本發明屬于機床換料技術領域，具體是涉及一種機床用同步換料機械手。

背景技術：

隨著少人化、無人化加工需求的增加，各種機械手越來越多地應用于加工領域中，用以實現按固定程序抓取零件。目前市場廣泛應用的機械手爪在主軸端換料時，都需要將主軸停止轉動，然后機械手爪完成下料和上料動作。隨后機床主軸開始轉動，進行下一個工件的加工。機床主軸停止和啟動會增加換料時間，延長了單件加工節拍，降低了加工效率，所以需要解決這一難題。

技術實現要素：

本發明的目的在于克服上述現有技術中的不足，提供一種機床用同步換料機械手。該機床用同步換料機械手能夠在機床主軸高速運轉的過程中進行上、下料動作，從而有效的減少了換料時間，提高了工件的加工效率。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案是：一種機床用同步換料機械手，其特征在于：包括料爪固定板，以及用于帶動所述料爪固定板上下移動和左右移動的移動機構；所述料爪固定板上設置有用于將坯料安裝在機床卡盤上的上料爪、用于將由所述坯料加工成的工件從機床卡盤上卸下的下料爪，以及用于帶動所述上料爪和下料爪與機床主軸同步轉動的動力裝置；所述上料爪和下料爪均包括多個料爪手指以及用于帶動多個所述料爪手指同時相互遠離或同時相互靠近的驅動裝置。

上述的一種機床用同步換料機械手，其特征在于：所述驅動裝置包括 氣缸、轉軸和用于在氣缸活塞的作用下帶動多個所述料爪手指沿氣缸徑向移動的連接器，所述連接器包括用于伸入氣缸并與活塞連接的芯桿和用于與多個料爪手指一一對應的連接塊，所述轉軸與氣缸遠離連接器的一側壁相連接，所述氣缸內位于活塞遠離轉軸的一側腔室構成有桿腔，所述活塞和轉軸之間構成無桿腔，所述轉軸上開設有用于將無桿腔與外界連通的氣體通道，所述氣缸的缸體上遠離轉軸的一側壁開設有與所述有桿腔相連通的氣孔，多個所述料爪手指上均設置有滑塊，所述滑塊上設置有第一斜面，所述連接塊上設置有用于與所述第一斜面構成滑動配合進而推動所述滑塊沿氣缸徑向移動的第二斜面。

上述的一種機床用同步換料機械手，其特征在于：所述滑塊上設置有供所述連接塊伸入的第一滑槽，所述第一滑槽的底壁為所述第一斜面，所述第一滑槽的兩側壁均設置有凸塊，所述連接塊的兩側面上均設置有供所述凸塊一一對應伸入的第二滑槽。

上述的一種機床用同步換料機械手，其特征在于：所述氣缸的缸體一側設置有用于引導所述滑塊沿氣缸徑向移動的引導槽，所述滑塊上設置有用于與所述引導槽滑動配合的導向條。

上述的一種機床用同步換料機械手，其特征在于：所述動力裝置包括伺服電機、主動同步齒輪、第一從動同步齒輪和第二從動同步齒輪，所述主動同步齒輪設置在伺服電機的輸出軸上，所述第一從動同步齒輪套在所述上料爪的驅動裝置的氣缸上，所述第二從動同步齒輪套在所述下料爪的驅動裝置的氣缸上，所述第一從動同步齒輪和第二從動同步齒輪均與所述主動同步齒輪相嚙合。

上述的一種機床用同步換料機械手，其特征在于：所述伺服電機、所述上料爪的驅動裝置和所述下料爪的驅動裝置均安裝在料爪固定板上，所述伺服電機安裝在兩個所述驅動裝置之間，所述料爪固定板上安裝有兩個軸承套，所述軸承套與轉軸之間安裝有軸承。

上述的一種機床用同步換料機械手，其特征在于：包括用于控制上料 爪和下料爪均與機床主軸同步轉動的同步控制系統，所述同步控制系統包括機床數控系統、用于接收所述機床數控系統發出的速度指令的機床主軸電機驅動器和用于接收機床主軸電機驅動器輸出的速度指令的伺服電機驅動器，所述機床主軸電機和伺服電機驅動器均與機床主軸電機驅動器相連接，所述伺服電機驅動器與伺服電機相連接。

上述的一種機床用同步換料機械手，其特征在于：所述料爪手指包括手指本體，所述手指本體的一端設置有用于與滑塊固定連接的連接頭，所述手指本體的一側面為用于與坯料或工件緊密貼合的夾持面。

