本發(fā)明涉及一種用于圓管類工件激光加工的機(jī)床。

背景技術(shù)：

隨著全球工業(yè)的飛速發(fā)展，對加工業(yè)的生產(chǎn)效率提出了很高的要求。傳統(tǒng)的激光加工機(jī)床采用人工上料的方式，不僅工人勞動強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率也很低，形成了對資源的大量浪費(fèi)。此外，現(xiàn)有的激光加工機(jī)床大多為加工平板類工件，而針對圓管類工件的激光加工機(jī)床較少。

中國專利文獻(xiàn)CN105269157A公開了一種半自動激光切割機(jī)，其在機(jī)床前后設(shè)有一對卡盤，用于裝夾管材，同時設(shè)置若干支撐板，以在只有一卡盤對管材進(jìn)行裝夾時，通過支撐板提供輔助支撐，從而實(shí)現(xiàn)能夠?qū)^短的管材進(jìn)行全方位的激光加工。然而，其加工有賴于后卡盤的移動，激光頭組件裝置相對固定，工件或者激光頭的控制維度比較少，因此，在完成相對比較復(fù)雜的加工時，對程控有比較高的要求。此外，盡管其背景技術(shù)部分提出“夾緊力不夠大”的技術(shù)問題，但其在某些加工條件下，對工件僅使用一端夾緊，不可避免的也會存在相同的技術(shù)問題。

中國專利文獻(xiàn)104842072B公開了一種激光加工車床，其可以對普通的車床進(jìn)行改裝，使用主軸箱端的卡盤進(jìn)行工件的裝夾，與CN105269157A不同的是工件的適用范圍不同，在該104842072B中所適用的工件是圓形工件，工件直接被裝夾在卡盤內(nèi)，而沒有懸伸部分，從而無需考慮懸伸狀態(tài)下的裝夾問題，對圓管類工件的加工沒有指導(dǎo)意義。并且其加工維度的實(shí)現(xiàn)主要是激光發(fā)射裝置的移動維度，對圓管類工件加工沒有指導(dǎo)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種適于圓管類工件激光加工的結(jié)構(gòu)合理且自動化程度比較高的機(jī)床。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種圓管類工件自動上下料激光加工機(jī)床，包括：

床身，為臥式結(jié)構(gòu)，并具有床身導(dǎo)軌，該床身導(dǎo)軌包括兩條平行設(shè)置的直線導(dǎo)軌，兩直線導(dǎo)軌間留有向下出料的出料口，并在兩直線導(dǎo)軌間設(shè)有一平行于床身導(dǎo)軌的副導(dǎo)軌；

橫梁，跨設(shè)在兩直線導(dǎo)軌上；

激光頭組件，設(shè)置在所述橫梁上；

尾座，設(shè)置在副導(dǎo)軌的尾端；

三爪卡盤，與所述尾座相對，并通過與所述副導(dǎo)軌通過移動副配合的夾具基座安裝在副導(dǎo)軌上；

第一電機(jī)，裝設(shè)在三爪卡盤松夾機(jī)構(gòu)的驅(qū)動端，用于驅(qū)動三爪卡盤的松夾；

第二電機(jī)，裝設(shè)在所述夾具基座上，用于驅(qū)動夾具基座在副導(dǎo)軌的運(yùn)行；

第三電機(jī)，配置在所述夾具基座上三爪卡盤軸的驅(qū)動端，用于驅(qū)動三爪卡盤轉(zhuǎn)動；

送料機(jī)構(gòu)，位于床身的一側(cè)，送料方向平行于所述床身導(dǎo)軌；

上下料機(jī)械手，安裝在床身的送料機(jī)構(gòu)所在側(cè)。

上述圓管類工件自動上下料激光加工機(jī)床，可選地，所述出料口有兩個，分居于副導(dǎo)軌兩側(cè)。

可選地，所述尾座為頂尖式尾座。

可選地，所述上下料機(jī)械手為多自由度機(jī)械手。

可選地，所述上下料機(jī)械手通過移動副安裝在送料機(jī)構(gòu)側(cè)的直線導(dǎo)軌上。

可選地，所述橫梁兩端具有運(yùn)行在相應(yīng)側(cè)直線導(dǎo)軌上的滑座，相應(yīng)地，在所述橫梁還設(shè)有驅(qū)動橫梁沿所述直線導(dǎo)軌移動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。

