一种适用于数控车床的楞型棒料自动上下料系统及其应用的制作方法

本发明涉及一种适用于数控车床的楞型棒料自动上下料系统及其应用，属于数控车床附属设备技术领域。

背景技术：

随着科学技术的不断进步，机械制造技术水平不断提高，当今机械制造业已进入自动化的时代，数控车床已经广泛应用于各种制造企业，大大提高了生产效率。其中，自动上下料装置是数控车床实现连续、自动化生产的重要环节，是数控车床的重要组成部分。

目前各种数控车床工件自动上下料系统，大多针对某种特定工件，适用范围较窄，通用性差。例如，中国专利文献CN203918609U公开了一种轴套类工件柔性自动分料装置，该装置包括柔性储料机构、伺服分料机构和设置在伺服分料机构下方的气动推料机构，三个分别实现了轴套类工件的储料、分料以及推料工作。该装置根据轴套类零件的自身特点，采用柔性化设计方法，实现了轴套类工件分料的自动化操作，操作人员只需在柔性储料机构中放入预先设计的轴套类工件，其余的分料工作和上料工作由伺服分料机构和气动退料机构自动完成。该装置能够实现轴套类工件的自动分料、上料及加工，从而降低人为因素影响，提高产品质量和生产效率。

但是，在数控车床加工过程中，楞型棒料工件占很大比例，对于这类工件，如何实现自动上下料，还未见报道。本申请基于此，提出设计一种适用于数控车床的楞型棒料工件的自动上下料系统，以提高楞型棒料工件的机加工效率。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种适用于数控车床的楞型棒料自动上下料系统。

本发明还提供上述一种适用于数控车床的楞型棒料自动上下料系统的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种适用于数控车床的楞型棒料自动上下料系统，其特征在于，包括：

储料机构，用于存放楞型棒料工件；

上料机构，位于储料机构下方用于接收储料机构内的工件；

导入机构，推动上料机构内的工件到数控车床内完成工件的上料；

下料机构，将加工后的工件推出，完成下料过程；

控制器，分别与储料机构、上料机构、导入机构、下料机构电连接，实现整个上下料系统的自动化运作。

优选的，所述储料机构包括一料仓，料仓为空腔长方体，料仓侧壁上设有U型开口，在所述料仓的底部设置有第一接近开关，第一接近开关与控制器电连接。此设计的好处在于，料仓可根据不同规格的楞型棒料做系列化设计，而通过U型开口则方便向料仓内放入楞型棒料，通过料仓底部的第一接近开关，可以检测料仓内是否有待加工工件，实现上料过程的精确控制。

优选的，所述上料机构包括接料台、L形推料板和上料气缸，接料台位于料仓下方且接料台的一端设有接料槽，L形推料板与上料气缸的活塞杆固定连接且可在接料台上表面水平移动，上料气缸通过第一电磁阀与控制器电连接。此设计的优势在于，通过上料气缸驱动L形推料板在接料台上表面水平移动，L形推料板便可将落在接料台上表面的工件推入接料槽内。

优选的，所述料仓下表面与接料台上表面的垂直距离为工件截面直径的1-1.5倍。

优选的，所述导入机构包括第一步进电机、滚珠丝杠、顶料杆及卡盘，第一步进电机通过滚珠丝杠驱动顶料杆直线运动，第一步进电机与控制器电连接，顶料杆和卡盘分别位于接料槽的两侧，卡盘安装在车床上，卡盘一侧设有第二接近开关且第二接近开关与控制器电连接。

优选的，所述卡盘的夹口形状与待加工工件的外形相同。此设计的好处在于，卡盘的夹口截面形状与工件外形相同，利于工件的夹持和固定，保证加工过程的稳定。

优选的，所述顶料杆包括杆体、弹簧和套管，弹簧置于套管内且弹簧一端与套管连接、另一端与杆体连接。

优选的，所述导入机构还包括第二步进电机及导向套筒，第二步进电机通过皮带与导向套筒传动连接，第二步进电机及导向套筒位于接料槽和卡盘之间，第二步进电机与控制器电连接。此设计的优势在于，导向套筒具有辅助作用，当工件插入卡盘夹口时，导向套筒能够使转动的工件转动到与夹口形状相同的位置，最终使工件完全贴合卡口形状而进入。

