一种加工机床及三自由度自动运载装置的制作方法

1.本实用新型涉及机床送料装置的技术领域，特别是涉及一种加工机床及三自由度自动运载装置。


背景技术：

2.随着机械制造业的快速发展，传统的机械机床升级为数控机床，数控机床较好的解决了复杂、精密、小批量、多品种的零件加工问题。数控机床往往需搬运上料，费时费力，工作效率低，人工操作误差大，产品质量稳定性差，自动化程度低，不能适应智能化数控生产需求。智能化数控迫切需要对送料装置进行精密地横向、纵向定位，以便达到工件送到即可加工、节省时间和提高效率的目的，而现有的数控机床送料机构无法完成工件运送的横向、纵向定位。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本实用新型提供一种能够实现横向、纵向定位运送、自动化程度较高、适用性较强的三自由度自动运载装置，通过控制器及与其信号连接的四个直线电机动子，根据物料运送方向的需要，建立各方向的控制方法，控制器分别控制四个直线电机动子协同动作，完成运载平台向任意运送位置的移动和定位，提高工作效率。
4.为实现上述目的，本实用新型是采用下述技术方案实现的：
5.本实用新型第一方面提供一种三自由度自动运载装置，包括运载机构和控制器，运载机构包括直线导轨及分别与其滑动匹配的四个直线电机动子,每个直线电机动子的驱动器分别与控制器信号连接，直线电机动子a、直线电机动子b、直线电机动子c和直线电机动子d分别依次滑动布置在直线导轨的沿向,每个直线电机动子的顶端均固定有滑槽；直线电机动子a和直线电机动子b的上侧设置第一连接板，第一连接板的底端布置有两条呈一定角度的滑条a和滑条b,且滑条a与直线电机动子a顶端的滑槽a滑动匹配，滑条b与直线电机动子b顶端的滑槽b滑动匹配；直线电机动子c和直线电机动子d的上侧设置第二连接板，第二连接板的底端布置有两条呈一定角度的滑条c和滑条d,且滑条c与直线电机动子c顶端的滑槽c滑动匹配，滑条d与直线电机动子d顶端的滑槽d滑动匹配；第一连接板和第二连接板的顶端分别设置两个连接座，两个连接座之间连接有连接轴，运载平台的两侧分别铰接有支撑臂，两侧的支撑臂分别与对应侧的连接轴铰接。
6.一种可能的技术方案中，所述滑条b、滑槽b和滑条c、滑槽c分别与直线导轨方向垂直，滑条a和滑条b与滑条c和滑条d分别构成的角度为锐角，且滑条a、滑槽a与滑条d、滑槽d相平行。
7.一种可能的技术方案中，所述第一连接板和所述第二连接板均为角形平板，角形平板的其中一条边与直线导轨方向垂直，第一连接板的一条边与滑条a平行，第二连接板的一条边与滑条d平行。
8.一种可能的技术方案中，所述第一连接板上的两个第一连接座和第二连接板上的
第二连接座相互对称，且两个第一连接座之间的第一连接轴与两个第二连接座之间的第二连接轴分别与直线导轨垂直。
9.一种可能的技术方案中，所述运载平台的偏向第一连接轴的一侧连接两个对称且与第一连接轴平行的第一侧轴，偏向第二连接轴的一侧连接两个对称且与第二连接轴平行的第二侧轴，两条平行的第一支撑臂的两端分别设置第一连接环，第一连接环的内侧分别通过第一轴承与第一侧轴或第一连接轴连接；两条平行的第二支撑臂的两端分别设置第二连接环，第二连接环的内侧分别通过第二轴承与第二侧轴或第二连接轴连接。
10.一种可能的技术方案中，所述直线导轨的一侧安装有光栅尺，所述直线电机动子a、直线电机动子b、直线电机动子c和直线电机动子d对应光栅尺的一侧分别设置有与对应的驱动器信号连接的读数头a、读数头b、读数头c和读数头d。
11.本实用新型第二方面提供一种三自由度自动运载装置的控制方法，是根据任一项上述的一种三自由度自动运载装置实现的，控制器分别向直线电机动子a的驱动器a、直线电机动子b的驱动器b、直线电机动子c的驱动器c和直线电机动子d的驱动器d发出运动命令，直线电机动子a、直线电机动子b、直线电机动子c和直线电机动子d在驱动器的作用下执行运动命令，读数头a、读数头b、读数头c和读数头d分别向驱动器反馈位置信息，驱动器将位置信息传递至控制器，控制器根据位置信息判断是否再次发出修正运动位置的运动命令。
