一种铝轮毂全自动切钻一体机的制作方法

本发明属于金属切削机床，尤其与一种铝轮毂全自动切钻一体机有关。

背景技术：

铝轮毂结构较为复杂，为提高铸造成功率，铸造时一般采用多点透气和浇注，使得如图2中轮毂毛坯1存在多个冒口11，冒口位于中心轴孔处和轮辋上。轮毂毛坯需要经过切除冒口和钻中心轴孔加工。传统的加工方式都是先采用车床或切割机进行冒口切除加工，然后人工移到另一台钻孔机上进行钻孔加工，占用场地大，设备投资大，并且需要多次装卸转运，降低了生产效率，提高了工人劳动强度；或者使用全功能加工中心进行切冒口和钻孔加工，但是设备投资大，生产成本高，产品加工装卸也不方便。

技术实现要素：

本发明的目的旨在解决传统铝轮毂冒口切除和钻中心轴孔加工设备投资大、加工装卸不便和劳动强度大的问题，提供一种用于铝轮毂冒口切除和中心轴孔加工的全自动切钻一体机。

为此，本发明采用以下技术方案：一种铝轮毂全自动切钻一体机，其特征是，所述的全自动切钻一体机包括切钻机、自动上料装置和自动下料装置；切钻机包括床身、工件装夹装置、两个工件旋转驱动装置和至少三个动力头装置。

工件装夹装置包括一个旋转工作台机构和四个卡盘机构；旋转工作台机构包括台盘、凸轮分度器和分度驱动电机，凸轮分度器和分度驱动电机都固定安装于所述床身，凸轮分度器的入力轴与分度驱动电机转轴通过传动机构传动连接，台盘固定安装于凸轮分度器的出力轴由凸轮分度器带动旋转分度。

每个所述卡盘机构都包括夹紧机构、工件主轴和主轴支座，四个主轴支座沿圆周方向等分角度安装于所述的台盘，工件主轴通过轴承支撑安装于主轴支座，夹紧机构安装于工件主轴朝外的前端。

自动上料装置、动力头装置和自动下料装置环绕所述的工件装夹装置依次分布，顺时针方向间隔90度依次组成第一、第二、第三和第四四个工位，第二工位对应一个用于完成中心轴孔冒口切除的动力头装置，第三工位对应一个用于中心轴孔钻孔的动力头装置和至少一个用于轮辋冒口切除的动力头装置，中心轴孔钻孔和轮辋冒口切除可以同时进行；动力头装置各自通过一个拖板进给机构支撑安装于所述床身上，每个动力头装置包括刀具主轴和刀具驱动电机，刀具主轴通过轴承、主轴箱支撑安装于所述拖板进给机构的拖板上，刀具主轴轴向和对应的所述的工件主轴轴向同向，刀具驱动电机相对于拖板固定并通过传动机构与刀具主轴传动连接，驱动刀具主轴旋转；第三工位上的动力头装置在刀具主轴轴线垂直方向上成直线分布。

第二工位和第三工位分别对应安装一个工件旋转驱动装置，每个工件旋转驱动装置包括支撑龙门、伺服电机、减速机构、升降移动机构、升降驱动机构和能相互啮合的一对齿轮，支撑龙门主要由两根立柱和一根安装于立柱顶端的横梁组成，升降驱动机构和升降移动机构相互连接并由横梁支撑安装，减速机构安装于升降移动机构，伺服电机与减速机构的输入轴连接，减速机构输出轴和所述的工件主轴尾端都安装一个所述的齿轮，加工时升降移动机构带动减速机构输出轴上的齿轮下降与工件主轴尾端的齿轮相互啮合，伺服电机通过减速机构、齿轮的传动驱动工件主轴旋转，加工完成后升降移动机构带动减速机构输出轴上的齿轮上升，与工件主轴尾端的齿轮脱开，并为旋转工作台机构带动卡盘机构旋转让出空间。

