一种智能制造柔性生产线的自动上下料机构

技术领域

本发明属于生产制造技术领域，具体涉及一种智能制造柔性生产线的自动上下料机构。

背景技术

在航空附件产品的生产线中，使用伽马LV-600L立式加工中心较多，这种加工中心主要特征在于刀库紧邻主轴-X方向，使得机床主轴两侧、工作台上方空间狭小。

传统以立式加工中心为基础搭建柔性生产线做法有两种：一是利用桁架机械手配合机床自动上下料，但由于伽马LV-600L立式加工中心主轴旁的刀库会占据大量空间，使得桁架机械手无法伸入，因此这种方案并不可行；二是购买六关节机械手实现机床自动上下料，这种机械手相对灵活，对于空间要求低，但出于成本过高与后期维护难度较大也不宜大批量使用。

发明内容

本发明提出了一种智能制造柔性生产线的自动上下料机构，解决以伽马LV-600L立式加工中心为基础搭建柔性生产线存在的难点。

本发明提供一种智能制造柔性生产线的自动上下料机构，包括：环形旋转料盘、有杆气缸、无杆气缸、活动架、两根直线导轨、支架；所述环形旋转料盘包括：轴承座底板、环形导轨、旋转轴、环形导轨底板、托盘；

所述两根直线导轨平行固定设置在所述支架上；所述无杆气缸的固定部固定设置在所述支架上；

所述环形导轨上设置有多个托盘架，每个托盘架上放置1个托盘，用于装夹工件；所述环形导轨固定设置在环形导轨底板上方，所述环形导轨底板下方沿长度方向设置有两个轴承座底板，所述两个轴承座底板滑动设置在所述两根直线导轨上；

所述两个轴承座底板之间设置有连接杆，所述无杆气缸的滑动部与所述连接杆连接，用于驱动所述环形导轨在所述两根直线导轨上滑动，将待上下料的托盘架移动至加工中心工作台的夹具上方或下方；所述活动架与所述两个轴承座底板固定连接，随两个轴承座底板移动；

所述两个轴承座底板中的一个轴承座底板上设置有两个带有轴承的轴承座，所述旋转轴穿设在所述两个轴承内，所述旋转轴的轴向与所述环形导轨的长度方向垂直；

所述有杆气缸固定设置在所述活动架上，伸出端与所述环形导轨底板的一端固定连接，所述有杆气缸用于在上下料时，带动环形导轨绕旋转轴转动，使得待上料托盘架上的托盘落在加工中心工作台夹具上，或使得待下料托盘架托起加工中心工作台夹具上的托盘。

可选的，所述支架为采用铝合金方管型材焊接而成的长方体框架。

可选的，所述两根直线导轨采用螺栓固定在所述长方体框架顶部。

可选的，每个轴承座底板通过两个直线导轨滑块滑动设置在所述两根直线导轨上。

可选的，所述长方体框架底部固定设置有4个脚杯。

可选的，所述长方体框架底部还固定设置有4个滚轮。

可选的，所述托盘架包括两根弯折支杆；

所述托盘底部设置有与所述两根弯折支杆形状相同的卡槽。

可选的，所述活动架上固定设置有一块带有长腰形孔的铝板，所述有杆气缸的尾座通过穿设所述长腰形孔的螺栓固定在活动架上，所述螺栓上套设有蝶形螺母。

本发明提供一种智能制造柔性生产线的自动上下料机构，结构简单，仅需用2个气缸，1个电机就能完成机床上下料，完成了柔性生产线的重要环节，且造价低、便于后期维护。

附图说明

图1是上下料机构的轴测视图；

图2是上下料机构的左视图；

图3是上下料机构的俯视图；

图4是上下料机构气缸的运动示意图；

附图标记说明：

1—滚轮；

2—脚杯；

3—直线导轨滑块；

4—轴承座底板；

5—活动架；

6—有杆气缸；

7—托盘；

8—直线导轨；

9—托盘架；

10—环形导轨滑块；

11—连接附件左；

12—连接附件右；

13—环形导轨；

14—同步带；

15—同步带轮；

16—同步带轮轴；

17—底部钢板；

18—无杆气缸；

19—铝合金型材；

20—同步带轮张紧装置左；

21—从动轮轴安装座；

22—拉钉；

23—旋转轴；

24—轴承座；

25—同步带轮张紧装置右；

26—电机支架；

27—电机。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

本发明在不更改原有机床的前提下，加装自动上下料机构和利用机床预留指令作为控制方式构成柔性生产系统。思路为依据原机床加工零件外形、尺寸规格、加工内容从而完成维持或提高加工质量、延长机床自动运行时间和减少员工操作时长等设计目标；之后以该设计目标为指引确定自动上下料机构应具备的机械结构与功能；最后用机床预留控制指令与该设备连接完成柔性生产系统的搭建。

