具有全自动上下料及加工尺寸自检测功能的数控车床系统论文和设计

全文摘要

本实用新型公开了一种具有全自动上下料及加工尺寸自检测功能的数控车床系统，涉及全自动加工设备领域，该系统通过现有数控车床机台与送料装置和自动化的四轴搬运机械手的配合，实现了对数控车床机台的自动化上下料，从而实现了对待加工毛坯的上料、加工和下料的全自动化生产，提高了整体的自动化程度和加工效率，同时在下料后并不是直接出厂，而是利用激光检测装置进行加工质量自检，从而筛选出次品，可以有效提高出厂合格率。

主设计要求

1.一种具有全自动上下料及加工尺寸自检测功能的数控车床系统，其特征在于，所述数控车床系统包括：数控车床机台、机架、送料装置、激光检测装置、四轴搬运机械手、合格品收集装置、不合格品收集装置以及控制箱，所述机架设置在所述数控车床机台的加工平台的一侧，所述送料装置、激光检测装置、合格品收集装置、不合格品收集装置和控制箱均设置在所述机架上，所述四轴搬运机械手设置在所述数控车床机台上；所述送料装置包括振动盘和皮带输送线，所述振动盘中设置有待加工毛坯，所述振动盘的出料口连接所述皮带输送线的输入端，所述皮带输送线的输出端靠近所述数控车床机台的加工平台设置，所述控制箱连接并控制所述送料装置；所述激光检测装置设置在所述数控车床机台的加工平台处，所述激光检测装置包括检测夹具和三个激光传感器，所述检测夹具的中心位置开设有工件放置槽，所述工件放置槽的尺寸不小于所述数控车床机台对所述待加工毛坯加工后得到的工件的尺寸，所述三个激光传感器均固定在所述检测夹具的外围并朝向所述检测夹具的中心位置，所述三个激光传感器位于同一水平高度且均匀分布在一个以所述检测夹具的中心为圆心的虚拟圆的圆周上，所述控制箱连接并控制所述三个激光传感器；所述合格品收集装置和所述不合格品收集装置均紧邻所述激光检测装置设置；所述四轴搬运机械手包括三轴伺服系统和夹爪组件，所述三轴伺服系统设置在所述数控车床机台上，所述夹爪组件设置在所述三轴伺服系统上，所述三轴伺服系统由三个伺服模组构成，每个伺服模组由电动缸和伺服电机搭建而成；所述四轴搬运机械手的操作范围覆盖所述数控车床机台的加工平台、所述送料装置、所述激光检测装置中的工件放置槽、所述合格品收集装置和所述不合格品收集装置，所述控制箱连接并控制所述三轴伺服系统和所述夹爪组件。

设计方案

所述送料装置包括振动盘和皮带输送线，所述振动盘中设置有待加工毛坯，所述振动盘的出料口连接所述皮带输送线的输入端，所述皮带输送线的输出端靠近所述数控车床机台的加工平台设置，所述控制箱连接并控制所述送料装置；所述激光检测装置设置在所述数控车床机台的加工平台处，所述激光检测装置包括检测夹具和三个激光传感器，所述检测夹具的中心位置开设有工件放置槽，所述工件放置槽的尺寸不小于所述数控车床机台对所述待加工毛坯加工后得到的工件的尺寸，所述三个激光传感器均固定在所述检测夹具的外围并朝向所述检测夹具的中心位置，所述三个激光传感器位于同一水平高度且均匀分布在一个以所述检测夹具的中心为圆心的虚拟圆的圆周上，所述控制箱连接并控制所述三个激光传感器；所述合格品收集装置和所述不合格品收集装置均紧邻所述激光检测装置设置；

所述四轴搬运机械手包括三轴伺服系统和夹爪组件，所述三轴伺服系统设置在所述数控车床机台上，所述夹爪组件设置在所述三轴伺服系统上，所述三轴伺服系统由三个伺服模组构成，每个伺服模组由电动缸和伺服电机搭建而成；所述四轴搬运机械手的操作范围覆盖所述数控车床机台的加工平台、所述送料装置、所述激光检测装置中的工件放置槽、所述合格品收集装置和所述不合格品收集装置，所述控制箱连接并控制所述三轴伺服系统和所述夹爪组件。

