一种数控机床机械手和定位装置的制作方法

本发明涉及数控机床技术领域，具体涉及一种数控机床机械手和定位装置。

背景技术：

随着工业自动化的发展,出现了数控加工中心,它在减轻工人的劳动强度的同时,大大提高了劳动生产率。但数控加工中常见的上下料工序,通常仍采用人工操作或传统继电器控制的半自动化装置。前者费时费工、效率低；后者因设计复杂,需较多继电器,接线繁杂,易受车体振动干扰,而存在可靠性差、故障多、维修困难等问题。

在数控加工中心制造业中，工件加工都需要先对工件进行定位。在进行数控加工中心工件的定位时，一般采用以下三种方法进行定位：

1、采用人工直角靠尺定位，进行定位操作时，人工左手拿直角靠尺,在加工底座预设好的基准上将靠尺靠紧,然后右手将待加工工件的两个边紧贴靠尺后,放平工件,再打开底座上的真空或压上压块将工件固定,达到工件定位目的。

这种定位方式缺点是：数控加工中心精度要求在几个微米和几个丝以内,人工直角靠尺很难保证定位精度，原因是靠尺紧和松凭人的感觉,加上底座加工有很多残渣,如果在靠尺靠上去时残渣未清理干净也极易造成靠尺偏位,再是靠尺一般由压克力材料做成,也易磨损,导致定位偏离,从而影响定位精度,而且人工操作也实现不了自动化。

2、采用气缸推进方式定位，利用气缸可以自由伸缩的原理，在气缸伸缩杆上安装一个L型的推块，L型的两个边代替直角靠尺的两个边，L型的直角处与加工底座的四个角中的一个直角在一条线上，在未放工件时气缸伸缩杆处于缩回状态，当放工件时，工件的一个直角靠紧气缸的推块的直角，然后气缸伸出将工件推向加工底座中心，到达定位目的。

这种方式缺点是：气缸本身结构设计所限,是一种粗放性的伸缩动作功能，因为他是靠密封圈来密封缸内活塞，用垫圈来限位，密封、限位圈都有弹性，因此限位没有精度，也容易磨损。再加上气缸受气源压强的强弱变化出力不稳定，其惯性大小也不一样，加上此装置只有一个角，两个边限位，另外两个边悬空，在推力惯性的大小不同情况下，工件受惯性产生的飘移是不定的，因此很难保证定位精度。还有产品加工时是不断喷含有酸碱性的水，也有残渣，气缸伸缩杆很容易被粘上脏污,随着气缸伸缩很容易磨损密封圈,导致气缸损坏或不稳定，寿命短。

3、采用CCD光学定位，CCD是视觉成像，是利用CCD视觉抓取工件边线来计算工件中心位置，视觉成像与周边光源有关，就像照相一样，光在工件不同角度会有倒影和折射，这都会引起CCD对产品边线造成误判，特别是对加工工件是玻璃透明体来说，更是无法保证到精度，再加上成本很高也不完美，因此很难得到实际应用。

