[发明专利]一种桁架式机床上下料机器人系统及其控制方法

说明书

本发明提供一种桁架式机床上下料机器人系统及其控制方法，属于机床自动加工技术领域。该系统包括桁架式机器人、上料料盘、下料料盘和数控车床，上料料盘和下料料盘位于两个数控机床之间，桁架式机器人在上料料盘、下料料盘和数控机床之间进行工件传送。桁架式机器人采用四自由度结构，包括行走移动单元、旋转单元、抓取单元、控制单元，上料料盘用于批量放置待加工的球笼工件，下料料盘采用框架式结构，由驱动电机根据加工来料情况将工件输送至成品集中放置区；数控车床包括主轴箱、卡盘、进给机构、控制系统。本发明通过简易的四自由度设计和上下料流程控制，能够实现上料料盘的自由摆放以及球笼单工序加工与双工序加工的灵活切换。

技术领域

本发明涉及机床自动加工技术领域，特别是指一种桁架式机床上下料机器人系统及其控制方法。

背景技术

数控机床是金属零件制造加工行业中广泛应用的关键设备，对加工精度、加工效率有着较高的要求，传统的方式大多采用人工进行零件在数控机床上的安装、拆卸，并完成机床运行，机床操作人员的工作环境差、劳动强度大，且距离机床运动部件距离近具有潜在的安全隐患。随着数字控制与信息技术的发展，采用少人或无人化的一体化设备来完成数控机床的上下料可以实现自动化生产，是金属零件制造加工企业较为理想的方式。工业机器人因其自动化程度高、环保性好、实用性强等显著特点和优势，在机械制造行业中逐步得到越来越广泛的应用，将会成为现代机械加工的主流辅助设备。合理的工业机器人自动化设备使用能够代替操作人员完成危险、重复枯燥的工作，减轻人类劳动强度，为企业生产降低成本、提高效率。

用于数控机床上下料控制的工业机器人主要分为关节机器人和桁架式机器人两种。其中关节机器人一般采用四到六个自由度，操作灵活，设备适应性较好，多采用精密减速机传动，重复定位精度高，零件加工精度较高，但控制技术复杂，机器人价格高，后续维护成本较高。桁架式机器人属于直角坐标机器人，常采用滚珠丝杆、同步皮带或齿轮齿条的传动方式，兼有工序间运输和自动上下料及物料回转等辅助功能，其优势是成本相对低廉，控制系统简单，但系统一般存在对工件摆放、工件形状、加工流程等适应性差等问题。内球笼和外球笼也称等速万向节，是汽车上起到向轮胎传递动力的重要部件，球笼是一种典型的且需求量很大的需数控车床加工制作的零件，对产品加工质量和效率都有较高要求。由于球笼零件的外形一般称上细下粗的钟形，而且粗的一端一般具有需要倒角内孔，很多时候需要两道工序才能完成一个成品的机加工，致使一般的桁架式机器人在进行球笼零件自动上下料时会碰到上料料盘连续定位抓取以及不同加工工序切换时的困难。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种桁架式机床上下料机器人系统及其控制方法，通过简易的四自由度设计和上下料流程控制，在保持桁架式机器人结构简单造价低廉的基础上，能够实现上料料盘自由摆放以及球笼单工序加工与双工序加工的灵活切换，该方法能有效提升数控机床用桁架式上下料机器人的适用范围和整体作业效率。

该系统包括桁架式机器人、上料料盘、下料料盘和数控车床，上料料盘和下料料盘位于两个数控机床之间，桁架式机器人在上料料盘、下料料盘和数控机床之间进行工件传送；桁架式机器人由齿轮齿条、减速机、驱动电机、旋转机构以及气动手爪组成，其中气动手爪有两只，分别为上料手爪和下料手爪，上料手爪用于抓取待加工工件，下料手爪用于取下加工后工件；两台数控机床分别位于桁架式机器人横向轴的左下方和右下方，上料料盘和下料料盘位于两台数控机床之间，上料料盘放置待加工的工件，下料料盘放置加工完成的工件。

其中，桁架式机器人采用四自由度结构，包括行走移动单元、旋转单元、抓取单元、控制单元，其中移动单元包括用于带动工件实现横向和纵向移动的齿轮齿条、减速机、驱动电机；旋转单元为气动旋转机构，用于实现工件空间角度调整的气动旋转机构，包括水平与垂直的旋转和回转；抓取单元包括两个抓取工件的气动手爪。桁架式机器人控制单元为桁架式机器人各检测与执行元件的信号处理单元，负责与数控机床交换信号并自主完成设定的上下料流程。