圆管类工件自动上下料激光加工机床的制作方法

本发明涉及一种用于圆管类工件激光加工的机床。

背景技术：

随着全球工业的飞速发展，对加工业的生产效率提出了很高的要求。传统的激光加工机床采用人工上料的方式，不仅工人劳动强度大，生产效率也很低，形成了对资源的大量浪费。此外，现有的激光加工机床大多为加工平板类工件，而针对圆管类工件的激光加工机床较少。

中国专利文献CN105269157A公开了一种半自动激光切割机，其在机床前后设有一对卡盘，用于装夹管材，同时设置若干支撑板，以在只有一卡盘对管材进行装夹时，通过支撑板提供辅助支撑，从而实现能够对较短的管材进行全方位的激光加工。然而，其加工有赖于后卡盘的移动，激光头组件装置相对固定，工件或者激光头的控制维度比较少，因此，在完成相对比较复杂的加工时，对程控有比较高的要求。此外，尽管其背景技术部分提出“夹紧力不够大”的技术问题，但其在某些加工条件下，对工件仅使用一端夹紧，不可避免的也会存在相同的技术问题。

中国专利文献104842072B公开了一种激光加工车床，其可以对普通的车床进行改装，使用主轴箱端的卡盘进行工件的装夹，与CN105269157A不同的是工件的适用范围不同，在该104842072B中所适用的工件是圆形工件，工件直接被装夹在卡盘内，而没有悬伸部分，从而无需考虑悬伸状态下的装夹问题，对圆管类工件的加工没有指导意义。并且其加工维度的实现主要是激光发射装置的移动维度，对圆管类工件加工没有指导意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种适于圆管类工件激光加工的结构合理且自动化程度比较高的机床。

本发明采用以下技术方案：

一种圆管类工件自动上下料激光加工机床，包括：

床身，为卧式结构，并具有床身导轨，该床身导轨包括两条平行设置的直线导轨，两直线导轨间留有向下出料的出料口，并在两直线导轨间设有一平行于床身导轨的副导轨；

横梁，跨设在两直线导轨上；

激光头组件，设置在所述横梁上；

尾座，设置在副导轨的尾端；

三爪卡盘，与所述尾座相对，并通过与所述副导轨通过移动副配合的夹具基座安装在副导轨上；

第一电机，装设在三爪卡盘松夹机构的驱动端，用于驱动三爪卡盘的松夹；

第二电机，装设在所述夹具基座上，用于驱动夹具基座在副导轨的运行；

第三电机，配置在所述夹具基座上三爪卡盘轴的驱动端，用于驱动三爪卡盘转动；

送料机构，位于床身的一侧，送料方向平行于所述床身导轨；

上下料机械手，安装在床身的送料机构所在侧。

上述圆管类工件自动上下料激光加工机床，可选地，所述出料口有两个，分居于副导轨两侧。

可选地，所述尾座为顶尖式尾座。

可选地，所述上下料机械手为多自由度机械手。

可选地，所述上下料机械手通过移动副安装在送料机构侧的直线导轨上。

可选地，所述横梁两端具有运行在相应侧直线导轨上的滑座，相应地，在所述横梁还设有驱动横梁沿所述直线导轨移动的驱动机构。

可选地，所述横梁与所述上下料机械手固定连接。

可选地，所述上下料机械手包括基座和装配在基座上的多自由度机械臂，以及设置在机械臂末端的机械爪；

其中，机械爪配有张握驱动装置。

可选地，所述张握驱动装置配置为：

机械爪为对置的一对钳臂，钳臂通过销轴与所述多自由度机械臂连接；

每一钳臂配置有一液压缸，该液压缸的缸体装置在多自由度机械臂上，推杆通过销轴连接相应钳臂。

可选地，所述送料机构为送料辊道。

依据本发明，不同于常规的激光加工机床直接在普通机床上改造的方式，在本发明中，有两个基本导轨，一个床身导轨，另一个是副导轨，其中床身导轨用于主要提供激光头移动的导轨，跨距受限制比较小，从而适应的工件范围广，同时也有利于设置出料结构；而副导轨则提供装夹部分所需要的导轨，从而在床身导轨跨距较大的条件下，装夹部分不必考虑过大的跨接结构。同时，床身导轨与副导轨的设置，运行在两导轨上的部件相互干渉比单一的导轨少，可控性更好，从而更容易实现自动化。此外，通过三个电机控制三爪卡盘的工作状态，并配合实现松夹的第一电机以及送料机构和上下料机械手，实现自动上下料，减少人工成本。