以上三种方案均不能保证工件定位的精度和稳定性,加工好的产品没有保存处理，造成加工出来的工件不良率很高，降低了效率，增加了生产成本，到目前为止尚未得到实际应用与推广。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种数控机床机械手和定位装置，以解决背景技术中所提出的问题，它具有龙门式三维运动机械抓手和数控工件定位装置，利用同轴左右螺纹双向运动原理，通过电子数字系统控制电机，电机带动螺杆转动，在正反螺纹转轴正反转时实现工件夹具的夹紧或松开工件达到精确定位。本装置的动作过程全部由电子数控装置系统控制，它的龙门式机械手能自动将工件在夹紧定位机构上放置或取下，本装置具有自动清除工件残渣功能，具有工件的自动浸泡功能，具有能在数控加工设备上安装1-10个工件定位装置多工件加工。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种数控机床机械手和定位装置，包括工作台座、龙门式机械手、滑台支撑架、滑台、夹紧定位机构、弹性缓冲机构、气阀控制盒、夹紧定位机构底座、残渣清理机构、浸泡升降机构、电子数控装置、气阀控制盒、工件上料装置，工件下料装置；其特征在于：所述的龙门式机械手、浸泡升降机构、工件上料装置，工件下料装置安装在工作台座上，工作台座固定在数控机床移动装置上，同时也固定在滑台上，滑台固定在滑台支撑架上，滑台支撑架固定在数控机床机身上；夹紧定位机构、工件残渣清理机构、弹性缓冲机构、气阀控制盒固定在夹紧定位机构底座上，夹紧定位机构底座固定在数控机床移动装置上；电子数控装置放置在机械手和定位装置机构工作台外部；龙门式机械手由左垂直支架和右垂直支架支撑为龙门式结构；所述的滑台支撑架和滑台组成龙门式机械手、浸泡升降机构、工件上料装置，工件下料装置安装在工作台座的支撑结构，工作台座固定在数控机床移动装置上，借助数控机床移动装置动力带动工作台座在滑台上滑动；所述的龙门式机械手在水平工作面上设有X轴运动模组和Y轴运动模组，在上下工作面上设有Z轴运动模组，Y轴运动模组的端部设有机械抓手，通过龙门式机械手能将待加工工件在夹紧定位机构上放入或取下，龙门式机械手电机组包括X轴运动模组电机、Y轴运动模组电机、Z轴运动模组电机和机械抓手电机。

优选的，所述的夹紧定位机构由定位电机、工件定位底座、轴承座、左螺纹丝杆、右螺纹丝杆、左螺纹套、右螺纹套、左L型直角靠尺定位推块和右L型直角靠尺定位推块组成；所述的定位电机的左端连接有正向的左螺纹丝杆，定位电机的右端连接有反向的右螺纹丝杆，左螺纹丝杆上设有与之配合的左螺纹套，右螺纹丝杆上设有与之配合的右螺纹套，左L型直角靠尺定位推块和右L型直角靠尺定位推块分别设在左螺纹套和右螺纹套上，所述的左L型直角靠尺定位推块上设有弹性缓冲机构，左螺纹丝杆和右螺纹丝杆的下方设有导轨，左螺纹套和右螺纹套与导轨滑动配合。

当定位电机正转时，左螺纹丝杆和右螺纹丝杆上的左螺纹套和右螺纹套带动左L型直角靠尺定位推块和右L型直角靠尺定位推块向中间靠拢，夹紧工件；当定位电机反转时，左螺纹丝杆和右螺纹丝杆上的左螺纹套和右螺纹套带动左L型直角靠尺定位推块和右L型直角靠尺定位推块向两边移动，松开工件。

优选的，所述的残渣清理机构由喷气孔、喷气管接头、气阀控制盒组成，喷气孔设在左L型直角靠尺定位推块或右L型直角靠尺定位推块上，气阀控制盒通过喷气管接头连接喷气孔，高压气体通过气阀控制盒控制后，喷气孔喷出的高压气体能清洁工件表面和加工定位底座上的加工残留物。

优选的，所述的浸泡升降机构设在龙门式机械手的左侧，工件上料装置设在龙门式机械手的右侧，所述的浸泡升降机构包括升降电机、联轴器、螺纹丝杆、螺纹套、轴承座、容水箱、工件升降托盘、工件下料装置；螺纹丝杆一端连接轴承座，另一端通过联轴器与升降电机连接，螺纹套设置在螺纹丝杆上，并与工件升降托盘连接，所述的工件下料装置设在工件升降托盘上，通过升降电机带动螺纹丝杆转动，螺纹套沿着螺纹丝杆上下移动，使得与螺纹套连接的工件升降托盘能够升降，从而将工件下料装置中的工件浸泡到容水箱里或取出。

