一种木器加工装置及加工方法与流程

本发明实施例涉及木器加工技术领域，具体涉及一种木器加工装置及加工方法。

背景技术：

传统的木器加工分为开料、加工、组装、打磨、油漆等多道工序，不同的作业岗位借助于分布在车间不同位置的车铣刨磨钻等各类设备，按流程完成木器加工。然而这种工艺方式等待时间多，效率不高。加工行业的数字化升级通常以数控加工中心为核心，加工中心具有效率高、专用性强的特点，适合于大批量生产，但小批量条件下则成本效益不足。寻找适合木工行业的小批量柔性加工方式是需要解决的创新课题。最近几十年来，工业机器人由于其灵活性和可靠性在机械、电子、交通运输、仓储等各行各业都获得了广泛的应用，但是在木工行业应用较少且主要用于物料搬运，用于加工的更是极为有限。

公开号为cn209737816u的发明专利公开了一种木器加工工作站，具体公开了一种由操控台控制单元、刀库单元、机械手单元、变位单元和夹具单元组成的加工系统。控制单元与执行单元之间通过通信总线建立连接关系，机械手单元对刀库单元存放的刀具进行夹持和转移，机械手单元利用刀具对置于夹具单元的木器进行雕铣，可以完成方料和板料的一般加工。

虽然上述专利设备系统已经能实现机器人进行木器的加工生产，但是在加工棒料的时候，由于夹紧卡盘无法旋转，因此难以实现车削的功能；由于采用气缸将工件压紧在台面进行装夹定位的装夹方式，工件无法翻转，因此在不使用二次装夹的情况下难以实现工件的翻面加工。由于缺少上下料机构，因此加工的连续性不够。

技术实现要素：

为此，本发明实施例提供一种木器加工装置及加工方法，以解决现有技术中木器在加工生产过程中不方便车削以及翻转加工的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

根据本发明实施例的第一方面，一种木器加工装置，包括：

料仓单元，所述料仓单元包括上料仓和下料仓，所述上料仓放置有待加工工件，所述下料仓以存放成品工件；

工装单元，所述工装单元对待加工工件进行工装夹持和翻转变位，包括基架、主动气动卡盘以及从动气动卡盘，所述主动气动卡盘和从动气动卡盘呈相对设置在基架的顶部，并滑动连接在基架上，所述主动气动卡盘连接有第一伺服电机，使主动气动卡盘的盘体受第一伺服电机驱动旋转，所述从动气动卡盘的盘体呈自由转动设置，并自配有旋转锁紧件；

上下料机械臂单元，所述上下料机械臂单元设置在料仓单元和工装单元之间，对所述上料仓放置的待加工工件和所述工装单元夹持的成品工件进行夹持和转移；

加工机械臂单元，所述加工机械臂单元设置在工装单元的一侧，对所述工装单元夹持的待加工工件进行加工。

进一步地，所述加工机械臂单元包括第一底座、第一转盘、第一大臂、第一小臂、木工主轴以及刀具，所述第一转盘转动连接在第一底座的上座面，以形成腰部关节，在水平面内绕垂直轴转动，所述第一大臂呈竖直设置，且第一大臂的底端通过转接座旋转安装在第一转盘上，所述第一小臂垂直第一大臂设置，且第一小臂的后端与第一大臂的顶端通过铰链联接，以形成肘关节，在垂直于第一底座的平面内运动，所述木工主轴通过三自由度转接座旋转安装在第一小臂的前端，所述刀具夹持安装在木工主轴的工作端，对待加工工件进行加工。

进一步地，所述上下料机械臂单元包括第二底座、第二转盘、第二大臂、第二小臂、气缸、抓手安装架以及抓手，所述第二转盘转动连接在第二底座的上座面，以形成腰部关节，在水平面内绕垂直轴转动，所述第二大臂呈竖直设置，且第二大臂的底端通过转接座旋转安装在第二转盘上，所述第二小臂垂直第二大臂设置，且第二小臂的后端与第二大臂的顶端通过铰链联接，以形成肘关节，在垂直于第二底座的平面内运动，所述抓手安装架通过三自由度转接座旋转安装在第二小臂的前端，所述抓手和气缸均安装在抓手安装架上，且抓手与气缸连接，使抓手受气缸驱动对工件进行夹持。

