全自动砧板铣槽加工中心的制作方法

本发明属于板材加工技术领域，涉及用于加工砧板的机械设备，尤其涉及对砧板表面进行加工处理的设备。

背景技术：

砧板是一种日常生活必需品，从材质上分，常见的主要有木砧板和竹砧板两大类，塑料砧板相对较为少用。砧板的形状以方形和圆形为主，其中方形砧板加工时废料最少，且加工过程简单，相对最为多见。

木砧板或竹砧板表面的加工主要以铣削加工为主，砧板表面的铣削加工主要有表面图案雕刻、引水槽的加工、用于嵌入拼图嵌槽的加工、垂直孔的加工等，目前针对砧板表面加工的设备主要由工作台和设置于工作台上刀具构成，从动作方式上分，移动工作台式和固定工作台式两种，移动工作台的设备其加工动作由工作台移动完成，刀具仅在z轴上可移动，固定工作台的设备其加工动作由刀具移动完成，刀具需配置三轴移动系统。与工作台相比，刀具移动起来则更加灵活，因此对于相对复杂的砧板表面加工多采用固定工作台的方式设计加工设备。固定工作台式砧板表面加工设备还具有方便砧板上下料的优点。

目前现有的砧板表面铣削加工设备多采用手动上下料的方式，不利于砧板加工的连续作业，加工效率相对较低。少量采用自动送料方式的砧板表面加工设备，多采用传送带或传送托盘等完成送料，送料传送精度难以得到保证。而且，其送料和加工只能错时进行，刀具系统需等待砧板被送入加工位后才启动加工，而刀具在进行加工的过程中，送料机构只能停止等加工完成。加工效率仍然不高。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术中砧板表面加工效率不高，传送及定位精度差等问题，提出一种双工位的全自动砧板铣槽加工中心。该设备适用于砧板表面各种复杂槽形的加工处理，可实现砧板送料、加工、下料全过程的自动化，并有助于实现砧板前续、后续处理的全过程流水自动化。

针对上述目的，本发明提出的技术方案是：一种全自动砧板铣槽加工中心，包括砧板传送系统总成和铣削系统总成；

所述砧板传送系统总成包括送料系统和出料系统，所述送料系统包括两套，两套送料系统并排设置，每套送料传送系统包括一供刀具完成加工动作的加工工位；

铣削系统总成仅包括一套铣削刀具成总，所述铣削刀具总成在两套送料传送系统的加工工位间往返执行工作，铣削刀具总成每往返一次，加工两套送料传送系统的加工工位上各一块砧板；

当铣削刀具总成在一套送料机构的加工工位执行加工时，另一套送料机构将一块待加工砧板送入加工工位。

进一步地，针对砧板传送系统总成和铣削系统总成分别设有砧板传送控制系统和铣削控制系统。所述砧板传送控制系统控制两套送料系统的送料工作，所述铣削控制系统控制铣削系统总成工作。所述砧板传送控制系统和铣削控制系统相互通信，砧板传送控制系统发送砧板传送到位信号给铣削控制系统，铣削控制系统发送单工位加工完成信号给砧板传送控制系统。

当某套送料系统将一块待加工砧板传送到加工工位后，砧板传送控制系统采集该套送料系统的砧板传送到位信号并发送给铣削控制系统，铣削控制系统控制铣削系统总成执行加工，铣削控制系统控制铣削系统总成完成某套送料系统加工工位上一块砧板的加工后，发送加工完成信号给砧板传送控制系统；铣削控制系统控制铣削系统总成对某工位执行加工前，验证对应该工位的砧板传送到位信号；砧板传送控制系统控制送料系统执行传送前，验证对应该送料系统加工工位的加工完成信号。

进一步地，所述砧板传送控制系统和铣削控制系统相互传送故障信号给对方，收到对方故障信号的控制系统控制其被控对象停机。

进一步地，每套送料传送系统还包括一可叠放多块砧板的上料工位、一用于将待加工砧板从上料工位传送至加工工位的夹持传送机构、一用于加工前对砧板进行位置校正的定位机构、一用于压平被加工砧板的压平机构。