优选的，所述的电子数控装置由人机操作面板、微处理器控制电路、龙门式机械手程序控制电路、夹紧定位机构程序控制电路、残渣清理机构程序控制电路、浸泡升降机构程序控制电路组成；所述人机操作面板上设有启动停止开关、操作按钮组、工作指示灯，人机操作面板提供人机交换操作，人工调试功能，工件加工程序通过触摸屏输入，工作方式分手动和自动两种；所述微处理器控制电路按工作程序和人机操作面板设定的动作对龙门式机械手程序控制电路、夹紧定位机构程序控制电路、残渣清理机构程序控制电路、浸泡升降机构程序控制电路进行控制；所述龙门式机械手程序控制电路对龙门式机械手电机组进行控制，所述夹紧定位机构程序控制电路对定位电机进行控制，所述浸泡升降机构程序控制电路对升降电机进行控制，所述残渣清理机构程序控制电路对气阀控制盒进行控制。

优选的，所述的弹性缓冲机构能用弹簧、弹性橡胶、弹片结构方式代替，弹性缓冲结构的缓冲行程可设定和调节。

优选的，所述的浸泡升降机构(5)升降机构能用气缸，液压，传动带代替，能通过升降机构的动力多方向带动工件升降托盘(27)升降。

优选的，所述的数控机床机械手和定位装置上能安装1到10个夹紧定位机构进行多工件加工。

优选的，所述的定位电机不限于设置在夹紧定位机构的中心位置，定位电机能够设置在夹紧定位机构的左端或右端，此时的左螺纹丝杆和右螺纹丝杆能够用同轴双向的螺纹丝杆代替。

优选的，所述的残渣清理机构，不限于用喷气机构除残渣，能用喷液机构代替进行除残渣。

优选的，所述的支撑架能用其他结构方式来支撑，在某些数控机床上安装时能不用支撑架和滑台。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明具有龙门式三维运动机械抓手和数控定位装置，利用左右螺纹双向运动原理，通过电子数控装置控制定位电机，电机带动螺杆转动，双向螺纹轴正反转时实现一开一合夹紧松开工件实现精确定位，使工件中心与固定加工底座中心重合，从而实现高精度、高效率、高稳定性的定位，极大提高了产品合格率和生产效率。本装置的龙门式机械手通过控制X轴运动模组、Y轴运动模组和Z轴运动模组在空间内全自由度的活动，同时在Z轴运动模组上设置有机械抓手的吸盘装置，机械抓手的吸盘装置上的真空吸盘下降吸住工件后上升，然后移动到预定位置，真空吸盘下降，真空吸盘将工件放在固定装置的固定加工底座上释放，工件定位底座上有辅助真空吸入孔，能将工件辅助吸紧，同时固定装置上的L型定位推块将工件向中心靠拢推向固定加工底座中心，使工件中心与固定加工底座中心重合，从而实现高精度、高效率、高稳定性的定位，极大提高了产品合格率和生产效率。本装置的动作过程全部由电子数控装置系统控制，实现了自动化，节省了人工，降低了生产成本。本定位装置可根据实际需要可在同一台数控加工中心上安装一个或多个来组合，使其数控加工中心不停机，不间断的在加工工件，再加上龙门式机械手能将工件在夹紧定位机构上放置或取下，从而实现高精度、高效率、高稳定性的定位，极大提高了产品合格率和生产效率。本装置具有自动清除工件残渣功能，具有工件的自动浸泡功能，极具推广价值。

