一种机床用同步换料机械手的制作方法

本发明属于机床换料技术领域，具体是涉及一种机床用同步换料机械手。

背景技术：

随着少人化、无人化加工需求的增加，各种机械手越来越多地应用于加工领域中，用以实现按固定程序抓取零件。目前市场广泛应用的机械手爪在主轴端换料时，都需要将主轴停止转动，然后机械手爪完成下料和上料动作。随后机床主轴开始转动，进行下一个工件的加工。机床主轴停止和启动会增加换料时间，延长了单件加工节拍，降低了加工效率，所以需要解决这一难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足，提供一种机床用同步换料机械手。该机床用同步换料机械手能够在机床主轴高速运转的过程中进行上、下料动作，从而有效的减少了换料时间，提高了工件的加工效率。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种机床用同步换料机械手，其特征在于：包括料爪固定板，以及用于带动所述料爪固定板上下移动和左右移动的移动机构；所述料爪固定板上设置有用于将坯料安装在机床卡盘上的上料爪、用于将由所述坯料加工成的工件从机床卡盘上卸下的下料爪，以及用于带动所述上料爪和下料爪与机床主轴同步转动的动力装置；所述上料爪和下料爪均包括多个料爪手指以及用于带动多个所述料爪手指同时相互远离或同时相互靠近的驱动装置。

上述的一种机床用同步换料机械手，其特征在于：所述驱动装置包括 气缸、转轴和用于在气缸活塞的作用下带动多个所述料爪手指沿气缸径向移动的连接器，所述连接器包括用于伸入气缸并与活塞连接的芯杆和用于与多个料爪手指一一对应的连接块，所述转轴与气缸远离连接器的一侧壁相连接，所述气缸内位于活塞远离转轴的一侧腔室构成有杆腔，所述活塞和转轴之间构成无杆腔，所述转轴上开设有用于将无杆腔与外界连通的气体通道，所述气缸的缸体上远离转轴的一侧壁开设有与所述有杆腔相连通的气孔，多个所述料爪手指上均设置有滑块，所述滑块上设置有第一斜面，所述连接块上设置有用于与所述第一斜面构成滑动配合进而推动所述滑块沿气缸径向移动的第二斜面。

上述的一种机床用同步换料机械手，其特征在于：所述滑块上设置有供所述连接块伸入的第一滑槽，所述第一滑槽的底壁为所述第一斜面，所述第一滑槽的两侧壁均设置有凸块，所述连接块的两侧面上均设置有供所述凸块一一对应伸入的第二滑槽。

上述的一种机床用同步换料机械手，其特征在于：所述气缸的缸体一侧设置有用于引导所述滑块沿气缸径向移动的引导槽，所述滑块上设置有用于与所述引导槽滑动配合的导向条。

上述的一种机床用同步换料机械手，其特征在于：所述动力装置包括伺服电机、主动同步齿轮、第一从动同步齿轮和第二从动同步齿轮，所述主动同步齿轮设置在伺服电机的输出轴上，所述第一从动同步齿轮套在所述上料爪的驱动装置的气缸上，所述第二从动同步齿轮套在所述下料爪的驱动装置的气缸上，所述第一从动同步齿轮和第二从动同步齿轮均与所述主动同步齿轮相啮合。

上述的一种机床用同步换料机械手，其特征在于：所述伺服电机、所述上料爪的驱动装置和所述下料爪的驱动装置均安装在料爪固定板上，所述伺服电机安装在两个所述驱动装置之间，所述料爪固定板上安装有两个轴承套，所述轴承套与转轴之间安装有轴承。

上述的一种机床用同步换料机械手，其特征在于：包括用于控制上料 爪和下料爪均与机床主轴同步转动的同步控制系统，所述同步控制系统包括机床数控系统、用于接收所述机床数控系统发出的速度指令的机床主轴电机驱动器和用于接收机床主轴电机驱动器输出的速度指令的伺服电机驱动器，所述机床主轴电机和伺服电机驱动器均与机床主轴电机驱动器相连接，所述伺服电机驱动器与伺服电机相连接。

上述的一种机床用同步换料机械手，其特征在于：所述料爪手指包括手指本体，所述手指本体的一端设置有用于与滑块固定连接的连接头，所述手指本体的一侧面为用于与坯料或工件紧密贴合的夹持面。