所述上料工位处设有用于放置砧板的托料结构，上料工位前方设前挡板，前挡板底边与托料平面之间具有仅容一块平放砧板通过的间距。

所述定位机构设置在上料工位处，包括对应砧板靠近另一套送料系统的一侧设置的第一定位件、第二定位件，以及对应砧板远离另一套送料系统的一侧设置的第三定位件。所述第一定位件和第二定位件分别设置在第一定位气缸和第二定位气缸上，第三定位件设置在第三定位气缸上。

所述第一定位气缸和第二定位气缸竖向倾斜设置，第一定位件和第二定位件下行至最低位时（行程终点），其侧面定位作用面位于本侧的定位基准面，反向上行则离开本侧的定位基准面。第三定位气缸垂直于本侧定位基准面设置，第三定位件固定装配在第三定位气缸的活塞杆前端，第三定位件前端定位作用点和后端与活塞杆固定连接点之间包括一柔性段，所述柔性段在前端定位作用点受到径向力时可弯曲。

所述夹持传送机构设置在砧板传送平面下方，包括一对夹持组件、用于设置夹持组件的夹持组件安装板、驱动夹持组件安装板及其上夹持组件在上料工位和加工工位之间来回移动的传送驱动机构（气缸装置/丝杆螺母机构），所述夹持组件安装板通过纵向直线导轨机构移动设置，所述夹持组件包括相对于夹持组件安装板纵向移动设置的夹爪组件和驱动夹爪组件相对于夹持组件安装板纵向移动的夹持驱动机构（气缸装置/丝杆螺母机构）。夹爪组件包括可升降设置的夹爪。夹爪下降到低位时，其上端低于砧板传送平面，夹爪升到高位时，其上端高出砧反传送平面的高度小于一块砧板的厚度。

所述压平机构设置在加工工位处，用于从被加工砧板的两侧边缘处压平被加工砧板，其包括压板和顶压组件，所述压板水平固定设置，所述压板设置在被传送到加工工位的砧板横向两侧非加工区域上方；所述顶压组件设置在被传送到加工工位的砧板横向两侧非加工区域下方，所述顶压组件包括可升降设置的顶脚和驱动顶脚上下移动的顶压驱动机构（顶压气缸/其它）。

所述铣削系统总成包括铣削刀具总成和驱动铣削刀具总成x轴、y轴、z轴三向运动的三轴驱动系统。

所述铣削刀具总成包括铣削刀头、用于安装铣削刀头的主轴、主轴旋转驱动装置，所述三轴驱动系统包括相互关联的第一向运动机构、第二向运动机构、第三向运动机构。每一向运动机构由运动部和驱动运动部直线运动的驱动机构组成。第一向运动机构的运动部通过直线导轨机构相对于机架可移动设置，第二向运动机构的运动部通过直线导轨机构相对第一向运动机构的运动部可移动设置，第三向运动机构的运动部通过直线导轨机构相对第二向运动机构的运动部可移动设置。所述铣削刀具系统安装在第三向运动机构的运动部上。

进一步地，所述主轴旋转驱动装置为一主轴电机，所述主轴电机的输出轴竖直朝下作为用于安装铣削刀头的主轴，所述铣削刀头固定设置在主轴电机的输出轴下端，所述铣削刀头由刀具夹头和铣削刀具构成。

进一步地，所述铣削刀头处设有一吸尘罩，所述吸尘罩包括围挡在刀头侧面的筒状部，所述筒状部侧面设有排尘接口，所述排尘接口连接排尘管道。所述筒状部上端与主轴电机的壳体下端外侧面密封，所述筒状部下端包括一段软体筒部，所述软体筒部与筒状部主体部分密封连接。

本发明有益效果是：1、采用并排设置两套送料系统的方式，将砧板的传送和加工交错在两套送料系统上完成，铣削系统无需等待送料系统传送过程，可连续执行加工作业，加工效率基本可提高一倍。2、组合设置定位机构和夹持传送机构，实现将定位机构设置在加工工位之外，定位过程可在加工过程之中完成，加工作业无需等往定位完成。3、夹持传送机构组合对砧板的夹持和传送两种功能，有效保证了砧板在传送过程的高精度直线运动；4、专门设置压平机构，解决因砧板不平整而影响加工精度的问题，同时对砧板起到一定的校正作用。

