CN116021301B - 一种适用于自动化生产线的车床上下料接口托盘机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自动化生产领域，尤其涉及一种适用于自动化生产线的车床上下料接口托盘机构。所述托盘机构，包括：车床卡盘；卡爪，与所述车床卡盘连接，卡爪夹持面设置有梳齿；托盘连接轴，夹持外圆周加工有梳齿沟槽；托盘，托盘底部镶嵌托盘连接轴，侧面镶嵌抓取销钉并螺接智能识别模块；托盘中心设有内孔；托盘的上表面间隔设置主体梳齿槽及T型槽；托盘基指，侧面设置有梳齿；梯形调整螺杆顶端镶嵌在梯形调整螺杆卡槽内，与托盘基指的T型螺纹孔套合；托盘顶爪安装在托盘基指以上。本发明一次装卡即可实现高精度定位，接口标准化，满足实际生产中手自快速切换，快速装夹，结构简单，托盘互换性高，满足多种零件使用。

Description

一种适用于自动化生产线的车床上下料接口托盘机构

技术领域

本发明涉及自动化生产领域，尤其涉及一种适用于自动化生产线的车床上下料接口托盘机构。

背景技术

现代化生产中对于柔性化制造的要求越来越高，企业常常希望对于批量较小但种类很多的相近类零件可以通过较少的制造单元完成生产，这样可以节约制造企业的设备、人力、物料和场地，甚至可以将多品种小批量的产品集中到一个加工中心或者厂房内实现，这就要求制造型企业不断加快和完善自己智能制造平台的建设。对于机加工的智能制造，目前绝大多数企业采用的都是机器人上下料的方式实现的，其实现方式可以是一个机器人对应一台机床，也可以是一个机器人对应多个机床。对于一个机器人对应多个机床的方式，除了机器人固定，合理分布机床布局的形式外，还可以采用地轨或桁架机器人的方式，即增加一个第七轴，使机器人可以沿第七轴移动，并在对应的机床位置进行上下料。

但无论哪种形式，都避免不了机器人上下料这一关键环节。对于多品种小批量的上下料工作，由于各种工件的结构形式和尺寸都不相同，直接装夹产品进行流转作业是不现实的，因此往往采用托盘作为中介，实现基于托盘装夹的自动化生产。这种方式往往只需要人工将待加工工件装夹到标准托盘上，再由机器人将托盘转移至料库或者生产、清洗、测量单元中，实现对多种工件的生产管理。目前这种方式在多工位立式加工中心的情况下应用较多，对于多工位车床，特别是卧式车床的情况应用较少。

这是因为机器人的重复定位精度和机床的自动装夹精度，都会对最终的加工效果有影响。对于立式加工中心或者立式车床来说，因为工件通过自身重力可以很方便地落到机床内装夹机构的平面上(这些装夹机构通常为自动化的零点系统、气动或液压虎钳、卡盘)，这样通过自动化夹具的自定心装夹，可以保证工件的轴向和径向精度。但是对于卧式车床来说，只能通过卡盘的自定心功能实现工件的径向定位，工件的轴向定位则需要辅助的技术手段实现。目前采用的比较多的方法，一是使用专门的具备轴向定位能力的卡盘，但是这种卡盘往往造价很高，而且需要和车床的接口匹配，同时要更换车床自身的标准卡盘，造成不必要的浪费；二是通过在机器人末端增加力传感器和柔性工装的方法实现，这种方式往往造价很高且可靠性差，市面上的产品基本上针对的是有效载荷小于100kg的情况，对于重型负载的机加工来说还没有非常合适的办法。三是在机床内部利用机床自身的装置，比如后尾顶椎等，进行自动化改造，使其增加轴向顶紧工件的功能，这种方法比较可靠，但是实施起来有一定难度，需要专业的技术人员定制开发，并且对于一些自动化程度较低的车床来说可能无法实现(比如顶椎靠液压驱动的情况)。