附图说明

图1为依据本发明的一种圆管类工件自动上下料激光加工机床的俯视结构示意图。

图2为相应于图1的主视结构示意图。

图3为一种上下料机械手主视结构示意图。

图4为机械手侧结构示意图。

图5相应于图3的俯视结构示意图。

图中：1.床身，2.横梁，3.夹具组件，4.尾座，5.上下料机械手，6.送料辊道，7.工业控制计算机。

11.直线导轨，12.直线导轨，13.出料口，14.副导轨。

21.激光头组件，22.第四电机。

31.夹具基座，32.三爪卡盘，331.第一电机，332.第二电机，333.第三电机。

41.基座，42.顶尖。

51.基座，52.机械臂，53.液压缸，54.机械爪。

具体实施方式

一般而言，对于机床的床身1，其设有床头箱的一端为前端，与之相对的一端为尾端，如图中设有尾座4的一端为尾端，而设有夹具组件3的一端为头端，尽管图中所示的夹具组件3属于可移动部件，但不影响对床身1头尾的理解。

此外，一般相对于头尾，对于例如普通的车床，操作人员所在的一侧为前侧，与前侧相对的一侧为后侧。图中送料辊道6所在的一侧为前侧，直线导轨11所在的一侧为后侧。

参见图1和2中所示的一种圆管类工件自动上下料激光加工机床，其基本结构含有三条导轨，其中直线导轨11和直线导轨12构建床身导轨。而副导轨14设置在两直线导轨之间，并与两直线导轨平行设置。

在上述结构配置下，设置一床身1，是其他部件安装所需要的机体结构。图2中可见，床身1为一种卧式结构，直线导轨11和直线导轨12分居于床身1的前后侧，机体的其他部分可见于图2中所示的结构，可以采用整体的铸造床身，也可以在一个基础架构的条件下，设置若干支腿的结构。

在两条直线导轨间留有向下出料的出料口13，图中的出料口13有两个，分居于副导轨14的两侧，或者整体上构造为一个，并关于副导轨14前后竖直剖面对称。

出料口13为四棱漏斗结构，用于收纳切割下来的废料。

关于图中所示的横梁2，连同运行在相应侧直线导轨上的滑座，构成一个龙门结构，从而跨设在两直线导轨上，在驱动机构驱动下，能够沿床身导轨运行。

横梁2主要承载激光头组件21，由于横梁2跨在两直线导轨上，因而中间下放即为装夹条件下的工件，可以对圆管类工件进行激光加工。

图中可见，尾座4和夹具组件3在床身1前后方向上的宽度远小于两条直线导轨之间的距离，副导轨14用于设置夹具组件3和尾座4，可以有效的减少整体结构的复杂度，如果将例如夹具组件3设置在床身导轨上，则需要考虑跨接结构，整体宽度较大。

夹具组件3含有一三爪卡盘32，三爪卡盘32是机械中常用的端装夹夹具，三爪卡盘32的卡爪一般通过端面螺纹安装，端面螺纹的转动，使三个卡爪向心或者离心运动，从而实现松开或者夹紧。

在三爪卡盘32的侧面一般设有用于驱动端面螺纹的驱动结构，惯常的卡爪松夹是操作人员使用扳手操作，在图2所示的结构中，配置第一电机331，连接所述端面螺纹的驱动机构，实现卡爪的松夹。

关于三爪卡盘32，用于圆管类工件的端部装夹，因此，需要与设置在副导轨14尾端的所述尾座4相对，且尾座4上的夹具与三爪卡盘32的轴线同轴线，即同一水平轴线。

一般而言，例如三爪卡盘32采用移动副装设在副导轨14，具体是作为其基座的部分，即夹具基座31通过移动副装设在副导轨14上，移动副相对于滚动副尽管摩擦工况较差，但承载能力强，运行平稳。具体地，例如夹具基座31构成移动副中的滑块；采用移动副是需要良好的润滑。