可選地，所述橫梁與所述上下料機(jī)械手固定連接。

可選地，所述上下料機(jī)械手包括基座和裝配在基座上的多自由度機(jī)械臂，以及設(shè)置在機(jī)械臂末端的機(jī)械爪；

其中，機(jī)械爪配有張握驅(qū)動裝置。

可選地，所述張握驅(qū)動裝置配置為：

機(jī)械爪為對置的一對鉗臂，鉗臂通過銷軸與所述多自由度機(jī)械臂連接；

每一鉗臂配置有一液壓缸，該液壓缸的缸體裝置在多自由度機(jī)械臂上，推桿通過銷軸連接相應(yīng)鉗臂。

可選地，所述送料機(jī)構(gòu)為送料輥道。

依據(jù)本發(fā)明，不同于常規(guī)的激光加工機(jī)床直接在普通機(jī)床上改造的方式，在本發(fā)明中，有兩個基本導(dǎo)軌，一個床身導(dǎo)軌，另一個是副導(dǎo)軌，其中床身導(dǎo)軌用于主要提供激光頭移動的導(dǎo)軌，跨距受限制比較小，從而適應(yīng)的工件范圍廣，同時也有利于設(shè)置出料結(jié)構(gòu)；而副導(dǎo)軌則提供裝夾部分所需要的導(dǎo)軌，從而在床身導(dǎo)軌跨距較大的條件下，裝夾部分不必考慮過大的跨接結(jié)構(gòu)。同時，床身導(dǎo)軌與副導(dǎo)軌的設(shè)置，運(yùn)行在兩導(dǎo)軌上的部件相互干渉比單一的導(dǎo)軌少，可控性更好，從而更容易實(shí)現(xiàn)自動化。此外，通過三個電機(jī)控制三爪卡盤的工作狀態(tài)，并配合實(shí)現(xiàn)松夾的第一電機(jī)以及送料機(jī)構(gòu)和上下料機(jī)械手，實(shí)現(xiàn)自動上下料，減少人工成本。

附圖說明

圖1為依據(jù)本發(fā)明的一種圓管類工件自動上下料激光加工機(jī)床的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為相應(yīng)于圖1的主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為一種上下料機(jī)械手主視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為機(jī)械手側(cè)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖5相應(yīng)于圖3的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1.床身，2.橫梁，3.夾具組件，4.尾座，5.上下料機(jī)械手，6.送料輥道，7.工業(yè)控制計(jì)算機(jī)。

11.直線導(dǎo)軌，12.直線導(dǎo)軌，13.出料口，14.副導(dǎo)軌。

21.激光頭組件，22.第四電機(jī)。

31.夾具基座，32.三爪卡盤，331.第一電機(jī)，332.第二電機(jī)，333.第三電機(jī)。

41.基座，42.頂尖。

51.基座，52.機(jī)械臂，53.液壓缸，54.機(jī)械爪。

具體實(shí)施方式

一般而言，對于機(jī)床的床身1，其設(shè)有床頭箱的一端為前端，與之相對的一端為尾端，如圖中設(shè)有尾座4的一端為尾端，而設(shè)有夾具組件3的一端為頭端，盡管圖中所示的夾具組件3屬于可移動部件，但不影響對床身1頭尾的理解。

此外，一般相對于頭尾，對于例如普通的車床，操作人員所在的一側(cè)為前側(cè)，與前側(cè)相對的一側(cè)為后側(cè)。圖中送料輥道6所在的一側(cè)為前側(cè)，直線導(dǎo)軌11所在的一側(cè)為后側(cè)。

參見圖1和2中所示的一種圓管類工件自動上下料激光加工機(jī)床，其基本結(jié)構(gòu)含有三條導(dǎo)軌，其中直線導(dǎo)軌11和直線導(dǎo)軌12構(gòu)建床身導(dǎo)軌。而副導(dǎo)軌14設(shè)置在兩直線導(dǎo)軌之間，并與兩直線導(dǎo)軌平行設(shè)置。

