一种异形棒料柔性自动加工装置及其加工方法
【专利摘要】本发明公开了一种异形棒料柔性自动加工装置及其加工方法。异形棒料柔性自动加工装置包括底座、自动上下料模块、柔性装夹模块和伺服进给切削模块，分别实现了异形棒料的自动上下料、装夹和切削加工操作。本发明从机电一体化设计思想出发，根据异形棒料的自身特点，采用柔性化设计方法，实现了异形棒料的装夹自动化。配合专用分料机构和机械手之后，就能实现异形棒料的自动加工，使用简单可靠，有效地提高了异形棒料加工自动化程度，减少了劳动力人数，降低了人为因素的影响，具有良好的性价比。
【专利说明】—种异形棒料柔性自动加工装置及其加工方法
[0001]
【技术领域】
[0002]本发明涉及一种棒料加工装置及其使用方法，尤其涉及一种异形棒料柔性自动加工装置及其使用方法。
【背景技术】
[0003]异形棒料是一类体型细长、截面形状奇异的棒料，如内六角扳手、汽车悬架拉杆以及各种钻头等常用工具或零件的毛坯件。异形棒料的截面形状大致可分为圆形、扁平形以及多边形，棒料两端结构多为异形。
[0004]一般异形棒料具有多道加工工序，每道工序普遍采用专用机床完成。目前市面上没有适用于异形棒料的定位夹紧装置，异形棒料定位和装夹仍需人工完成。因此，在加工工程中，每台专用机床必须配备一名操作人员来完成异形棒料的定位和装夹。我国是异形棒料的制造消费大国，但目前其生产模式仍为劳动密集型，技术含量低、附加值低。随着劳动力成本上升、人民币升值等因素的恶化，我国制造低成本的优势将逐渐丧失。因此如何提升异形棒料加工工艺，实现异形棒料自动化生产已迫在眉睫。
[0005]可见，目前异形棒料制造过程存在以下局限性:1)自动化程度低。一般异形棒料的加工工序多，目前市场上虽然已有多种通用夹具，如端盖类零件和轴类零件的通用或专用夹具，但都不适用于异形棒料的自动装夹，完成每个零件制造需多个操作工人参与，生产模式仍为劳动密集型。2)产品质量不稳定。目前异形棒料的装夹、定位需操作人员完成，操作工人的技术水平、工作态度、心理状态等因素直接或间接异形棒料的定位精度和加工效率。
3)劳动力密集，招工和管理困难。目`前每台专用机床需配备一名操作人员，劳动简单重复，缺乏人性化。同时随着中国劳动力成本上升、人民币升值以及环境、资源瓶颈等因素恶化，不可避免的会出现招工和管理困难、制造成本上升、难以按时完成订单任务等一系列问题。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种异形棒料柔性自动加工装置及其加工方法。本发明配合专用分料机构和机械手，就能实现异形棒料的自动加工，从而降低人为因素影响，提高产品质量和生产效率。
[0007]本发明采用的技术方案如下:
一种异形棒料柔性自动加工装置，包括底座和设置在底座上的伺服进给切削模块；
伺服进给切削模块包括:
伺服进给部分:提供支撑和X轴方向、y轴方向的进给运动，
切削部分:通过刀具对工件进行切削；
其特征在于，还包括自动上下料模块和柔性装夹模块；
其中: 1)自动上下料模块:包括y轴摆动气缸、y轴方向平动气缸、两个摆臂、两副平动气爪和两副手爪；y轴方向平动气缸沿Y轴方向固定安装在底座内部，y轴摆动气缸沿X轴方向与y轴方向平动气缸的活塞固定，摆臂与y轴摆动气缸的输出轴通过转动副连接，两副平动气爪分别固定于两摆臂外端沿y轴方向，两副手爪分别与两副平动气爪通过滑动副连接；
2)柔性装夹模块:包括柔性自动定位机构和柔性自动夹紧机构；
柔性自动定位机构包括定位销钉、固定座、弹性定位块和定位气缸；
柔性自动夹紧机构包括上气动滑块、上专用夹头、下专用夹头、下气动滑块、气动卡盘、步进电机、回转台和回转台基座；