因此，对于车床的自动化上下料，迫切需要一种具备通用化接口的结构，可以通过更换车床卡盘上卡爪的方式，实现托盘装夹的高精度定位(主要是保证轴向定位精度)，能够保证手自双向快速切换。托盘结构能够适应于车削工件的手动装夹，可以快速找正，能够保证与托盘接口的同轴度，具备对于工件中心和周边压紧的功能，同时方便机器人末端执行机构的夹持，且具备与RFID的通讯能力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种适用于自动化生产线的车床上下料接口托盘机构，一次装卡即可实现高精度定位，接口标准化，满足实际生产中手自快速切换，快速装夹，该机构结构简单，托盘互换性高，满足多种零件使用。

本发明提供了一种适用于自动化生产线的车床上下料接口托盘机构，包括：

车床卡盘；

卡爪，与所述车床卡盘连接，由车床卡盘驱动实现径向运动，用以夹持托盘连接轴；卡爪夹持面设置有梳齿；

托盘连接轴，夹持外圆周加工有与所述梳齿相匹配的梳齿沟槽；

托盘，通过螺钉与托盘连接轴连接，托盘底部加工有第一定位凹槽，使得托盘连接轴镶嵌进去；所述托盘侧面加工有第二定位凹槽，使得抓取销钉镶嵌进去；

托盘中心设有内孔接口；

所述托盘的上表面，以内孔为圆心向外辐射设置有主体梳齿槽及T型槽，两者间隔设置；所述主体梳齿槽靠近内孔接口的一端为梯形调整螺杆卡槽；

托盘基指，侧面设置有梳齿，与主体梳齿槽配合；

梯形调整螺杆顶端镶嵌在所述梯形调整螺杆卡槽内，同时与托盘基指中心的T型螺纹孔套合，以便通过旋转梯形调整螺杆驱动托盘基指在C处托盘梳齿槽中顺畅滑动；

智能识别模块螺接在所述托盘的侧面；

托盘顶爪安装在托盘基指以上，通过键和托盘顶爪的左右靠面完成托盘顶爪与托盘基指的定位。

优选地，还包括辅助工装，辅助工装连接于托盘的内孔接口上。

优选地，所述辅助工装包括典型零件C1，与托盘连接轴同轴并夹紧，压板类工装安装在所述T型槽内，压紧典型零件C1。

优选地，通过旋转梯形调整螺杆驱动托盘基指和托盘顶爪移动来调整典型零件C1使其与托盘连接轴同轴并夹紧。

优选地，辅助工装包括：车断工装，所述车断工装底部加工出定位凸台与托盘的内孔接口配合；

典型零件C2装夹在车断工装上，同时通过旋转梯形调整螺杆驱动托盘基指和托盘顶爪移动来调整典型零件C2进行夹紧。

优选地，底部定位销环与线外辅助工作台配合定位使用，用来调整零件与托盘整体的装夹精度，通过底部定位销环安装螺钉与托盘连接轴联接。

优选地，所述托盘基指在主体梳齿槽中顺畅滑动，装配间隙不大于0.01mm。

优选地，所述托盘的内孔接口统一设计。

优选地，所述托盘的侧面相对设置四个抓取销钉。

优选地，所述托盘的上表面，设置有4个主体梳齿槽。

与现有技术相比，本发明的适用于自动化生产线的车床上下料接口托盘机构，结构简单，无需对原有车床进行改造，制造成本低，能够实现托盘的高精度定位，互换性极高，兼容多种产品，可以实现快速手自切换，快速装夹零件，极大地提高了生产效率和机床利用率，降低了人力，物力，财力的消耗，为智能制造生产线机器人对车床自动上下料提供了有力保障。