12.上述技术方案中，当运载平台需要向z-方向移动时，控制器发出运动命令：直线电机动子a和直线电机动子b分别同时向x-方向移动距离m，直线电机动子c和直线电机动子d分别同时向x+方向移动m；当运载平台需要向z+方向移动时，控制器发出运动命令：直线电机动子a和直线电机动子b分别同时向x+方向移动距离m，直线电机动子c和直线电机动子d分别同时向x-方向移动距离m；当运载平台需要向x+方向移动时，控制器发出运动命令：直线电机动子a、直线电机动子b、直线电机动子c和直线电机动子d分别同时向x+方向移动距离m；当运载平台需要向x-方向移动时，直线电机动子a、直线电机动子b、直线电机动子c和直线电机动子d分别同时向x-方向移动距离m；当运载平台需要向y+方向移动时，控制器发出运动命令：直线电机动子a和直线电机动子d分别同时向x+方向移动距离m，直线电机动子b和直线电机动子c保持不动；当运载平台需要向y-方向移动时，控制器发出运动命令：直线电机动子a和直线电机动子d分别同时向x-方向移动距离m，直线电机动子b和直线电机动子c保持不动。
13.本实用新型第三方面提供一种加工机床，包括任一项上述的一种三自由度自动运载装置。
14.与现有技术相比本实用新型的有益效果为：本实用新型整体装置结构设计科学，机构配合精巧，通过控制器及与其信号连接的四个直线电机动子，根据物料运送方向的需要，建立各方向的控制方法，控制器分别控制四个直线电机动子协同动作，完成运载平台向任意运送位置的移动和定位，满足数控机床对送料装置进行精密地横向、纵向定位需求，提高工作效率；全运载过程通过控制器及运载机构自动完成，不需要人力干预和调整，精确度较高，有利于标准化操作，降低劳动强度和人力成本，适应智能化数控生产趋势。
附图说明
15.图1是本实用新型实施例的结构示意图；
16.图2是本实用新型实施例另一个角度的结构示意图；
17.图3是四个直线电机动子及其上侧的滑槽的结构示意图；
18.图4是第一连接板和第二连接板下方滑条和滑槽连接结构示意图；
19.图5是三自由度自动运载装置的控制方法的逻辑关系图。
20.附图标记：1-直线导轨；2-直线电机动子a；3-直线电机动子b；4-直线电机动子c；5-直线电机动子d；6-第一连接板；7-滑条a；8-滑条b；9-滑槽a；10-滑槽b；11-第二连接板；12-滑条c；13-滑条d；14-滑槽c；15-滑槽d；16-第一连接座；17-第二连接座；18-第一连接轴；19-第二连接轴；20-第一侧轴；21-第二侧轴；22-第一支撑臂；221-第一连接环；23-第二支撑臂；231-第二连接环；24-光栅尺；25-读数头a；26-读数头b；27-读数头c；28-读数头d；29-运载平台。
具体实施方式
21.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
22.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“径向”、“轴向”、“上”、“下”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
23.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置”、“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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
24.如图1至图2所示，本实用新型实施例的三自由度自动运载装置，包括运载机构和控制器(图中未示出)，运载机构包括直线导轨1及分别与其滑动匹配的四个直线电机动子,每个直线电机动子的驱动器(图中未示出)分别与控制器信号连接，直线电机动子a2、直线电机动子b3、直线电机动子c4和直线电机动子d5分别依次滑动布置在直线导轨1的沿向,每个直线电机动子的顶端均固定有滑槽；直线电机动子a2和直线电机动子b3的上侧设置第一连接板6，第一连接板6的底端布置有两条呈一定角度的滑条a7和滑条b8,且滑条a7与直线电机动子a2顶端的滑槽a9滑动匹配，滑条b8与直线电机动子b3顶端的滑槽b10滑动匹配；直线电机动子c4和直线电机动子d5的上侧设置第二连接板11，第二连接板11的底端布置有两条呈一定角度的滑条c12和滑条d13,且滑条c12与直线电机动子c4顶端的滑槽c14滑动匹配，滑条d13与直线电机动子d5顶端的滑槽d15滑动匹配；第一连接板6和第二连接板11的顶端分别设置两个连接座，两个连接座之间连接有连接轴，运载平台29的两侧分别铰接有支撑臂，两侧的支撑臂分别与对应侧的连接轴铰接。