回转台基座固定在伺服进给切削模块上，回转台固定在回转台基座上，气动卡盘与回转台通过转动副连接，步进电机与气动卡盘通过同步带连接，步进电机固定在回转台基座上；
固定座固定在气动卡盘上，定位销钉通过顶丝固定在固定座上，上气动滑块和下气动滑块分别通过滑动副与气动卡盘连接，上专用夹头固定在上气动滑块上，下专用夹头固定在下气动滑块上，定位气缸固定在底座上，弹性定位块固定在定位气缸上。
[0008]所述伺服进给切削模块:包括:
切削部分:电机座、电机、专用刀具；
伺服进给部分:支撑板、底座丝杆副、进给轴支承板、工作台、进给丝杆副和两个丝杠电机相连；
电机座与底座固定，专用刀具通过转动副与电机座连接，支撑板固定在底座上，底座丝杆副两端通过轴承与支撑板连接，底座丝杆副的丝杠螺母与进给轴支承板连接，进给轴支承板通过滑动副与支撑板连接，进给丝杆副的丝杠螺母与进给轴支承板连接，进给丝杆副与工作台连接，工作台与进给轴支承板通过滑动副连接，底座丝杆副和进给丝杆副分别通过联轴器与丝杠电机相连接。
[0009]所述的柔性自动定位机构中，定位销钉柔性可调地设置在固定座上，弹性定位块末端为四分之三圆筒。
[0010]所述的柔性自动夹紧机构中，上专用夹头的下端面和下专用夹头的上端面分别与所夹持的工件外形配合。
[0011]一种异形棒料柔性自动加工方法，其特征在于，包括以下步骤:
1)定位气缸控制弹性定位块沿X轴负方向移动，平动气爪控制手爪抓取毛坯件，y轴摆动气缸控制摆臂转动，把毛坯件送到规定垂直位置，y轴方向平动气缸收缩，毛坯件送入气动卡盘内部，毛坯件前端与弹性定位块顶牢，两端分别与定位销钉和弹性定位块的四分之三圆筒顶牢；
2)上专用夹头与下专用夹头将毛坯件夹紧，手抓打开，释放毛坯件，定位气缸控制弹性定位块复位；
3)伺服进给切削模块中的切削部分动作，刀具转动，同时，步进电机启动带动气动卡盘转动，伺服进给部分带动控制回转台做X方向、y方向的进给运动，实现毛还件的加工。
[0012]还包含以下步骤:
4)毛坯件加工完毕之后，伺服进给切削模块中的伺服进给部分带动回转台返回初始位置，同时切削部分和步进电机停止运动； 5)平动气爪控制手爪抓取成品件，然后上专用夹头与下专用夹头在气动作用下复位，y轴方向平动气缸的活塞伸出，控制工件从装夹机构内抽出，同时另一个平动气爪控制手爪再次抓取毛坯件；y轴摆动气缸控制摆臂转动，平动气爪控制手爪释放成品件，进行下一次加工。
[0013]本发明的有益效果是:
1、极大地提高了异形棒料加工自动化程度，操作简单。本发明配合专用分料机构，就能实现异形棒料的自动加工，从而降低人为因素影响，提高产品质量和生产效率。在具体操作过程中，操作人员只需在自动分料机构放入设计的异形棒料数量，其余的定位、装夹和加工操作就能由本发明自动进行。
[0014]2、有效地减少了劳动力人数，提高了产品加工质量稳定性，缓解了招工和管理困难。本发明配合专用分料机构和机械手，只需配备一名专职人员就能实现6台以上专用机床操作，产品的加工质量基本上不受人为因素影响，产品质量稳定性高。
[0015]3、能够满足多种规格和种类的异形棒料的自动装夹，提高了整套装置的利用率。本发明柔性装夹模块中，定位销钉的位置是可以调节的，以适应不同规格异形棒料的定位，弹性定位块的形状设计成四分之三圆筒状，有效地避免了因为夹紧力过大给工件带来不必要的损伤；此外上下专用夹头也是可以根据所加工对象不同而更换的，以适应不同类型异形棒料的加工。
[0016]4、本发明从机电一体化设计思想出发，根据异形棒料的加工特点，为异形棒料的自动加工提供了一套切实可行的解决方案。