上述的一种机床用同步换料机械手，其特征在于：所述移动机构包括竖梁和横梁，以及设置在所述竖梁和横梁之间的滑板，所述料爪固定板安装在所述竖梁的下端，所述滑板的一侧面设置有第一导向块，所述滑板的另一侧面设置有第二导向块，所述第一导向块上开设有用于与所述竖梁滑动配合的第一导向槽，所述第二导向块上开设有用于与所述横梁滑动配合的第二导向槽，所述滑板上设置有用于驱动竖梁沿所述第一导向槽上下移动的竖向驱动电机和用于驱动横梁沿所述第二导向槽左右移动的横向驱动电机，所述竖向驱动电机的输出轴上安装有竖向驱动齿轮，所述竖梁上设置有用于与所述竖向驱动齿轮相啮合的竖向驱动齿条，所述横向驱动电机的输出轴上安装有横向驱动齿轮，所述横梁上设置有用于与所述横向驱动齿轮相啮合的横向驱动齿条。

上述的一种机床用同步换料机械手，其特征在于：所述上料爪的料爪手指和下料爪的料爪手指的数量均为三个，所述上料爪上的三个料爪手指互成120°布设，所述下料爪上的三个换料指头互成120°布设。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、本发明通过设置上料爪和下料爪，并在上料爪和下料爪与机床主轴转速相匹配的情况下，进而实现将坯料安装在机床卡盘上或将工件从机床卡盘上卸下，达到了有效减少换料时间，节省了机床主轴停止和启动会增加换料时间，加快了单件加工节拍，提高工件加工效率的目的。

2、本发明上料爪和下料爪上的驱动装置，巧妙利用了气缸内活塞的移动，配合所述滑块上的第一斜面和连接块上第二斜面的相互滑动，实现了多个料爪手指的相互远离和相互靠近,进而实现了上料爪的上料目的和下料爪的下料目的。

3、本发明通过导向条和引导槽的滑动配合，能够有效的引导滑块沿气缸的径向移动，进而实现料爪手指沿气缸径向的移动。

4、本发明通过设置同步控制系统，能够实现机床主轴电机的转速和伺服电机的转速相互匹配，进而确保机床主轴与上料爪和下料爪的速度相匹配。

5、本发明的移动机构能够实现左右移动和上下移动，进而实现了对上料爪和下料爪在左右方向和上下方向的带动作用，有效的实现了上料爪与机床主轴相对齐以及下料爪与机床主轴相对齐之间的切换，并帮助上料爪和下料爪靠近或远离机床主轴，其结构简单，操作方便。

6、本发明上料爪和下料爪上的三个均布的料爪手指即可有效的实现对坯料和工件的夹持，既满足了夹持坯料和工件的目的，又达到了结构简单的目的。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明与机床主轴的位置关系示意图。

图3为本发明上料爪的结构示意图。

图4为本发明连接器的结构示意图。

图5为图4的右视图。

图6为本发明滑块的结构示意图。

图7为本发明气缸(未示出活塞)的结构示意图。

图8为图7的A-A剖视图。

图9为本发明气缸(未示出活塞)的立体图。

图10为本发明料爪固定板的结构示意图。

图11为本发明同步控制系统的电路框图。

图12为本发明料爪手指的结构示意图。

附图标记说明:

1—料爪固定板； 1-1—上料爪安装孔；

1-2—下料爪安装孔； 1-3—输出轴孔；

2—移动机构； 2-1—竖梁；

2-2—横梁； 2-3—滑板；

2-4—第一导向块； 2-5—第二导向块；

2-6—竖向驱动电机； 2-7—竖向驱动齿轮；

2-8—竖向驱动齿条； 2-9—横向驱动电机；

2-10—横向驱动齿轮； 2-11—横向驱动齿条；

3—动力装置； 3-1—伺服电机；

3-2—主动同步齿轮； 3-3—第一从动同步齿轮；

3-4—第二从动同步齿轮； 4—上料爪；

4-1—料爪手指； 4-1-1—手指本体；

4-1-2—连接头； 4-1-3—夹持面；

4-2—气缸； 4-2-1—活塞；

4-2-2—有杆腔； 4-2-3—无杆腔；

4-2-4—缸体； 4-2-5—气孔；

4-2-6—引导槽； 4-3—转轴；

4-3-1—气体通道； 4-4—连接器；

4-4-1—芯杆； 4-4-2—连接块；

4-4-3—第二斜面； 4-4-4—第二滑槽；

4-5—滑块； 4-5-1—第一斜面；

4-5-2—第一滑槽； 4-5-3—凸块；

4-5-4—导向条； 5—下料爪；

6—机床主轴； 7—坯料；

8—轴承套； 9—轴承；

10—机床卡盘； 11—工件；

12—机床主轴电机驱动器； 13—伺服电机驱动器；

14—机床主轴电机； 15—机床数控系统；

16—压板。

具体实施方式

如图1、图2和图3所示的一种机床用同步换料机械手，包括料爪固定板1，以及用于带动所述料爪固定板1上下移动和左右移动的移动机构2；所述料爪固定板1上设置有用于将坯料7安装在机床卡盘10上的上料爪4、用于将由所述坯料7加工成的工件11从机床卡盘10上卸下的下料爪5，以及用于带动所述上料爪4和下料爪5与机床主轴6同步转动的动力装置3；所述上料爪4和下料爪5均包括多个料爪手指4-1以及用于带动多个所述料爪手指4-1同时相互远离或同时相互靠近的驱动装置。

本实施例中，该机床用同步换料机械手在使用时，即当坯料7在机床上加工成工件11后，先通过移动机构2的带动作用，将下料爪5与机床主轴6相对齐，所述上料爪4与下料爪5在动力装置3的驱动下达到与机床主轴6相同的转速，即下料爪5与机床卡盘10上的工件11保持相对静止，进而通过移动机构2带动料爪固定板1移动从而使下料爪5靠近工件11，再通过下料爪5上的驱动装置带动多个料爪手指4-1相互收拢进而将工件11夹持，最后通过移动机构2带动料爪固定板1移动进而使下料爪5向远离机床主轴6的方向移动，即完成工件11的下料动作。

当需要将坯料7安装在机床卡盘10上时，在所述移动机构2的带动作用下，将上料爪4与机床主轴6相对齐，由于所述上料爪4与下料爪5在动力装置3的驱动下与机床主轴6具有相同的转速，即上料爪4与机床卡盘10保持相对静止，在移动机构2的带动作用下，所述上料爪4上多个所述料爪手指4-1夹持的坯料7插入机床卡盘10，并在所述驱动装置的 带动下使多个料爪手指4-1相互远离进而松开坯料7，然后在通过移动机构2的作用，使得下料爪5向远离机床主轴6的方向移动，即完成坯料7的上料动作。

本实施例中，该机床用同步换料机械手能够在机床主轴6高速运转的过程中进行上、下料动作，从而有效的减少了换料时间，提高了工件的加工效率。

如图3和图4所示，所述驱动装置包括气缸4-2、转轴4-3和用于在气缸4-2活塞4-2-1的作用下带动多个所述料爪手指4-1沿气缸4-2径向移动的连接器4-4，所述连接器4-4包括用于伸入气缸4-2并与活塞4-2-1连接的芯杆4-4-1和用于与多个料爪手指4-1一一对应的连接块4-4-2，所述转轴4-3与气缸4-2远离连接器4-4的一侧壁相连接，所述气缸4-2内位于活塞4-2-1远离转轴4-3的一侧腔室构成有杆腔4-2-2，所述活塞4-2-1和转轴4-3之间构成无杆腔4-2-3，所述转轴4-3上开设有用于将无杆腔4-2-3与外界连通的气体通道4-3-1，所述气缸4-2的缸体4-2-4上远离转轴4-3的一侧壁开设有与所述有杆腔4-2-2相连通的气孔4-2-5，多个所述料爪手指4-1上均设置有滑块4-5，所述滑块4-5上设置有第一斜面4-5-1，所述连接块4-4-2上设置有用于与所述第一斜面4-5-1构成滑动配合进而推动所述滑块4-5沿气缸4-2径向移动的第二斜面4-4-3。