进一步地，所述基架的顶部安装两条平行设置的导轨，所述主动气动卡盘和从动气动卡盘的底部均连接有卡盘托架，所述卡盘托架滑动架设在两条导轨上，并且卡盘托架连接有驱动机构，所述驱动机构包括第一丝杆、滑动筒以及第二伺服电机，所述第一丝杆平行设置在导轨的外侧，所述滑动筒通过螺纹连接的方式套接在第一丝杆上，且滑动筒的一端与卡盘托架固接，所述第二伺服电机固接在基架上，使第一丝杆的一端与第二伺服电机的输出轴固接，另一端转动连接在基架上，其中，所述主动气动卡盘和从动气动卡盘的卡盘托架均连接一组驱动机构，使主动气动卡盘和从动气动卡盘呈相对移动。

进一步地，所述主动气动卡盘和从动气动卡盘之间设置有压紧装置，所述压紧装置包括顶升平台和压紧气缸，所述顶升平台的台面上安装有水平设置的滑轨，所述滑轨的滑动方向垂直于主动气动卡盘和从动气动卡盘的夹持轴线，所述压紧气缸滑动连接在滑轨上，使压紧气缸的压紧板朝向顶升平台的台面，其中，所述滑轨上安装有仿形托支架，所述仿形托支架设置于压紧气缸的压紧板下方。

进一步地，所述顶升平台包括结构框架、台面板、第三伺服电机、升降筒以及第二丝杆，所述台面板水平设置在结构框架的上方，所述第三伺服电机安装在结构框架上，所述第二丝杆呈竖直设置，且第二丝杆的底端与第三伺服电机的输出轴固接，所述升降筒通过螺纹连接的方式套接在第二丝杆的顶端，且升降筒的顶端固接在台面板的底面，所述滑轨安装在台面板的上台面。

进一步地，所述台面板的两侧均设有导向机构，所述导向机构包括导向筒和导向杆，所述导向杆呈竖直设置，且导向杆的底端固接于结构框架外侧壁上水平延伸出的凸台，所述导向筒通过滑动的方式套接在导向杆的顶端，且导向筒的顶端固接于台面板的底面，其中，所述台面板的侧边设有两组导向机构。

进一步地，所述顶升平台并排设置有三组，且每组顶升平台上方的滑轨上均相对安装有两个压紧气缸，使多个压紧气缸沿横向和/或纵向布置，对工件的不同方向进行压紧。

根据本发明实施例的第二方面，一种木器加工方法，采用本实施例所述的一种木器加工装置，包括以下步骤：

s1、上料操作人员将待加工工件放置在上料仓内并定位；

s2、定位完成的工件，由上下料机械臂单元抓取，并放置在主动气动卡盘和从动气动卡盘之间布置的顶升平台上；

s3、运行顶升平台上的压紧气缸，根据顶升平台上横向分布多个压紧气缸，沿水平方向将工件靠死在顶升平台的台面，再根据升平台上纵向分布多个压紧气缸，在垂直方向上夹紧工件；

s4、待工件定位和夹紧后，运行加工机械臂单元工作，对工件的两端进行开榫加工；

s5、待工件开榫加工完成后，由上下料机械臂单元抓取该工件，并置于主动气动卡盘和从动气动卡盘之间，运行卡盘动作，由于主动气动卡盘沿轴向位置固定工件的一端，因由从动气动卡盘向主动气动卡盘移动，顶死工件，实现该工件的轴向定位；

s6、待工件再次完成定位和夹紧后，运行加工机械臂单元工作，开始轮廓加工；

s7、待工件轮廓加工完成后，由上下料机械臂单元抓取，放置在下料仓内，并返回步骤s1，重复步骤s1-s7。

进一步地，所述加工方法还包括：在工件开榫加工前，先根据工件两端开榫的结构尺寸，加工两个与之相配合的榫座，待工件加工成榫结构后，由上料操作人员，将制作的榫座套在已开榫的工件上，然后其放置在上料仓内并定位，并继续步骤s5-s7。