优选的，所述下料机构包括支架及安装在支架上的下料气缸，下料气缸的活塞杆前端连接一L形推挡板，L形推挡板一侧设有第三接近开关且第三接近开关与控制器电连接，下料气缸通过第二电磁阀与控制器电连接。此设计的优势在于，通过下料气缸前端的L形推挡板，既可将加工完的工件推落到接料斗内，又可避免加工时卡盘内加工完的工件被甩出。

一种适用于数控车床的楞型棒料自动上下料系统的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)将待加工楞型棒料工件依次码放在料仓内；

(2)启动上料气缸，活塞杆伸出，L形推料板推动最底层工件向接料槽前进，当最底层工件离开料仓正下方时，料仓内的工件下落与L形推料板的上表面接触并保持静止，当L形推料板将最底层工件推入接料槽后，此时接料槽内的工件与顶料杆、导向套筒、车床主轴处于同轴位置；

(3)第一步进电机启动，通过滚珠丝杠带动顶料杆前进，顶料杆将接料槽内的工件推入导向套筒内；与此同时，上料气缸的活塞杆带动L形推料板回退至初始位置，下一工件落在接料台上表面且位于L形推料板的前方；

(4)当工件逐渐接近卡盘时，第二步进电机启动并带动导向套筒旋转，工件在导向套筒带动下逐步旋转对准卡盘夹口，当工件进入卡盘后，第二步进电机停止；

(5)当顶料杆推动工件至加工位置后，第一步进电机停止并开始反向运转带动顶料杆回退至初始位置；此时卡盘夹紧工件，准备加工；

(6)待工件在数控车床上加工完成后，卡盘松开工件，重复步骤(2)-(5)使下一工件进入卡盘准备加工，此时加工完成后的工件被进入卡盘的下一工件顶出，下料气缸驱动L形推挡板将被顶出卡盘的工件推落至下料斗内，完成下料过程。

本发明的有益效果在于：

1.本发明提出的针对楞型棒料工件设计的自动上下料系统，与数控车床可以实现完美配合，实现了楞型棒料工件的上下料自动化作业，提高了生产效率，降低了产品成本，减少了用工数量且降低了工人的劳动强度。

2.本发明自动上下料系统设计构思巧妙，具有结构简单实用、性能可靠、效率高等优点，与数控车床配合使用，作用明显、效果显著，具有广泛的商业价值，值得推广应用。

附图说明

图1为本发明自动上下料系统的结构示意图；

图2为本发明自动上下料系统的分解图；

图3为本发明中导向套筒部分的结构示意图；

图4为本发明中顶料杆部分的结构示意图；

图5为本发明自动上下料系统上料时的状态示意图；

图6为本发明自动上下料系统下料时的状态示意图；

图中：1、底座；2、拖板；3、料仓；4、接料槽；5、上料气缸；6、第一步进电机；7、滚珠丝杠；8、顶料杆；8-1、杆体；8-2、弹簧；8-3套管；9、第二步进电机；10、导向套筒；11、卡盘；12、支架；13、L形推挡板；14、下料气缸；15、L形推料板；16、接料台。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

实施例1：

如图1至图6所示，本实施例提供一种适用于数控车床的楞型棒料自动上下料系统，该自动上下料系统包括相配合作业的储料机构、上料机构、导入机构、下料机构以及控制器：其中，储料机构，用于存放楞型棒料工件；上料机构，位于储料机构下方用于接收储料机构内的工件；导入机构，推动上料机构内的工件到数控车床内完成工件的上料；下料机构，将加工后的工件从数控车床上推出，完成下料过程；控制器，分别与储料机构、上料机构、导入机构、下料机构电连接，实现整个上下料系统的自动化运作。