附图说明

图1表示本发明的车床上下料接口托盘机构的爆炸图；

图2表示本发明的车床上下料接口托盘机构的剖视图；

图3表示本发明的车床上下料接口托盘机构的俯视图；

图4表示本发明的车床上下料接口托盘机构的轴测图；

图5表示卡爪与托盘连接轴放大图；

图6表示一种辅助工装的示意图；

图7表示另一种辅助工装的剖视图；

图中：1.车床卡盘，2.卡爪，3.底部定位销环安装螺钉，4.底部定位销环，5.螺钉，6.托盘连接轴，7.抓取销钉，8.抓取销钉安装螺钉，9.RFID模块，10.托盘，11.梯形调整螺杆，12.托盘基指，13.托盘顶爪，14.键，15.压板类工装，16.典型零件C1，17.车断工装，18.典型零件C2。

另外，A处为托盘连接轴梳齿处；B处是托盘主体T型槽；C处为托盘主体梳齿槽；D处为托盘主体内孔接口；E处为连接螺纹孔；F处为梯形调整螺杆卡槽。

具体实施方式

为了进一步理解本发明，下面结合实施例对本发明的实施方案进行描述，但是应当理解，这些描述只是为进一步说明本发明的特征和优点，而不是对本发明的限制。

本发明的实施例公开了一种适用于自动化生产线的车床上下料接口托盘机构，如图1～4所示，包括：

车床卡盘1；

卡爪2，与所述车床卡盘1连接，由车床卡盘1驱动实现径向运动，用以夹持托盘连接轴6；卡爪2夹持面设置有梳齿；

托盘连接轴6，夹持外圆周加工有与所述梳齿相匹配的梳齿沟槽；

托盘10，通过螺钉5与托盘连接轴6连接，托盘10底部加工有第一定位凹槽，使得托盘连接轴6镶嵌进去；所述托盘10侧面加工有第二定位凹槽，使得抓取销钉7镶嵌进去；

托盘10中心设有内孔接口；

所述托盘10的上表面，以内孔为圆心向外辐射设置有主体梳齿槽及T型槽，两者间隔设置；所述主体梳齿槽靠近内孔接口的一端为梯形调整螺杆卡槽；

托盘基指12，侧面设置有梳齿，与主体梳齿槽配合；

梯形调整螺杆11顶端镶嵌在所述梯形调整螺杆卡槽内，同时与托盘基指12中心的T型螺纹孔套合，以便通过旋转梯形调整螺杆12驱动托盘基12指在托盘梳齿槽中顺畅滑动；

智能识别模块9螺接在所述托盘10的侧面；

托盘顶爪13安装在托盘基指12以上，通过键14和托盘顶爪13的左右靠面完成托盘顶爪13与托盘基指12的定位。

本发明中，采用带有梳齿结构的卡盘卡爪，在托盘连接轴外圆加工与自制卡爪梳齿处相匹配的梳齿沟槽，卡盘卡爪夹紧的过程中，通过卡爪和托盘连接轴两部分的梳齿贴合，一次装夹实现对托盘的自动调整和定位。

托盘上加工梳齿槽，与其配合使用的卡盘基指加工相应的梳齿槽，将卡盘基指安装在托盘主体的梳齿槽中。并且在卡盘基指中心加工T型螺孔，通过旋转托盘手指调节螺杆，对基指进行调节，这样便极大地保证了托盘基指的稳定性，节约了手工装夹、找正零件的时间。此外托盘基指具有很高的互换性，与托盘手指通过键和螺栓连接，根据不同零件的加工工艺不同，可以快速更换托盘手指满足使用需求。托盘中心设有内孔，便于辅助工装的定位，对于特殊零件可以通过中心压紧的方式进行夹紧，同时在托盘主体上设有T型槽，根据使用需求可以实现对压板的灵活安装。

以下按照顺序详细说明本发明的适用于自动化生产线的车床上下料接口托盘机构。

车床卡盘1，为标准车床卡盘，在手动作业时，普通卡爪通过螺钉与卡盘联接，通过卡盘带动卡爪径向运动得以夹紧零件，进行加工。在自动作业情况下，需要拆下普通卡爪换上本发明中的新型卡爪2；