2.根据权利要求1所述的数控车床系统，其特征在于，所述合格品收集装置包括合格品收集框和合格品皮带输送线，所述合格品皮带输送线的输入端靠近所述激光检测装置设置、输出端连接至所述合格品收集框，所述四轴搬运机械手的操作范围至少覆盖所述合格品皮带输送线的输入端；所述合格品皮带输送线的一侧设置有合格品计数传感器，所述合格品计数传感器为接近开关，所述合格品计数传感器位于所述合格品皮带输送线的输入端与输出端之间、朝向所述合格品皮带输送线并垂直于输送方向设置，所述合格品计数传感器连接所述控制箱。

3.根据权利要求1所述的数控车床系统，其特征在于，所述送料装置中的所述皮带输送线上在输出端处固定有毛坯挡块，所述待加工毛坯在输送至所述皮带输送线的输出端处时被所述毛坯挡块阻挡；所述皮带输送线的两侧分别设置有定位槽和推动气缸，所述定位槽和所述推动气缸均位于所述毛坯挡块的靠近所述皮带输送线的输入端的一侧，所述定位槽的开槽口紧贴所述皮带输送线设置，所述定位槽的开槽口的尺寸与所述待加工毛坯的尺寸相匹配，所述推动气缸的活塞杆垂直于所述皮带输送线的输送方向且正对所述定位槽的开槽口，所述推动气缸的活塞杆上固定有毛坯推入块，所述毛坯推入块在所述推动气缸的作用下将被阻挡在所述毛坯挡块处的待加工毛坯推入所述定位槽中，所述控制箱连接并控制所述振动盘、皮带输送线以及推动气缸；

所述送料装置中的皮带输送线的侧面从输入端至输出端还分别依次设置有第一接近开关、第一阻挡组件和第二阻挡组件，所述第二阻挡组件位于所述推动气缸的靠近所述皮带输送线的输入端的一侧，所述第一接近开关朝向所述皮带输送线并垂直于输送方向设置；所述第一阻挡组件和所述第二阻挡组件的结构相同，每个阻挡组件包括阻挡气缸和挡板，所述挡板垂直于输送方向设置并连接所述阻挡气缸的活塞杆，所述挡板在所述阻挡气缸的活塞杆伸出时阻挡所述皮带输送线上的待加工毛坯；所述皮带输送线的输出端处的毛坯挡块上设置有第二接近开关，所述第二接近开关朝向所述皮带输送线的输入端设置；所述控制箱连接并控制所述第一阻挡组件和第二阻挡组件中的阻挡气缸，所述控制箱还连接所述第一接近开关和所述第二接近开关。

4.根据权利要求1所述的数控车床系统，其特征在于，所述夹爪组件包括底座、回转气缸、气缸旋转安装板、气爪旋转安装板、毛坯夹爪和工件夹爪，所述底座设置在所述三轴伺服系统上，所述回转气缸通过所述气缸旋转安装板设置在所述底座上，所述气爪旋转安装板连接所述回转气缸的回转气缸轴，所述毛坯夹爪和所述工件夹爪对称设置在所述气爪旋转安装板的两端。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及全自动加工设备领域，尤其是一种具有全自动上下料及加工尺寸自检测功能的数控车床系统。

背景技术

数控车床机台是目前使用广泛的智能加工设备，可以按照事先编写好的加工程序对被待加工毛坯进行加工，其具有高精度、高效率、高自动化和高柔性化等优点。目前的数控车床机台的常用结构如图1所示，数控车床机台1主要包括车床基座11、操作面板12和加工平台13，加工平台13是数控车床机台1的核心执行部分，加工平台13中包括但不限于用于夹持待加工毛坯的三爪卡盘、用于对待加工毛坯进行加工的刀架和刀具等，以及各种液压驱动系统，本申请不一一详细介绍。现有的数控车床机台虽然能实现对待加工毛坯的自动化加工，但数控车床机台的上下料通常还是需要人工操作的，这对操作人员依赖性高、技术要求高、容易导致工伤事故发生，而且自动化程度低、加工效率低，并不能实现真正的全自动化加工，同时，数控车床机台虽然加工精度比较高，但也不可能保证所有产品都加工合格，加工完成后直接应用或出厂还是会存在较高的出厂次品率。