具体地，储料机构包括一料仓3，料仓3为空腔长方体，料仓3的侧壁上设有U型开口，在所述料仓3的底部设置有第一接近开关(未示出)，第一接近开关与控制器电连接。料仓可根据不同规格的楞型棒料做系列化设计，当加工不同型号的楞型棒料时，可选择相应地料仓，而通过U型开口则方便向料仓内放入楞型棒料。通过料仓底部的第一接近开关，可以检测料仓内是否有待加工工件，实现上料过程的精确控制。

上料机构包括接料台16、L形推料板15和上料气缸5，接料台16位于料仓3下方且接料台16的一端设有接料槽4，接料台16为一水平放置的长方体，L形推料板15与上料气缸5的活塞杆固定连接且可在接料台16上表面水平移动，L形推料板15的竖直短边垂直接触接料台16的上表面用于推动工件，L形推料板15的水平长边平行于接料台16，上料气缸5通过第一电磁阀与控制器电连接。通过上料气缸驱动L形推料板在接料台上表面水平移动，L形推料板便可将落在接料台上表面的工件推入接料槽内。

另外，料仓下表面与接料台上表面的垂直距离为工件截面直径的1倍，L形推料板15的水平长边略低于料仓下表面，则L形推料板15的竖直短边在推动工件前进时，既可有效阻挡料仓内的工件落下，又能保证L形推料板一次只推动一个工件进入接料槽。

导入机构包括第一步进电机6、滚珠丝杠7、顶料杆8及卡盘11，第一步进电机6通过滚珠丝杠7驱动顶料杆8直线移动，顶料杆8和卡盘11分别位于接料槽4的两侧，本实施例中的卡盘11为专门设计的卡盘，卡盘的夹口形状与待加工工件(楞型棒料)的外形相同，本实施例的卡盘替代车床上的普通卡盘，卡盘11一侧设置有第二接近开关且第二接近开关与控制器电连接，第一步进电机6与控制器电连接。卡盘的夹口截面形状与工件外形相同，利于工件的夹持和固定，保证加工过程的稳定。

其中顶料杆8包括杆体8-1、弹簧8-2和套管8-3，弹簧8-2置于套管8-3内且弹簧8-2一端与套管8-3连接、另一端与杆体8-1连接，套管8-3借助弹簧8-2可有弹性活动量。

为了提高楞型棒料工件在进入卡盘时更为顺畅，导入机构还包括第二步进电机9及导向套筒10，第二步进电机9通过皮带与导向套筒10传动连接，第二步进电机9及导向套筒10位于接料槽4和卡盘11之间，第二步进电机9与控制器电连接。

下料机构包括支架12及安装在支架12上的下料气缸14，下料气缸14的活塞杆前端设置有一L形推挡板13，L形推挡板13一侧设有第三接近开关且第三接近开关与控制器电连接，下料气缸14通过第二电磁阀与控制器电连接。通过下料气缸前端的L形推挡板，既可将加工完的工件推落到接料斗内，又可阻挡主轴尾部(L形推挡板13的竖直短边阻挡主轴尾部)，防止加工过程中卡盘内加工完的工件被甩出。

顶料杆8、接料槽4、导向套筒10、卡盘11与数控车床主轴处于同轴位置。与数控车床配合使用时，料仓、接料台、上料气缸、第一步进电机、滚珠丝杠、顶料杆、第二步进电机、导向套筒都安装在一底座1上，底座1固定安装在数控车床的托板2后方，专门设计的卡盘安装在车床上以取代普通卡盘，下料机构的支架安装在车床床身一侧且下料气缸前端的L形推挡板通过移动能够阻挡主轴尾部。控制器内有事先编写好的程序，通过控制器接收或发出指令，来实现整个系统的自动化运作。

