一种大型工件的加工设备及方法与流程

1.本发明属于机加工领域，具体涉及一种大型工件的加工设备及方法。


背景技术：

2.大型工件尤其是一体铸造铝合金车架后舱、新能源车电池盒等零件，其特点造型复杂，加工特征多样、特征分布随机。对这种类型工件进行加工，需要翻面加工，但是这些工件自身重量较重，体积庞大，难以用人工的方式进行上下料。
3.现有技术主要有以下两者技术路线：
4.技术路线一：采用一次装夹的方式，在机床内完成翻转。
5.技术路线二：采用二次装夹的方式。配合翻转机构和可快换式夹具，对工件进行翻转。
6.技术路线一的缺点是：机床造价高，机床夹具需要做成笼式结构，夹具结构复杂并且造价高，机床干涉区大，经常需要使用角度头，甚至有不可加工区域；同时这种方案上下料占用加工时间，导致机床有效开工率低下。
7.技术路线二的缺点是：需要额外设计翻转机构，由于工件体积大、形状复杂、自身重量大，导致翻转机构体积庞大、造价高；对于正反面差异大的工件，每个工件上下料过程中机器人都需要切换正面夹爪和反面夹爪，以这种方式长期运行对快换机构的损耗很大，有额外的停机风险和快换机构成本支出，并且会导致整个生产过程效率降低。


技术实现要素：

8.本发明的目的是提供一种大型工件的加工设备及方法，以解决上述问题。为此，本发明采用的技术方案如下：
9.根据本发明的一方面，提供了一种大型工件的加工设备，其可包括：
10.工件固定台，所述工件固定台上安装有正面夹具和反面夹具；
11.第一机器人和第二机器人，所述第一机器人和第二机器人分别用于夹持大型工件的正面和反面，以将所述大型工件装到所述反面夹具和所述正面夹具上和从所述反面夹具和所述正面夹具上取下，其中，所述大型工件能直接在所述第一机器人与所述第二机器人之间进行转移，以实现空中接力翻面；以及
12.机床，所述机床用于对所述大型工件的正面和反面进行加工。
13.在较佳实施例中，所述工件固定台包括翻转台，所述正面夹具和所述反面夹具彼此反向地安装在所述翻转台上。
14.在较佳实施例中，所述机床与所述第一机器人和第二机器人分别布置在所述翻转台的相反两侧。
15.在较佳实施例中，所述第一机器人上安装有正面夹爪，并且所述第二机器人上安装有反面夹爪。
16.在较佳实施例中，还包括毛坯缓存架和半成品缓存架，其中，所述毛坯缓存架用于
放置毛坯件，即，未加工的大型工件；所述半成品缓存架用于放置半成品，即加工好正面的大型工件；其中，所述第一机器人将所述毛坯件从上料托盘转移到所述毛坯缓存架以及从所述毛坯缓存架转移到所述工件固定台上；所述第二机器人从所述第一机器人接过所述半成品并放置到所述半成品缓存架上以及将所述半成品从所述半成品缓存架转移到所述工件固定台上。
17.在较佳实施例中，所述大型工件包括一体铸造的铝合金车架后舱和新能源车电池盒。
18.根据本发明的另一方面，还提供了一种大型工件的加工方法，其中，所述加工方法包括以下步骤：
19.提供如上所述的加工设备；
20.通过所述第一机器人将毛坯件转移到所述反面夹具上，其中，所述毛坯件指未加工的大型工件；
21.通过所述机床对所述大型工件的正面进行加工；
22.通过所述第一机器人将半成品从所述反面夹具取下并转移到所述第二机器人上，其中，所述半成品是指加工好正面的大型工件；
23.通过所述第二机器人将所述半成品转移到所述正面夹具上；
24.通过所述机床对所述大型工件的反面进行加工；
25.通过所述第二机器人将加工好的大型工件从所述正面夹具取下。
26.在较佳实施例中，所述加工方法还包括：通过所述第二机器人将所述加工好的大型工件转移到所述第一机器人上，再通过所述第一机器人将所述加工好的大型工件转移到出料托盘上。
27.在较佳实施例中，在所述工件固定台为翻转台的情况下，所述加工方法还包括翻转，所述翻转发生在以下过程之后：将未加工的大型工件放到所述翻转台上；通过所述机床加工好所述大型工件的正面；将所述加工好正面的大型工件放到所述翻转台上；以及通过所述机床加工好所述大型工件的反面；其中，所述正面夹具和所述反面夹具彼此反向地安装在所述翻转台上。