上述的一種機床用同步換料機械手，其特征在于：所述移動機構包括豎梁和橫梁，以及設置在所述豎梁和橫梁之間的滑板，所述料爪固定板安裝在所述豎梁的下端，所述滑板的一側面設置有第一導向塊，所述滑板的另一側面設置有第二導向塊，所述第一導向塊上開設有用于與所述豎梁滑動配合的第一導向槽，所述第二導向塊上開設有用于與所述橫梁滑動配合的第二導向槽，所述滑板上設置有用于驅動豎梁沿所述第一導向槽上下移動的豎向驅動電機和用于驅動橫梁沿所述第二導向槽左右移動的橫向驅動電機，所述豎向驅動電機的輸出軸上安裝有豎向驅動齒輪，所述豎梁上設置有用于與所述豎向驅動齒輪相嚙合的豎向驅動齒條，所述橫向驅動電機的輸出軸上安裝有橫向驅動齒輪，所述橫梁上設置有用于與所述橫向驅動齒輪相嚙合的橫向驅動齒條。

上述的一種機床用同步換料機械手，其特征在于：所述上料爪的料爪手指和下料爪的料爪手指的數量均為三個，所述上料爪上的三個料爪手指互成120°布設，所述下料爪上的三個換料指頭互成120°布設。

本發明與現有技術相比具有以下優點：

1、本發明通過設置上料爪和下料爪，并在上料爪和下料爪與機床主軸轉速相匹配的情況下，進而實現將坯料安裝在機床卡盤上或將工件從機床卡盤上卸下，達到了有效減少換料時間，節省了機床主軸停止和啟動會增加換料時間，加快了單件加工節拍，提高工件加工效率的目的。

2、本發明上料爪和下料爪上的驅動裝置，巧妙利用了氣缸內活塞的移動，配合所述滑塊上的第一斜面和連接塊上第二斜面的相互滑動，實現了多個料爪手指的相互遠離和相互靠近,進而實現了上料爪的上料目的和下料爪的下料目的。

3、本發明通過導向條和引導槽的滑動配合，能夠有效的引導滑塊沿氣缸的徑向移動，進而實現料爪手指沿氣缸徑向的移動。

4、本發明通過設置同步控制系統，能夠實現機床主軸電機的轉速和伺服電機的轉速相互匹配，進而確保機床主軸與上料爪和下料爪的速度相匹配。

5、本發明的移動機構能夠實現左右移動和上下移動，進而實現了對上料爪和下料爪在左右方向和上下方向的帶動作用，有效的實現了上料爪與機床主軸相對齊以及下料爪與機床主軸相對齊之間的切換，并幫助上料爪和下料爪靠近或遠離機床主軸，其結構簡單，操作方便。

6、本發明上料爪和下料爪上的三個均布的料爪手指即可有效的實現對坯料和工件的夾持，既滿足了夾持坯料和工件的目的，又達到了結構簡單的目的。

下面通過附圖和實施例，對本發明的技術方案做進一步的詳細描述。

附圖說明

圖1為本發明的整體結構示意圖。

圖2為本發明與機床主軸的位置關系示意圖。

圖3為本發明上料爪的結構示意圖。

圖4為本發明連接器的結構示意圖。

圖5為圖4的右視圖。

圖6為本發明滑塊的結構示意圖。

圖7為本發明氣缸(未示出活塞)的結構示意圖。

圖8為圖7的A-A剖視圖。

圖9為本發明氣缸(未示出活塞)的立體圖。

圖10為本發明料爪固定板的結構示意圖。

圖11為本發明同步控制系統的電路框圖。

圖12為本發明料爪手指的結構示意圖。

附圖標記說明:

