陳宇 郭芳

摘要：機(jī)床自身驅(qū)動(dòng)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(dòng)配合料倉(cāng)和自動(dòng)化夾具實(shí)現(xiàn)工件的自動(dòng)裝卸料的自動(dòng)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(cāng)、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(jiǎn)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(dòng)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(dòng)化的發(fā)展機(jī)械手的應(yīng)用也將會(huì)越來(lái)越廣泛，機(jī)械手是近幾十年發(fā)展起來(lái)的一種高科技自動(dòng)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(gè)重要分支，數(shù)控機(jī)床的進(jìn)給速度由原來(lái)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(shí)的勞動(dòng)強(qiáng)度卻來(lái)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(dòng)方式可分為液壓式、氣動(dòng)式、電動(dòng)式、機(jī)械式。特點(diǎn)是可以通過(guò)編程來(lái)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(diǎn)。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(dú)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(dòng)機(jī)床或自動(dòng)生產(chǎn)線上裝卸和傳遞工件。機(jī)械手本身具有獨(dú)立的可進(jìn)行兩維或三維空間移動(dòng)的手臂和零件夾持部分組成，最終實(shí)現(xiàn)能將加工工件的自動(dòng)裝卸過(guò)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(gòu)、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(dòng)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(tái)部分3、刀庫(kù)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(cāng)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(shí)現(xiàn)工作臺(tái)部分3 的Y方向移動(dòng)。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(shí)現(xiàn)主軸箱部分5 的Z方向移動(dòng)。工作臺(tái)部分3 安裝在底座導(dǎo)軌上方，由十字導(dǎo)軌滑座、工作臺(tái)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(shí)現(xiàn)工作臺(tái)的X方向移動(dòng)。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(shí)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(dòng)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(dòng)氣動(dòng)卡爪11沿機(jī)床Y方向。氣動(dòng)卡爪11用來(lái)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(cāng)9 或料倉(cāng)12。

三、自備機(jī)械手?jǐn)?shù)控機(jī)床的具體實(shí)施方式：

該機(jī)床實(shí)現(xiàn)自動(dòng)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(cāng)9 的裝卸料。第二種為置于機(jī)床工作臺(tái)上的內(nèi)部料倉(cāng)12的裝卸料。

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

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

結(jié)語(yǔ)：數(shù)控機(jī)床自身驅(qū)動(dòng)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(gè)移動(dòng)軸實(shí)現(xiàn)零件的裝卸過(guò)程。該結(jié)構(gòu)的應(yīng)用極大地降低了機(jī)床自動(dòng)化的制造成本低，加工制造簡(jiǎn)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(dòng)上卸料功能的數(shù)控機(jī)床，同時(shí)大大降低了操作工裝卸工件的勞動(dòng)強(qiáng)度和機(jī)床停機(jī)時(shí)間。通過(guò)更換不同形式的氣爪可以完成廣泛零件的裝卸過(guò)程。