卡爪2，通过螺钉与所述车床卡盘1连接，由车床卡盘1驱动实现径向运动，用以夹持托盘连接轴6；如图5所示，卡爪2夹持面设置有梳齿；

托盘连接轴6，夹持外圆周加工有与所述梳齿相匹配的梳齿沟槽；便于卡盘夹紧时卡爪2与托盘连接轴6完美配合贴紧，通过多个梳齿斜面导向实现自动托盘轴向径向的精准调整，保证一次装夹精准定位。

托盘10，通过螺钉5与托盘连接轴6连接，托盘10底部加工有第一定位凹槽，使得托盘连接轴6镶嵌进去，以便保证装配精度；所述托盘10侧面加工有第二定位凹槽，使得抓取销钉7镶嵌进去，与托盘主体10通过抓取销钉安装螺钉8联接，抓取销钉7配合机器人末端夹持机构进行托盘的抓取与搬运。抓取销钉7镶嵌于第二定位槽内，保证装配精度，满足机器人末端夹持机构顺利抓取。可选地，所述托盘10的侧面相对设置四个抓取销钉7。

优选地，还包括底部定位销环4，所述底部定位销环4与线外辅助工作台配合定位使用，用来调整零件与托盘整体的装夹精度，通过底部定位销环安装螺钉3与托盘连接轴6联接。

托盘10中心设有内孔接口；所述托盘的内孔接口统一设计，便于更换与内扣接口连接的辅助工装。

如图3所示，所述托盘10的上表面，以内孔为圆心向外辐射设置有如图C处所示的主体梳齿槽及如B处所示的T型槽，两者间隔设置；所述主体梳齿槽靠近内孔接口的一端为梯形调整螺杆卡槽；可选地，所述托盘10的上表面，设置有4个主体梳齿槽，均匀分布。

托盘基指12，侧面设置有梳齿，与主体梳齿槽配合；

C处主体梳齿槽与托盘基指12上的梳齿规格完全一致，保证高精度装配后托盘基指能12够在C处托盘主体梳齿槽中顺畅滑动，装配间隙不大于0.01mm。

梯形调整螺杆11顶端镶嵌在所述梯形调整螺杆卡槽内，同时与托盘基指12中心的T型螺纹孔套合，以便通过旋转梯形调整螺杆12驱动托盘基12指在托盘梳齿槽中顺畅滑动；

智能识别模块(RFID模块)9螺接在所述托盘10的侧面，在用来信息的记录以及托盘与智能制造系统的通讯，便于系统实时掌控加工进度，读取托盘状态，做出正确判断，保证生产线的正常运行。

托盘顶爪13安装在托盘基指12以上，通过键14和托盘顶爪13的左右靠面完成托盘顶爪13与托盘基指12的定位；此外，该设计接口统一，可以根据加工工艺需求能够快速更换不同规格托盘顶爪13。

托盘顶爪13通过连接螺栓安装在托盘基指12上，通过键14保证托盘顶爪13与托盘基指12的径向定位，同时通过托盘顶爪13底部的左右靠面与托盘基指12配合卡紧完成托盘顶爪13与托盘基指12的周向定位。

同时，此发明中托盘不安装辅助工装亦可使用，安装辅助工装是特殊需求下的使用形式，并且辅助工装不止两种。

辅助工装连接于与托盘10上。

所述辅助工装可以有多种形式，可选地，包括以下两种：

第一种如图6所示，所述辅助工装包括典型零件C1 16，与托盘连接轴6同轴并夹紧，压板类工装15安装在所述T型槽内，压紧典型零件C1 16。

通过旋转梯形调整螺杆11驱动托盘基指12和托盘顶爪13移动来调整典型零件C116使其与托盘连接轴6同轴并夹紧，目的是为了保证卡盘夹紧托盘连接轴6时典型零件C116与卡盘轴同轴。

