一种镜像运动复合切削的无人终端设备

技术领域

本发明涉及通用设备制造业，尤其是一种数控复合切削机床。

背景技术

本发明申请日前（见查新报告）未见相同的技术，数控车铣等复合切削机床及上下工件的辅助设备可见技术特征是以夹持工件的卡盘为主轴向X坐标，其径向Z坐标设计有自动刀具组件，该刀具组件的切削使用有两种大同小异的方法，一种是把车，铣，钻等多种切削刀具排列安装在电动滑台组件上，根据工件切削工艺的需要由数控指令调用对应的刀具组件进行X、Y、Z轨迹运动，实现切削的目的，另一种方法是由数控指令调用刀具组件进行X、Y、Z轨迹运动，以关节旋转组合换刀的方式进行复合切削。此外，上料采用液压升降与推进系统构成的上料工装，上料机将料从中空的卡盘中推入，或者直接用机器人从操作门或机床（刀具组件）的上方将预切割的工件放入卡盘中完成上料，切削后的工件再由机器人或者人工抓取完成卸工件任务，如此反复十分繁锁。

现有数控机床的切削技术在加工效率上比传统切削机床有了显著提升，降低了加工成本，切削的精度、速度、型位、外观等工艺质量也得到了明显提高，但是，现有技术的不足还在于无法满足同一工件全型面，高精度调头切削的需求，特别是双头要加工的工件，依现有技术的机床必须调头重新上工件后才能进行二次切削，这样不仅型位的高精度无法保证，更不用说无人操作的流水式切削加工了，切削效率不高，例如：车内外圆，铣型面，钻孔等切削工艺无一例外都是等当前切削任务完成再进入下一个切削任务，除此之外，市场可见的双工位复合切削机床也仅仅将多种刀具进行了集成安装，提高了切削速度而已，没有从根本上解决全型面与流水式切削的关键问题。

现有数控机床周边的辅助设备上下料系统（含机器人）是将料送至中空的卡盘后再根据图纸的要求定长车割料或车端面，用机器人无论是上料还是抓取切削后的工件，卡盘（主轴）与刀具工位都必须停止等待，既不安全又占用了切削时间。另外，现有切削流程比如：上料，断料，卸工件，车，铣，钻等的加工时间都是错开的，无法做到物流式连惯性切削，实际的切削时间并没有得到充分利用，时间浪费严重，效率低。

综上，现有数控机床多为独立切削单元，费人力，费时间，重复投资现象严重，占用厂房面积大，综合成本居高不下，对全型面切削或两头切削等工件难以保证切削精度与效率，不能实现连惯性切削加工，尤其是对数字控制系统、在线监测系统、切削工艺代码程序的依赖性难以克服，满足不了前瞻性物流式“无人化工厂”的切削需求。

发明内容

本发明将通过以下方法实现：即按照工件切削工艺的顺序步骤分解成料库（排料）、传料、断料、进料、车或铣或钻等复合切削、工件吻合调头换位置或机械手移载换位置、再车或铣或钻等复合切削、卸工件等工位。其中，工件吻合换位置不仅能够满足型位精度要求高的工件，还可以免去校验步骤，可有效保证同心度的准确性，从毛坯开始到成品结束的每个工艺单元既能独立进行，又互不影响，还能实现流水式的数控排料、传料、断料、进料、镜像车，铣，钻等复合切削、卸工件。

本发明将参照迪卡尔坐标系（见附图1示意）进行说明。

根据不同工件尺寸设计相适应型号的主基架、机壳护罩，主基架桌面，X轴向线（主轴线）上分别安装有镜像的卡盘（主轴）传动组件，两者之间设计有可避让轨迹运动的镜像尾座组件与居间移载机械手组件，主轴线的Z轴向分别设计了镜像的刀库组件，沿主基架桌面的主轴线（上游）进料方向由近到远，分别设计有进料机构、缓存机构、定长切割机构、传料机构、排料机构（料库），输出工件（下游）的方向设计有卸工件机械手组件或机器人。

本发明以下将按照上述每个组成部分作进一步的叙述。

镜像的卡盘传动组件，单一的卡盘传动组件由中空卡盘、中空法兰轴、中空导向筒、轴座、轴承组、传动轮、张力轮、传动带、伺服电机、锁紧螺母、滑台组件等五金件构成。两个卡盘传动组件在主基架桌面的X主轴线上呈现镜像的安装结构，两个组件能够相向轨迹运动（一个组件为固定，另一个组件可以进行相向地轨迹运动或两个都是固定）吻合工件调换切削位置，据此，简称为镜像主轴，驱动方式为伺服电机但不局限于此。