附图说明

图1、2是本发明所述全自动砧板铣槽加工中心整体结构示意图。

图3、4是图1所示全自动砧板铣槽加工中心的部分结构示意图。

图5、6是图1所示全自动砧板铣槽加工中心送料系统结构示意图。

图7、8是定位机构部分定位件设置方式示意图。

图9、10、11是定位机构原理示意图。

图12、13、14是压平机构的设置结构示意图。

标记说明：

11、机架；12、工作台面；13、龙门架；

21、左侧板；211、第一前挡板；212、侧挡条；22、中间竖板；221、第二前挡板；222、侧挡板；23、右侧板；

31、夹持组件安装板；311、行程触脚；32、夹持气缸；33、夹爪气缸；34、连接板；35、行程开关；36、传送气缸；

41、定位气缸安装板；42、柔性定位气缸；421、柔性元件；43、斜置定位气缸；431、定位挡片；432、安装支架；

51、压平夹持气缸；52、左右板；53、中间压板；54、右压板；

61、排尘接口；62、软体筒部；63、主轴电机；64、第三丝杆电机；

7、出料机构；71出料电机。

具体实施方式

下面参照附图，以一个具体实例对本发明所述全自动砧板铣槽加工中心的结构及工作原理做进一步的解释说明。

参照图1-4，本例的全自动砧板铣槽加工中心整体上纵向略长、横向略短，各机构系统统一设置在机架11上，机架上部设工作台面12，工作台面上部并排设置左、右两套送料系统，铣削系统总成设于机架前部，机架前端设出料系统7，出料系统的主要传送部分为横向平行设置的一排等长出料托辊，全部出料托辊由出料电机71驱动同步转动。出料托辊长度大于两套送料系统的并排宽度。

参照图5-6，两套送料系统左右对称，两套送料系统共用中间竖板22，中间竖板直接固于工作台面上，中间竖板左、右两侧各设置一侧板21、23。两侧板分别通过横向滑轨机构设置在工作台面上，两侧板通过螺栓或销与工作台面固定。所述中间竖板靠近上沿两侧分别设有l形台阶结构，两侧的侧板靠近上沿分别设置与中间竖板两侧台阶结构成对的l形台阶结构。所述l形台阶结构构成托料结构，所述l形台阶结构的台阶面为托料平面，也是砧板传送的基准面。砧板在送料系统中放置和传送过程中，其横向两侧边分别搭在台阶面上。

上料工位位于送料系统的后半部，侧板21、23上面对应上料工位的中部立设有侧挡条212，侧挡条上端向上料工位外侧倾斜，中间竖板22上面对应上料工位设有两块侧挡板222，所述侧挡板同样是上端向上料工位外侧倾斜设置，侧挡条与侧挡板上端横向距离较下端距离更大，可方便在上料工位放置砧板。侧板和中间竖板上对应上料工位的前端的位置分别设置一块前挡板211、221，所述前挡板竖直设置，所述前挡板下沿与l形台阶结构的台阶面之间仅容一块平置的砧板通过。两套送料系统的四个侧挡板两两一对，每对其上端通过一连接短板连接，可有效增加侧挡板的强度。

夹持传送机构设置在侧板和中间竖板之间，包括一对夹持组件，所述一对夹持组件设置在夹持组件安装板31上，夹持组件安装板通过纵向直线导轨机构设置在工作台面上。传送气缸36纵向设置，传送气缸36缸体与工作台面固定，传送气缸36的活塞杆前端与夹持组件安装板31紧固连接。夹持组件包括由夹爪组件和夹持气缸32，夹爪组件包括一夹爪气缸、所述夹爪气缸33固定设置在一连接板34下面，所述连接板34上表面与砧板传送基准面一平。夹爪气缸的活塞杆作为夹爪竖直朝上，连接板34上对应夹爪气缸的活塞杆设置一通孔，夹爪气缸的活塞杆上行从连接板下方从通孔向上穿过连接板。夹爪气缸的活塞杆下行至最低位时，其上端低于连接板上表面，或与连接板上表面一平，夹爪气缸的活塞杆上行至最高位时，其上端高出连接板上表面的高度小于一块砧板的厚度。所述连接板34通过纵向直线导轨机构滑动设置在夹持组件安装板31上。夹持气缸32纵向设置，夹持气缸32的缸体与夹持组件安装板固定，夹持气缸32的活塞杆前端与连接板固定连接。