实用新型内容

本发明人针对上述问题及技术需求，提出了一种具有全自动上下料及加工尺寸自检测功能的数控车床系统，该数控车床系统可以实现对待加工毛坯的自动上下料和自动加工，同时在加工完成后具有自检测功能，提高了加工效率同时保证了出厂成品率。

本实用新型的技术方案如下：

一种具有全自动上下料及加工尺寸自检测功能的数控车床系统，该数控车床系统包括：数控车床机台、机架、送料装置、激光检测装置、四轴搬运机械手、合格品收集装置、不合格品收集装置以及控制箱，机架设置在数控车床机台的加工平台的一侧，送料装置、激光检测装置、合格品收集装置、不合格品收集装置和控制箱均设置在机架上，四轴搬运机械手设置在数控车床机台上；

送料装置包括振动盘和皮带输送线，振动盘中设置有待加工毛坯，振动盘的出料口连接皮带输送线的输入端，皮带输送线的输出端靠近数控车床机台的加工平台设置，控制箱连接并控制送料装置；激光检测装置设置在数控车床机台的加工平台处，激光检测装置包括检测夹具和三个激光传感器，检测夹具的中心位置开设有工件放置槽，工件放置槽的尺寸不小于数控车床机台对待加工毛坯加工后得到的工件的尺寸，三个激光传感器均固定在检测夹具的外围并朝向检测夹具的中心位置，三个激光传感器位于同一水平高度且均匀分布在一个以检测夹具的中心为圆心的虚拟圆的圆周上，控制箱连接并控制三个激光传感器；合格品收集装置和不合格品收集装置均紧邻激光检测装置设置；

四轴搬运机械手包括三轴伺服系统和夹爪组件，三轴伺服系统设置在数控车床机台上，夹爪组件设置在三轴伺服系统上，三轴伺服系统由三个伺服模组构成，每个伺服模组由电动缸和伺服电机搭建而成；四轴搬运机械手的操作范围覆盖数控车床机台的加工平台、送料装置、激光检测装置中的工件放置槽、合格品收集装置和不合格品收集装置，控制箱连接并控制三轴伺服系统和夹爪组件。

其进一步的技术方案为，合格品收集装置包括合格品收集框和合格品皮带输送线，合格品皮带输送线的输入端靠近激光检测装置设置、输出端连接至合格品收集框，四轴搬运机械手的操作范围至少覆盖合格品皮带输送线的输入端；合格品皮带输送线的一侧设置有合格品计数传感器，合格品计数传感器为接近开关，合格品计数传感器位于合格品皮带输送线的输入端与输出端之间、朝向合格品皮带输送线并垂直于输送方向设置，合格品计数传感器连接控制箱。

其进一步的技术方案为，送料装置中的皮带输送线上在输出端处固定有毛坯挡块，待加工毛坯在输送至皮带输送线的输出端处时被毛坯挡块阻挡；皮带输送线的两侧分别设置有定位槽和推动气缸，定位槽和推动气缸均位于毛坯挡块的靠近皮带输送线的输入端的一侧，定位槽的开槽口紧贴皮带输送线设置，定位槽的开槽口的尺寸与待加工毛坯的尺寸相匹配，推动气缸的活塞杆垂直于皮带输送线的输送方向且正对定位槽的开槽口，推动气缸的活塞杆上固定有毛坯推入块，毛坯推入块在推动气缸的作用下将被阻挡在毛坯挡块处的待加工毛坯推入定位槽中，控制箱连接并控制振动盘、皮带输送线以及推动气缸；