在夹具组件3侧配置有三个电机，其一为前述的第一电机331，另一即为驱动夹具基座31的第二电机332，该第二电机332装设在所述夹具基座31上，用于驱动夹具基座31在副导轨14的运行。

关于夹具基座31的驱动，一方面可以通过例如丝母丝杠副进行驱动，在一些实施例中还可以采用例如齿轮齿条机构进行传动，丝母丝杠副属于机械领域常用的直线驱动机构。

对于齿轮齿条机构，需要将齿条固定在例如副导轨14轨道面下一侧，在夹具组件3上设置由第二电机332驱动的齿轮机构，该齿轮机构的输出齿轮与所述齿条啮合。

关于三个电机中的第三电机333则用于驱动三爪卡盘32的转动，以带动圆管工件转动。

第三电机333也配置在所述夹具基座31上，输出连接三爪卡盘轴的驱动端，用于驱动三爪卡盘32转动。

关于三个电机的驱动连接，在必要时可以配置传动部分，以满足所需要的输出扭矩或者转速的控制。

在图1所示的结构中，还设有送料机构，如图1中所示的送料辊道6，用于将工件输送过来，其位于床身的一侧，送料方向平行于所述床身导轨。

进而，设置一上下料机械手5，安装在床身1的送料机构所在侧。

第二电机332驱动夹具组件3，调整三爪卡盘32与尾座4之间的距离，以满足工件放入；然后上下料机械手5从例如送料辊道6上输送过来的圆管类工件夹取后，移动到三爪卡盘32与尾座4之间，尾端顶持在尾座4，前端与三爪卡盘32对正，驱动第二电机332，而使工件的另一端进入到三爪卡盘32，然后驱动第一电机331，夹紧工件。第三电机333启动，对工件进行加工，加工完毕后按照上料步骤的逆序进行卸料。

如前所述，所述出料口13有两个，并且如图1中所示，两个出料口13分居于副导轨14两侧，有利于有效的收纳激光加工时所产生的废料。

两个出料口13均为四棱锥漏斗结构，有利于废料的收纳。

出料口13的出口下方为废料斗。

关于所述尾座4，优选为顶尖式尾座，定位快捷，并且定位准确性高。

此外，可选地，尾座4也可以是卡盘式尾座，相对于顶尖式尾座，卡盘式尾座需要松夹控制，结构相对复杂，并且在全自动化条件下，松夹控制会引入新的控制点。

优选地，所述上下料机械手5为多自由度机械手，以获得工件抓取灵活性，为此，需要至少三个自由度，且不宜超过四个自由度，否则控制算法过于复杂。

关于所述上下料机械手5于一些实施例中，固定设置，而在一些实施例中，一方面为了节省安装空间，另一方面为减少固定设置对其他运动部件的干涉，上下料机械手5通过移动副安装在送料机构侧的直线导轨上。

涉及到上下料机械手5的装配位置，相对地，所述横梁2两端具有运行在相应侧直线导轨上的滑座，相应地，在所述横梁2还设有驱动横梁2沿所述直线导轨移动的驱动机构。把上下料机械手5与横梁2整合在一起，随动于横梁2，可以避免固定设置的上下料机械手5影响横梁2的移动空间。

此外，随动的上下料机械手5能够针对不同长度的工件，获得良好的上下料工位。

关于所述上下料机械手5，其包括基座51和装配在基座51上的多自由度机械臂（如图中所示的机械臂52），以及设置在机械臂末端的机械爪54。

关于所述机械爪54，配置有张握驱动装置。

进而关于所述张握驱动装置配置为：

首先将机械爪54配置为一个钳嘴结构，具体地配置为对置的一对钳臂，钳臂通过销轴与所述多自由度机械臂连接。

如图4所示的结构中，每一钳臂配置有一液压缸53，该液压缸53的缸体装置在多自由度机械臂上，推杆通过销轴连接相应钳臂。

相对于其他的动力部件，液压缸53功率密度大。