[0017]本发明配合专用分料机构和机械手，就能实现异形棒料的自动加工，从而降低人为因素影响，提高产品质量和生产效率，具有良好的性价比。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明异形棒料柔性自动加工装置的示意图；
图2为本发明异形棒料柔性自动加工装置的装夹部分示意图(除去自动上下料模块、伺服进给切削模块以及支架和底座);
图中，底座100、电机座201、电机202、专用刀具203、支撑板204、底座丝杆副205、进给轴支承板206、工作台207、进给丝杆副208、定位销钉301、固定座302、螺钉303、上气动滑块304、上专用夹头305、下专用夹头306、下气动滑块307、气动卡盘308、步进电机309、回转台310、回转台基座311、弹性定位块312、定位气缸313、Y轴摆动气缸401、Y轴方向平动气缸402、摆臂403、平动气爪404、手爪405。
【具体实施方式】
[0019]如附图1和附图2所示，本发明包括底座100、自动上下料模块、柔性装夹模块和伺服进给切削模块；其中:
I)自动上下料模块:包括一个I轴摆动气缸401、一个Y轴方向平动气缸402、两个摆臂403、两副平动气爪404和两副手爪405 ；y轴方向平动气缸402沿y轴方向固定安装在底座100内部，y轴摆动气缸401沿X轴方向与y轴方向平动气缸402的活塞固定，摆臂403与Y轴摆动气缸401的输出轴通过转动副连接，两副平动气爪404分别固定于两摆臂403外端沿y轴方向，两副手爪405分别与两副平动气爪404通过滑动副连接；
2)伺服进给切削模块:包括一个电机座201、一个电机202、一把专用刀具203、一块支撑板204、一个底座丝杆副205、一块进给轴支承板206、一块工作台207、一个进给丝杆副208和两个丝杠电机相连；电机座201与底座100固定，专用刀具203通过转动副与电机座201连接，支撑板204固定在底座100上，底座丝杆副205两端通过轴承与支撑板204连接，底座丝杆副205的丝杠螺母与进给轴支承板206连接，进给轴支承板206通过滑动副与支撑板204连接，进给丝杆副208的丝杠螺母与进给轴支承板206连接，进给丝杆副208与工作台207连接，工作台207与进给轴支承板206通过滑动副连接，底座丝杆副205和进给丝杆副208分别通过联轴器与丝杠电机相连接；
3)柔性装夹模块:包括柔性自动定位机构和柔性自动夹紧机构；柔性自动定位机构包括一根定位销钉301、一个固定座302、一根螺钉303、一块弹性定位块312和一个定位气缸313 ;柔性自动夹紧机构包括一块上气动滑块304、一个上专用夹头305、一个下专用夹头306、一块下气动滑块307、一个气动卡盘308、一个步进电机309、一个回转台310和一个回转台基座311 ;回转台基座311通过螺栓固定在工作台207上，回转台310通过螺栓固定在回转台基座311上，气动卡盘308与回转台310通过转动副连接，步进电机309与气动卡盘308通过同步带连接，步进电机309与回转台基座311通过螺栓固定，固定座302通过螺钉303固定在气动卡盘308上，定位销钉301通过顶丝固定在固定座302上，上气动滑块304和下气动滑块307分别通过滑动副与气动卡盘308连接，上专用夹头305通过螺栓固定在上气动滑块304上，下专用夹头306通过螺栓固定在下气动滑块307上，定位气缸313固定在底座100上，弹性定位块312固定在定位气缸313上。
[0020]柔性自动定位机构中，定位销钉301在固定座302上的位置是柔性可调的，弹性定位块312末端为四分之三圆筒。