本发明实施例具有如下优点：通过采用两组气动卡盘用于夹持方料或棒料，其中主动气动卡盘连接伺服电机，从动气动卡盘可以自由旋转也可以被锁死固定，使工件被夹持在两个气动卡盘之间，一端由伺服电机带动旋转，另一端通过从动气动卡盘夹持顶尖，以固定工件轴心，因此可以实现车削和工件翻转角度加工，并且增加了料仓单元和上下料机械臂单元，可以部分取代人工作业，以实现机器人加工的连续进行。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

图1为本发明实施例提供的一种木器加工装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种木器加工装置的工装单元的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的一种木器加工装置的加工机械臂单元的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种木器加工装置的上下料机械臂单元的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的一种木器加工装置的顶升平台的结构示意图。

图中：1、料仓单元；11、上料仓；12、下料仓；2、工装单元；21、基架；22、主动气动卡盘；221、第一伺服电机；23、从动气动卡盘；24、导轨；25、卡盘托架；26、驱动机构；261、滑动筒；262、第二伺服电机；3、上下料机械臂单元；31、抓手安装架；32、抓手；4、加工机械臂单元；41、第一底座；42、第一转盘；43、第一大臂；44、第一小臂；45、木工主轴；46、刀具；5、压紧装置；51、顶升平台；511、结构框架；512、台面板；513、升降筒；514、第二丝杆；515、导向筒；516、导向杆；52、压紧气缸；53、滑轨；54、仿形托支架。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1和图2所示，本发明实施例提供了一种木器加工装置，包括料仓单元1、工装单元2、上下料机械臂单元3以及加工机械臂单元4，具体设置如下：

料仓单元1包括上料仓11和下料仓12，使上料仓11用于放置有待加工工件，以及下料仓12用于存放成品工件。工装单元2用于对待加工工件进行工装夹持和翻转变位，包括基架21、主动气动卡盘22以及从动气动卡盘23，主动气动卡盘22和从动气动卡盘23呈相对设置在基架21的顶部，并滑动连接在基架21上，使两组气动卡盘保持同轴，其中，主动气动卡盘22连接有第一伺服电机221，由第一伺服电机221通过变速箱带动，使主动气动卡盘22的盘体受第一伺服电机221驱动旋转，可以实现高速旋转和精确分度。从动气动卡盘23的盘体呈自由转动设置，并自配有旋转锁紧件，使从动气动卡盘23可以自由旋转也可以被锁死固定，从而在夹持工件后，从动气动卡盘23可跟随主动气动卡盘22旋转，也可以定位后锁死。在加工时，将工件一端装夹在主动气动卡盘22上，另一端装夹在从动气动卡盘23上，使工件在气动卡盘23的带动下沿轴线旋转，从而便于实现工件的车削或翻转角度加工。优选的，两组气动卡盘均带有圆锥滚子轴承，可承受径向力和轴向力作用，且工件既可以被两组气动卡盘直接夹紧，也可以由主动气动卡盘22先固定工件的一端，再由从动气动卡盘23夹持顶尖、顶尖再插入工件另一端的方式，将工件顶紧在轴线方向上。

具体的，基架21的顶部安装两条平行设置的导轨24，并在主动气动卡盘22和从动气动卡盘23的底部均连接有卡盘托架25，将卡盘托架25滑动架设在两条导轨24上，并在卡盘托架25上连接有驱动机构26。驱动机构26包括第一丝杆、滑动筒261以及第二伺服电机262，第一丝杆平行设置在导轨24的外侧，滑动筒261通过螺纹连接的方式套接在第一丝杆上，且滑动筒261的一端与卡盘托架25固接，第二伺服电机262固接在基架21上，使第一丝杆的一端与第二伺服电机262的输出轴固接，另一端转动连接在基架上21，从而使卡盘托架25由第二伺服电机262控制，在第一丝杆的带动下可连同气动卡盘一起在导轨24上左右移动。其中，主动气动卡盘22和从动气动卡盘23的卡盘托架25均连接一组驱动机构26，使主动气动卡盘22和从动气动卡盘23呈相对移动。