28.在较佳实施例中，在所述加工设备包括毛坯缓存架和半成品缓存架的情况下，所述加工方法还包括：
29.通过所述第一机器人将所述毛坯件从上料托盘转移到所述毛坯缓存架以及从所述毛坯缓存架转移到所述工件固定台上；
30.通过所述第二机器人从所述第一机器人接过半成品并放置到所述半成品缓存架上以及将所述半成品从所述半成品缓存架转移到所述工件固定台上；
31.其中，所述毛坯缓存架用于放置所述毛坯件，以及所述半成品缓存架用于放置所述半成品。
32.在较佳实施例中，所述加工方法还包括：在所述机床对所述大型工件进行加工的过程中，所述第一机器人和所述第二机器人协作完成上下料。
33.本发明通过双机器人空中接力，可以直接完成工件的翻面和再次抓取而无需其他机构辅助，构造简单，节约成本；本发明可以实现对大型工件的自动化正反面加工，夹具结构简单，干涉区小，机器人无需进行频繁更换抓手。同时上下料跟机加工同步进行，上下料
不占用整体加工时间，使得机床始终保持满负荷运转，有效提高了生产效率。
附图说明
34.图1是根据本发明实施例的大型工件的加工设备的结构示意图；
35.图2是图1所示的大型工件的加工设备的两个机器人之间传递工件的示意图；
36.图3是根据本发明实施例的大型工件的加工方法的流程图；
37.图4是第一机器人上下料的示意图；
38.图5是大型工件的正面加工的示意图；
39.图6是第二机器人上下料的示意图；
40.图7是大型工件的反面加工的示意图。
具体实施方式
41.以下将结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，以便更清楚理解本发明的目的、特点和优点。应理解的是，附图所示的实施例并不是对本发明范围的限制，而只是为了说明本发明技术方案的实质精神。
42.在下文的描述中，出于说明各种公开的实施例的目的阐述了某些具体细节以提供对各种公开实施例的透彻理解。但是，相关领域技术人员将认识到可在无这些具体细节中的一个或多个细节的情况来实践实施例。在其它情形下，与本技术相关联的熟知的装置、结构和技术可能并未详细地示出或描述从而避免不必要地混淆实施例的描述。
43.除非语境有其它需要，在整个说明书和权利要求中，词语“包括”和其变型，诸如“包含”和“具有”应被理解为开放的、包含的含义，即应解释为“包括，但不限于”。
44.在整个说明书中对“一个实施例”或“一实施例”的提及表示结合实施例所描述的特定特点、结构或特征包括于至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置“在一个实施例中”或“在一实施例”中的出现无需全都指相同实施例。另外，特定特点、结构或特征可在一个或多个实施例中以任何方式组合。
45.如该说明书和所附权利要求中所用的单数形式“一”和“所述”包括复数指代物，除非文中清楚地另外规定。应当指出的是术语“或”通常以其包括“和/或”的含义使用，除非文中清楚地另外规定。
46.在以下描述中，为了清楚展示本发明的结构及工作方式，将借助诸多方向性词语进行描述，但是应当将“前”、“后”、“左”、“右”、“外”、“内”、“向外”、“向内”、“上”、“下”等词语理解为方便用语，而不应当理解为限定性词语。
47.此外，术语“水平”、“竖直”、“悬垂”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
48.在本技术的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
