CN106232292A - 用于单工位加工机床生产期间装卸的机械手单元 - Google Patents

Abstract

一种机械手单元(1)，包括用于单工位加工机床(2)装卸料的机械手单元室(15)，以及加工空间(14)，其中，在所述机械手单元室(15)中设置了至少一个机械手(7)，在所述加工空间(14)中设置了至少两个夹紧点(5,6)和至少一个单工位加工机床(2)的加工主轴(13)，使得所述加工空间(14)中接收工件的所述夹紧点(5,6)能够被所述机械手触及，所述机械手单元室(15)能与所述加工空间(14)连接，这种连接方式为在所述机械手单元室(15)与所述加工空间(14)的连接状态下形成加工室；另外还包括一种切削加工设备，其中，该设备具有根据权利要求1至20中任一所述的机械手单元(1)和单工位加工机床(2)。

Description

用于单工位加工机床生产期间装卸的机械手单元

技术领域

本发明涉及一种用于单工位加工机床装卸的机械手单元(根据权利要求1)和一种用于切削加工的设备(根据权利要求21)。

背景技术

这类系统理论上是各种形式的，并且主要与数控机床结合使用。

这里以及下文所提到的“机械手单元”这个术语代表一个独立的专用单元。与此相反的是，在固定系统中，单个机械手被刚性地连接到机床或者锚定在地板上。这种固定系统通常被认为缺乏灵活性，并且还需要额外的安全装置。

这里以及下文所提到的“生产时间”(Hauptzeit)是指工件的加工时间。在生产期间装卸时(或称为和生产时间同步)，装卸进程不会影响工件的加工时间。这里以及下文所提到的“装卸腔”这个术语，是指用于在夹紧点中装卸工件的独立和分离的空间。

这里以及下文所提到的“单工位机床”这个术语是指其中加工主轴固定关联容纳工件的基座(例如机床工作台)的机床。因此，容纳工件的基座(例如机床工作台或附加轴)不能从一个加工工位传输到下一个加工工位或者从加工工位传输到装卸腔。

加工主轴优选用于切削加工(也称为“spanabhebenden Bearbeitung”)。包括传统的切削加工工艺，如铣削、钻削、攻丝、磨削、抛光、研磨、珩磨等主要应用情况。

对于加工机床生产期间的装卸，目前主要流行的有两种不同的方案。第一种是切换工位机床上加工，在这种机床中，加工室和装卸腔(也被称为装配腔)通过壁板隔开。第二种叫做移载机，在这种机床中，例如，按照旋转传递原理设置了多个加工工位。它的装卸腔也是相互隔开的。

在这些方案中，根据机床的设计，工件从装载工位换到加工工位需要几秒钟，这个进程不是和生产时间同步的，也就是说属于非生产时间，这就延长了总时间，并最终增加了工件的成本造价。

两种方案的共同点在于，工件的实际装夹时间不能计入实际的生产时间，因为工件的装夹发生在装配腔中，而切削发生在加工室中。除非工件的装夹时间比加工时间短，否则工件的装夹不可能和生产时间同步。仅仅是夹紧点从装配腔切换到加工室不是和生产时间同步。

这两种机床设计方案的缺点在于：非常高的机器投资成本，以及由于工件在每个加工循环过程中都要从装载工位切换到加工工位，增加了额外时间，以及夹紧工具媒介的合适旋转通道(如夹紧点用于液压钳的机油)。尤其，切换工位机床需要转台，从而产生技术复杂性的缺点。另外，切换工位机床因为转台需要大量的空间，这可能导致安装空间问题。而且，这种机床由于要进行旋转运动而需要相对大量的能量。

发明内容

本发明就是基于这样一个问题：目前的机械手单元被设计成，在这些机床中，机械手在加工时间内不能进入加工空间内工作。在这种情况下，使用多个夹紧点基本没有什么意义，因为这些额外夹紧点的装卸不是和生产时间同步的，且时间太长。大多数情况下加工空间是完全关闭的，以便将机械手单元室与加工室分离。机械手单元室和加工室之间的通道只有在加工完成后才打开。然后才能进行夹紧点的装卸。