结合图3所示，加工机械臂单元4设置在工装单元2的一侧，对工装单元2夹持的待加工工件进行加工，具体的，加工机械臂单元4包括第一底座41、第一转盘42、第一大臂43、第一小臂44、木工主轴45以及刀具46，第一转盘42转动连接在第一底座41的上座面，以形成腰部关节，在水平面内绕垂直轴转动，第一大臂43呈竖直设置，且第一大臂43的底端通过转接座旋转安装在第一转盘42上，第一小臂44垂直第一大臂43设置，且第一小臂44的后端与第一大臂43的顶端通过铰链联接，以形成肘关节，在垂直于第一底座41的平面内运动，木工主轴45通过三自由度转接座旋转安装在第一小臂44的前端，将刀具46夹持安装在木工主轴45的工作端，以对待加工工件进行加工。其中，加工机械臂单元4的控制程序不是本技术方案保护的内容，属于本领域技术人员知悉的程序方法，其模拟人体手臂，配合木工主轴45实现刀具46的夹持、转移和控制，符合人机工程学原理，灵活性好，精度高。优选的，一套加工机械臂单元4周围可在三个方向布置不同的工装单元2，其形式可以多种多样，如真空吸附平台、旋转变位机等，以此一套加工机械臂单元4应对不同尺寸或结构的工件加工，即本发明实施例所述工装单元2仅为其中之一的实施方式。

如上所述，结合图3和图4所示，上下料机械臂单元3具有和加工机械臂单元类似的结构，包括第二底座、第二转盘、第二大臂、第二小臂、气缸(图中未示出)、抓手安装架31以及抓手32，第二转盘转动连接在第二底座的上座面，以形成腰部关节，在水平面内绕垂直轴转动，第二大臂呈竖直设置，且第二大臂的底端通过转接座旋转安装在第二转盘上，第二小臂垂直第二大臂设置，且第二小臂的后端与第二大臂的顶端通过铰链联接，以形成肘关节，在垂直于第一底座的平面内运动，抓手安装架31通过三自由度转接座旋转安装在第二小臂的前端，将抓手32和气缸均安装在抓手安装架31上，并将抓手32与气缸连接，使抓手32受气缸驱动对工件进行夹持。其中，上下料机械臂单元3设置在料仓单元1和工装单元2之间，对上料仓11放置的待加工工件和工装单元2夹持的成品工件进行夹持和转移。

本发明实施例通过采用两组气动卡盘用于夹持方料或棒料，其中主动气动卡盘22连接第一伺服电机221，从动气动卡盘23可以自由旋转也可以被锁死固定，使工件被夹持在两个气动卡盘之间，一端由第一伺服电机221带动旋转，另一端通过从动气动卡盘23夹持顶尖，以固定工件轴心，因此可以实现车削和工件翻转角度加工，并且增加了料仓单元1和上下料机械臂单元3，可以部分取代人工作业，以实现机器人加工的连续进行。

实施例2

与实施例1不同之处在于，如图2所示，在主动气动卡盘22和从动气动卡盘23之间设置有压紧装置5，压紧装置5包括顶升平台51和压紧气缸52，顶升平台51的台面上安装有水平设置的滑轨53，使滑轨53的滑动方向垂直于主动气动卡盘22和从动气动卡盘23的轴线，压紧气缸52滑动连接在滑轨53上，使压紧气缸52的压紧板朝向顶升平台51的台面。其中，滑轨53上安装有平面或v型支架或配合异形工件夹持的仿形托支架54，使仿形托支架54设置于压紧气缸52的压紧板下方，以便在铣削过程中，使仿形托支架54和压紧气缸52根据工件结构形式和加工工艺的不同定位在不同的位置，此时，工件置于仿形托支架54之上，压紧气缸52则根据刀具行走位置和切削要求打开或压紧，并配合顶升平台51相应的动作，对工件进行定位和夹紧。