参照图1-4，本发明提供一种智能制造柔性生产线的自动上下料机构，包括：固定在地面上的可调节高度支架和在支架上运动的环形旋转料盘。

可调节高度支架主要由以下部分组成：50×50×3mm铝合金方管型材焊接成的长方体框架，在框架顶端用螺栓固定了一对直线导轨。

可选的，直线导轨可以为内置双轴心直线导轨。

导轨依据长方体框架的最长方向布置，与导轨配套的4个滑块可以在导轨上自由运动但不能脱开导轨，滑块与轴承座底板相连；长方体框架下端固定4个脚杯，便于支架找准位置后与地面固定，且可通过脚杯调节支架高度；4个脚杯的侧边分别固定1个滚轮，方便整个机构的移动，滚轮总计数为4个。

与可调节高度支架连接的活动架主要结构为：下方及两侧方由10个25×25×3mm角铝通过M5螺栓连接，活动架顶部两个最长的纵梁与轴承座底板通过4个M5螺栓连接，轴承座底板通过16个M5螺栓与直线导轨滑块相连，由此以轴承座底板为媒介实现了活动架在可调节高度支架上的移动。轴承座底板的4个腰形孔与4个轴承座通过8个M10螺栓连接，在前端两个轴承座之间穿入一根直径20mm的旋转轴，旋转轴上有2个一端夹在旋转轴，一端由4个M6螺栓连接环形导轨底板的固定块；活动架尾部用4个M5螺栓固定一块带有长腰形孔的厚5mm铝板，铝板长腰形孔上固定着有杆气缸的尾座，固定件为两个M6螺栓和两个蝶形螺母，蝶形螺母便于调节有杆气缸尾座的高度。

为实现活动架在直线导轨上的运动，在可调节高度支架的前后横梁上用4个M10螺栓固定了无杆气缸底板，无杆气缸两端与无杆气缸底板连接件为2个L形铝板和12个M6螺栓，无杆气缸的滑动部与轴承座底板连接，以此带动轴承座底板及轴承座底板上附件在直线导轨上的运动。

环形旋转料盘与2个固定块和有杆气缸可伸出端连接，其具体结构为：环形旋转料盘基础为厚20mm的钢板，钢板底部尾端通过有杆气缸顶座、2个M6螺栓、1个M10销钉与有杆气缸可伸出端连接；钢板上部连接环形旋转料盘，环形导轨上放置12个环形导轨滑块，且环形导轨滑块滑块不脱离环形导轨，每个环形导轨滑块上布置1个托盘架，连接件为4个M6螺栓，托盘架上有待放置工件的托盘。环形导轨内部在各自圆心处布置2个直径100的同步带轮，同步带轮带动同步带，同步带上的连接附件与12个环形导轨滑块连接，带动环形导轨滑块转动。连接附件分为两体，一端连接同步带，一端连接环形导轨滑块，两体之间有间隙可自由调整间距。

钢板前后端相对于环形轨道的圆心开两个轴孔，分别穿过主、从动轴。主动轮部分组件为：主动轮与主动轴通过键连接，主动轴与电机轴通过联轴器连接，电机固定在电机支架上，电机支架上有两个腰形孔与钢板连接，腰形孔的作用是调节两同步带轮间距；钢板底面通过4个M8螺栓连接轴承杯，轴承杯中内置2个圆柱滚子轴承，轴承内圈穿过主动轴；轴承杯侧方固定张紧装置张紧两同步带轮。从动轮部分组件为：从动轮内置2个圆柱滚子轴承，轴承内圈穿过从动轴，从动轴底端与从动轴基座连接，从动轴基座侧方固定张紧装置张紧两同步带轮。

本发明提供的自动上下料机构，其具备以下三种功能：1)用环形导轨加同步带构成环形旋转料盘，完成已加工零件与待加工零件的依次替换，节省人工在机床上下料时间，延长机床自主运行时间。2)用无杆气缸将环形旋转料盘及零件从机床侧门，送至机床工作台上零点定位器的上方。其具体结构与运动方式如下：无杆气缸固定部与可调节高度支架固定，无杆气缸滑动部与环形旋转料盘底部连接，无杆气缸滑动部带动环形旋转料盘使其可以从机床侧门水平进出；选用无杆气缸是考虑到环形旋转料盘相对于可调节高度支架的伸出量较大，相同伸出量下的有杆气缸长度是无杆气缸长度的1.5倍，但由于安装气缸的可调节高度支架长度有限，故选用无杆气缸。3)用有杆气缸将环形旋转料盘后端抬起，前端下降使被加工零件放至零点定位器上。有杆气缸可伸出端通过气缸专用Y形连接件与环形旋转料盘尾部支架孔连接，这种连接方式可以确保两者相对于尾部支架孔轴线的自由转动；有杆气缸固定端通过活动架、轴承座底板与无杆气缸滑动部连接，使得环形旋转料盘、无杆气缸滑动部、活动架与有杆气缸四者均可做水平直线运动；当环形旋转料盘上零件运动至零点定位器正上时，无杆气缸滑块停止运动，此时有杆气缸可伸出端伸出，推动环形旋转料盘尾部，迫使绕其底部的旋转轴旋转，使得前端的带零件的托盘下降进入零点定位器孔内。