因此，本发明的目的就在于，提供一种用于单工位加工机床生产期间装卸的机械手单元以及无需切换工位并且无需传输工件的切削设备，其中，除了机床工作台从一个夹紧位置到下一个夹紧位置相对非常短的行程时间，在每种情况下在每个加工循环过程中从装载工位到加工工位变换工件不会增加额外的时间。

通过生产期间用于单工位加工机床装卸的机械手单元(符合权利要求1特征)和用于切削加工的设备(符合权利要求21特征)，实现了本发明的上述目的。

本发明的优选实施方案和改良设计属于从属权利要求范畴。

本发明的机械手单元的特征在于，具有用于单工位加工机床装卸料的机械手单元室，以及加工空间，并且在机械手单元室中设置了至少一个机械手，而在加工空间中设置了至少两个夹紧点和至少一个单工位加工机床的加工主轴，使得所述加工空间中接收工件的所述夹紧点能够被所述机械手触及，机械手单元室能与加工空间连接，这种连接方式在机械手单元室与加工空间的连接状态下形成加工室。通过使用多个夹紧点，还可以同时加工各种工件，仅仅通过给各个夹紧点配备不同的工件夹具。因此本发明可以在一个完整的加工进程中加工多个不同的工件。借助其联接功能，可以手动装载单工位加工机床。在机械手单元室脱离时，加工空间和工件的设置相对简单。“手动操作”意味着人工干预操作。由于机械手单元的联接，可以以所谓的自动模式自动提供单工位加工机床。当必须在机床区域中执行维修或保养工作时，那么连续自动运行机械手单元被证明是有利的。这样，机械手单元可以很容易地断开连接。“固定系统”往往很难操作或根本无法操作。机械手单元提供保护防止危险性的进入或访问。

机械手单元优选可分离联接到能在单工位加工机床。为了执行维修或保养工作在机床区域中可以轻松断开机械手单元连接。“固定系统”往往很难操作或根本无法操作。

机械手单元的连接点在机械手单元室和单工位加工机床上的加工空间之间有利地具有连接点密封装置。这个连接点密封装置构成了机械手单元和机床的连接。这样，加工空间就与机械手单元室结合在一起。与切换工位机床或移载机不同的是，这种机床上没有单独的装卸腔，而是只有装卸位置。这里以及下文所提到的“装卸位置”是指独立于腔室的装卸位置。如果机床的连接点设有连接点密封装置，就可以有利地防止切削加工辅料、其他介质和切屑的逸出。

在本发明的一个优选实施例中，机械手可以和生产时间同步，优选以自动化的方式装卸单工位加工机床。在和生产时间同步执行操作时，机床中可以进行工件的加工，并且同时可以供应新的工件。这种输送可以直接进行或者通过工件支架进行。

在对本发明的一种改良设计中，机械手单元被合适地设计成，在加工主轴空转和/或运转时，用于在所述加工空间(14)中接收工件的夹紧点能被所述机械手触及。对于正在运行的加工主轴，无需在切换工位机床中对于合适工位变换所必须的主轴停止。

在本发明的另一个实施例中，机械手单元具有控制装置。借助该控制装置，可以控制夹紧点，并触发输送工件由机械手单元夹紧。因此，在自动模式下，夹紧点可以在连续循环中被自动夹紧。

所述控制装置优选适合被设计成能独立控制夹紧点。这种实施例的优点在于：在一个夹紧点进行加工的同时，可以在另一个夹紧点上进行装卸。

在加工室中有利地设置夹紧点屏蔽装置，并且该夹紧点屏蔽装置被固定安装在机床工作台、机械手或者加工主轴上。与机床工作台相连，并且可跟踪加工主轴的装置也可被设为夹紧点屏蔽装置。夹紧点屏蔽装置可提供保护防止切削加工过程中产生的切削辅助剂(如机油或乳剂等介质)或切屑等的进入。此外，使用夹紧点屏蔽装置还可减少对夹紧点的清洁。最好在夹紧点屏蔽装置中设置冲洗元件，如喷嘴。通过这种冲洗元件，可以使用清洁的介质，如纯化的乳剂或吹扫空气清洁工件装卸夹紧点。