镜像的卡盘传动组件之间设计了镜像尾座组件，安装在滑台组件上，可以作X轴向线的轨迹运动（当镜像的卡盘传动组件进行吻合工件调换切削位置时立即旋转或下潜隐蔽避让），作用于提高工件的同心度与长工件的切削支点，其同心轴不仅仅是被动传动，当工件切削需要时能够主动转动，起到辅助切削的效果，驱动方式为伺服电机但不局限于此。

镜像的刀库组件，单一的刀库组件由X轴向滑台组件、Z1与Z2轴向滑台组件、万能刀库组件、车刀库组件、基架体、连接板等构成。两个刀库组件在主基架桌面的X主轴线的一侧也是呈现镜像的安装结构，两个刀库组件分别能够进行各自的X轴向或Z轴向运动。

万能刀库组件又由Z1轴滑台组件、Y轴滑台组件、中空分度盘、电动刀座、基架体、连接板等构成，可以作Z轴向、Y轴向的轨迹运动，不同切削用途的电动刀座分度安装在中空分度盘上，可以作360角度的X轴向旋转换刀，驱动方式为伺服电机但不局限于此。

车刀库组件由Z2轴滑台组件、自动刀塔（4-6刀位）、工件限位装置、缓存料架、连接板等构成，可以作Z轴向运动，车刀库组件的驱动方式为伺服电机但不局限于此。

万能刀库组件与车刀库组件共用的X轴向滑台、Z1轴向滑台、Z2轴向滑台、Y轴向滑台构成一个空间坐标系的型位与点位轨迹运动或单一轨迹运动，驱动方式为伺服电机但不局限于此，也就是数控机床领域常见的三轴联动，其中Z轴分别由Z1与Z2组成。

另外，镜像的车刀库组件其中的一个组件（进料方向），Z2轴的滑台主轴线方向安装有工件限位装置，装置上通过传感器确认卡盘中的进料位置，另一个组件（出工件方向），Z2轴的滑台主轴线方向安装有一个工件缓存架，缓存架作用于居间移载机械手把工件放置在上面缓存后推进至镜向的卡盘中。

居间移载机械手组件由X轴滑台组件、滑台气缸、夹紧气缸、放转气缸、连接板组件、限位开关等构成，可以作X轴向、Z轴向、旋转与开合的逻辑动作，完成镜像中空卡盘上卸工件的居间移载，驱动方式为伺服电机但不局限于此。

中空卡盘（输出工件方向）安装有卸工件机械手组件，该组件由X轴向滑台、Z轴向滑台、滑台气缸、夹紧气缸，基架体、连接板、安装支架、缓冲装置等构成，该机械手组件还可以由机器人代替，作用是夹取中空卡盘中的工件放到预置的物流箱中，驱动方式为电机或气缸组合但不局限于此。

中空卡盘（进料方向）的进料机构由主传动机构、从传动机构组成，主传动机构用2个以上的传动轮、张紧轮、限位轮、料位板、传动带、电机、侧板、升降气缸等构成，安装在传送机架上，从传动机构由2个以上的自由轮、支架、升降气缸等构成，进料时主传动机构、从传动机构吻合棒料在电机的驱动下将棒料向前传动，经由中空导向筒导入到中空卡盘中夹紧定位，随后又作分离状态，避免工件旋转时的离心干涉。

缓存机构由料位板、传动轮、张紧轮、限位轮、电机、定长检测组件、支架等组成，安装在传送机架上，位于定长割料机构与进料机构之间，其中的定长检测组件由气缸、传感器、支架、定长调节导轨、挡板等构成，安装于料位板之间，作用于检测来料及放行的状态与调节切割料的长短尺寸。

定长切割机构由料位板、传动轮、张紧轮、限位轮、传动带、电机、切割装置、张紧（升降）组件、主夹紧组件、辅夹紧组件、支架、零料弃料箱、料位传感器等构成，也安装在传动机架上，当定长料位传感器检测到来料位置时主夹紧组件与辅夹紧组件对来料进行夹紧固定，切割装置开始断料，如果料位传感器检测到来料短于预设的尺寸，零料分流组件并将零料抓取后移位分流到零料弃料箱中。

传料机构由料位板、传动轮、限位轮、联动皮带、电机、导料板组件、支架等组成，安装在传动机架上，作用在于将原材料向切削主轴方向传送。

排料机构（料库）由一条以上的传动链条组件、导链滑板、电机、传动轴组件、液压升降机架、料位传感器等构成，棒料依次平行等距离排列在链条上，传感器检测链条传动状态，链条每转动一个齿距棒料便自然滑落1根至传料机构中。