25.本实用新型为了清楚表述，假设直线导轨的沿向为x轴方向，与x轴方向上下垂直
方向为y轴方向，与x轴方向水平垂直方向为z轴方向，应当理解，此项假设不应视为对方向的限制；本实用新型的三自由度自动运载装置能够在控制器的控制命令下，使运载平台29完成图1所示出的x轴、y轴、z轴三个方向的任意位置的移动，控制器根据四个直线电机动子的位置及配合关系进行预先编码并设置运动命令，每个直线电机动子的驱动器分别接收控制器的运动命令并分别向直线电机动子发出信号，直线电机动子接收信号并执行运动命令；直线电机动子运动带动其顶端的滑槽同步运动，由于滑槽与其内侧相应的滑条滑动匹配，从而带动滑条连通第一连接板6或第二连接板11作出相应运动，进一步带动支撑臂连同运载平台29发生位置移动。
26.本实用新型运载机构利用四个直线电机动子的直线运动，每两个直线电机动子相互配合运动构成一组，分别形成第一连接板6和第二连接板11的驱动机构，结合第一连接板6和第二连接板11底端分别布置的呈一定角度的滑条，将直线电机动子直线运动的驱动力转化为垂直于直线导轨1方向的驱动力，而最终实现x轴、y轴、z轴三个方向的任意位置的移动；本实用新型的直线导轨和四个直线电机动子可以采用市售的直线电机的配套组件即可；滑条a7和滑条b8的方向及二者所呈的角度，以及滑条c12和滑条d13的方向及二者所呈的角度可以是任意适合的设置，只要能够满足本实用新型的移动目的，均在本实用新型的保护范围之内；优选地，各滑条和与其配合的滑槽之间设有滚珠，以便于保证滑动匹配机构的顺畅性；控制器可以采用包括但不限于是电器控制系统、plc控制系统或计算机控制系统等。
27.本实用新型整体装置结构设计科学，机构配合精巧，通过控制器及与其信号连接的四个直线电机动子，根据物料运送方向的需要，建立各方向的控制方法，控制器分别控制四个直线电机动子协同动作，完成运载平台向任意运送位置的移动和定位，满足数控机床对送料装置进行精密地横向、纵向定位需求，提高工作效率；全运载过程通过控制器及运载机构自动完成，不需要人力干预和调整，精确度较高，有利于标准化操作，降低劳动强度和人力成本，适应智能化数控生产趋势。
28.作为本实用新型的一种具体实施方式，如图3和图4所示，所述滑条b8、滑槽b10和滑条c12、滑槽c14分别与直线导轨1方向垂直，滑条a7和滑条b8与滑条c12和滑条d13分别构成的角度为锐角，且滑条a7、滑槽a9与滑条d13、滑槽d15相平行。此种结构设计，当运载平台29需要向z-方向移动时，控制器发出运动命令：直线电机动子a2和直线电机动子b3分别同时向x-方向移动距离m，直线电机动子c4和直线电机动子d5分别同时向x+方向移动距离m；当运载平台29需要向z+方向移动时，控制器发出运动命令：直线电机动子a2和直线电机动子b3分别同时向x+方向移动距离m，直线电机动子c4和直线电机动子d5分别同时向x-方向移动距离m；当运载平台29需要向x+方向移动时，控制器发出运动命令：直线电机动子a2、直线电机动子b3、直线电机动子c4和直线电机动子d5分别同时向x+方向移动距离m；当运载平台29需要向x-方向移动时，直线电机动子a2、直线电机动子b3、直线电机动子c4和直线电机动子d5分别同时向x-方向移动距离m；当运载平台29需要向y+方向移动时，控制器发出运动命令：直线电机动子a2和直线电机动子d5分别同时向x+方向移动距离m，直线电机动子b3和直线电机动子c4保持不动，滑条a7和滑条d13在滑槽a9和滑槽d15的挤压力作用下向前滑动，而带动第一连接板6和第二连接板11向y+方向移动；当运载平台29需要向y-方向移动时，控制器发出运动命令：直线电机动子a2和直线电机动子d5分别同时向x-方向移动距离