1—料爪固定板； 1-1—上料爪安裝孔；

1-2—下料爪安裝孔； 1-3—輸出軸孔；

2—移動機構； 2-1—豎梁；

2-2—橫梁； 2-3—滑板；

2-4—第一導向塊； 2-5—第二導向塊；

2-6—豎向驅動電機； 2-7—豎向驅動齒輪；

2-8—豎向驅動齒條； 2-9—橫向驅動電機；

2-10—橫向驅動齒輪； 2-11—橫向驅動齒條；

3—動力裝置； 3-1—伺服電機；

3-2—主動同步齒輪； 3-3—第一從動同步齒輪；

3-4—第二從動同步齒輪； 4—上料爪；

4-1—料爪手指； 4-1-1—手指本體；

4-1-2—連接頭； 4-1-3—夾持面；

4-2—氣缸； 4-2-1—活塞；

4-2-2—有桿腔； 4-2-3—無桿腔；

4-2-4—缸體； 4-2-5—氣孔；

4-2-6—引導槽； 4-3—轉軸；

4-3-1—氣體通道； 4-4—連接器；

4-4-1—芯桿； 4-4-2—連接塊；

4-4-3—第二斜面； 4-4-4—第二滑槽；

4-5—滑塊； 4-5-1—第一斜面；

4-5-2—第一滑槽； 4-5-3—凸塊；

4-5-4—導向條； 5—下料爪；

6—機床主軸； 7—坯料；

8—軸承套； 9—軸承；

10—機床卡盤； 11—工件；

12—機床主軸電機驅動器； 13—伺服電機驅動器；

14—機床主軸電機； 15—機床數控系統；

16—壓板。

具體實施方式

如圖1、圖2和圖3所示的一種機床用同步換料機械手，包括料爪固定板1，以及用于帶動所述料爪固定板1上下移動和左右移動的移動機構2；所述料爪固定板1上設置有用于將坯料7安裝在機床卡盤10上的上料爪4、用于將由所述坯料7加工成的工件11從機床卡盤10上卸下的下料爪5，以及用于帶動所述上料爪4和下料爪5與機床主軸6同步轉動的動力裝置3；所述上料爪4和下料爪5均包括多個料爪手指4-1以及用于帶動多個所述料爪手指4-1同時相互遠離或同時相互靠近的驅動裝置。

本實施例中，該機床用同步換料機械手在使用時，即當坯料7在機床上加工成工件11后，先通過移動機構2的帶動作用，將下料爪5與機床主軸6相對齊，所述上料爪4與下料爪5在動力裝置3的驅動下達到與機床主軸6相同的轉速，即下料爪5與機床卡盤10上的工件11保持相對靜止，進而通過移動機構2帶動料爪固定板1移動從而使下料爪5靠近工件11，再通過下料爪5上的驅動裝置帶動多個料爪手指4-1相互收攏進而將工件11夾持，最后通過移動機構2帶動料爪固定板1移動進而使下料爪5向遠離機床主軸6的方向移動，即完成工件11的下料動作。

當需要將坯料7安裝在機床卡盤10上時，在所述移動機構2的帶動作用下，將上料爪4與機床主軸6相對齊，由于所述上料爪4與下料爪5在動力裝置3的驅動下與機床主軸6具有相同的轉速，即上料爪4與機床卡盤10保持相對靜止，在移動機構2的帶動作用下，所述上料爪4上多個所述料爪手指4-1夾持的坯料7插入機床卡盤10，并在所述驅動裝置的 帶動下使多個料爪手指4-1相互遠離進而松開坯料7，然后在通過移動機構2的作用，使得下料爪5向遠離機床主軸6的方向移動，即完成坯料7的上料動作。

本實施例中，該機床用同步換料機械手能夠在機床主軸6高速運轉的過程中進行上、下料動作，從而有效的減少了換料時間，提高了工件的加工效率。

如圖3和圖4所示，所述驅動裝置包括氣缸4-2、轉軸4-3和用于在氣缸4-2活塞4-2-1的作用下帶動多個所述料爪手指4-1沿氣缸4-2徑向移動的連接器4-4，所述連接器4-4包括用于伸入氣缸4-2并與活塞4-2-1連接的芯桿4-4-1和用于與多個料爪手指4-1一一對應的連接塊4-4-2，所述轉軸4-3與氣缸4-2遠離連接器4-4的一側壁相連接，所述氣缸4-2內位于活塞4-2-1遠離轉軸4-3的一側腔室構成有桿腔4-2-2，所述活塞4-2-1和轉軸4-3之間構成無桿腔4-2-3，所述轉軸4-3上開設有用于將無桿腔4-2-3與外界連通的氣體通道4-3-1，所述氣缸4-2的缸體4-2-4上遠離轉軸4-3的一側壁開設有與所述有桿腔4-2-2相連通的氣孔4-2-5，多個所述料爪手指4-1上均設置有滑塊4-5，所述滑塊4-5上設置有第一斜面4-5-1，所述連接塊4-4-2上設置有用于與所述第一斜面4-5-1構成滑動配合進而推動所述滑塊4-5沿氣缸4-2徑向移動的第二斜面4-4-3。