自动上料装置和自动下料装置都包括机械手装置和工件输送装置；机械手装置包括机械手、支座、横移机构和支撑驱动机械手90度摆转的旋转机构，支座安装于所述床身对应第一工位和第四工位的一侧，横移机构安装于支座顶端，机械手通过旋转机构支撑安装于横移机构，通过横移机构带动机械手从与工件输送装置对应的工件抓取位置横向位移到工件装夹位置。

作为上述技术方案的补充和完善，本发明还包括以下技术特征。

所述的第三工位包括两个用于轮辋冒口切除的动力头装置和一个用于中心轴孔钻孔的动力头装置，用于中心轴孔钻孔的动力头装置位于两个用于轮辋冒口切除的动力头装置之间，使轮辋冒口切除时受力对称平稳，提高加工精度。

支撑安装用于中心轴孔冒口和轮辋冒口切除的动力头装置的拖板进给机构包括纵向导轨、由纵向导轨约束滑行的纵向拖板、安装于纵向拖板上的横向导轨、由横向导轨约束滑行的横向拖板、驱动横向拖板滑行的横向驱动机构和驱动纵向拖板滑行的纵向驱动机构，纵向导轨的轴向与所述刀具主轴轴向同向，横向导轨和纵向导轨轴向相互垂直，动力头装置安装在横向拖板上。在冒口切除加工时，用于中心轴孔冒口切除和轮辋冒口切除的刀具主轴上分别安装锯片，用于中心轴孔冒口切除的锯片直径小于用于轮辋冒口切除工位的锯片。纵向拖板快速进给滑行到纵向加工位置后，横向拖板工速进给进行切割加工，切割加工完成后分别复位。

支撑安装用于中心轴孔钻孔的动力头装置的拖板进给机构包括纵向导轨、由纵向导轨约束滑行的纵向拖板和驱动纵向拖板滑行的纵向驱动机构，中心轴孔钻孔工位的动力头装置安装于纵向拖板上。

所述的纵向驱动机构和横向驱动机构包括丝杆、丝杆螺母和驱动电机，丝杆由轴承、轴承座支撑安装，驱动电机的转轴与丝杆连接，丝杆螺母与对应的纵向拖板或横向拖板连接。

所述的机械手包括支撑安装板、一个夹抓气缸、两根夹紧连杆、两个弓形夹手和一根中心连杆，弓形夹手两端通过轴支撑各安装有一个外周面设有环形凹槽的夹轮，对轮毂实现夹持时轮毂一侧的轮缘卡入夹轮的环形凹槽中，轮毂另一侧的轮缘在上料交接时由夹紧机构夹装，弓形夹手各由一个支撑臂安装支撑，每个支撑臂顶端由设置于支撑安装板上的滑移导向机构约束直线相对滑移，中心连杆两端分别与一根夹紧连杆的一端铰接，夹紧连杆的另一端与支撑臂连接，中心连杆中间部位由一转动件支撑安装能以转动件为支点旋转，夹抓气缸缸体与支撑安装板相对固定，活塞与支撑臂连接，通过夹抓气缸驱动其中一根支撑臂移动，通过夹紧连杆的牵拉和中心连杆的旋转传导带动另一根支撑臂移动，从而带动弓形夹手相向或相背离移动，实现对轮毂的夹持和放开。

所述的横移机构包括滑板、驱动滑板滑移的滑板驱动气缸和支撑约束滑板直线滑移的导向机构，导向机构设置于所述支座的顶端。

所述旋转机构包括机械手安装支架、旋转板、转轴和驱动气缸，转轴通过轴承和轴承座支撑安装于机械手安装支架，机械手安装支架固定安装于所述横移机构的滑板上，旋转板与转轴固定连接由转轴支撑旋转，驱动气缸的活塞与旋转板铰接，所述机械手的支撑安装板与旋转板固定连接，驱动气缸的缸体与所述滑板铰接，通过驱动气缸活塞的伸缩，驱动旋转板带同支撑安装板以转轴为中心旋转，带动机械手的支撑臂摆转90度，实现将轮毂从工件抓取位置的低位转位到工件装夹位置的高位。

所述的升降驱动机构为升降驱动气缸，所述的升降移动机构包括升降机构安装板和减速机构安装板，升降机构安装板固定于横梁上，减速机构安装板和升降机构安装板之间由导轨和滑块约束支撑。