49.如图1和2所示，一种大型工件的加工设备，用于自动加工诸如一体铸造的铝合金车架后舱和新能源车电池盒等大型工件。大型工件100具有待加工的正面和反面(图中用灰色表示)。该加工设备可包括机床1、工件固定台2、第一机器人3和第二机器人4。机床1可以是数控机床(cnc)，能够高精度进行各种机加工作业(例如，车、钻、铣、磨、抛光等)。机床1用于对大型工件100的正反面进行加工。机床1的结构是公知的，这里不再描述；其中，附图中的机床1仅是示意性的示出其加工刀具部分。工件固定台2上安装有正面夹具21和反面夹具22，其中正面夹具21用于从正面夹住大型工件100，使大型工件100的反面朝外；反面夹具22用于从反面夹住大型工件100，使大型工件100的正面朝外。即，工件固定台2具有正面加工工位和反面加工工位。第一机器人3和第二机器人4分别用于夹持大型工件100的正面和反面。具体地说，第一机器人3上设有正面夹爪31，以从正面夹住大型工件100；相应地，第二机器人4上设有反面夹爪41，以从反面夹住大型工件100。第一机器人3 和第二机器人4可以实现大型工件100的上下料及翻面。具体地说，第一机器人3可以通过正面夹爪31抓住大型工件100，再将大型工件100装到反面夹具 22上和从反面夹具22上取下，以及将大型工件100传递给第二机器人4；相应地，第二机器人4可以通过反面夹爪41抓住大型工件100，再将大型工件 100装到正面夹具21上和从正面夹具21上取下，以及将大型工件100传递给第二机器人3。
50.工作时，第一机器人3将大型工件100装到工件固定台2的反面夹具22 上(如图4所示)，此时大型工件100的正面朝外，机床1对大型工件100的正面进行机加工(如图5所示)；当大型工件100的正面加工好后，第一机器人3将大型工件100从工件固定台2的反面夹具22上取下，然后传递给第二机器人4(如图2所示)；第二机器人4再将大型工件100装到工件固定台2 的正面夹具22上(如图6所示)，此时大型工件100的反面朝外，即实现了翻面；机床1对大型工件100的反面进行机加工(如图7所示)；当大型工件 100的反面加工好后，第二机器人4将大型工件100从工件固定台2的正面夹具21上取下。由此可见，通过双机器人(第一机器人3和第二机器人4)空中接力，可以直接完成工件的翻面和再次抓取而无需其他机构辅助，构造简单，节约成本。
51.第二机器人4可以将成品直接放到出料托盘8中，也可以先传递给第一机器人3，再由第一机器人3放到出料托盘8中。
52.工件固定台2可以与机床1集成成一体，也可以是独立装置。在本实施例中，工件固定台2是独立的翻转台，可以在电机驱动机构、液压驱动机构或气动驱动机构等驱动下进行翻转。正面夹具21和反面夹具22彼此反向地安装在翻转台上。应该理解，工件固定台2也可以采用平移滑台、水平旋转台等多工位形式。
53.在本实施例中，机床1与第一机器人3和第二机器人4分别布置在翻转台的相反两侧。这种布局紧凑，占用面积小，并且操作方便，第一机器人3和第二机器人4可以固定不动，只需机械手动作即可。第一机器人3和第二机器人4可以是市场上可购得的标准机器人，其正面夹爪31和反面夹爪41可以根据工件的规格进行更换。应该理解，第一机器人3和第二机器人4也可以是能够完成同样功能的非标设备。
54.在本实施例中，该加工设备还可包括毛坯缓存架5和半成品缓存架6，其中，所述毛坯缓存架5用于放置毛坯件，即，未加工的大型工件；所述半成品缓存架6用于放置半成品，即加工好正面的大型工件。通常，毛坯缓存架5放置在第一机器人3的外侧(图中，左侧)，半
成品缓存架6放置在第二机器人4的外侧(图中，右侧)，以方便操作。第一机器人3将毛坯件从上料托盘7转移到毛坯缓存架5以及从毛坯缓存架5转移到工件固定台2上；即，在工件加工进入循环过程时，毛坯件可以先由第一机器人4放到毛坯缓存架5上，等收到上料请求后，再由第一机器人4从毛坯缓存架5转移到工件固定台2上。第二机器人4从第一机器人3接过半成品并放置到半成品缓存架6上以及将所述半成品从半成品缓存架6转移到工件固定台2上，以进一步完成大型工件100 的反面加工。通过设置毛坯缓存架5和半成品缓存架6，可以进一步优化大型工件100的加工流程，使其更加顺畅，提高加工效率。
55.下面参照图3-7，详细描述本发明的大型工件的加工方法。该加工方法可包括以下步骤：
56.s1、提供如上所述的加工设备。
