基于機(jī)床自身驅(qū)動裝卸料機(jī)械手的數(shù)控機(jī)床研究及應(yīng)用

陳宇 郭芳

摘要：機(jī)床自身驅(qū)動的裝卸料機(jī)械手的數(shù)控機(jī)床是借助數(shù)控機(jī)床自身三軸移動配合料倉和自動化夾具實現(xiàn)工件的自動裝卸料的自動化機(jī)床。自備機(jī)械手?jǐn)?shù)控機(jī)床主要由及機(jī)床本體、料倉、機(jī)械手夾持機(jī)構(gòu)等部分組成。較普通上卸料機(jī)構(gòu)具有操作和結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低且應(yīng)用廣泛。

關(guān)鍵詞：數(shù)控機(jī)床;工件裝卸;機(jī)械手;

一、背景介紹：

一般數(shù)控機(jī)床的裝卸料機(jī)構(gòu)為手動上卸料和機(jī)械手上卸料，機(jī)床本身不具備上卸料功能。隨著工業(yè)自動化的發(fā)展機(jī)械手的應(yīng)用也將會越來越廣泛，機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來的一種高科技自動生產(chǎn)設(shè)備，作業(yè)的準(zhǔn)確性和環(huán)境中完成作業(yè)的能力是工業(yè)機(jī)械手機(jī)器人的一個重要分支，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度由原來的10米、12米提升到現(xiàn)在的120米以上，大大提高了零件的加工效率，這樣人工裝卸工件時的勞動強(qiáng)度卻來越大，人工操作已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足高速高效的需求。機(jī)械手按驅(qū)動方式可分為液壓式、氣動式、電動式、機(jī)械式。特點是可以通過編程來完成各種預(yù)期的作業(yè)，構(gòu)造和性能上兼有人和機(jī)械手機(jī)器各自的優(yōu)點。機(jī)械手通常用作機(jī)床或其他機(jī)器的附加裝置，配置有獨立的控制系統(tǒng)或依附于機(jī)床設(shè)備本身的控制系統(tǒng)，如在自動機(jī)床或自動生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件。機(jī)械手本身具有獨立的可進(jìn)行兩維或三維空間移動的手臂和零件夾持部分組成，最終實現(xiàn)能將加工工件的自動裝卸過程?，F(xiàn)行的機(jī)械手均為機(jī)床外置設(shè)備，多數(shù)為桁架機(jī)械手、折臂機(jī)械手以及工業(yè)機(jī)器人。機(jī)械手采購、使用成本較高，機(jī)械手上各零部件的加工、裝配精度及復(fù)雜程度也很高。因而使機(jī)械手被中小型生產(chǎn)企業(yè)拒之門外，依然還是采用勞動強(qiáng)度較大的人工上卸料。鑒于此我們研制了一種制造和使用成本極低的自備機(jī)械手的數(shù)控機(jī)床。

二、該自備機(jī)械手?jǐn)?shù)控機(jī)床具體結(jié)構(gòu)如下：

如圖1 所示機(jī)床由底座部分1、立柱部分2、工作臺部分3、刀庫部分4、主軸箱部分5、電氣部分6、機(jī)械手部分7、防護(hù)部分8、料倉9 組成。底座部分1 位于機(jī)床最底端，用于支撐機(jī)床業(yè)余各部分，底座上安裝有直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠、伺服電機(jī)，用于實現(xiàn)工作臺部分3 的Y方向移動。立柱部分2 置于底座之上安裝有直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠、伺服電機(jī)，用于實現(xiàn)主軸箱部分5 的Z方向移動。工作臺部分3 安裝在底座導(dǎo)軌上方，由十字導(dǎo)軌滑座、工作臺等零件，十字導(dǎo)軌滑座上安裝有直線導(dǎo)軌、滾珠絲杠、伺服電機(jī)，用于實現(xiàn)工作臺的X方向移動。主軸箱部分5 安裝在立柱部分2 的導(dǎo)軌上，主軸箱部分5 上安裝有主軸、主電機(jī)等部件。防護(hù)部分6 置于機(jī)床導(dǎo)軌上方和機(jī)床外側(cè)，用于機(jī)床導(dǎo)軌的防護(hù)和加工時產(chǎn)生的鐵削、切削液的防護(hù)。機(jī)械手部分7 由導(dǎo)桿氣缸10（或液壓缸）和氣動卡爪11（或液壓卡爪）組成，導(dǎo)桿氣缸10安裝在主軸箱的下面，可以推動氣動卡爪11沿機(jī)床Y方向。氣動卡爪11用來抓取未加工零件放置到加工位置和抓取加工后的零件放置回料倉9 或料倉12。