所述的切钻机还包括对应于第二工位和第三工位的两个加工防护机构，该加工防护机构包括下挡板、防护罩、防护罩升降驱动气缸和防护罩升降导向机构，防护罩包括连接组成具有箱式内腔侧的挡板、顶板、上前挡板和上后挡板，上后挡板开设与所述夹紧机构对应的缺口，防护罩升降导向机构安装在所述的支撑龙门上，防护罩与防护罩升降驱动气缸和防护罩升降导向机构连接，实现有约束导向的升降，下挡板安装在所述支撑龙门的立柱上，与防护罩的上前挡板对应，加工时防护罩下降与下挡板组合成整合防护机构，防护罩与下挡板之间留有供安装刀具的刀杆移动的空间，工件置入防护罩内腔中，切下来的冒口和切割形成的金属屑在防护罩约束下只能下掉到床身上的搜集口，在掉入排屑机。

所述的工件输送装置包括机架、平送机构、抬升机构和限位机构，平送机构包括滚柱、链条回路、链轮和电机，滚柱两端由轴承和轴承座支撑安装于机架顶部，机架顶部两侧沿横向各设置多根轴向相同的滚柱组成滚柱排，相邻两根滚柱之间留有空隙，两侧的滚柱排之间间隔一段距离，每一根滚柱的一端安装链轮，电机转轴上安装链轮，所有链轮都与链条回路啮合，电机通过链条回路驱动滚柱旋转，轮毂置放于滚柱上，通过滚柱的旋转带动滚柱的横向上平送；所述限位机构设置于所述机架的一端端部；所述抬升机构紧邻所述限位机构，包括抬升托板、抬升气缸和抬升导向机构，抬升托板由抬升气缸驱动升降并由抬升导向机构限位导向，抬升托板位于两个滚柱排之间并设置有嵌入滚柱之间间隙的承托部，抬升托板位置与所述的机械手位置对应。操作工将待加工的轮毂毛坯以轴向竖向的状态置放到滚柱排上，轮毂在滚柱转动带动下横向平移到工件输送装置的端部，被限位机构限位停止横移，正好位于抬升托板上，抬升托板在抬升气缸驱动下上升到机械手抓取位置，机械手抓取夹持住轮毂毛坯。机械手抓取轮毂毛坯后摆转90度，在摆转的同时横移机构带同机械手向夹紧机构移动，使轮毂毛坯轴向在从竖向变成与工件主轴同向的横向后即注准第一工位的夹紧机构，由夹紧机构装夹轮毂毛坯，实现工件交接上料；上料的同时在第四工位，由机械手在装夹位置的高位将加工完成的轮毂从夹紧机构上卸下，机械手在横移的过程中摆转90度到与自动下料装置的工件输送装置对应的抓取位置，抬升托板托住从机械手卸下的轮毂，抬升托板下降使轮毂置放到滚柱排上平移输出；然后旋转工作台机构的台盘旋转90度，将轮毂毛坯输送到第二工位进行中心轴孔冒口切除，第四工位的空置夹紧机构移动到第一工位上料，第二工位已切除中心轴孔冒口的轮毂毛坯被输送到第三工位进行中心轴孔钻孔和轮辋冒口切除，如此循环，四个工位同时工作，提高效率。

所述的夹紧机构包括一卡盘、至少三个卡爪以及与卡爪一一对应的夹紧气缸，卡盘固定安装于所述工件主轴，卡爪沿圆周方向分布并通过安装于卡盘的卡爪支撑导轨支撑安装，卡爪与夹紧气缸通过连接块连接由夹紧气缸驱动在导轨上滑移实现对工件的夹紧和松开。