在对本发明的一种改良设计中，机械手被安置在机床工作台上，或者与其直接或间接连接。这里以及下文所提到的“间接”是指，机械手经由中间构件连接到机床工作台；相应地，“直接”是指，机械手不经由中间构件直接连接到机床工作台。机械手基座的运动和机床工作台的运动是相同的。因此，只需机械手基座的运动与机床工作台相同，而无需整个机械手的运动与机床工作台相同，因为机械手的轴线可以相对其机械手基座运动，例如在夹紧点装卸时。

本发明的另一种改良方式是，将机械手安置在料板上，或者关于料板位置固定的机械元件上。机械手可以直接或间接连接到料板。机械手基座的运动与料板的运动因此是相同的。因此，只需机械手基座的运动与料板相同，而无需整个机械手的运动与料板相同，因为机械手的轴线可以相对其机械手基座运动，例如在夹紧点装卸时。

根据本发明的一个优选实施例，机械手具有多臂设计。在多臂机械手中，每个机械臂可以独立于其他机械臂执行任务，因此有利地导致较短的加工时间。

最好通过至少一个机械臂所述夹紧点屏蔽装置能保持在遮盖位置，并通过至少另一个机械臂来进行夹紧点的装卸。

在对本发明的另一种改良设计中，机械手屏蔽装置位于加工室中。机械手屏蔽装置可以保护机械手免受切削加工辅助剂和切屑等的污染。

在本发明的一个优选实施例中，机床工作台至少能沿第一方向和第二方向可移动，并且最好第一方向和第二方向基本上是互相垂直的。比较机床工作台还可以关于Z轴线进行运动的机床，以这种方式可移动的机床工作台有利于单工位加工机床的装卸料。对于工作台在垂直于加工主轴(XY平面)的平面上运动，该控制可以允许在钻削循环过程中进行干预操作，因为在那种情况下仅执行关于Z轴线的运动。如果机床装卸料持续的时间长于该程序设定，则加工会暂时停止。

在对本发明的一种改良设计中，单工位加工机床具有附加轴线。附加轴可以紧固到机床工作台上或者机架。如果机床的设计允许，也可以省略机床工作台，并且可以由附加轴线承担机床工作台的功能。附加轴线经常直接安装在机架上。此附加轴导致进一步的加工轴，它不与加工主轴一起设计，而是与夹紧轴线一起设计。

将夹紧点优选安装成它们能够围绕附加轴线旋转。这种附加轴线被用来允许多面工件的加工。可旋转夹紧点允许切屑在重力作用下落下，这更容易保护装卸夹紧点免受污染。

在对本发明的一种改良设计中，夹紧点被布置在料板上。通过从至少一侧将料板与夹紧点安装，但是更有利的是从至少两侧，可以实现从加工主轴的相对侧上或者相对于主轴以一些其他合适的角度进行装卸。这样就可以由料板形成夹紧点屏蔽装置，并且在重力作用下排屑，从而更容易保护装卸夹紧点免受污染。

根据本发明的一个优选实施例，机械手、机床工作台的运动，以及/或者附加轴线的运动至少可部分同步，特别是可以彼此同步运动。因此在机床工作台是非固定的时候，也就是在加工轴线和机床工作台一起移动时(机床工作台单轴或多轴加工)，本发明也可以使用。因此确保夹紧点的装卸和生产时间同步，其中机床控制器将相应的轴线运动传递到机械手，所述机械手跟随该运动。因此，在机械手和机床工作台之间没有相对运动。

在本发明的另一个实施例中，机械手单元具有用来控制所述机械手的通信装置，通过所述通信装置所述机械手能根据所述夹紧点的控制能控制，并且/或者通过所述通信装置所述夹紧点能根据所述机械手的控制能控制。这种通信装置可以传递夹紧机构与机械手之间的轴线运动。

