、液压泵站，
3、一轴液压马达4、一轴马达连接板，
5、回转底座连接板 6、回转底座，
7、大臂，8、二轴液压马达，
9、小臂，10、三轴液压马达， 11、电磁抓手，12、四轴液压马达，
13、电磁抓手主电源，14、电磁抓手备用电源。
[0019]
【具体实施方式】
[0020]一方面，为了节约能源和降低成本，尽量减少驱动执行元件的数量，秉持“减少驱动元件、结构简单、功能到位”的理念，另一方面，在实际应用中，要求适合各种工况，本发明提出了一种液压式五自由度机床上下料机械手，可以与卧式车床、立式车床等多种机床安装搭配使用。其结构简单，便于控制，自由度少、驱动执行元件少，仅仅要求料仓传动机构将坯料送至该机械手的工作空间范围内，即可完成对机床的上下料操作。
[0021]下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
[0022]如图1-图4所示，本发明提供一种液压式五自由度机床上下料机械手，包括龙门框架1、液压泵站2、一轴液压马达3、一轴马达连接板4、回转底座连接板5、回转底座6、大臂7、二轴液压马达8、小臂9、三轴液压马达10、电磁抓手11、四轴液压马达12、电磁抓手主电源13、电磁抓手备用电源14 ；
液压泵站2设置于龙门框架1的上方；
一轴马达连接板4固结于龙门框架1上，回转底座连接板5也固结于龙门框架1上，二者中心孔轴线竖直重合；
一轴液压马达3螺栓连接于一轴马达连接板4上，输出轴朝下，并与回转底座6用花键连接，回转底座6通过轴承与回转底座连接板5连接，其仅存在相对回转自由度；
回转底座6水平孔与大臂7 —端通过轴承链接，二轴液压马达8固结在大臂7的这一端上，输出轴通过花键与回转底座6连接；
大臂7另一端与小臂9 一端链接，三轴液压马达10也固结于大臂7的这一端上，其输出轴通过花键与小臂9的这一端连接；
小臂9的另一端与电磁抓手11链接，四轴液压马达12也固结于小臂9的这一端上，其输出轴通过花键与电磁抓手11连接；
电磁抓手主电源13和电磁抓手备用电源14固定放置于龙门框架1上，位于液压泵站2的两侧。
[0023]一轴液压马达3、二轴液压马达8、三轴液压马达10、四轴液压马达12与电磁抓手11共同完成机械手的空间大范围运动及抓取操作。
[0024]整个机构为空间运动机构，只需保证料仓传送装置将待抓取的坯料送至本发明装置的工作空间范围内即可，具体位置具有任意性。
[0025]本发明提供的液压式五自由度机床上下料装置，仅采用四支液压马达和一个电磁抓手即可实现在较大的空间范围内对机床进行上下料操作，避免了使用气动系统，又减少了驱动执行元件的数量，降低了成本，机构简单、紧凑，具有安全性和方便性。
[0026]工作原理:
本发明提供的一种液压式五自由度机床上下料机械手，能够通过控制一轴液压马达3、二轴液压马达8、三轴液压马达10、四轴液压马达12，来实现电磁抓手11到达运动空间范围内的任意一点，进而再通过控制电磁抓手主电源13 (或电磁抓手备用电源14)的通断来实现给坯料或者成品零件的抓取或释放。根据该原理可知，本发明适合于钢铁材料的坯料。下面以本发明装置的一个工作周期为例，详细阐述其工作原理和过程，包括在传送带上对毛坯料进行抓取、运送到机床的三角卡盘上；待该坯料加工好后，再对该成品零件进行抓取，最后运送到传送带的成品零件放置处。
[0027]如图2所示，一轴液压马达3可以绕其自身回转轴I在图示角度范围内水平回转；如图3所示，二轴液压马达8、三轴液压马达10、四轴液压马12达均可绕着自身回转轴I1、
111、IV在竖直平面内回转，范围图中已标出。从而使电磁抓手11可以在空间某范围内到达任意一点。当料仓传送带将待加工坯料运送至本发明装置的工作空间范围内，例如图4中的(3位置时，传送带停止运动；根据位置0的坐标，通过控制器进行反解运算，计算出一轴液压马达3、二轴液压马达8、三轴液压马达10、四轴液压马达12应该转动的角度，并控制液压系统，使电磁抓手11到达。位置。当电磁抓手11下端与坯料上表面达到某一微小距离(如2皿)时，电磁抓手主电源13 (或电磁抓手备用电源14)通电，坯料被牢牢吸住。再根据三角卡盘中心位置坐标，反解出一轴液压马达3、二轴液压马达8、三轴液压马达10、四轴液压马达12的转动角度，控制液压系统，将电磁抓手与坯料投放到三角卡盘的正上方，并逐渐下落，当坯料下表面距离三角卡盘底面一设定距离(如2^)时，控制电磁抓手主电源13 (或电磁抓手备用电源14)断电，电磁抓手复零位。待机床将坯料加工成成品零件后，将其从三角卡盘6处运送至传送带的成品零件放置处0位置。运动过程是上述过程的逆过程，原理相同。
[0028]以上所述本发明的【具体实施方式】，并不构成对本发明保护范围的限定。
【权利要求】
1.一种液压式五自由度机床上下料机械手，其特征在于，包括龙门框架(I)、液压泵站(2)、一轴液压马达(3)、一轴马达连接板(4)、回转底座连接板(5)、回转底座(6)、大臂(7)、二轴液压马达(8)、小臂(9)、三轴液压马达(10)、电磁抓手(11)、四轴液压马达(12)、电磁抓手主电源(13)、电磁抓手备用电源(14); 所述液压泵站(2)设置于龙门框架(I)的上方； 所述一轴马达连接板(4)固结于龙门框架(I)上，回转底座连接板(5)也固结于龙门框架(I)上，二者中心孔轴线竖直重合；所述一轴液压马达(3)螺栓连接于一轴马达连接板(4)上，输出轴朝下，并与回转底座(6 )用花键连接，回转底座(6 )通过轴承与回转底座连接板(5 )连接，其仅存在相对回转自由度; 所述回转底座(6)水平孔与大臂(7)—端通过轴承链接，二轴液压马达(8)固结在大臂(7)的这一端上，输出轴通过花键与回转底座(6)连接； 所述大臂(7)另一端与小臂(9) 一端链接，三轴液压马达(10)也固结于大臂(7)的这一端上，其输出轴通过花键与小臂(9)的这一端连接； 所述小臂(9)的另一端与电磁抓手(11)链接，四轴液压马达(12)也固结于小臂(9)的这一端上，其输出轴通过花键与电磁抓手(11)连接； 所述电磁抓手主电源(13 )和电磁抓手备用电源(14)固定放置于龙门框架(I)上，位于液压泵站(2)的两侧。
2.如权利要求1所述的液压式五自由度机床上下料机械手，其特征在于，所述一轴液压马达(3)、二轴液压马达(8)、三轴液压马达(10)、四轴液压马达(12)与电磁抓手(11)共同完成机械手的空间大范围运动及抓取操作。
【文档编号】B25J9/00GK104385040SQ201410574397
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年10月24日 优先权日:2014年10月24日
【发明者】魏春雨, 张珂, 肖阳, 张丽秀 申请人:沈阳建筑大学