所述的卡爪支撑导轨安装于所述卡盘的正面，所述的夹紧气缸安装于卡盘的背面，卡盘上设置长槽孔，所述的连接块穿装于该长槽孔。

所述的床身设置电机安装内腔，所述的分度驱动电机通过安装板支撑安装于该电机安装内腔中。

连接所述凸轮分度器入力轴和所述分度驱动电机的传动机构为皮带传动机构。

所述卡盘外缘套装有筒状的卡盘防护罩。

所述的床身上安装有凸轮分度器防护罩，凸轮分度器防护罩和床身顶面将所述凸轮分度器、皮带传动机构包裹在内。

本发明可以达到以下有益效果：通过将自动上料装置、用于中心轴孔冒口切除加工动力头装置、中心轴孔钻孔加工动力头装置和轮辋冒口切割加工动力头装置、自动下料装置沿圆周方向间隔90度依次设置并与四个工件装夹装置配合组成四个工位，一台机床能加工切钻多道工序和自动上下料，实现了全自动加工，提高了加工效率，降低了设备投入成本和工人劳动强度；使用滚柱式平移和机械手摆转90度结合的自动上料装置和自动下料装置，机械手使用带凹槽轮的弓形夹手，工件输送平稳，提高了设备稳定性。

附图说明

图1是本发明的俯视图。

图2是本发明工件装夹装置卡盘机构的结构图。

图3是本发明工件装夹装置旋转工作台机构的结构图。

图4是本发明工件旋转驱动装置和加工防护机构的结构图。

图5是本发明工件旋转驱动装置和加工防护机构的侧视图。

图6是本发明机械手装置的结构图。

图7是本发明机械手装置的侧视图。

图8是本发明机械手装置的仰视图。

图9是本发明动力头装置的结构图。

图10是本发明工件输送装置的俯视图。

图11是本发明工件输送装置的侧视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细描述，所描述的实施例只是对本发明创造的说明和解释，并不构成对本发明的唯一限定。

如图1～图11所示，本发明包括切钻机、自动上料装置6和自动下料装置7；切钻机包括床身2、工件装夹装置5、两个工件旋转驱动装置3、两个加工防护机构4和四个动力头装置8。

工件装夹装置5包括一个旋转工作台机构和四个卡盘机构；旋转工作台机构包括台盘、凸轮分度器55和分度驱动电机，床身设置电机安装内腔，分度驱动电机通过安装板支撑安装于该电机安装内腔中，凸轮分度器固定安装于床身顶面，凸轮分度器的入力轴与分度驱动电机转轴通过皮带传动机构传动连接，台盘固定安装于凸轮分度器的出力轴由凸轮分度器带动旋转分度；床身上安装有凸轮分度器防护罩56，凸轮分度器防护罩和床身顶面将所述凸轮分度器、皮带传动机构包裹在内。卡盘机构包括夹紧机构、工件主轴54和主轴支座53，四个主轴支座53沿圆周方向等分角度安装于台盘，工件主轴54通过轴承支撑安装于主轴支座，夹紧机构安装于工件主轴朝外的前端。夹紧机构包括一卡盘51、三个卡爪52以及与卡爪一一对应的夹紧气缸，卡盘固定安装于工件主轴，卡爪沿圆周方向分布并通过安装于卡盘的卡爪支撑导轨支撑安装，卡爪支撑导轨安装于所述卡盘的正面，夹紧气缸安装于卡盘的背面，卡盘上设置长槽孔，卡爪与夹紧气缸通过穿装于长槽孔中的连接块连接由夹紧气缸驱动在导轨上滑移实现对工件的夹紧和松开。卡盘外缘套装有筒状的卡盘防护罩。