第二种如图7所示，辅助工装包括：车断工装17，所述车断工装17底部加工出定位凸台与托盘10的内孔接口配合，通过螺钉与E处连接螺纹孔连接；

典型零件C2 18装夹在车断工装上，同时通过旋转梯形调整螺杆11驱动托盘基指12和托盘顶爪13移动来调整典型零件C2进行夹紧，即可快速完成装夹。

托盘主体10D处托盘主体内孔接口的统一设计能够实现工装的快速切换，同时根据配合精度能够保证装夹的典型零件C2 18与托盘连接轴6和卡盘轴的同轴度。此外，B处托盘主体T型槽和D处托盘主体内孔接口的设计可以满足各种不同种类工装的组合使用以及快速切换。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种适用于自动化生产线的车床上下料接口托盘机构，其特征在于，包括：

车床卡盘；

卡爪，与所述车床卡盘连接，由车床卡盘驱动实现径向运动，用以夹持托盘连接轴；卡爪夹持面设置有梳齿；

托盘连接轴，夹持外圆周加工有与所述梳齿相匹配的梳齿沟槽；

托盘，通过螺钉与托盘连接轴连接，托盘底部加工有第一定位凹槽，使得托盘连接轴镶嵌进去；所述托盘侧面加工有第二定位凹槽，使得抓取销钉镶嵌进去；

托盘中心设有内孔接口；

所述托盘的上表面，以内孔为圆心向外辐射设置有主体梳齿槽及T型槽，两者间隔设置；所述主体梳齿槽靠近内孔接口的一端为梯形调整螺杆卡槽；

托盘基指，侧面设置有梳齿，与主体梳齿槽配合；

梯形调整螺杆顶端镶嵌在所述梯形调整螺杆卡槽内，同时与托盘基指中心的T型螺纹孔套合，以便通过旋转梯形调整螺杆驱动托盘基指在托盘主体梳齿槽中顺畅滑动；

智能识别模块螺接在所述托盘的侧面；

托盘顶爪安装在托盘基指以上，通过键和托盘顶爪的左右靠面完成托盘顶爪与托盘基指的定位；

所述托盘基指在主体梳齿槽中顺畅滑动，装配间隙不大于0.01mm；

底部定位销环与线外辅助工作台配合定位使用，用来调整零件与托盘整体的装夹精度，通过底部定位销环安装螺钉与托盘连接轴联接。

2.根据权利要求1所述的适用于自动化生产线的车床上下料接口托盘机构，其特征在于，还包括辅助工装，所述辅助工装连接于托盘内孔接口上。

3.根据权利要求2所述的适用于自动化生产线的车床上下料接口托盘机构，其特征在于，所述辅助工装包括典型零件C1，与托盘连接轴同轴并夹紧，压板类工装安装在所述T型槽内，压紧典型零件C1。

4.根据权利要求3所述的适用于自动化生产线的车床上下料接口托盘机构，其特征在于，通过旋转梯形调整螺杆驱动托盘基指和托盘顶爪移动来调整典型零件C1使其与托盘连接轴同轴并夹紧。

5.根据权利要求2所述的适用于自动化生产线的车床上下料接口托盘机构，其特征在于，所述辅助工装包括：车断工装，所述车断工装底部加工出定位凸台与托盘的内孔接口配合；

典型零件C2装夹在车断工装上，同时通过旋转梯形调整螺杆驱动托盘基指和托盘顶爪移动来调整典型零件C2进行夹紧。

6.根据权利要求1所述的适用于自动化生产线的车床上下料接口托盘机构，其特征在于，所述托盘的内孔接口统一设计。

7.根据权利要求1所述的适用于自动化生产线的车床上下料接口托盘机构，其特征在于，所述托盘的侧面相对设置四个抓取销钉。

8.根据权利要求1所述的适用于自动化生产线的车床上下料接口托盘机构，其特征在于，所述托盘的上表面，设置有4个主体梳齿槽。