本实施例中，所述驱动装置在工作时，即当上料爪4夹持坯料7，或者下料爪5夹持工件11时，从转轴4-3的气体通道4-3-1抽吸空气，无杆腔4-2-3获得负压，使得活塞4-2-1向靠近转轴4-3的一侧移动，同时，外界空气从气缸4-2的缸体4-2-4上气孔4-2-5进入有杆腔4-2-2，此时，活塞4-2-1和所述连接器4-4一起向靠近转轴4-3的方向移动，此时在所述第一斜面4-5-1和第二斜面4-4-3的滑动配合作用下，连接块4-4-2引导所述滑块4-5沿气缸4-2的径向向气缸4-2的中心线靠拢，从而带动多个料爪手指4-1沿气缸4-2的径向相互靠拢，进而使上料爪4夹住坯料7或使下料爪5夹住工件11。

同理，当所述上料爪4松开坯料7或下料爪5松开工件11时，从所述气体通道4-3-1向无杆腔4-2-3内注入高压气体，进而压缩活塞4-2-1向远离转轴4-3的方向移动，空气从所述气孔4-2-5排出，此时活塞4-2-1带动连接器4-4向远离转轴4-3的方向移动，此时，在所述第一斜面4-5-1和第二斜面4-4-3的滑动配合作用下，连接块4-4-2推动所述滑块4-5沿气缸4-2的径向相互远离，进而使上料爪4松开坯料或使下料爪5松开工件11。

本实施例中，所述驱动装置的结构简单，巧妙利用了气缸4-2内活塞4-2-1的移动，配合所述滑块4-5上的第一斜面4-5-1和连接块4-4-2上第二斜面4-4-3的相互滑动，实现了多个料爪手指4-1的相互远离和相互靠近,进而实现了上料爪4的上料目的和下料爪5的下料目的。

如图4、图5和图6所示，所述滑块4-5上设置有供所述连接块4-4-2伸入的第一滑槽4-5-2，所述第一滑槽4-5-2的底壁为所述第一斜面4-5-1，所述第一滑槽4-5-2的两侧壁均设置有凸块4-5-3，所述连接块4-4-2的两侧面上均设置有供所述凸块4-5-3一一对应伸入的第二滑槽4-4-4。

本实施例中，通过连接块4-4-2和第一滑槽4-5-2的滑动配合，能够有效的引导第一斜面4-5-1和第二斜面4-4-3的斜面配合，通过凸块4-5-3和第二滑槽4-4-4的滑动配合，能够确保第一斜面4-5-1和第二斜面4-4-3紧密贴合，不会发生错位。

如图6、图7、图8和图9所示，所述气缸4-2的缸体4-2-4一侧设置有用于引导所述滑块4-5沿气缸4-2径向移动的引导槽4-2-6，所述滑块4-5上设置有用于与所述引导槽4-2-6滑动配合的导向条4-5-4。

本实施例中，通过导向条4-5-4和引导槽4-2-6的滑动配合，能够有效的引导滑块4-5沿气缸4-2的径向移动。

结合图1、图2和图3，所述动力装置3包括伺服电机3-1、主动同步齿轮3-2、第一从动同步齿轮3-3和第二从动同步齿轮3-4，所述主动同 步齿轮3-2设置在伺服电机3-1的输出轴上，所述第一从动同步齿轮3-3套在所述上料爪4的驱动装置的气缸4-2上，所述第二从动同步齿轮3-4套在所述下料爪5的驱动装置的气缸4-2上，所述第一从动同步齿轮3-3和第二从动同步齿轮3-4均与所述主动同步齿轮3-2相啮合。

本实施例中，所述动力装置3通过所述主动同步齿轮3-2与第一从动同步齿轮3-3的相互啮合以及所述主动同步齿轮3-2与第二从动同步齿轮3-4的相互啮合，有效的实现了主动同步齿轮3-2、第一从动同步齿轮3-3和第二从动同步齿轮3-4的同步转动，并确保了第一从动同步齿轮3-3和第二从动同步齿轮3-4为同向转动。

如图1和图2所示，所述伺服电机3-1、所述上料爪4的驱动装置和所述下料爪5的驱动装置均安装在料爪固定板1上，所述伺服电机3-1安装在两个所述驱动装置之间，所述料爪固定板1上安装有两个轴承套8，所述轴承套8与转轴4-3之间安装有轴承9。