送料装置中的皮带输送线的侧面从输入端至输出端还分别依次设置有第一接近开关、第一阻挡组件和第二阻挡组件，第二阻挡组件位于推动气缸的靠近皮带输送线的输入端的一侧，第一接近开关朝向皮带输送线并垂直于输送方向设置；第一阻挡组件和第二阻挡组件的结构相同，每个阻挡组件包括阻挡气缸和挡板，挡板垂直于输送方向设置并连接阻挡气缸的活塞杆，挡板在阻挡气缸的活塞杆伸出时阻挡皮带输送线上的待加工毛坯；皮带输送线的输出端处的毛坯挡块上设置有第二接近开关，第二接近开关朝向皮带输送线的输入端设置；控制箱连接并控制第一阻挡组件和第二阻挡组件中的阻挡气缸，控制箱还连接第一接近开关和第二接近开关。

其进一步的技术方案为，夹爪组件包括底座、回转气缸、气缸旋转安装板、气爪旋转安装板、毛坯夹爪和工件夹爪，底座设置在三轴伺服系统上，回转气缸通过气缸旋转安装板设置在底座上，气爪旋转安装板连接回转气缸的回转气缸轴，毛坯夹爪和工件夹爪对称设置在气爪旋转安装板的两端。

本实用新型的有益技术效果是：

本申请公开了一种具有全自动上下料及加工尺寸自检测功能的数控车床系统，该系统通过现有数控车床机台与送料装置和自动化的四轴搬运机械手的配合，实现了对数控车床机台的自动化上下料，从而实现了对待加工毛坯的上料、加工和下料的全自动化生产，提高了整体的自动化程度和加工效率，同时在下料后并不是直接出厂，而是利用激光检测装置进行加工质量自检，从而筛选出次品，可以有效提高出厂合格率。

附图说明

图1是常规的数控车床机台的结构图。

图2是本申请公开的数控车床系统的结构图。

图3是本申请公开的数控车床系统的部分装置结构放大图。

图4是本申请公开的数控车床系统中的送料装置的结构图。

图5是本申请公开的数控车床系统中的四轴搬运机械手的结构图。

图6是本申请公开的激光检测装置的结构图。

图7是本申请公开的合格品收集装置6的结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

本申请公开了一种具有全自动上下料及加工尺寸自检测功能的数控车床系统，请参考图2的整机结构图以及图3的部分结构放大图，该数控车床系统包括数控车床机台1、机架2、送料装置3、激光检测装置4、四轴搬运机械手5、合格品收集装置6、不合格品收集装置7以及控制箱8。机架2设置在数控车床机台1的加工平台的一侧，送料装置3、激光检测装置4、合格品收集装置6、不合格品收集装置7以及控制箱8均设置在机架2上，本申请仅是提供了各装置的一种布设方式，实际也可以是直接设置在地上或者采用其他设置方式，本申请不做限定。控制箱8用于提供对送料装置3、激光检测装置4、四轴搬运机械手5、合格品收集装置6以及不合格品收集装置7的控制和人机交互功能，控制箱8可以基于市售的任意一款型号的PLC控制器，且在本申请中，控制箱8除了包括按键之外，还提供有触摸屏以供操作员触摸控制，同时可以将加工过程中的相关指标在触摸屏上进行反馈显示。