三、自備機(jī)械手?jǐn)?shù)控機(jī)床的具體實施方式：

該機(jī)床實現(xiàn)自動上卸料分為兩種方式，第一種為置于機(jī)床防護(hù)外部的料倉9 的裝卸料。第二種為置于機(jī)床工作臺上的內(nèi)部料倉12的裝卸料。

1、實現(xiàn)機(jī)床外部料倉9 的自備機(jī)械手裝卸工件的過程為：主軸箱部分5 帶動機(jī)械手部分7 移動至料倉9 第一層工件的高度，氣動卡爪11的卡爪張開并由導(dǎo)桿氣缸10推動向前移動至第一層工件處，氣動卡爪11的卡爪閉合，抓取零件。導(dǎo)桿氣缸10的活塞桿帶動氣動卡爪11和零件縮回至主軸箱部分5 的下方，工作臺沿機(jī)床X向和Y向移動，使工件處于在工作臺上相應(yīng)的裝夾位置的上方，主軸箱部分5 帶動氣動卡爪11沿機(jī)床Z向移動，使工件放置在機(jī)床工作臺上，然后用于定位和裝夾零件的夾具夾緊，開始加工零件。零件加工完成后，工作臺部分3 帶動工件沿機(jī)床X向和Y向移動至氣動卡爪11的下方，主軸箱部分5 帶動機(jī)械手部分7 沿機(jī)床Z向移動至氣動卡爪11需要求夾緊位置，氣動卡爪11加緊工件，主軸箱部分5 帶動氣動卡爪11沿機(jī)床Z向移動至料倉第一層工件的高度位置，導(dǎo)桿氣缸10工作，將工件推送至料倉，氣動卡爪11松開工件，導(dǎo)桿氣缸10的活塞桿縮回。主軸箱部分帶動機(jī)械手部分7 沿機(jī)床Z方向向下移動至料倉9 的第二層工件高度，氣動卡爪11的卡爪張開并由導(dǎo)桿氣缸10推動向前移動至第一層工件處，氣動卡爪11的卡爪閉合，抓取零件。依次循環(huán)加工，實現(xiàn)批量工件的自動加工過程。

2、實現(xiàn)機(jī)床工作臺上的內(nèi)部料倉12的自備機(jī)械手裝卸工件的過程為：首先將氣爪更改成垂直安裝形式，機(jī)床工作臺部分沿機(jī)床X向和Y向移動，使工件13處于機(jī)械手7 的下方，氣動卡爪11的卡爪張開并由主軸箱部分5 帶動沿機(jī)床Z向移動至工件13的裝夾位置，氣動卡爪11的卡爪閉合，抓取工件13。機(jī)床工作臺部分5 沿機(jī)床X向和Y向移動，使工件13處于在工作臺的裝夾位置下方，主軸箱部分帶動氣動卡爪11和工件13沿機(jī)床Z向向下移動將工件13放置在工作臺上的加工位置處，然后用于定位和裝夾零件的夾具夾緊，開始加工工件。工件加工完成后，工作臺部分3 帶動工件13沿機(jī)床X向和Y向移動至氣動卡爪11的下方，主軸箱部分5 帶動氣動卡爪11沿機(jī)床Z向向下移動至氣動卡爪11需要求夾緊位置，氣動卡爪11加緊工件，主軸箱部分5 帶動氣動卡爪11沿機(jī)床Z向向上移動，工作臺部分3 帶動工件13沿機(jī)床X向和Y向移動，將工件13置于料倉12的上方，主軸箱部分5 帶動氣動卡爪11沿機(jī)床Z向向下移動至工件13的初始位置，氣動卡爪11松開工件。主軸箱部分5 帶動氣動卡爪11沿機(jī)床Z向向上移動至安全位置，工作臺部分3 帶動料倉沿機(jī)床X向和Y向移動使工件14置于氣動卡爪下方，氣動卡爪11的卡爪張開并由主軸箱部分5 帶動沿機(jī)床Z向移動至工件14的裝夾位置，氣動卡爪11的卡爪閉合，抓取工件14。依次循環(huán)加工，實現(xiàn)批量工件的自動加工過程。

結(jié)語：數(shù)控機(jī)床自身驅(qū)動的機(jī)械手結(jié)構(gòu)研究和應(yīng)用主要是借助于數(shù)控機(jī)床本身的三個移動軸實現(xiàn)零件的裝卸過程。該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用極大地降低了機(jī)床自動化的制造成本低，加工制造簡單方便，零件定位精度高，用戶可在較普通數(shù)控機(jī)床增加極少的成本基礎(chǔ)上獲得具有自動上卸料功能的數(shù)控機(jī)床，同時大大降低了操作工裝卸工件的勞動強(qiáng)度和機(jī)床停機(jī)時間。通過更換不同形式的氣爪可以完成廣泛零件的裝卸過程。