在上述結(jié)構(gòu)配置下，設(shè)置一床身1，是其他部件安裝所需要的機(jī)體結(jié)構(gòu)。圖2中可見，床身1為一種臥式結(jié)構(gòu)，直線導(dǎo)軌11和直線導(dǎo)軌12分居于床身1的前后側(cè)，機(jī)體的其他部分可見于圖2中所示的結(jié)構(gòu)，可以采用整體的鑄造床身，也可以在一個基礎(chǔ)架構(gòu)的條件下，設(shè)置若干支腿的結(jié)構(gòu)。

在兩條直線導(dǎo)軌間留有向下出料的出料口13，圖中的出料口13有兩個，分居于副導(dǎo)軌14的兩側(cè)，或者整體上構(gòu)造為一個，并關(guān)于副導(dǎo)軌14前后豎直剖面對稱。

出料口13為四棱漏斗結(jié)構(gòu)，用于收納切割下來的廢料。

關(guān)于圖中所示的橫梁2，連同運(yùn)行在相應(yīng)側(cè)直線導(dǎo)軌上的滑座，構(gòu)成一個龍門結(jié)構(gòu)，從而跨設(shè)在兩直線導(dǎo)軌上，在驅(qū)動機(jī)構(gòu)驅(qū)動下，能夠沿床身導(dǎo)軌運(yùn)行。

橫梁2主要承載激光頭組件21，由于橫梁2跨在兩直線導(dǎo)軌上，因而中間下放即為裝夾條件下的工件，可以對圓管類工件進(jìn)行激光加工。

圖中可見，尾座4和夾具組件3在床身1前后方向上的寬度遠(yuǎn)小于兩條直線導(dǎo)軌之間的距離，副導(dǎo)軌14用于設(shè)置夾具組件3和尾座4，可以有效的減少整體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度，如果將例如夾具組件3設(shè)置在床身導(dǎo)軌上，則需要考慮跨接結(jié)構(gòu)，整體寬度較大。

夾具組件3含有一三爪卡盤32，三爪卡盤32是機(jī)械中常用的端裝夾夾具，三爪卡盤32的卡爪一般通過端面螺紋安裝，端面螺紋的轉(zhuǎn)動，使三個卡爪向心或者離心運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)松開或者夾緊。

在三爪卡盤32的側(cè)面一般設(shè)有用于驅(qū)動端面螺紋的驅(qū)動結(jié)構(gòu)，慣常的卡爪松夾是操作人員使用扳手操作，在圖2所示的結(jié)構(gòu)中，配置第一電機(jī)331，連接所述端面螺紋的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)卡爪的松夾。

關(guān)于三爪卡盤32，用于圓管類工件的端部裝夾，因此，需要與設(shè)置在副導(dǎo)軌14尾端的所述尾座4相對，且尾座4上的夾具與三爪卡盤32的軸線同軸線，即同一水平軸線。

一般而言，例如三爪卡盤32采用移動副裝設(shè)在副導(dǎo)軌14，具體是作為其基座的部分，即夾具基座31通過移動副裝設(shè)在副導(dǎo)軌14上，移動副相對于滾動副盡管摩擦工況較差，但承載能力強(qiáng)，運(yùn)行平穩(wěn)。具體地，例如夾具基座31構(gòu)成移動副中的滑塊；采用移動副是需要良好的潤滑。

在夾具組件3側(cè)配置有三個電機(jī)，其一為前述的第一電機(jī)331，另一即為驅(qū)動夾具基座31的第二電機(jī)332，該第二電機(jī)332裝設(shè)在所述夾具基座31上，用于驅(qū)動夾具基座31在副導(dǎo)軌14的運(yùn)行。

關(guān)于夾具基座31的驅(qū)動，一方面可以通過例如絲母絲杠副進(jìn)行驅(qū)動，在一些實(shí)施例中還可以采用例如齒輪齒條機(jī)構(gòu)進(jìn)行傳動，絲母絲杠副屬于機(jī)械領(lǐng)域常用的直線驅(qū)動機(jī)構(gòu)。

對于齒輪齒條機(jī)構(gòu)，需要將齒條固定在例如副導(dǎo)軌14軌道面下一側(cè)，在夾具組件3上設(shè)置由第二電機(jī)332驅(qū)動的齒輪機(jī)構(gòu)，該齒輪機(jī)構(gòu)的輸出齒輪與所述齒條嚙合。