主基架桌面上的一个中空卡盘传动组件、一个双排列的刀库组件、一个镜像尾座组件、及一个运动控制系统形成一个X轴向、Y径向、Z1径向、Z2径向的车/铣复合切削单元，其镜像位置还有一个车/铣复合切削单元，即切削单元1与切削单元2，简称为镜像运动复合切削。

镜像运动复合切削、X轴向线的进料机构、缓存机构、定长切割机构、传料机构、排料机构（料库）及卸工件机械手组件连接成一条流水式的成套装备，由两个运动控制系统（切削单元1、切削单元2）与可编程逻辑控制器与构成交互通信控制系统，也就是镜像运动复合切削无人终端设备。

本发明的工作原理是：

1．根据切削工艺步骤依次分解设计成独立功能单元，其中齿形链条机架与液压升降机构的组合运用即料库，做到了一齿一档，一档一料，上料时只要将材料放在同一齿档中就完成了自动排序的要件，机架上用多道齿形链条组成同步Z轴向平面传动组件，每转动一个齿距就放出唯一的一根材料至传送机构上进行X轴向传送，齿距位置由传感器检测，传送机构将棒料沿X轴向传送到切割装置下，夹紧装置将其固定，启动切割装置将棒材割断，长短尺寸由带传感器的限位组件进行调节，这样就完成了切削前的定长切断，切断后的工件向前继续传动到缓存传动组件上等待，如果料位传感器检测到末稍材料的尺寸短于预设的尺寸，就自动将其分流出去作零料处理，在卡盘需要进料时缓存机构再传送到进料机构上，进料机构分为离合2个部分，进料时吻合，进料后分离，避免卡盘与工件旋转过程中可能产生的离心干涉；

2．在镜像卡盘（主轴）座的径向设一个滑台组件进行X轴向运动，再在这个滑台组件面上重叠并列2个Z轴向滑台组件交替式运动，一个用于车刀库，另一个用于万能刀库，后者的结构之上再构造一个滑台组件作Y轴向运动，该组件上再用一个中空分度盘安装各种电动刀具座进行分度换刀，再加上中空卡盘（主轴）的转动就实现了工件可视段面从多个视角进行点位、形位的切削加工，实现了5轴联动；

3．为克服现有技术中空卡盘（主轴）中不可视段面的切削加工只能用人工或机器人将工件夹取调头后再加工的缺陷，本发明用一个镜像的中空卡盘（主轴）沿X轴向轨迹运动吻合工件换位，这样工件不要调头就可以完成对另一个段面的切削加工，既保证工件型位高精度，又缩短切削工位1与切削工位2的切削时间，同时解决工件特别短无法在工件缓存架上缓存的矛盾，除此之外，增设一个居间移载机械手辅助完成工件换位；

4．较长的工件切削过程中会出现离心跳动，为此，用镜像尾座支配同心度，保证镜像运动复合切削加工的需要，尾座在镜像的中空卡盘（主轴）之间，每当镜像的中空卡盘（主轴）沿X轴向轨迹运动吻合工件换位时自动进行避让，避免X轴向线的机械干涉；

5．在工件切削完成后再用一个夹取工件的机械手将成品工件从中空卡盘（主轴）中取出放到物流箱中；

6．料库、送料、传料、断料、缓存、进料等传动组件分别由电机驱动，中空卡盘（主轴）、滑台组件、中空分度盘、镜像尾座用伺服电机驱动与定位，机械手组件用伺服电机与气缸组合驱动，全部组件再由可编程逻辑控制器与两个运动控制系统组成一种交互式的镜像运动复合切削系统，从而实现材料料的排序、传送、夹紧固定、定长切割、缓存、进料、卸工件、车内圆、车外圆、车端面、车螺纹、铣平面、铣曲面、走点位、走形位、走直线、走弧线、走圆、运动插补，差值补偿、找零位、定位置、钻孔、抛光等复合切削工艺。

采用上述成套装备后，本发明的有益效果为：

1．齿形链条式料库做到了材料排序送料的唯一性；

2．断料方式改为切削加工前进行定长切割，减少了在卡盘上车割断料的时间，提高了切削速度，往中空卡盘（主轴）上进料的位置得到了精准控制；

3．卡盘（主轴）、X轴、Z1轴、Z2轴、Y轴、刀库的五轴运动控制满足了可视面工件不同视角切削加工的需要，扩大了切削加工的范围，更进一步提升了切削机床使用的性能；

4．镜像的卡盘（主轴）传动组件可以进行吻合式夹取工件，做到了工件可视面与不可视面的切削加工，减少了工件的型位差值，提高了切削加工质量，保护了工件外观，节约了校验与装卸工件的时间，再次提高了切削速度；