如上所述，结合图5所示，顶升平台51包括结构框架511、台面板512、第三伺服电机(图中未示出)、升降筒513以及第二丝杆514。台面板512水平设置在结构框架511的上方，第三伺服电机安装在结构框架511上，第二丝杆514呈竖直设置，且第二丝杆514的底端与第三伺服电机的输出轴固接，升降筒513通过螺纹连接的方式套接在第二丝杆514的顶端，且升降筒513的顶端固接在台面板512的底面，使滑轨53安装在台面板512的上台面。其中，根据常见木器工件大小对顶升平台51进行尺寸优化，并分成独立或协同工作的三组顶升平台51，且三组顶升平台51并排设置，并在每组顶升平台51上方的滑轨53上均相对安装有两个压紧气缸52，使多个压紧气缸52沿横向和/或纵向布置，从而既可以沿水平方向，也可以沿垂直方向布置用于实现工件不同方向的压紧。优选的，台面板512的两侧均设有导向机构，导向机构包括导向筒515和导向杆516，导向杆516呈竖直设置，且导向杆516的底端固接于结构框架511外侧壁上水平延伸出的凸台，导向筒515通过滑动的方式套接在导向杆516的顶端，且导向筒515的顶端固接于台面板512的底面，同时在台面板512的侧边设有两组导向机构。

通过上述方式，当采用工件翻转加工的时候，可根据需要，使压紧气缸52可以在工件两端被气动卡盘夹紧的同时，将工件压紧在顶升平台51上，以消除细长件在使用气动卡盘进行两端夹紧时，中间段发生弹性变形，从而实现工件的辅助定位和夹紧，并在两端夹紧的气动卡盘退出后，可通过压紧气缸52压紧工件的中间部分，实现工件两端面的加工，从而实现工件的完整加工工艺。

实施例3

如图1所示，本发明实施例提供了一种木器加工方法，采用上述实施例中的木器加工装置，其加工方法包括以下步骤：

s1、上料操作人员将待加工工件放置在上料仓11内并定位；

s2、定位完成的工件，由上下料机械臂单元3抓取，并放置在主动气动卡盘22和从动气动卡盘23之间布置的顶升平台51上；

s3、运行顶升平台51上的压紧气缸52，根据顶升平台51上横向分布多个压紧气缸52，沿水平方向将工件靠死在顶升平台51的台面，再根据升平台51上纵向分布多个压紧气缸52，在垂直方向上夹紧工件；

s4、待工件定位和夹紧后，运行加工机械臂单元4工作，对工件的两端进行开榫加工；

由于在轴向上，通过上料仓11的定位和机器臂的精度可保证一定的定位准确度，加上开榫工艺由刀具46保证了轴向多余部分被切除，因此可实现开榫过程的精度满足要求。并且在工件开榫加工前，先根据工件两端开榫的结构尺寸，加工两个与之相配合的榫座，待工件加工成榫结构后，由上料操作人员，将制作的榫座套在已开榫的工件上，然后其放置在上料仓11内并定位，再继续下述步骤。

s5、待工件开榫加工完成后，由上下料机械臂单元3抓取该工件，并置于主动气动卡盘22和从动气动卡盘23之间，运行卡盘动作，由于主动气动卡盘22沿轴向位置固定工件的一端，因由从动气动卡盘23向主动气动卡盘22移动，顶死工件，实现该工件的轴向定位；

s6、待工件再次完成定位和夹紧后，运行加工机械臂单元4工作，开始轮廓加工；

s7、待工件轮廓加工完成后，由上下料机械臂单元3抓取，放置在下料仓12内，并返回步骤s1，重复步骤s1-s7。

基于步骤s7，使上下料机械臂单3元如此循环直到完成所有上料仓11中的物料加工，并结束一个作业批次的生产，之后上料操作人员开始下一个批次的加工。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

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