将有杆气缸及无杆气缸初始、最终位置简化为如图4，图中虚细线表示无杆气缸滑动部初始位置、实细线表示无杆气缸滑动部最终位置、虚中粗线表示有杆气缸初始未伸出状态、实中粗线表示有杆气缸最终伸出状态、虚粗线表示环形旋转料盘初始水平状态、实粗线表示环形旋转料盘最终倾斜状态。由图4可知当有杆气缸最终伸出量为L时，环形旋转料盘前端下降H。A为有杆气缸未伸出长度、B为环形旋转料盘长度、C为无杆气缸滑动部行程、A+L为有杆气缸伸出后长度、θ为环形旋转料盘由有杆气缸伸出推动其旋转的角度。

参照图1-3，所述滚轮1共4个，可调节整个机构的位置；

所述脚杯2共4个，可调节整个机构的高度；

所述直线导轨滑块3共4个，其带动轴承座底板在直线导轨上运动；

所述轴承座底板4共2个，连接活动架5与环形旋转料盘(包括托盘7、托盘架9、环形导轨滑块10、连接附件左11、连接附件右12、环形导轨13、同步带14、同步带轮15、同步带轮轴16、底部钢板17等零件)，在直线导轨上运动；

所述活动架5共1个，连接有杆气缸6与环形旋转料盘，在直线导轨上运动；

所述有杆气缸6共1个，推动环形旋转料盘使其绕轴23做旋转运动；

所述托盘7共12个，其上放置夹具与待加工工件；

所述直线导轨8共2个，与可调节高度支架固定，直线导轨滑块3在其上运动，并相互不脱离；

所述托盘架9共12个，与环形导轨滑块10固定，托盘7置于其上；

所述环形导轨滑块10共12个，与环形导轨13连接并在其上运动，并相互不脱离；

所述连接附件左11、连接附件右12各12个，连接附件左11与环形导轨滑块10连接，连接附件右12与同步带14连接，连接附件使托盘7、托盘架9在环形导轨13上运动；各连接附件可以为弯折支杆。

所述环形导轨13共1个，与底部钢板17连接完成倾斜上下料等动作；

所述同步带14共1条，与同步带轮15组合带动环形导轨滑块10等与在其上的托盘7、托盘架9在环形导轨13上运动；

所述同步带轮15共2个、同步带轮轴16共2个，组合完成同步带轮的转动；

所述底部钢板17共1个，带动环形旋转料盘的水平移动与倾斜；

所述无杆气缸18共1个，带动底部钢板17与环形旋转料盘的水平移动；

所述铝合金型材19共12根，组建可调节高度支架；

所述同步带轮张紧装置左20、同步带轮张紧装置右25各1个，调节其螺栓位置可改变两同步带轮间距；

所述从动轮轴安装座21共1个，将从动轮轴固定在底部钢板上；

所述拉钉22共12个，零点定位器通过夹紧拉钉固定托盘及托盘上工件；

所述旋转轴23共1个，环形旋转料盘绕其转动，完成托盘下的拉钉进入或脱离零点定位器的动作；

所述从轴承座24共4个，固定旋转轴与支撑钢板；

所述电机支架26与电机27各1个，组合完成对同步带轮的驱动。

本发明提供的智能制造柔性生产线的自动上下料机构，其具体运行包括如下步骤：

1)将12个待加工工件通过夹具固定在托盘7上；

2)电机27通过机床指令转动固定的角度，使12个托盘复位，其中最右端托盘与零点定位器在同一直线上；

3)无杆气缸18通过机床指令使其滑动部右移并带动环形旋转料盘与托盘进入机床侧门内，此时无杆气缸行程到最大处，最右端托盘下的拉钉正对零点定位器拉钉孔；

4)有杆气缸6通过机床指令动作伸出，使环形旋转料盘绕轴23做旋转运动，使托盘下方拉钉进入零点定位器拉钉孔内，直到拉钉完全进入拉钉孔内，有杆气缸继续运动使托盘架与托盘脱开；

5)无杆气缸18通过机床指令使其滑动部左移并带动环形旋转料盘与托盘滑出机床侧门(此时环形旋转料盘与其余11个工件仍处于倾斜状态)；

6)机床启动对工件进行加工；

7)工件加工完成，无杆气缸18通过机床指令使其滑动部右移并带动环形旋转料盘与托盘进入机床侧门内(此时环形旋转料盘与其余11个工件仍处于倾斜状态)，无杆气缸18到行程最大处，托盘架此时位于托盘正下方；

8)有杆气缸6通过机床指令动作缩回，使环形旋转料盘绕轴23做旋转运动，托盘架与托盘底部槽相合并托起托盘，使托盘下方拉钉脱离零点定位器拉钉孔，直到拉钉完全脱离拉钉孔内(此时环形旋转料盘与12个工件成水平状态)

9)电机27通过机床指令转动固定的角度，使最右端托盘的后一个托盘旋转至最右端，然后重复步骤1)至9)，直至12个工件加工完成。

实施例中的方案并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的保护范围中。