有利地，机械手的运动可跟踪机床工作台的运动和/或附加轴线的运动。这样即使对于非固定式机床工作台和/或附加轴线，机械手仍可以装卸夹紧点。

本发明装置的特征在于，其具有符合本发明特征的机械手单元和单工位加工机床，并且机械手单元和单工位加工机床优选具有一体式设计。

本装置优选包括存储装置。机械手单元室可通过现有的方法，如送料系统、传送带、盒式系统、托盘系统等进行预先装载。这种预先装载通过存储装置的存储位置执行。加工完成后，这些成品加工件还可以储存在这些存储位置上。

附图说明

参照附图更加详细地解释本发明。其中：

图1示出了联接到单工位加工机床一个示例性实施例的机械手单元一个示例性实施例的侧视图，

图2示出了图1机械手单元的俯视图，

图3示出了图1机械手单元，以及附加轴线的一个示例性实施例和水平加工主轴一个示例性实施例的立体图，

图4示出了具有机械手单元和单工位加工机床一体设计布置的一个示例性实施例的侧视图，

图5示出了图4布置的俯视图，

图6示出了具有一个机械手示例性实施例和一个机床工作台示例性实施例一体设计布置的立体图，并且机械手被布置在机床工作台上或者与其相连，

图7示出了具有图6机械手与图3附加轴线一体设计布置的立体图，并且机械手被布置在附加轴上或者与其相连，以及

图8示出了机械手上夹紧点屏蔽装置的一个示例性实施例的布置的立体图。

具体实施方式

图1示出了机械手单元1及单工位加工机床2的一个示例性实施例的侧视图。

机械手单元1具有机械手单元室15，其中设有机械手7。机械手7的操作可以借助合适的液压或气动驱动元件实现。因此，可以避免电子问题。机械手7设置有机械手屏蔽装置4。所述机械手屏蔽装置可以被设计为涂层膜，当与铸造机器人一起使用时。

在加工空间14中设有至少两个夹紧点5和6，和至少一个单工位加工机床2的加工主轴13。单工位加工机床2具有加工主轴13和加工刀具12，例如钻头。夹紧点5,6布置在机床工作台3上。夹紧点5,6可通过机械臂接触。工件16,17可以被夹紧在夹紧点5,6上，这样就可以使用加工刀具12加工工件，如图2所示。在一个夹紧点5上进行加工的同时，可以在另一个夹紧点6上进行工件的装卸。这两个夹紧点5,6就是装卸位置。图2显示的是固定安装在工作台上的夹紧点屏蔽装置9。

刀具座被插入到加工主轴13中，并且根据需要驱动刀具，或者对抗扭矩或其他力支持刀具，如图3所示。

机械手单元1的优点在于可联接和断开联接。通常情况下，机械手单元采用封闭系统的设计，具有朝向机床装载侧的开口，并且机械手的工作区从其实际的机械手单元延伸出进入到机床区。如图1所示，机械手单元1和加工空间14通过连接点上的连接点密封装置10构成了共同的加工室。通过这种连接形成组合装置，也就是说加工空间14和机械手单元室15没有分离。

机械手单元可以包括工件16,17或工件支架的装载工位或存储工位。图2示出了位于机械手7侧面的存储位置11。存储位置屏蔽装置8可保护存储位置11免受侵入介质的污染。

单工位加工机床2优选在其配有固定工作台时使用。加工主轴13可和其他元件一起在不同轴线(X,Y,Z)上移动。通过这种固定工作台，还可以在多轴工件加工时，确保多个夹紧点的同时装卸。

机械手单元1也可以使用，当机床工作台3是非固定时，也就是说当加工轴线X,Y随着机床工作台3一起移动时(机床工作台单轴或多轴加工)。为了确保夹紧点5，6的装卸和生产时间同步，机床控制器在执行合适的程序块时激活装卸，而不影响运动。