附图说明

图1为本发明的组成结构示意图；

图2为本发明夹紧定位机构的结构实施例示意图；

图3为L型直角靠尺定位推块的移动结构实施例示意图

图4为本发明电机带动左右螺纹丝杆的结构实施例示意图；

图5为本发明浸泡升降机构的结构实施例示意图；

图6为本发明的电子控制装置的电路实施例示意图。

图中：1-龙门式机械手工作台座；2-龙门式机械手；3-夹紧定位机构；4-残渣清理机构；5-浸泡升降机构；6-电子数控机构；7-左垂直支架；8-右垂直支架；9-X轴运动模组；10-Y轴运动模组；11-Z轴运动模组；12-弹性缓冲机构；13-工件上料装置；14-机械抓手；15-气阀控制盒；16-喷气孔；17-喷气管接头；18-滑台支撑架；19-龙门式机械手电机组；20-滑台；21-升降电机；22-联轴器；23-螺纹丝杆；24-螺纹套；25-轴承座；26-容水槽；27-工件升降托盘；28-工件下料装置；29-夹紧定位机构底座；30-数控机床移动装置；31-定位电机；32-工件定位底座；33-轴承座；34-左螺纹丝杆；35-右螺纹丝杆；36-左螺纹套；37-右螺纹套；38-左L型直角靠尺定位推块；39-右L型直角靠尺定位推块；40-导轨；61-人机操作面板；62-微处理器控制电路；63-龙门式机械手程序控制电路；64-夹紧定位机构程序控制电路；65-残渣清理机构程序控制电路；66-浸泡升降机构程序控制电路。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参看如图1～图5所示，一种数控机床机械手和定位装置，包括包括工作台座1、龙门式机械手2、滑台支撑架18、滑台20、夹紧定位机构3、弹性缓冲机构12、气阀控制盒15、夹紧定位机构底座29、残渣清理机构4、浸泡升降机构5、电子数控装置6、气阀控制盒15、工件上料装置13，工件下料装置28；其特征在于：所述的龙门式机械手2、浸泡升降机构5、工件上料装置13，工件下料装置28安装在工作台座1上，工作台座1固定在数控机床移动装置30上，同时也固定在滑台20上，滑台固20固定在滑台支撑架18上，滑台支撑架18固定在数控机床机身上；夹紧定位机构3、弹性缓冲机构12、气阀控制盒15、工件残渣清理机构4固定在夹紧定位机构底座29上，夹紧定位机构底座29固定在数控机床移动装置30上；电子数控装置6放置在机械手和定位装置机构工作台外部；龙门式机械手2由左垂直支架7和右垂直支架8支撑为龙门式结构；所述的龙门式机械手2在水平工作面上设有X轴运动模组9和Y轴运动模组10，在上下工作面上设有Z轴运动模组11，Y轴运动模组11的端部设有机械抓手14，通过龙门式机械手2能将待加工工件在夹紧定位机构3上放入或取下，龙门式机械手电机组19包括X轴运动模组9电机、Y轴运动模组10电机、Z轴运动模组11电机和机械抓手14电机。

参看图2、图3、图4所示，所述的夹紧定位机构3由定位电机31、工件定位底座32、轴承座33、左螺纹丝杆34、右螺纹丝杆35、左螺纹套36、右螺纹套37、左L型直角靠尺定位推块38和右L型直角靠尺定位推块39组成；所述的定位电机31的左端连接有正向的左螺纹丝杆34，定位电机31的右端连接有反向的右螺纹丝杆35，左螺纹丝杆34上设有与之配合的左螺纹套36，右螺纹丝杆35上设有与之配合的右螺纹套37，左L型直角靠尺定位推块38和右L型直角靠尺定位推块39分别设在左螺纹套36和右螺纹套37上，所述的左L型直角靠尺定位推块38上设有弹性缓冲机构12，左螺纹丝杆34和右螺纹丝杆35的下方设有导轨40，左螺纹套36和右螺纹套37与导轨40滑动配合。

当定位电机31正转时，左螺纹丝杆34和右螺纹丝杆35上的左螺纹套36和右螺纹套37带动左L型直角靠尺定位推块38和右L型直角靠尺定位推块39向中间靠拢，夹紧工件；当定位电机31反转时，左螺纹丝杆34和右螺纹丝杆35上的左螺纹套36和右螺纹套37带动左L型直角靠尺定位推块38和右L型直角靠尺定位推块39向两边移动，松开工件。

参看图1、图2、图3所示，所述的残渣清理机构4由喷气孔16、喷气管接头17、气阀控制盒15组成，喷气孔16设在左L型直角靠尺定位推块38或右L型直角靠尺定位推块39上，气阀控制盒15通过喷气管接头17连接喷气孔16，高压气体通过气阀控制盒15控制后，喷气孔16喷出的高压气体能清洁工件表面和加工定位底座32上的加工残留物。