为控制夹持传送机构的行程，夹持组件安装板31侧面固定设置一行程触脚311，工作台面上在行程触脚前后方各设置一个行程开关35。

所述铣削系统总成包括铣削刀具总成和驱动铣削刀具总成x轴、y轴、z轴三向运动的三轴驱动系统。

所述铣削刀具总成包括铣削刀具、主轴电机63，主轴电机的输出轴竖起朝下，所述铣削刀具通过装夹头紧固装配在主轴电机的输出轴下端。所述主轴电机固定安装在主轴电机安装竖板上。

所述三轴驱动系统包括通过纵向直线导轨机构相对于机架可纵向移动设置的作为第一向运动机构的运动部的龙门架13，所述龙门架横跨在机架前部上方，工作台下方设有龙门架底梁，第一丝杆螺母机构纵向设置于机架上，丝杆螺母与龙门架的底梁固定，第一丝杆连接第一丝杆电机，第一丝杆螺母机构驱动龙门架相对于机架纵向移动。

作为第二向运动机构的运动部的横行竖板通过横向直线导轨机构可横向移动设置在所述龙门架的横梁侧面，第二丝杆螺母机构横向设置于龙门架横梁上，丝杆螺母固定在横行竖板背面，第二丝杆连接第二丝杆电机，第二丝杆螺母机构驱动横行竖板相对于龙门架横向移动。主轴电机安装竖板作为第三向运动机构的运动部通过竖直直线导轨机构可升降地设置在所述横行竖板正面，第三丝杆螺母机构竖直设置于横行竖板上，丝杆螺母固定在主轴电机安装竖板背面，第三丝杆连接第三丝杆电机64，第三丝杆螺母机构驱动主轴电机安装竖板相对于横行竖板垂直移动。

所述铣削刀头处设有一吸尘罩，所述吸尘罩包括围挡在刀头侧面的筒状部，所述筒状部侧面设有排尘接口61，所述排尘接口连接排尘管道。所述筒状部上端与主轴电机的壳体下端外侧面密封，所述筒状部下端包括一段软体筒部62，所述软体筒部与筒状部主体部分密封连接。

参照图7-11，定位机构设置在上料工位处，每套送料系统配置一套定位机构，包括设置在侧板上的柔性定位组件，和设置在中间竖板上的两套定位片组件。

所述定位片组件设置在侧挡板外侧，包括作为第一/第二定位件的定位挡片431、作为第一/第二定位气缸的斜置定位气缸43，斜置定位气缸倾斜朝下设置，所述定位挡片431固联在斜置定位气缸43的活塞杆下端，斜置定位气缸的缸体固定安装在安装支架432上，安装支架432与中间竖板22固定。所述定位挡片431从外向内穿过侧挡板222。

所述柔性定位组件设置在侧板21外侧，包括作为第三定位气缸的柔性定位气缸42和作为第三定位件的柔性元件421，所述柔性定位气缸42活塞杆横向朝内设置，缸体固定在一定位气缸安装板41上，柔性元件421后端与柔性定位气缸42活塞杆前端固联，前端向内穿过侧板。

参照图11-14，加工工位位于送料系统的前半部，分别对应两套送料系统的加工工位设置的两套压平机构，共包括三块压板和八个顶压气缸51，三块压板分别为左压板52、中间压板53、右压板54，左压板水平固定安装在左侧板对应加工工位处的上沿，左压板右侧边向加工工位内侧延伸悬于左侧板l形台阶结构的台阶面上方，中间压板水平固定安装在中间竖板对应加工工位处的上沿，中间压板左右两侧边分别向两套送料系统的加工工位内侧延伸悬于中间竖板的两侧l形台阶结构的台阶面上方，右压板水平固定安装在右侧板对应加工工位处的上沿，右压板左侧边向加工工位内侧延伸悬于右侧板l形台阶结构的台阶面上方。

八个顶压气缸均竖起朝上设置，每个活塞杆上端固定装配一顶脚，顶脚上表面平整。其中第一、第二顶压气缸固定安装在左侧板对应加工工位处的内侧左压板下方，第三、第四顶压气缸和第五、第六顶压气缸分别固定安装在中间竖板对应加工工位处的两侧中间压板下方，第七、第八顶压气缸固定安装在右侧板对应加工工位处的内侧右压板下方。