關(guān)于三個電機(jī)中的第三電機(jī)333則用于驅(qū)動三爪卡盤32的轉(zhuǎn)動，以帶動圓管工件轉(zhuǎn)動。

第三電機(jī)333也配置在所述夾具基座31上，輸出連接三爪卡盤軸的驅(qū)動端，用于驅(qū)動三爪卡盤32轉(zhuǎn)動。

關(guān)于三個電機(jī)的驅(qū)動連接，在必要時可以配置傳動部分，以滿足所需要的輸出扭矩或者轉(zhuǎn)速的控制。

在圖1所示的結(jié)構(gòu)中，還設(shè)有送料機(jī)構(gòu)，如圖1中所示的送料輥道6，用于將工件輸送過來，其位于床身的一側(cè)，送料方向平行于所述床身導(dǎo)軌。

進(jìn)而，設(shè)置一上下料機(jī)械手5，安裝在床身1的送料機(jī)構(gòu)所在側(cè)。

第二電機(jī)332驅(qū)動夾具組件3，調(diào)整三爪卡盤32與尾座4之間的距離，以滿足工件放入；然后上下料機(jī)械手5從例如送料輥道6上輸送過來的圓管類工件夾取后，移動到三爪卡盤32與尾座4之間，尾端頂持在尾座4，前端與三爪卡盤32對正，驅(qū)動第二電機(jī)332，而使工件的另一端進(jìn)入到三爪卡盤32，然后驅(qū)動第一電機(jī)331，夾緊工件。第三電機(jī)333啟動，對工件進(jìn)行加工，加工完畢后按照上料步驟的逆序進(jìn)行卸料。

如前所述，所述出料口13有兩個，并且如圖1中所示，兩個出料口13分居于副導(dǎo)軌14兩側(cè)，有利于有效的收納激光加工時所產(chǎn)生的廢料。

兩個出料口13均為四棱錐漏斗結(jié)構(gòu)，有利于廢料的收納。

出料口13的出口下方為廢料斗。

關(guān)于所述尾座4，優(yōu)選為頂尖式尾座，定位快捷，并且定位準(zhǔn)確性高。

此外，可選地，尾座4也可以是卡盤式尾座，相對于頂尖式尾座，卡盤式尾座需要松夾控制，結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，并且在全自動化條件下，松夾控制會引入新的控制點(diǎn)。

優(yōu)選地，所述上下料機(jī)械手5為多自由度機(jī)械手，以獲得工件抓取靈活性，為此，需要至少三個自由度，且不宜超過四個自由度，否則控制算法過于復(fù)雜。

關(guān)于所述上下料機(jī)械手5于一些實(shí)施例中，固定設(shè)置，而在一些實(shí)施例中，一方面為了節(jié)省安裝空間，另一方面為減少固定設(shè)置對其他運(yùn)動部件的干涉，上下料機(jī)械手5通過移動副安裝在送料機(jī)構(gòu)側(cè)的直線導(dǎo)軌上。

涉及到上下料機(jī)械手5的裝配位置，相對地，所述橫梁2兩端具有運(yùn)行在相應(yīng)側(cè)直線導(dǎo)軌上的滑座，相應(yīng)地，在所述橫梁2還設(shè)有驅(qū)動橫梁2沿所述直線導(dǎo)軌移動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)。把上下料機(jī)械手5與橫梁2整合在一起，隨動于橫梁2，可以避免固定設(shè)置的上下料機(jī)械手5影響橫梁2的移動空間。

此外，隨動的上下料機(jī)械手5能夠針對不同長度的工件，獲得良好的上下料工位。

關(guān)于所述上下料機(jī)械手5，其包括基座51和裝配在基座51上的多自由度機(jī)械臂（如圖中所示的機(jī)械臂52），以及設(shè)置在機(jī)械臂末端的機(jī)械爪54。

關(guān)于所述機(jī)械爪54，配置有張握驅(qū)動裝置。

進(jìn)而關(guān)于所述張握驅(qū)動裝置配置為：

首先將機(jī)械爪54配置為一個鉗嘴結(jié)構(gòu)，具體地配置為對置的一對鉗臂，鉗臂通過銷軸與所述多自由度機(jī)械臂連接。

如圖4所示的結(jié)構(gòu)中，每一鉗臂配置有一液壓缸53，該液壓缸53的缸體裝置在多自由度機(jī)械臂上，推桿通過銷軸連接相應(yīng)鉗臂。

相對于其他的動力部件，液壓缸53功率密度大。