[0021]柔性自动夹紧机构中，上专用夹头305的下端面和下专用夹头306的上端面分别根据所夹持的工件外形所制作。
[0022]本发明的加工方法包括以下步骤:
O定位气缸313控制弹性定位块312沿X轴负方向移动，平动气爪404控制手爪405抓取毛坯件，y轴摆动气缸401控制摆臂403转动，把毛坯件送到规定垂直位置，y轴方向平动气缸402收缩，毛坯件送入气动卡盘308内部，毛坯件前端与弹性定位块312顶牢，两端分别与定位销钉301和弹性定位块312的四分之三圆筒顶牢；
2)上专用夹头305与下专用夹头306将毛坯件夹紧，手抓405打开，释放毛坯件，定位气缸313控制弹性定位块312复位；
3)电机202启动，带动专用刀具203转动，步进电机309启动带动气动卡盘308转动，同时两个丝杠电机启动，带动底座丝杆副205和进给丝杆副208运动，控制回转台311完成进给，实现毛坯件的加工；
4)毛坯件加工完毕之后，丝杠电机启动，带动底座丝杆副205和进给丝杆副208运动，使得回转台311返回初始位置，同时电机202和步进电机309停止运动；
5)平动气爪404控制手爪405抓取成品件，然后上专用夹头305与下专用夹头306在气动作用下复位，y轴方向平动气缸402的活塞伸出，控制工件从装夹机构内抽出，同时另一个平动气爪404控制手爪405再次抓取毛坯件；y轴摆动气缸401控制摆臂403转动，平动气爪404控制手爪405释放成品件，进行下一次加工。
[0023]本发明的设计原理:
首先，本发明根据异形棒料的几何特性，完成了对异形棒料自动化加工的可靠性设计。异形棒料具有多规格和形状奇异等特点，本发明设计了专用定位机构，确保异形棒料自动定位和夹紧精确、可靠；本发明上下夹头根据毛坯件形状而特制，方便对毛坯件的夹紧。
[0024]其次，本发明采用自动化技术，实现了整个装置的机电一体化。在具体应用中，本发明配合专用分料机构，操作人员只需在自动分料机构放入设计的异形棒料数量，其余的定位、装夹和加工操作由本发明装置自动进行，就能实现异形棒料的自动加工，从而降低人为因素影响，提高产品质量和生产效率。
[0025]第三，本发明采用柔性化设计，能够满足多种规格和种类的异形棒料的自动装夹，极大地提高了整套装置的利用率。本发明柔性装夹模块中，定位销钉的位置是可以调节的，以适应不同规格异形棒料的定位，弹性定位块的形状设计成四分之三圆筒状，有效地避免了因为夹紧力过大给工件带来不必要的损伤；此外上下专用夹头也是可以根据所加工对象不同而更换的，以适应不同类型异形棒料的加工。
[0026]最后，本发明采用了模块化设计方法，针对异形棒料的上下料、装夹和切削加工，分别设计了自动上下料模块、柔性装夹模块和伺服进给切削模块，降低设计复杂度，使得设计、调试和维护简单化。
【权利要求】
1.一种异形棒料柔性自动加工装置，包括底座(100)和设置在底座(100)上的伺服进给切削模块；伺服进给切削模块包括:伺服进给部分:提供支撑和X轴方向、y轴方向的进给运动，切削部分:通过刀具对工件进行切削；其特征在于，还包括自动上下料模块和柔性装夹模块；其中:1)自动上下料模块:包括y轴摆动气缸(401)、y轴方向平动气缸(402)、两个摆臂(403)、两副平动气爪(404)和两副手爪(405) ；y轴方向平动气缸(402)沿y轴方向固定安装在底座(100)内部，y轴摆动气缸(401)沿X轴方向与y轴方向平动气缸(402)的活塞固定，摆臂(403)与y轴摆动气缸(401)的输出轴通过转动副连接，两副平动气爪(404)分别固定于两摆臂(403)外端沿y轴方向，两副手爪(405)分别与两副平动气爪(404)通过滑动副连接；2)柔性装夹模块:包括柔性自动定位机构和柔性自动夹紧机构；柔性自动定位机构包括定位销钉(301 )、固定座(302)、弹性定位块(312)和定位气缸(313)；·柔性自动夹紧机构包括上气动滑块(304)、上专用夹头(305 )、下专用夹头(306 )、下气动滑块(307)、气动卡盘(308)、步进电机(309)、回转台(310)和回转台基座(311)；·回转台基座(311)固定在伺服进给切削模块上，回转台(310)固定在回转台基座(311)上，气动卡盘(308)与回转台(310)通过转动副连接，步进电机(309)与气动卡盘(308)通过同步带连接，步进电机(309)固定在回转台基座(311)上；固定座(302 )固定在气动卡盘(308 )上，定位销钉(301)通过顶丝固定在固定座(302 )上，上气动滑块(304)和下气动滑块(307)分别通过滑动副与气动卡盘(308)连接，上专用夹头(305)固定在上气动滑块(304)上，下专用夹头(306)固定在下气动滑块(307)上，定位气缸(313 )固定在底座(100 )上，弹性定位块(312 )固定在定位气缸(313 )上。
2.根据权利要求1所述的一种异形棒料柔性自动加工装置，其特征在于，所述的柔性自动定位机构中，定位销钉(301)在固定座(302)上的位置柔性可调，弹性定位块(312)末端为四分之三圆筒。
3.根据权利要求1所述的一种异形棒料柔性自动加工装置，其特征在于，所述的柔性自动夹紧机构中，上专用夹头(305)的下端面和下专用夹头(306)的上端面分别与所夹持的工件外形配合。
4.根据权利要求1所述的一种异形棒料柔性自动加工装置的加工方法，其特征在于，包括以下步骤:O定位气缸(313)控制弹性定位块(312)沿X轴负方向移动，平动气爪(404)控制手爪(405)抓取毛坯件，y轴摆动气缸(401)控制摆臂(403)转动，把毛坯件送到规定垂直位置，y轴方向平动气缸(402)收缩，毛坯件送入气动卡盘(308)内部，毛坯件前端与弹性定位块(312)顶牢，两端分别与定位销钉(301)和弹性定位块(312)的四分之三圆筒顶牢；2)上专用夹头(305)与下专用夹头(306)将毛坯件夹紧，手抓(405)打开，释放毛坯件，定位气缸(313)控制弹性定位块(312)复位；3)伺服进给切削模块中的切削部分动作，刀具转动，同时，步进电机(309)启动带动气动卡盘(308)转动,伺服进给部分带动控制回转台(311)做X方向、y方向的进给运动，实现毛坯件的加工。
5.根据权利要求4所述的异形棒料柔性自动加工方法，其特征在于，还包含以下步骤: 4)毛坯件加工完毕之后，伺服进给切削模块中的伺服进给部分带动回转台(311)返回初始位置，同时切削部分和步进电机(309)停止运动； 5)平动气爪(404)控制手爪(405)抓取成品件，然后上专用夹头(305)与下专用夹头(306)在气动作用下复位，y轴方向平动气缸(402)的活塞伸出，控制工件从装夹机构内抽出，同时另一个平动气爪(404)控制手爪(405)再次抓取毛坯件；y轴摆动气缸(401)控制摆臂(403 )转动，平动 气爪(404 )控制手爪(405 )释放成品件，进行下一次加工。
【文档编号】B23B15/00GK103433508SQ201310265485
【公开日】2013年12月11日 申请日期:2013年6月28日 优先权日:2013年6月28日
【发明者】傅建中, 丁正龙, 徐月同, 王郑拓, 吴森洋 申请人:苏州紫金港智能制造装备有限公司