5．镜像尾座可以双向固定长工件的同心度，不仅提高了长工件切削质量，同时还能进行钻、镗、钩等切削工艺，具有避让隐藏的功能；

6．工件缓存架与居间移载机械手的组合运用能够让卡盘（主轴）实现工件不间断移载，省去了卡盘传动组件吻合工件调头换位置的工序，缩短了装卸工件的时间，提高了对切削精度要求不高工件的切削速度；

7．卸工件机械手能够直接从中空卡盘（主轴）的外端取出工件并放到物流箱中，不仅节约了人力与时间，也减少了独立设备的重复投资；

8．本成套装备从排料到最后的卸工件全程流水式无间隔作业，最大限度地提高了切削加工综合效率，尤其以批量加工性能最为显著，满足了前瞻性物流式“无人化工厂”的核心要素，切削加工的工艺范围也得到扩大，切削全型位精度得到了根本保证，为制造更高性能的切削机床提供了一种坚实基础，不仅如此，还减少了多道工序要使用不同设备的重复投资，节约了高资本投入。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施例，下面将对本发明的新技术方案实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，以下描述中的附图仅仅是本发明的示意内容，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图及实施例。

图1是本发明的结构俯瞰示意图。

图2是本发明的总装主视示意图。

图3是本发明中定长断料俯瞰示意图。

图4是本发明中刀库组件主视示意图。

图5是本发明中进料与工件缓存及移载主视示意图。

图6是本发明中图4铣刀切削主视示意图。

图7是本发明中吻合夹取工件主视示意图。

图8是本发明中镜像尾座主视示意图。

图9是本发明中居间移载机械手主视示意图。

图10是本发明中卸工件机械手主视示意图。

附图标记说明：

1．排料机构（料库）、2．传料机构.、3．切割机构.、4．缓存机构、5．进料机构、6．中空卡盘（主轴）传动组件、7．镜像的中空卡盘（主轴）传动组件、8．刀库组件、9．镜像刀库组件、10．镜像尾座、11．卸工件机械手、12．MHI(人机界面) 、13．定长限位组件、14．切割机、15．带侧耳链条、16．可编程逻辑控制器、17．运动控制系统、18．居间移载机械手、19-1．工件缓存架、19-2工件限位传感器、20．棒料(毛坯)、21．排料架、22．传动轮、23．夹紧固定组件、24．传送机架、25．零料弃料箱、26．进料组件A、27．进料组件B、28．中空卡盘（主轴）座、29．镜像的中空卡盘（主轴）座、30．主机基架、31．车刀库组件、32．中空分度盘、33．刀库X轴向滑台组件、34．万能刀库Y轴向滑台组件、35．旋转座、36．镜像的车刀库组件、37．万能刀库组件、38．径向Z1轴组件、39．径向Z2轴组件、40．镜像的刀库X轴向滑台组件、41．镜像的中空分度盘、42．镜像的万能刀库Y轴向滑台组件、43．镜像的万能刀库组件、44．无料传感器、45．传动侧板、46．主机基架桌面、47．皮带轮、48．工件、49．夹爪气缸、50．筒夹、51．中空导料筒、52．铣刀A、53．铣刀B、54．铣刀C、55．镜像的中空卡盘传动组件X轴向滑台、56．居间移载机械手X轴向滑台、57．卸工件机械手X轴向滑台、58．物流箱、59．弃料车、60．镜像的径向Z1轴组件、61．镜像的径向Z2轴组件、62车刀架、63．镜像尾座X轴向滑台、64切削液箱。

具体实施方式

下面结合附图1至图10所示对本发明作进一步的实施例说明。

基于铸造（不限定于此工艺）件、型材、板材、传动轮22、光轴、电机、气缸、传感器等功能部件以X轴向主轴线依次构造排料机构（料库）1、传料机构2.、定长切割机构.3、缓存机构4、进料机构5、主机基架30。

进一步地，排料机构（料库）1、排料架21的面上根据棒料20的长度安装多条导链滑板，带侧耳链条15在上面滑行，棒料20就排放在每个齿距间，在电机与传感器的作用下带侧耳链条15每转动一个齿距棒料20便自动滑落一根至传料机构2中，整个传动面在液压机构的作用下作升降运动。