自动上料装置、动力头装置和自动下料装置环绕工件装夹装置依次分布，顺时针方向间隔90度依次组成第一、第二、第三和第四四个工位，第二工位对应一个用于完成中心轴孔冒口切除的动力头装置，第三工位对应一个用于完成中心轴孔钻孔的动力头装置和两个用于完成轮辋冒口切除的动力头装置；动力头装置各自通过一个拖板进给机构支撑安装于床身上，每个动力头装置包括刀具主轴和刀具驱动电机81，刀具主轴通过轴承、主轴箱83支撑安装于拖板进给机构的拖板上，刀具主轴轴向和对应的工件主轴轴向同向，刀具驱动电机相对于拖板固定并通过传动机构82与刀具主轴传动连接，驱动刀具主轴旋转。第三工位的三个动力头装置在刀具主轴轴线垂直方向上成直线分布，用于中心轴孔钻孔的动力头装置位于两个用于轮辋冒口切除的动力头装置之间。支撑安装用于中心轴孔冒口和轮辋冒口切除的动力头装置的拖板进给机构包括纵向导轨、由纵向导轨约束滑行的纵向拖板、安装于纵向拖板上的横向导轨、由横向导轨约束滑行的横向拖板、驱动横向拖板滑行的横向驱动机构和驱动纵向拖板滑行的纵向驱动机构，纵向导轨的轴向与刀具主轴轴向同向，横向导轨和纵向导轨轴向相互垂直，动力头装置安装在横向拖板上。在冒口切除加工时，用于中心轴孔冒口切除和轮辋冒口切除的刀具主轴上分别安装锯片，用于中心轴孔冒口切除的锯片直径小于用于轮辋冒口切除工位的锯片。纵向拖板快速进给滑行到纵向加工位置后，横向拖板工速进给进行切割加工，切割加工完成后分别复位。支撑安装用于中心轴孔钻孔的动力头装置的拖板进给机构包括纵向导轨、由纵向导轨约束滑行的纵向拖板和驱动纵向拖板滑行的纵向驱动机构，中心轴孔钻孔工位的动力头装置安装于纵向拖板上。纵向驱动机构和横向驱动机构包括丝杆、丝杆螺母和驱动电机，丝杆由轴承、轴承座支撑安装，驱动电机的转轴与丝杆连接，丝杆螺母与对应的纵向拖板或横向拖板连接。

第二工位和第三工位分别对应安装有一个工件旋转驱动装置3，每个工件旋转驱动装置包括支撑龙门、伺服电机38、减速机构39、升降移动机构、作为升降驱动机构的升降驱动气缸34和能相互啮合的一对直齿轮，支撑龙门主要由两根立柱36和一根安装于立柱顶端的横梁35组成，横梁上设置悬伸的安装部，升降移动机构包括升降机构安装板37和减速机构安装板33，升降机构安装板37固定于横梁的安装部上，减速机构安装板33和升降机构安装板37之间由导轨和滑块约束支撑。升降驱动气缸34的缸体通过安装架支撑固定于升降机构安装板37，活塞和减速机构安装板33相互连接，减速机构安装于减速机构安装板，伺服电机38与减速机构39的输入轴连接，减速机构的输出轴上安装一个所述直齿轮作为主动齿轮32，工件主轴尾端安装一个所述直齿轮作为从动齿轮31。

自动上料装置和自动下料装置都包括机械手装置和工件输送装置；机械手装置包括机械手63、支座64、横移机构61和支撑驱动机械手90度摆转的旋转机构62，支座64安装于所述床身对应第一工位和第四工位的一侧，横移机构61包括滑板612、驱动滑板滑移的滑板驱动气缸611和支撑约束滑板直线滑移的导向机构，导向机构设置于所述支座的顶端。旋转机构62包括机械手安装支架623、旋转板622、转轴和驱动气缸621，转轴通过轴承和轴承座支撑安装于机械手安装支架，机械手安装支架固定安装于横移机构的滑板612上，旋转板622通过轴座与转轴固定连接由转轴支撑旋转，驱动气缸621的活塞与旋转板622铰接，驱动气缸的缸体与滑板铰接。机械手63包括支撑安装板631、两根夹紧连杆636、两个弓形夹手634、一个夹抓气缸635和一根中心连杆637，弓形夹手634两端通过轴支撑各安装有一个外周面设有环形凹槽的夹轮633，弓形夹手634各由一个支撑臂632支撑，每个支撑臂632顶端由设置于支撑安装板631上的滑移导向机构约束直线相对滑移，中心连杆637两端分别与一根夹紧连杆636的一端铰接，夹紧连杆的另一端与支撑臂632连接，中心连杆中间部位由一转动件638支撑安装能以转动件638为支点旋转，夹抓气缸635的缸体与支撑安装板相对固定，活塞与支撑臂连接，通过夹抓气缸驱动其中一根支撑臂移动，通过夹紧连杆的牵拉和中心连杆的旋转传导带动另一根支撑臂移动，从而带动弓形夹手相向或相背离移动，实现对轮毂的夹持和放开。机械手的支撑安装板631与旋转板622固定连接，通过驱动气缸621活塞的伸缩，驱动旋转板带同支撑安装板以转轴为中心旋转，带动机械手的支撑臂摆转90度，实现将轮毂从工件抓取位置的低位转位到工件装夹位置的高位。通过横移机构带动机械手从与工件输送装置对应的工件抓取位置横向位移到工件装夹位置。