本实施例中，所述第一从动同步齿轮3-3和第二从动同步齿轮3-4转动时，带动驱动装置上的气缸4-2转动，所述气缸4-2带动转轴4-3转动，所述转轴4-3通过轴承9与轴承套8保持转动配合，所述转轴4-3远离气缸4-2的一端通过压板16对转轴4-3进行定位。

如图10所示，所述料爪固定板1上设置有用于安装上料爪4的上料爪安装孔1-1和用于安装下料爪5的下料爪安装孔1-2，以及用于供伺服电机3-1穿出的输出轴孔1-3。

结合图11，该机床用同步换料机械手包括用于控制上料爪4和下料爪5均与机床主轴6同步转动的同步控制系统，所述同步控制系统包括机床数控系统15、用于接收所述机床数控系统15发出的速度指令的机床主轴电机驱动器12和用于接收机床主轴电机驱动器12输出的速度指令的伺服电机驱动器13，所述机床主轴电机14和伺服电机驱动器13均与机床主轴电机驱动器12相连接，所述伺服电机驱动器13与伺服电机3-1相连接。

本实施例中，所述同步控制系统在使用时，机床数控系统15发出速 度指令给机床主轴电机驱动器12，机床主轴电机驱动器12将上述速度指令一路输出到伺服电机驱动器13，另外一路信号输出到机床主轴电机14。所述伺服电机驱动器13将速度指令转换为脉冲信号输送给伺服电机3-1旋转，机床主轴电机驱动器12驱动所述机床主轴电机14旋转，进而实现机床主轴电机14的转速和伺服电机3-1的转速相互匹配。

如图1所示，所述移动机构2包括竖梁2-1和横梁2-2，以及设置在所述竖梁2-1和横梁2-2之间的滑板2-3，所述料爪固定板1安装在所述竖梁2-1的下端，所述滑板2-3的一侧面设置有第一导向块2-4，所述滑板2-3的另一侧面设置有第二导向块2-5，所述第一导向块2-4上开设有用于与所述竖梁2-1滑动配合的第一导向槽，所述第二导向块2-5上开设有用于与所述横梁2-2滑动配合的第二导向槽，所述滑板2-3上设置有用于驱动竖梁2-1沿所述第一导向槽上下移动的竖向驱动电机2-6和用于驱动横梁2-2沿所述第二导向槽左右移动的横向驱动电机2-9，所述竖向驱动电机2-6的输出轴上安装有竖向驱动齿轮2-7，所述竖梁2-1上设置有用于与所述竖向驱动齿轮2-7相啮合的竖向驱动齿条2-8，所述横向驱动电机2-9的输出轴上安装有横向驱动齿轮2-10，所述横梁2-2上设置有用于与所述横向驱动齿轮2-10相啮合的横向驱动齿条2-11。

本实施例中，所述移动机构2能够实现左右移动和上下移动，进而实现了对上料爪4和下料爪5在左右方向和上下方向的带动作用，有效的实现了上料爪4与机床主轴6相对齐以及下料爪5与机床主轴6相对齐之间的切换，并帮助上料爪4和下料爪5靠近或远离机床主轴6，其结构简单，操作方便。

如图12所示，所述料爪手指4-1包括手指本体4-1-1，所述手指本体4-1-1的一端设置有用于与滑块4-5固定连接的连接头4-1-2，所述手指本体4-1-1的一侧面为用于与坯料7或工件11紧密贴合的夹持面4-1-3。

本实施例中，所述料爪手指4-1的结构简单，通过夹持面4-1-3可以实现与坯料7或工件11的紧密贴合，多个料爪手指4-1相互配合，即可 实现对坯料7或工件11的夹持作用。

本实施例中，所述上料爪4的料爪手指4-1和下料爪5的料爪手指4-1的数量均为三个，所述上料爪4上的三个料爪手指4-1互成120°布设，所述下料爪5上的三个换料指头4-1互成120°布设。

本实施例中，三个均布的料爪手指4-1即可有效的实现对坯料7和工件11的夹持，既满足了夹持坯料7和工件11的目的，又达到了结构简单的目的。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变换，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。