进一步地，送料机构2、切割机构.3、缓存机构4、进料机构5、的传送机架24面上用几十个“V”型传动轮22、支撑板、料位板、传动带等构成，在电机与传感器的作用下棒料20沿X轴线方向传动，其中切割机构.3的在传动面上横向安装切割机14、在升降机构的作用下对棒料20进行切割，接近切割机14的位置安装夹紧固定组件23、该组件由主夹紧气缸与辅夹紧气缸组成，棒料20尾部未端位置安装有无料检测传感器44，在缺料时发出送料的信号，同时由夹紧气缸将达不到预设长度的残料移放至一侧的零料弃料箱25中，缓存机构4的传动面上安装了可调节棒料(毛坯)20长短的定长限位组件13、在棒料20接近的位置安装传感器以发出切割信号，进料机构5由进料组件A26、进料组件B27构成，在棒料20到达传动面上时气缸驱动两个组件吻合棒料20、进入中空卡盘（主轴）传动组件6的中心位置，在中空导料筒51的导向下传动到中空卡盘（主轴）28的筒夹21中夹紧。

进一步地，主基架桌面46的X轴向主轴向线上安装中空卡盘（主轴）传动组件6，相对位置安装镜像的中空卡盘（主轴）传动组件7，该组件之间安装两条X轴向滑台组件，一条是镜像的中空卡盘（主轴）传动组件X轴向滑台55，另外一条是镜像尾座X轴向滑台63，镜像的中空卡盘传动组件7在前者滑台上运动吻合夹取工件48调换切削位置、后者滑台上安装一个旋转座35、该座之上安装镜像尾座10、这个座既能X轴向轨迹运动又能旋转或下潜式隐藏避让中空卡盘（主轴）传动组件7的轨迹运动，Z轴径向安装刀库组件8与镜像的刀库组件9、相对位置安装居间移载机械手18、主基架桌面46之下放置弃料车59与切削液箱64。

进一步地，主基架桌面46之上固定的中空卡盘（主轴）传动组件6、由中空卡盘28、中空法兰轴、中空导向筒51、轴座、轴承组、皮带轮47、张紧轮、传动带、伺服电机、锁紧螺母等基材与功能部件构成。

进一步地，Z轴径向安装的刀库组件8由刀库X轴向滑台组件33、万能刀库组件37、车刀库组件31、骨架体、连接板等基材与功能部件构成。

进一步地，镜像的刀库X轴向滑台组件33作X轴向运动，万能刀库组件37与车刀库组件31、分别平行安装在刀库X轴向滑台组件33的台面上，万能刀库组件37又由径向Z1轴组件38、Y轴向滑台组件34、中空分度盘32构成，中空分度盘32上分别安装铣刀A52、铣刀B53、铣刀C 54等刀具电机。

进一步地，镜像的车刀库组件31、由径向Z2轴组件39、车刀架62、连接板、工件缓存架19-1（输出工件位）、工件限位传感器19-2（进料工位）、支架等构成，可以作Z轴向运动，旋转换刀运动，再加上万能刀库组件37、构成X轴向、Z1向轴、Z2轴向、Y轴向坐标体系的组合轨迹运动或单一轨迹运动。

进一步地，镜像的刀库X轴向滑台组件40台面上构造镜像的车刀库组件36、镜像的万能刀库组件43、镜像的Y轴向滑台组件42、镜像的中空分度盘41，构成另一个镜像的X轴向、Z1向轴、Z2轴向、Y轴向坐标体系的组合轨迹运动或单一轨迹运动。

进一步地，排料机构（料库）1、送料机构2.、断料机构.3、缓存机构4、进料机构5、居间移载机械手18、镜像尾座Y轴向滑台组件35的驱动装置由可编程逻辑控制器16调控。

进一步地，中空卡盘（主轴）传动组件6、万能刀库组件37、车刀库组件31、刀库X轴向滑台组件33、Y轴向滑台组件34、中空分度盘32、径向Z1轴组件38、径向Z2轴组件39的驱动装置由运动控制系统17调控。

进一步地，镜像的中空卡盘（主轴）传动组件7、镜像的中空卡盘（主轴）传动组件X轴向滑台55、镜像的万能刀库组件43、镜像的车刀库组件36、镜像的刀库X轴向滑台组件40、镜像的Y轴向滑台组件42、镜像的中空分度盘41、镜像的径向Z1轴组件60、镜像的径向Z2轴组件61的驱动装置由另外一个运动控制系统17调控。

双运动控制器17、可编程逻辑控制器16、MHI(人机界面)12组成镜像运动复合切削，排料、传料、切割、缓存、进料、卸工件成套装备的交互式数字控制系统。

以上所述，仅用以说明本发明技术方案其中的一种实施例而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。