送料装置3的具体结构请参考图4，包括振动盘31和皮带输送线32，振动盘31为现有市售设备，振动盘31中堆放设置有待加工毛坯M，图4未示出振动盘31中的待加工毛坯M，控制箱8连接并控制振动盘31的动作，本领域技术人员根据振动盘31的工作原理可知，振动盘31通过振动可以将待加工毛坯M从出料口依次输出，振动盘31的出料口连接皮带输送线32的输入端，则待加工毛坯M会依次进入皮带输送线32进行输送，如图4所示。皮带输送线32是用于将待加工毛坯M从输入端输送到输出端，本领域常用的整合模组，有多种驱动实现方式，因此本申请不再对其具体结构不做详细介绍，控制箱8连接并控制皮带输送线32的输送动作。皮带输送线32的输出端靠近数控车床机台1的加工平台13设置，皮带输送线上32在输出端处固定有毛坯挡块33，待加工毛坯M在输送至皮带输送线32的输出端处时被毛坯挡块33阻挡。皮带输送线32的两侧分别设置有定位槽34和推动气缸35，定位槽34和推动气缸35均位于毛坯挡块33的靠近皮带输送线32的输入端的一侧，定位槽34的开槽口紧贴皮带输送线32设置，定位槽34的开槽口的尺寸与待加工毛坯M的尺寸相匹配。推动气缸35的活塞杆垂直于皮带输送线32的输送方向且正对定位槽34的开槽口，推动气缸35的活塞杆上固定有毛坯推入块，图4中未单独示出毛坯推入块，控制箱8连接并控制推动气缸35的活塞动作。在推动气缸35不动作时，毛坯推入块置于皮带输送线32外侧，不与待加工毛坯M作用，在推动气缸35动作时，毛坯推入块在推动气缸35的作用下将被阻挡在毛坯挡块33处的待加工毛坯M推入定位槽34中，待加工毛坯M卡入定位槽34中。本申请采用的推动气缸35的型号为MA16x60SCA。可选的，皮带输送线32的侧面从输入端至输出端还分别依次设置有第一接近开关36、第一阻挡组件37和第二阻挡组件38，第一接近开关36、第一阻挡组件37和第二阻挡组件38均位于推动气缸35的靠近皮带输送线的输入端的一侧，且第一阻挡组件37和第二阻挡组件38之间的距离根据待加工毛坯M的尺寸决定，通常是略大于一个待加工毛坯M的尺寸。第一接近开关36朝向皮带输送线32并垂直于输送方向设置。第一阻挡组件37和第二阻挡组件38的结构相同，每个阻挡组件包括阻挡气缸和挡板，挡板垂直于输送方向设置并连接阻挡气缸的活塞杆，挡板在阻挡气缸不作用时置于皮带输送线32的侧边、在阻挡气缸的活塞杆伸出时阻挡皮带输送线32上的待加工毛坯M。皮带输送线32的输出端处的毛坯挡块33上设置有第二接近开关39，第二接近开关39朝向皮带输送线32的输入端设置。控制箱8连接并控制第一阻挡组件37和第二阻挡组件38中的阻挡气缸，控制箱8还连接第一接近开关36和第二接近开关39，本申请中的第一接近开关36和第二接近开关39均采用型号为GI12-04N1的传感器。通过第一接近开关36、第一阻挡组件37、第二阻挡组件38和第二接近开关39的配合工作，可以控制输送到毛坯挡块33处的待加工毛坯M的速率，本申请对其配合工作的简单介绍如下：当第一接近开关36检测到有待加工毛坯M经过时，第一阻挡组件37的挡板伸出阻挡后续输送的待加工毛坯M，当第二接近开关39没有检测到毛坯挡块33处有待加工毛坯时，第二阻挡组件38不动作，此时经过第一阻挡组件37的待加工毛坯继续输送到毛坯挡块33处，然后推动气缸35动作推动该待加工毛坯至定位槽34中；当第二接近开关39检测到毛坯挡块33处有待加工毛坯时，第二阻挡组件38的挡板伸出阻挡该经过第一阻挡组件37的待加工毛坯继续输送，这样可以保证工序的有效性，同时，第二接近开关39还可以对被输送到毛坯挡块33处的待加工毛坯进行计数，该数值即为加工的待加工毛坯的总数量。需要说明的是，本申请请求保护的是结构，上述内容仅是对结构所能实现的功能的简单介绍，而并不是要对其控制过程进行保护。