第二工位和第三工位各对应一个加工防护机构4，加工防护机构4包括下挡板43、防护罩42、防护罩升降驱动气缸41和防护罩升降导向机构，防护罩包括连接组成具有箱式内腔侧的挡板、顶板、上前挡板和上后挡板，上后挡板开设与所述夹紧机构对应的缺口，防护罩升降导向机构包括相互配合的导轨和滑块，导轨安装在所述支撑龙门的立柱上，防护罩与滑块连接，防护罩顶部与防护罩升降驱动气缸连接，实现有约束导向的升降，下挡板安装在所述支撑龙门的立柱上，与防护罩的上前挡板对应，防护罩与下挡板之间留有供安装刀具的刀杆移动的空间，加工时工件置入防护罩内腔中。

工件输送装置7包括机架71、平送机构、抬升机构、感应机构74和限位机构75，机架可以由多段首尾连接组成，每一段机架首尾两端各设置一个所述的感应机构74，平送机构包括滚柱72、链条回路78、链轮和电机77，每一段机架对应一个链条回路和一个电机，使每一段机架上的平送机构可以单独控制，滚柱两端由轴承和轴承座支撑安装于机架顶部，机架顶部两侧沿横向各设置多根轴向相同的滚柱组成滚柱排，相邻两根滚柱之间留有空隙，两侧的滚柱排之间间隔一段距离，每一根滚柱的一端安装链轮，电机转轴上安装链轮，所有链轮都与链条回路啮合，电机通过链条回路驱动滚柱旋转，轮毂置放于滚柱上，通过滚柱的旋转带动滚柱的横向上平送。所述限位机构为限位柱，设置于最后一段机架的尾端端部；所述的感应机构设置于机架上并紧邻所述的滚柱排，所述抬升机构紧邻所述限位机构，包括抬升托板73、抬升气缸76和抬升导向机构79，抬升托板由抬升气缸驱动升降并由抬升导向机构限位导向，抬升托板位于两个滚柱排之间并设置有嵌入滚柱之间间隙的承托部，抬升托板位置与所述的机械手位置对应，抬升导向机构为配合的导向杆和导向套的组合件。

操作工将待加工的轮毂毛坯以轴向竖向的状态置放到滚柱排上，轮毂在滚柱转动带动下横向平移到工件输送装置的端部，被限位机构限位停止横移，正好位于抬升托板上，感应机构感应到轮毂毛坯，向控制机构发送信号，控制机构控制抬升气缸活塞伸出，抬升托板在抬升气缸驱动下上升到机械手抓取位置，机械手抓取夹持住轮毂毛坯。机械手抓取轮毂毛坯后摆转90度，在摆转的同时横移机构带同机械手向夹紧机构移动，使轮毂毛坯轴向在从竖向变成与工件主轴同向的横向后即注准第一工位的夹紧机构，由夹紧机构装夹轮毂毛坯，实现工件交接上料；上料的同时在第四工位，由机械手在装夹位置的高位将加工完成的轮毂从夹紧机构上卸下，机械手在横移的过程中摆转90度到与自动下料装置的工件输送装置对应的抓取位置，抬升托板托住从机械手卸下的轮毂，抬升托板下降使轮毂置放到滚柱排上平移输出；然后旋转工作台机构的台盘旋转90度，将轮毂毛坯输送到第二工位进行中心轴孔冒口切除，第四工位的空置夹紧机构移动到第一工位上料，第二工位已切除中心轴孔冒口的轮毂毛坯被输送到第三工位进行中心轴孔钻孔和轮辋冒口切除，如此循环，四个工位同时工作。