参看图1、图5所示，所述的浸泡升降机构5设在龙门式机械手2的左侧，工件上料装置13设在龙门式机械手2的右侧，所述的浸泡升降机构5包括升降电机21、联轴器22、螺纹丝杆23、螺纹套24、轴承座25、容水箱26、工件升降托盘27、工件下料装置28；螺纹丝杆23一端连接轴承座25，另一端通过联轴器22与升降电机21连接，螺纹套24设置在螺纹丝杆23上，并与工件升降托盘27连接，所述的工件下料装置28设在工件升降托盘27上，通过升降电机21带动螺纹丝杆23转动，螺纹套24沿着螺纹丝杆23上下移动，使得与螺纹套24连接的工件升降托盘27能够升降，从而将工件下料装置28中的工件浸泡到容水箱26里或取出。

参看图6、图1～图5所示，所述的电子数控装置6由人机操作面板61、微处理器控制电路62、龙门式机械手程序控制电路63、夹紧定位机构程序控制电路64、残渣清理机构程序控制电路65、浸泡升降机构程序控制电路66组成；所述人机操作面板61上设有启动停止开关、操作按钮组、工作指示灯，人机操作面板61提供人机交换操作，人工调试功能，工件加工程序通过触摸屏输入，工作方式分手动和自动两种；所述微处理器控制电路62按工作程序和人机操作面板61设定的动作对龙门式机械手程序控制电路63、夹紧定位机构程序控制电路64、残渣清理机构程序控制电路65、浸泡升降机构程序控制电路66进行控制。所述龙门式机械手程序控制电路63对龙门式机械手电机组19进行控制，所述夹紧定位机构程序控制电路64对定位电机31进行控制，所述浸泡升降机构程序控制电路66对升降电机21进行控制，所述残渣清理机构程序控制电路65对气阀控制盒15进行控制。

所述的弹性缓冲机构12能用弹簧、弹性橡胶、弹片结构方式代替，弹性缓冲结构的缓冲行程可设定和调节；所述的浸泡升降机构5升降机构能用气缸，液压，传动带代替；能通过升降机构的动力多方向带动工件升降托盘27升降；所述的数控机床机械手和定位装置上能安装1到10个夹紧定位机构3进行多工件加工；所述的定位电机31不限于设置在夹紧定位机构3的中心位置，定位电机31能够设置在夹紧定位机构3的左端或右端，这时的左螺纹丝杆34和右螺纹丝杆35能够用同轴双向的螺纹丝杆代替；所述的残渣清理机构4不限于用喷气机构除残渣，能用喷液机构代替进行除残渣；所述的支撑架18能用其他结构方式来支撑，在某些数控机床上安装时能不用支撑架18和滑台20。

参看图1～图4所示，本装置的龙门式机械手2通过控制X轴运动模组9、Y轴运动模组10和Z轴运动模组11在空间内全自由度的活动，同时在Y轴运动模组10上设置有机械抓手14的吸盘装置，机械抓手14的吸盘装置上的真空吸盘下降吸住工件后上升，然后移动到预定位置，真空吸盘下降，真空吸盘将工件放在夹紧定位机构3上释放，夹紧定位机构3上的左L型直角靠尺定位推块38和由L型直角靠尺定位推块39将工件向中心靠拢推向固定加工底座中心，使工件中心与固定加工底座中心重合，从而实现高精度、高效率、高稳定性的定位。

本发明具有龙门式三维运动机械抓手和数控工件定位装置，利用同轴左右螺纹双向运动原理，通过数字系统控制电机，电机带动螺杆转动，在正反螺纹转轴正反转时实现工件夹具的夹紧或松开工件达到精确定位。本装置的动作过程全部由电子数控装置系统控制，它的龙门式机械手能自动将工件在夹紧定位机构上放置或取下，本装置具有自动清除工件残渣功能，具有工件的自动浸泡功能，具有能在数控加工设备上安装1-10个工件定位装置多工件加工，本装置自动化程度高，功能多，能高精度高效率进行工件定位，极具推广价值。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。