本實施例中，所述驅動裝置在工作時，即當上料爪4夾持坯料7，或者下料爪5夾持工件11時，從轉軸4-3的氣體通道4-3-1抽吸空氣，無桿腔4-2-3獲得負壓，使得活塞4-2-1向靠近轉軸4-3的一側移動，同時，外界空氣從氣缸4-2的缸體4-2-4上氣孔4-2-5進入有桿腔4-2-2，此時，活塞4-2-1和所述連接器4-4一起向靠近轉軸4-3的方向移動，此時在所述第一斜面4-5-1和第二斜面4-4-3的滑動配合作用下，連接塊4-4-2引導所述滑塊4-5沿氣缸4-2的徑向向氣缸4-2的中心線靠攏，從而帶動多個料爪手指4-1沿氣缸4-2的徑向相互靠攏，進而使上料爪4夾住坯料7或使下料爪5夾住工件11。

同理，當所述上料爪4松開坯料7或下料爪5松開工件11時，從所述氣體通道4-3-1向無桿腔4-2-3內注入高壓氣體，進而壓縮活塞4-2-1向遠離轉軸4-3的方向移動，空氣從所述氣孔4-2-5排出，此時活塞4-2-1帶動連接器4-4向遠離轉軸4-3的方向移動，此時，在所述第一斜面4-5-1和第二斜面4-4-3的滑動配合作用下，連接塊4-4-2推動所述滑塊4-5沿氣缸4-2的徑向相互遠離，進而使上料爪4松開坯料或使下料爪5松開工件11。

本實施例中，所述驅動裝置的結構簡單，巧妙利用了氣缸4-2內活塞4-2-1的移動，配合所述滑塊4-5上的第一斜面4-5-1和連接塊4-4-2上第二斜面4-4-3的相互滑動，實現了多個料爪手指4-1的相互遠離和相互靠近,進而實現了上料爪4的上料目的和下料爪5的下料目的。

如圖4、圖5和圖6所示，所述滑塊4-5上設置有供所述連接塊4-4-2伸入的第一滑槽4-5-2，所述第一滑槽4-5-2的底壁為所述第一斜面4-5-1，所述第一滑槽4-5-2的兩側壁均設置有凸塊4-5-3，所述連接塊4-4-2的兩側面上均設置有供所述凸塊4-5-3一一對應伸入的第二滑槽4-4-4。

本實施例中，通過連接塊4-4-2和第一滑槽4-5-2的滑動配合，能夠有效的引導第一斜面4-5-1和第二斜面4-4-3的斜面配合，通過凸塊4-5-3和第二滑槽4-4-4的滑動配合，能夠確保第一斜面4-5-1和第二斜面4-4-3緊密貼合，不會發生錯位。

如圖6、圖7、圖8和圖9所示，所述氣缸4-2的缸體4-2-4一側設置有用于引導所述滑塊4-5沿氣缸4-2徑向移動的引導槽4-2-6，所述滑塊4-5上設置有用于與所述引導槽4-2-6滑動配合的導向條4-5-4。

本實施例中，通過導向條4-5-4和引導槽4-2-6的滑動配合，能夠有效的引導滑塊4-5沿氣缸4-2的徑向移動。

結合圖1、圖2和圖3，所述動力裝置3包括伺服電機3-1、主動同步齒輪3-2、第一從動同步齒輪3-3和第二從動同步齒輪3-4，所述主動同 步齒輪3-2設置在伺服電機3-1的輸出軸上，所述第一從動同步齒輪3-3套在所述上料爪4的驅動裝置的氣缸4-2上，所述第二從動同步齒輪3-4套在所述下料爪5的驅動裝置的氣缸4-2上，所述第一從動同步齒輪3-3和第二從動同步齒輪3-4均與所述主動同步齒輪3-2相嚙合。

本實施例中，所述動力裝置3通過所述主動同步齒輪3-2與第一從動同步齒輪3-3的相互嚙合以及所述主動同步齒輪3-2與第二從動同步齒輪3-4的相互嚙合，有效的實現了主動同步齒輪3-2、第一從動同步齒輪3-3和第二從動同步齒輪3-4的同步轉動，并確保了第一從動同步齒輪3-3和第二從動同步齒輪3-4為同向轉動。

如圖1和圖2所示，所述伺服電機3-1、所述上料爪4的驅動裝置和所述下料爪5的驅動裝置均安裝在料爪固定板1上，所述伺服電機3-1安裝在兩個所述驅動裝置之間，所述料爪固定板1上安裝有兩個軸承套8，所述軸承套8與轉軸4-3之間安裝有軸承9。