57.s2、通过所述第一机器人3将毛坯件(即，未加工的大型工件100)从上料托盘7(参见图1)转移到工件固定台2的反面夹具22上，此时大型工件的正面朝外，如图4所示；
58.s3、通过机床1对所述大型工件100的正面进行加工，如图5所示，具体地，在工件固定台2为翻转台的情况下，在毛坯件装到反面夹具22上之后，工件固定台2翻转180度，使大型工件100的正面朝向机床1，再由机床1对大型工件100的正面进行加工；
59.s4通过所述第一机器人3将半成品(即，加工好正面的大型工件100)从反面夹具22取下并转移到第二机器人4上，实现空中接力翻面；具体地，当大型工件100的正面加工好之后，工件固定台2翻转180度，使半成品面向第一机器人3，第一机器人3通过其正面夹爪31夹住大型工件100的正面，将大型工件100从反面夹具22取下并使大型工件100的反面朝向第二机器人4，第二机器人4通过其反面夹爪41夹住大型工件100的反面，然后第一机器人3 的正面夹爪31松开；
60.s5、通过第二机器人4将所述半成品转移到工件固定台2的正面夹具21 上，此时大型工件100的反面朝外，如图6所示；
61.s6、通过机床1对所述大型工件100的反面进行加工，如图7所示，具体地，在半成品装到正面夹具21上之后，工件固定台2翻转180度，使大型工件的反面朝向机床1，再由机床1对大型工件100的反面进行加工；
62.s7、通过第二机器人将加工好的大型工件从正面夹具取下，完成一个大型工件100的加工。具体地，当大型工件100的反面加工好之后，工件固定台2 翻转180度，使成品面向第二机器人4，第二机器人4通过其反面夹爪41夹住大型工件100的反面，将大型工件100从反面夹具22取下。
63.应该理解，成品可以直接通过第二机器人4放到出料托盘8(参见图1) 上，也可以先由第二机器人4传递给第一机器人3，再由第一机器人3放到出料托盘8上。
64.进一步地，在所述加工设备包括毛坯缓存架5和半成品缓存架6(参见图 1)的情况下，所述加工方法还包括：通过第一机器人3将所述毛坯件从上料托盘转7移到所述毛坯缓存架5以及从所述毛坯缓存架5转移到所述工件固定台2上；即，在工件加工进入循环过程时，毛坯件可以先由第一机器人3放到毛坯缓存架5上，等收到上料请求(该上料请求通常在上一个大型工件100的正面加工完成时产生)后，再由第一机器人3从毛坯缓存架5转移到工件固定台2上；通过第二机器人4从第一机器人3接过半成品并放置到所述半成品缓存架6上以及将所述半成品从所述半成品缓存架6转移到所述工件固定台2上。通过设置毛坯缓存架
5和半成品缓存架6，可以进一步优化大型工件100的加工流程，使其上下料可以与机加工同时进行，减少机床等待时间，提高加工效率。
65.在较佳实施例中，所述加工方法还包括：在所述机床对所述大型工件进行加工的过程中，所述第一机器人3和所述第二机器人4协作完成上下料。具体地说，在大型工件100的正面加工期间，第二机器人4完成成品的下料和半成品的上料，其中，成品可以由第二机器人4传递给第一机器人3，再由第一机器人3放到出料托盘；而在大型工件100的反面加工期间，第一机器人3完成半成品的下料和毛坯件的上料，其中，半成品可以由第一机器人3传递给第二机器人4，再由第二机器人4放到半成品缓存架6上。
66.本发明通过双机器人空中接力，可以直接完成工件的翻面和再次抓取而无需其他机构辅助，构造简单，节约成本；本发明可以实现对大型工件的自动化正反面加工，夹具结构简单，干涉区小，机器人无需进行频繁更换抓手。同时上下料跟机加工同步进行，上下料不占用整体加工时间，使得机床始终保持满负荷运转，有效提高了生产效率。
67.以上已详细描述了本发明的优选实施例，但应理解到，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改。这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。