m，直线电机动子b3和直线电机动子c4保持不动，滑条a7和滑条d13在滑槽a9和滑槽d15的挤压力作用下向后滑动，而带动第一连接板6和第二连接板11向y-方向移动；其中，距离m为各个直线电机动子行程范围内的任意数值，且m＞0。
29.作为本实用新型的一种具体实施方式，所述第一连接板6和所述第二连接板11均为角形平板，角形平板的其中一条边与直线导轨1方向垂直，第一连接板6的一条边与滑条a7平行，第二连接板11的一条边与滑条d13平行；优选地，为了节约材料成本，第一连接板6和所述第二连接板11的中间部位均设置减重孔。
30.作为本实用新型的一种具体实施方式，所述第一连接板6上的两个第一连接座16和第二连接板11上的第二连接座17相互对称，且两个第一连接座16之间的第一连接轴18与两个第二连接座17之间的第二连接轴19分别与直线导轨1垂直。
31.作为本实用新型的一种具体实施方式，所述运载平台29的偏向第一连接轴18的一侧连接两个对称且与第一连接轴18平行的第一侧轴20，偏向第二连接轴19的一侧连接两个对称且与第二连接轴19平行的第二侧轴21，两条平行的第一支撑臂22的两端分别设置第一连接环221，第一连接环221的内侧分别通过第一轴承与第一侧轴20或第一连接轴18连接；两条平行的第二支撑臂23的两端分别设置第二连接环231，第二连接环231的内侧分别通过第二轴承与第二侧轴21或第二连接轴19连接。
32.作为本实用新型的一种优选的实施方式，所述直线导轨1的一侧安装有光栅尺24，所述直线电机动子a2、直线电机动子b3、直线电机动子c4和直线电机动子d5对应光栅尺24的一侧分别设置有与对应的驱动器信号连接的读数头a25、读数头b26、读数头c27和读数头d28；为了更精确控制四个直线电机动子的移动距离，本实用新型采用读数头a25、读数头b26、读数头c27和读数头d28分别向驱动器反馈位置信息，驱动器将位置信息传递至控制器，控制器根据位置信息判断是否再次发出修正运动位置的运动命令。
33.本实用新型实施例的一种三自由度自动运载装置的控制方法，如图5所示，控制器分别向直线电机动子a2的驱动器a、直线电机动子b3的驱动器b、直线电机动子c4的驱动器c和直线电机动子d5的驱动器d发出运动命令，直线电机动子a2、直线电机动子b3、直线电机动子c4和直线电机动子d5在驱动器的作用下执行运动命令，读数头a25、读数头b26、读数头c27和读数头d28分别向驱动器反馈位置信息，驱动器将位置信息传递至控制器，控制器根据位置信息判断是否再次发出修正运动位置的运动命令。
34.具体地，当运载平台29需要向z-方向移动时，控制器发出运动命令：直线电机动子a2和直线电机动子b3分别同时向x-方向移动距离m，直线电机动子c4和直线电机动子d5分别同时向x+方向移动m；当运载平台29需要向z+方向移动时，控制器发出运动命令：直线电机动子a2和直线电机动子b3分别同时向x+方向移动距离m，直线电机动子c4和直线电机动子d5分别同时向x-方向移动距离m；当运载平台29需要向x+方向移动时，控制器发出运动命令：直线电机动子a2、直线电机动子b3、直线电机动子c4和直线电机动子d5分别同时向x+方向移动距离m；当运载平台29需要向x-方向移动时，直线电机动子a2、直线电机动子b3、直线电机动子c4和直线电机动子d5分别同时向x-方向移动距离m；当运载平台29需要向y+方向移动时，控制器发出运动命令：直线电机动子a2和直线电机动子d5分别同时向x+方向移动距离m，直线电机动子b3和直线电机动子c4保持不动；当运载平台29需要向y-方向移动时，控制器发出运动命令：直线电机动子a2和直线电机动子d5分别同时向x-方向移动距离m，直
线电机动子b3和直线电机动子c4保持不动。
35.本实用新型实施例的加工机床，包括上述实施例的一种三自由度自动运载装置，可实现工件送到即可加工、节省时间和提高效率的目的。
36.以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本实用新型的保护范围。