实施例2：

一种适用于数控车床的楞型棒料自动上下料系统，结构如实施例1所述，其不同之处在于：料仓3下表面与接料台16上表面的垂直距离为工件截面直径的1.5倍。L形推料板15的水平长边略低于工件截面直径的高度，则L形推料板15的竖直短边在推动工件前进时，既可有效阻挡料仓内的工件落下，又能保证L形推料板一次只推动一个工件进入接料槽。

另外，可在接料台16的两侧设置挡板，防止L形推料板15在推动工件时工件意外跌落接料台16的情况，保证工件进入接料槽4内。

实施例3：

一种适用于数控车床的楞型棒料自动上下料系统，结构如实施例1所述，其不同之处在于：当加工圆柱或圆筒形棒料时，可将第二步进电机9和导向套筒10去掉，并相应地修改控制程序，以简化上下料过程。

实施例4：

一种适用于数控车床的楞型棒料自动上下料系统的工作方法，利用实施例1所述的楞型棒料自动上下料系统，其具体工作过程如下：

(1)选择与待加工楞型棒料规格相应的料仓3，然后将待加工楞型棒料工件通过U型开口依次码放在料仓3内；

(2)由于上料气缸5启动前其活塞杆处于收缩状态，此时L形推料板15位于料仓3正下方一侧，料仓3最底层的工件落在接料台16上表面并位于L形推料板15的前方(有且只有一个工件落在L形推料板的前方，其他工件依然位于料仓内)；

上料气缸5开始启动活塞杆伸出，L形推料板15推动料仓最底层工件向接料槽4前进，当料仓3最底层工件离开料仓正下方时，料仓内3的工件下落与L形推料板15的上表面接触并保持静止(并没有脱离料仓)，当L形推料板15将最底层工件推入接料槽4后，此时接料槽4内的工件与顶料杆8、导向套筒10、车床主轴处于同轴的位置；

(3)第一步进电机6启动，通过滚珠丝杠7带动顶料杆8前进，顶料杆8将接料槽4内的工件推入导向套筒10内；同时，上料气缸5的活塞杆带动L形推料板15回退至初始位置，下一工件又落在接料台16上表面且位于L形推料板15的前方；

(4)当工件端部逐渐接近卡盘11时，控制器接收到第二接近开关的信号，改变第一步进电机6的转速使工件缓慢前进，此时控制器启动第二步进电机9，通过皮带驱动导向套筒10缓慢旋转，工件在摩擦力的作用下随导向套筒10缓慢旋转，到达适当位置(即工件的形状与卡盘夹口的形状同轴位置一致时)后，工件进入卡盘11，此时第二步进电机9停止；

(5)当工件进入卡盘11至加工位置后，第一步进电机6停止并开始反向运转通过滚珠丝杠7带动顶料杆8回退至初始位置；此时控制器通过指令由卡盘11夹紧工件(此为数控车床自带功能，为公知技术)，控制器向数控车床发出指令，数控车床开始加工；

(6)待工件在数控车床上加工完成后，控制器通过指令由卡盘11松开工件，重复步骤(2)-(5)使下一工件进入卡盘准备加工，此时加工完成后的工件被进入卡盘11的下一工件推出，控制器接收到第三接近开关发出的信号后，控制下料气缸14的活塞杆收缩使L形推挡板13离开主轴尾部；当上料完成后，下料气缸14的活塞杆伸出再将被推出卡盘的工件推落至下料斗内，完成下料过程，同时下料气缸14活塞杆前端的L形推挡板13阻挡主轴尾部，防止加工过程中卡盘11内的工件被甩出，即当一个工件加工完成后，下料气缸14的活塞杆缩回，卡盘内的工件被顶出，下料气缸活塞杆再伸出通过前端的L形推挡板将加工完的工件推落至下料斗内，同时L形推挡板再次阻挡主轴尾部。