四轴搬运机械手5设置在数控车床机台1上，实际实现时也可以设置在机架2上或者直接设置在地面上，本申请不做限定，其结构请参考图5，四轴搬运机械手5包括三轴伺服系统51和夹爪组件52，三轴伺服系统51设置在数控车床机台2上，夹爪组件52设置在三轴伺服系统51上，三轴伺服系统51由三个伺服模组构成，每个伺服模组由电动缸和伺服电机搭建而成，伺服模组是本领域常用的整合模组，本申请对其结构不作详细介绍，控制箱8连接并控制三轴伺服系统51的动作，三轴伺服系统51带动夹爪组件52进行三轴方向的运动。其中，夹爪组件52包括底座53、回转气缸54、气缸旋转安装板55、气爪旋转安装板56、毛坯夹爪57和工件夹爪58，底座53设置在三轴伺服系统51上，回转气缸54通过气缸旋转安装板55设置在底座53上，气爪旋转安装板56连接回转气缸54的回转气缸轴，气爪旋转安装板56呈中心对称结构，毛坯夹爪57和工件夹爪58对称设置在气爪旋转安装板56的两端，控制箱8连接并控制回转气缸54、毛坯夹爪57和工件夹爪58的动作，也即，控制毛坯夹爪57抓取待加工毛坯，工件夹爪58抓取加工完成的工件，控制回转气缸54实现两个夹爪的工位交换。在本申请中，回转气缸54采用型号为HRQ10的气缸，毛坯夹爪57和工件夹爪58均采用型号为HFK20的夹爪。在本申请中，四轴搬运机械手5用于执行各项搬运和转移动作，包括将抓取送料装置3中位于定位槽34中的待加工毛坯并搬运至数控车床机台1的加工平台13处由三爪卡盘夹持进行加工，因此在本申请中，四轴搬运机械手5的操作范围覆盖数控车床机台1的加工平台以及送料装置3中的定位槽34。

激光检测装置4的结构请参考图6，包括检测夹具41和三个激光传感器42，检测夹具41的中心位置开设有工件放置槽43，工件放置槽43的尺寸不小于数控车床机台1对待加工毛坯加工后得到的工件的尺寸。三个激光传感器42均固定在检测夹具41的外围并朝向检测夹具41的中心位置，三个激光传感器42位于同一水平高度且均匀分布在一个以检测夹具41的中心为圆心的虚拟圆的圆周上。激光传感器采用任意一款市售设备即可，控制箱8连接并控制三个激光传感器42。四轴搬运机械手5还用于抓取数控车床机台1加工得到的工件并放置在检测夹具41的工件放置槽43处，因此激光检测装置4中的工件放置槽43也在四轴搬运机械手5的操作范围内。三个激光传感器42会检测得到各自与工件放置槽43处的工件之间的距离，则根据三点测距法就能确定工件的圆心，从而确定工件的直径，也即加工尺寸，即能判断出加工尺寸是否符合要求，三点测距法的具体算法应用是现有完备应用，比如CN106989692A和CN10367826A中都详细公开了其计算方法，本申请重点在于公开检测激光检测装置4的结构，而对具体计算方法不作要求，本领域技术人员在应用本申请的结构时可以采用现有的三点测距法的计算方法。

在激光检测装置4对工件完成加工尺寸的自检测以后，四轴搬运机械手5将合格的工件放置到合格品收集装置6中，将不合格的工件放置到不合格品收集装置7中，因此合格品收集装置6和不合格品收集装置7也都在四轴搬运机械手5的操作范围内，合格品收集装置6和不合格品收集装置7通常紧邻激光检测装置4设置，从而减少四轴搬运机械手5的搬运距离。本申请以不合格品收集装置7为收集框，合格品收集装置6包括合格品收集框61和合格品皮带输送线62为例，则合格品收集装置6的结构请参考图7，结合图3，合格品皮带输送线62的输入端靠近激光检测装置4设置、输出端连接至合格品收集框61，同样的，合格品皮带输送线62也为现有模组，如图7通过一个输送滑梯连接至合格品收集框61。四轴搬运机械手5在将合格的工件放置到合格品收集装置6中时，放置到合格品皮带输送线62的输入端，因此合格品皮带输送线62的输入端至少包括在四轴搬运机械手5的操作范围内。另外在本申请中，合格品皮带输送线62的一侧设置有合格品计数传感器63，合格品计数传感器63为接近开关，本申请采用型号为GI12-04N1的传感器，合格品计数传感器63位于合格品皮带输送线62的输入端与输出端之间、朝向合格品皮带输送线62并垂直于输送方向设置，合格品计数传感器62连接控制箱8，则当合格的工件在合格品皮带输送线62上输送并经过合格品计数传感器62时可以被合格品计数传感器62感应到，合格品计数传感器62感应到的数量即为合格品的数量，控制箱8根据该合格品的数量以及第二接近开关39感应到的加工的总数量可以确定合格率并进行显示，可以提供可视化的加工质量显示。

以上所述的仅是本申请的优选实施方式，本实用新型不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本实用新型的保护范围之内。

设计图

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