数控机床自动化：数控车床自动换装零件机械手设计

简介

现代工业技术发展，数控车的应用随着科技发展的进步已经越来越普及，它 以加工产品精度高、效率高、性价比高、形状复杂等优势逐步占领了机械加工行业的领域。 随着数控车使用的普及和深入，与之配套的自动换装零件装置也显得由为重要。由于车床 厂家通常只提供普通的标准夹具（如三爪卡盘），换装零件时只能靠手工，造成加工效率低， 员工劳动强度高，易疲劳，有安全隐患；给产品精度造成缺陷，影响产品质量，合格率低。

现有技术大多是针对棒类毛坯的自动装夹零件的装置，使用的范围有局限 性。对于盘类零件，特别是现代先进工艺粉末冶金制造的小直径盘类零件的数控车削加工， 其投入少，结构简单的自动换装零件装置没有，因此还有改进的必要。本实用新型是针对现 有的技术存在上述问题，提出了一种行程短，结构简单，生产效率高，操作安全的数控车自 动换装零件装置。

数控车床自动换装零件机械手设计

图中，1自动卡盘、2工件、3自动装卸机构、4固定座、5自动换装机构、6直角缺口、7 定位板、8机械手臂、9伸缩夹指、10送料机构、11车床架、12送料槽体、13定位轮、14孔、15凹 槽、16转动轴、17爪、18刀架、19马达。

送料机构10、自动装卸机构3、车床架11；所述送料机 构10固定连接在车床架11上，且送料机构10与水平面成5°～15°角度，送料机构10包括四周 留有骨架的长盒状送料槽体12，送料槽体12内的宽度与工件2厚度匹配，送料槽体12的高度 为工件2半径的1 .2-1 .8倍，在送料槽体12靠近车床架11的一端设有定位轮13，

另一端连接 理料装置；所述定位轮13圆周均布有五个与工件2外圆匹配的凹槽15，定位轮13与伺服电机 连接；定位轮13固定安装时以托住工件2外圆为准，工件2被置于定位轮13的凹槽15内准备 装夹。自动装卸机构3包括自动卡盘1、自动换装机构5，在车床架11上设置主轴，自动卡 盘1安装于主轴，自动卡盘1为液压或气压控制自动夹紧或松开的三爪卡盘，在三爪卡盘上 设置三个爪17，三个爪17上均设置限位台阶；自动换装机构5为四工位圆盘，自动换装机构5 上设置四个机械手臂8，间隔90°的位置设置一个机械手臂8，相邻机械手臂8之间加工有直 角缺口6避免相互干涉；自动换装机构5中心匹配连接转动轴16，转动轴16连接气动马达19 并受气动马达19控制转动与伸缩，

车床架11上设置固定座4，气动马达19安装于固定座4中； 在机械手臂8外侧设置定位板7，定位板7内设置光电感应器及压力感应器。 在机械手臂8下方两边位置设置伸缩夹指9，伸缩夹指9长度为工件2半径的1 .2至2 倍，定位板7面积小于伸缩夹指9围成的面积，伸缩夹指9收缩时夹紧工件2，伸缩夹指9内侧 设有压力传应器；伺服电机、自动卡盘1、气动马达19、光电感应器、压力感应器与PLC连接。 定位轮13中心设置孔14，孔14内穿有传动轴，伺服电机与传动轴传动连接。

使用时，在初始状态下，在与送料机构10配套的理料装置中加入工件2，工件2从送 料机构10高处滑落至定位轮13，则工件2停止滑动，定位轮13转动，则工件2滑落到定位轮13 的凹槽15中，工作中定位轮13与转动轴16受PLC程序控制同步转动。

工作步骤

第一步、在工作状态下装夹工件2时，伺服电机带动定位轮13转动，定位轮13拨动 工件2移动，凹槽15正好托住工件2转到换装工件的位置，

第二步、机械手臂8在PLC控制下缩回，机械手臂8定位板7中设置的光电感应器作 用，此时伸缩夹指9收缩夹住工件2外圆，抓取工件2；

第三步、PLC控制气动马达19使机械手臂8伸出；

第四步、PLC控制气动马达19使机械手臂8顺时针（向卡盘方向）转动90°；

第五步、PLC控制气动马达19使机械手臂8缩回，缩回过程中，工件2一端抵住三个 爪17设有的限位台阶，工件2另一端抵住定位板7，定位板7中设置的压力传感器作用，伸缩 夹指9松开工件2，工件2被准确定位放置在三个爪17设有的限位台阶内，同时PLC控制自动 卡盘1收缩三爪，从而装夹工件2；

第六步、PLC控制气动马达19使机械手臂8伸出；

第七步、刀架18上的刀具开始加工工件2，加工完成后，刀架退出；

第八步、工件2完成加工，机械手臂8在PLC控制下缩回至工件2的位置，机械手臂8 定位板7中设置的光电感应器作用，此时伸缩夹指9收缩夹住工件2外圆；

第九步、PLC控制机械手臂8伸出，此时伸缩夹指9松开，使工件2掉入回收装置；

第十步、机械手臂8顺时针转动90°（向卡盘方向），下一个机械手臂8转至换装工件 的位置，换装下一个工件；

重复上述步骤，抓取工件2和装夹工件2同步进行，则工件2源源不断的被自动的换 装到自动卡盘1中自动加工。

优点

结构合理简单、生产制造容易、使用方便，通过本实用新型，本实用新 型公布了一种自动换装零件装置，主要用于排刀式或刀塔式数控车床，与理料装置配套使 用，包括送料机构、自动装卸机构。所述送料机构固定连接在车床架上，并与水平面成一定 角度K，K=5°～15°，所述送料机构为四周留有骨架的长盒状（长盒状送料槽体），其宽度与工 件厚度匹配，其高度为工件半径的1 .2至1 .8倍，长盒状送料槽体低处设有定位轮，定位轮圆 周均布五个与工件外圆匹配的凹槽，定位轮中心设有孔与伺服电机连接，定位轮固定安装 时以托住工件外圆为准，工件被置于定位轮的凹槽内准备装夹，长盒状送料槽体高处连接 理料装置。自动装卸机构包括自动卡盘、自动换装机构，所述自动卡盘安装于主轴，为液压 或气压控制自动夹紧或松开的三爪卡盘，其三爪设有限位台阶；自动换装机构为四工位圆 盘，间隔90°的位置设置一个机械手臂，机械手臂之间加工有直角缺口，圆盘中心匹配连接 转动轴，转动轴连接气动马达，气动马达安装于固定座中，机械手臂下方中间两边位置设置 有伸缩夹指，伸缩夹指长度为工件半径的1 .2-2倍，机械手臂外侧设置有定位板，定位板内 设置有光电感应器及压力感应器，定位板面积不大于伸缩夹指围成的面积，伸缩夹指外层 材料的摩擦系数较大，收缩时夹紧工件，伸缩夹指内侧设置有压力传应器。伺服电机、自动 卡盘、气动马达、光电感应器、压力感应器与PLC连接。 通过该自动换装零件装置一次上料后可以实现自动装夹工件、换装 工件，有效的降低了工人的劳动强度，同时工件的装卸都实现自动化，生产效率高，不需要 工人去车床内部操作，保障了人身安全。