图3示出了另外的附加轴线18。在该附加轴线18上，工件16,17被夹在料板19上的夹紧点5,6中。在该附加轴线18上可以安装许多个夹紧点5,6。通过将该附加轴线18或料板19与至少一侧的夹紧点5,6安装，料板但是更有利地是至少两侧，可以实现如图3所示，在加工主轴13相对侧上或者以相对于主轴的一些其他合适角度进行装卸。这样就可以由料板19形成夹紧点屏蔽装置，并且在重力作用下排屑，从而更容易保护夹紧点5,6免受污染。

借助附加轴线18，机械手单元1也可以使用，甚至在机床工作台3是非固定的时候，也就是说在加工轴线随着机床工作台3一起移动的时候(机床工作台单轴或多轴加工)。因此为了确保夹紧点5,6的装卸和生产时间同步，机床控制器将机床工作台3和附加轴线18相应的轴运动传递到机械手7，由机械手部分地跟随运动。在调节位置中，机械手控制器只使用了插入和移除点，并且朝着这些点移动。

为了不必跟随机床工作台3和附加轴18依照加工程序所执行的复杂运动，可以将机械手7的一个以上的轴线切换为伸缩模式(或者叫弹性模式)。这种模式使得一个以上的轴线获得悬架功能。借助此功能，机械手与其所抓住的部件被推或者拉以跟随机床工作台3和附加轴线18的运动。不需要编制复杂的运动程序，也不必具备机械手运动与机床工作台3和附加轴18的运动同步的功能。

图4和图5所示是机械手单元1和单工位加工机床2的整合设计。在这种设计形式中，机械手单元1和单工位加工机床2具有一体化设计。

图6所示是机械手7和单工位加工机床2的一种设计形式，其中机械手7被固定到机床工作台3。这就可以消除机械手7或其底座和夹紧点之间的相对运动。编程得以显著简化，因为取消了机械手的同步或弹性切换。机械手底座由此得名，因为机械手7及其轴线仍然可以执行相对运动，被消除的相对运动只涉及一个固定机械手7或者在不同轴线上运动的机械手7的底座。

图6所示是与机床工作台3或者加工主轴13相连的机械手7。因此，如上所述，没有机械手底座相对于夹紧点5,6的运动。为了提取工件并提供给机械手7加工，或者在工件加工完成后重新放到存储位置11上，对于固定工作台无需采取任何特别的措施。在移动式工作台上，有多种方法。首先，可以使机床短暂暂停运行，以便机械手7在存储位置11上提取工件或放置工件，例如，在纯Z轴方向上执行钻孔运动，而不执行任何X和Y轴向运动时。其次，机械手运动可以和机械手7与存储位置11之间的相对运动进行同步。第三，机械手7可以跟踪存储位置11的运动。

图7所示是机械手7和单工位加工机床2的整合设计，其中机械手7被布置在附加轴线18上或者与其相连。因此，机械手7不是直接连接到机床工作台3，而是间接连接，即需要借助附加元件。这种设计有利于形成紧凑的结构形式。

图8所示是机械手7和机床工作台3的立体图，其中夹紧点屏蔽装置9被布置在机械手7上。夹紧点屏蔽装置9的这种设置形式可以更好地保护机械手7免受切削加工过程中产生的切削辅助剂(如机油或乳剂等介质)或切屑等的污染。

附图标记列表

1 机械手单元

2 单工位加工机床

3 机床工作台

4 机械手屏蔽装置

5 夹紧点

6 夹紧点

7 机械手

8 存储位置屏蔽装置

9 夹紧点屏蔽装置

10 连接点密封装置

11 存储位置

12 加工刀具

13 加工主轴

14 加工空间

15 机械手单元室

16 工件

17 工件

18 附加轴线

19 料板

Claims (22)

1.一种机械手单元(1)，包括用于单工位加工机床(2)装卸料的机械手单元室(15)，以及加工空间(14)，其中，在所述机械手单元室(15)中设置了至少一个机械手(7)，而在所述加工空间(14)中设置了至少两个夹紧点(5,6)和至少一个单工位加工机床(2)的加工主轴(13)，使得所述加工空间(14)中接收工件的所述夹紧点(5,6)能够被所述机械手触及，