砧板传送控制系统分别控制两套送料系统和出料系统运作，具体包括：采集设置于送料系统的各传感器信号，根据程序设定做出对应的响应；控制斜置定位气缸43、柔性定位气缸42的正反向动作，完成砧板的横向定位；控制夹持气缸32、夹爪气缸33的正反向动作，完成对砧板的夹持和解除夹持；控制传送气缸36的正反向动作，完成砧板从上料工位到加工工位的传送，及夹持传送机构复位；控制顶压气缸51的正反向动作，执行对砧板的顶紧压平及解除顶压；控制出料电机71的启停。

铣削控制系统控制铣削系统总成动作，具体包括：采集设置于铣削系统总成的各传感器信号，并根据程序设定做出对应的响应；控制主轴电机的启停；控制第一丝杆电机、第二丝杆电机、第三丝杆电机的正反转及输出角度，以控制刀具的走刀路径。

以开机先从左侧砧板开始加工为例，本例所述砧板铣槽加工中心的工作过程如下：

初始化准备：砧板传送控制系统分别复位两套送料系统的夹持传送机构，铣削控制系统通过三轴驱动系统控制铣削刀具进入左侧加工工位待命。操作工作在上料工位叠放多块砧板；

首先，砧板传送控制系统控制左侧定位机构对最下面一块砧板进行定位，再控制左侧夹持传送系统将定位后的最下面一块砧板传送到前方加工工位，然后控制压平机构将砧板压紧，然后发送左侧砧板传送到位信号给铣削控制系统，然后控制左侧夹持传送机构向后复位；

铣削控制系统检测左侧砧板传送到位信号，确认砧板到位后，控制主轴电机启动，再控制三轴驱动系统工作执行对左侧加工工位上砧板的加工；

同时，砧板传送控制系统控制右侧定位机构对最下面一块砧板进行定位，再控制右侧夹持传送机构将定位后的最下面一块砧板传送到前方加工工位，然后控制压平机构将砧板压紧，然后发送右侧砧板传送到位信号给铣削控制系统，然后控制右侧夹持传送机构向后复位；

完成左侧加工工位上砧板的加工后，发送左侧工位加工完成信号给砧板传送控制系统，然后检测右侧砧板传送到位信号，确认砧板到位后，铣削控制系统通过控制三轴驱动系统中的第二丝杆电机控制铣削刀具向右进入右侧加工工位，执行加工；

砧板传送控制系统收到左侧工位加工完成信号后，控制左侧定位机构对最下面一块砧板进行定位，再控制左侧夹持传送系统将定位后的最下面一块砧板传送到前方加工工位。然后控制压平机构将砧板压紧，然后发送左侧砧板传送到位信号给铣削控制系统，然后控制左侧夹持传送机构向后复位；此时，前一块已加工砧板被后一块砧板推出加工工位滑到出料系统的出料托辊上，转动的出料托辊然后将经加工砧板送出；

完成右侧加工工位上砧板的加工后，发送右侧工位加工完成信号给砧板传送控制系统，然后检测左侧砧板传送到位信号，确认砧板到位后，铣削控制系统通过控制三轴驱动系统中的第二丝杆电机控制铣削刀具再向左进入左侧加工工位，执行加工；

砧板传送控制系统收到右侧工位加工完成信号后，控制右侧定位机构对最下面一块砧板进行定位，再控制右侧夹持传送系统将定位后的最下面一块砧板传送到前方加工工位，然后控制压平机构将砧板压紧，然后发送右侧砧板传送到位信号给铣削控制系统，然后控制右侧夹持传送机构向后复位；此时，前一块已加工砧板被后一块砧板推出加工工位滑到出料系统的出料托辊上，转动的出料托辊然后将经加工砧板送出；

如此反复自动连续作业，实现了砧板表面铣槽加工的高效率自动化；自动加工基间，操作工人适时将新的砧板放入上料工作。

当砧板传送控制系统采集到传感器发来的故障信号后，停止砧板传送系统总成动作，并传送停机信号给铣削控制系统，铣削控制系统接收到信号后停止铣削系统总成动作。同样地，当铣削控制系统采集到传感器发来的故障信号后，停止铣削系统总成动作，并传送停机信号给砧板传送控制系统，砧板传送控制系统收到信号后停止砧板传送系统总成动作。

本例砧板铣槽加工中心送料系统后端采用开放结构，可连接前序加工设备的出料系统，则可形成多工序砧板加工流水线。