本實施例中，所述第一從動同步齒輪3-3和第二從動同步齒輪3-4轉動時，帶動驅動裝置上的氣缸4-2轉動，所述氣缸4-2帶動轉軸4-3轉動，所述轉軸4-3通過軸承9與軸承套8保持轉動配合，所述轉軸4-3遠離氣缸4-2的一端通過壓板16對轉軸4-3進行定位。

如圖10所示，所述料爪固定板1上設置有用于安裝上料爪4的上料爪安裝孔1-1和用于安裝下料爪5的下料爪安裝孔1-2，以及用于供伺服電機3-1穿出的輸出軸孔1-3。

結合圖11，該機床用同步換料機械手包括用于控制上料爪4和下料爪5均與機床主軸6同步轉動的同步控制系統，所述同步控制系統包括機床數控系統15、用于接收所述機床數控系統15發出的速度指令的機床主軸電機驅動器12和用于接收機床主軸電機驅動器12輸出的速度指令的伺服電機驅動器13，所述機床主軸電機14和伺服電機驅動器13均與機床主軸電機驅動器12相連接，所述伺服電機驅動器13與伺服電機3-1相連接。

本實施例中，所述同步控制系統在使用時，機床數控系統15發出速 度指令給機床主軸電機驅動器12，機床主軸電機驅動器12將上述速度指令一路輸出到伺服電機驅動器13，另外一路信號輸出到機床主軸電機14。所述伺服電機驅動器13將速度指令轉換為脈沖信號輸送給伺服電機3-1旋轉，機床主軸電機驅動器12驅動所述機床主軸電機14旋轉，進而實現機床主軸電機14的轉速和伺服電機3-1的轉速相互匹配。

如圖1所示，所述移動機構2包括豎梁2-1和橫梁2-2，以及設置在所述豎梁2-1和橫梁2-2之間的滑板2-3，所述料爪固定板1安裝在所述豎梁2-1的下端，所述滑板2-3的一側面設置有第一導向塊2-4，所述滑板2-3的另一側面設置有第二導向塊2-5，所述第一導向塊2-4上開設有用于與所述豎梁2-1滑動配合的第一導向槽，所述第二導向塊2-5上開設有用于與所述橫梁2-2滑動配合的第二導向槽，所述滑板2-3上設置有用于驅動豎梁2-1沿所述第一導向槽上下移動的豎向驅動電機2-6和用于驅動橫梁2-2沿所述第二導向槽左右移動的橫向驅動電機2-9，所述豎向驅動電機2-6的輸出軸上安裝有豎向驅動齒輪2-7，所述豎梁2-1上設置有用于與所述豎向驅動齒輪2-7相嚙合的豎向驅動齒條2-8，所述橫向驅動電機2-9的輸出軸上安裝有橫向驅動齒輪2-10，所述橫梁2-2上設置有用于與所述橫向驅動齒輪2-10相嚙合的橫向驅動齒條2-11。

本實施例中，所述移動機構2能夠實現左右移動和上下移動，進而實現了對上料爪4和下料爪5在左右方向和上下方向的帶動作用，有效的實現了上料爪4與機床主軸6相對齊以及下料爪5與機床主軸6相對齊之間的切換，并幫助上料爪4和下料爪5靠近或遠離機床主軸6，其結構簡單，操作方便。

如圖12所示，所述料爪手指4-1包括手指本體4-1-1，所述手指本體4-1-1的一端設置有用于與滑塊4-5固定連接的連接頭4-1-2，所述手指本體4-1-1的一側面為用于與坯料7或工件11緊密貼合的夾持面4-1-3。

本實施例中，所述料爪手指4-1的結構簡單，通過夾持面4-1-3可以實現與坯料7或工件11的緊密貼合，多個料爪手指4-1相互配合，即可 實現對坯料7或工件11的夾持作用。

本實施例中，所述上料爪4的料爪手指4-1和下料爪5的料爪手指4-1的數量均為三個，所述上料爪4上的三個料爪手指4-1互成120°布設，所述下料爪5上的三個換料指頭4-1互成120°布設。

本實施例中，三個均布的料爪手指4-1即可有效的實現對坯料7和工件11的夾持，既滿足了夾持坯料7和工件11的目的，又達到了結構簡單的目的。

以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何限制，凡是根據本發明技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、變更以及等效結構變換，均仍屬于本發明技術方案的保護范圍內。