其特征在于，所述机械手单元室(15)能与所述加工空间(14)连接，这种连接方式为在所述机械手单元室(15)与所述加工空间(14)的连接状态下形成加工室。

2.根据权利要求1所述的机械手单元(1)，其特征在于，所述机械手单元(1)与所述单工位加工机床(2)可分离地连接。

3.根据上述任一项权利要求所述的机械手单元(1)，其特征在于，所述机械手单元室(15)和单工位加工机床(2)上的所述加工空间(14)之间的连接点具有连接点密封装置(10)。

4.根据上述任一项权利要求所述的机械手单元(1)，其特征在于，所述机械手(7)可以在生产期间，最好是自动化地，为所述单工位加工机床(2)装卸料。

5.根据上述任一项权利要求所述的机械手单元(1)，其特征在于，在所述加工主轴(13)空转和/或运转时，用于在所述加工空间(14)中接收所述工件的所述夹紧点(5,6)能被所述机械手(7)触及。

6.根据上述任一项权利要求所述的机械手单元(1)，其特征在于，所述机械手单元(1)具有用来控制所述夹紧点(5,6)的装置。

7.根据权利要求6所述的机械手单元(1)，其特征在于，所述装置被优选适当设计为使得所述夹紧点(5,6)能独立控制。

8.根据上述任一项权利要求所述的机械手单元(1)，其特征在于，在所述加工室中设置了夹紧点罩盖(9)，并且所述夹紧点罩盖(9)被固定安装在机床工作台(3)、所述机械手(7)或者所述加工主轴(13)上。

9.根据上述任一项权利要求所述的机械手单元(1)，其特征在于，所述机械手(7)被直接或间接连接到机床工作台。

10.根据上述任一项权利要求所述的机械手单元(1)，其特征在于，所述机械手(7)直接或间接地连接到料板(19)。

11.根据上述任一项权利要求所述的机械手单元(1)，其特征在于，所述机械手(7)具有多机械臂设计。

12.根据权利要求8和11所述的机械手单元(1)，其特征在于，通过至少一个机械臂所述夹紧点罩盖(9)能保持在遮盖位置，并通过至少另一个机械臂来进行夹紧点(5,6)的装卸。

13.根据上述任一项权利要求所述的机械手单元(1)，其特征在于，机械手罩盖(4)位于所述加工室中。

14.根据上述任一项权利要求所述的机械手单元(1)，其特征在于，所述机床工作台(3)至少能沿第一方向和第二个向可移动，并且最好所述第一方向和第二方向基本上是互相垂直的。

15.根据上述任一项权利要求所述的机械手单元(1)，其特征在于，所述单工位加工机床(2)具有附加轴线(18)。

16.根据权利要求15所述的机械手单元(1)，其特征在于，所述夹紧点(5,6)被安装成能够围绕所述附加轴线(18)旋转。

17.根据权利要求15和/或16所述的机械手单元(1)，其特征在于，所述夹紧点(5,6)被布置在料板(19)上。

18.根据上述任一项权利要求所述的机械手单元(1)，其特征在于，所述机械手(7)、所述机床工作台(3)，和/或附加轴线(18)的运动至少可部分同步，特别是可以彼此同步运动。

19.根据上述任一项权利要求所述的机械手单元(1)，其特征在于，所述机械手单元(1)具有用来控制所述机械手(7)的通信装置，通过所述通信装置所述机械手(7)能根据所述夹紧点(5,6)的控制来控制，并且/或者通过所述通信装置所述夹紧点(5,6)能根据所述机械手的控制来控制。

20.根据权利要求18所述的机械手单元(1)，其特征在于，所述机械手(7)的运动可跟踪所述机床工作台(3)和/或所述附加轴线(18)的运动。

21.一种切削加工设备，其特征在于，所述设备具有根据权利要求1至20的任一项的机械手单元(1)，以及单工位加工机床(2)，所述机械手单元(1)和所述单工位加工机床(2)优选具有一体设计。

22.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，所述设备具有存储单元(11)。