CN102114558A - 基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿方法及装置，其方法是上料装置夹持待加工齿轮向刀具移动，进入对齿区域后，待加工齿轮与刀具轴心大体平行，待加工齿轮在上料装置中可沿齿轮轴心转动，上料装置相对刀具来回摆动地向刀具靠近，直至待加工齿轮进入加工位置；其装置包括关节机器人及其上设置的卡爪，卡爪包括卡爪基座和两指平动机械手，两指平动机械手包括气缸及一对指爪，两指爪设有弧型的夹持面。本方法可以快速地将待加工齿轮进行对正并送入待加工位置，整个对正过程由上料装置自动化地进行，操作简单，对正准确，生产效率高；本装置可使待加工齿轮以折线运动轨迹向刀具靠近，并在靠近中完成齿轮的对正操作。

Description

基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿方法及装置

技术领域

本发明涉及一种齿轮加工方法及装置，尤其是涉及一种基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿的方法及装置。

背景技术

对于齿轮成形后的诸如剃齿、珩齿、挤齿和磨齿等齿形精加工，其上料工作，较早的方式采用人工来进行，对齿工作亦由人工完成；目前仅部分新的机床通过诸如直角坐标机器人的直线机构实现自动化上料，但直线坐标机器人仅完成工件到料盘的上下料工作，对齿工作由机床完成；机床完成对齿工作，需要机床刀具主轴为伺服主轴，对机床要求较高，增加了机床成本，另外该系统柔性不好，在工件品种更换时耗时耗力。鉴于此，本行业技术人员对齿轮对正的方法进行了较多的研究，并提出了一些解决办法，例如名为“挤齿加工自动对齿系统”（专利号 ZL 200610095230．6）的公开技术，其具有挤轮主轴、滚压轮、工作台、工件托盘、伺服电机，滚压轮位于工件托盘一侧，在工件托盘的另一侧设有V形块，V形块安装在油缸输出轴上，在工作台的旁边设有检测臂，检测臂的一端安装有测头，另一端安装在水平滑板上，该水平滑板安装在第二垂直滑板上，所述测头上有传感器，测头下端具有与伺服电机输出轴相配的定位套。该发明可实现自动对齿，减轻工人的劳动强度并提高生产效率，为齿轮的全自动化加工创造了条件；但是，该装置结构较复杂、成本较高，尤其存在多个检测环节，使控制难度较高，不易在短时间内让待加工齿轮准确地进入待加工位置，因而难以取得较为快速的对正效果；尤其对于大批量生产制造而言，生产效率难以比人工对正方式大幅提高。

发明内容

本发明主要目的是提供一种基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿的方法，其可以快速地将待加工齿轮进行对正并送入待加工位置；整个对正过程由上料装置自动化地进行，操作简单，对正准确，生产效率高。

本发明另一个目的是提供一种基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿的装置，其可使待加工齿轮以折线运动轨迹向刀具靠近，并在靠近中完成齿轮的对正操作。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿的方法，其特征在于上料装置夹持待加工齿轮向刀具移动；进入对齿区域后，待加工齿轮与刀具轴心大体平行，待加工齿轮在上料装置中可沿齿轮轴心转动，上料装置相对刀具来回摆动地向刀具靠近，直至待加工齿轮进入加工位置。上料装置具有执行机构，其可预先调整好运行轨迹，或与位置检测装置配合而即时调整运行轨迹；上料装置将待加工齿轮移动至对正区域后，使待加工齿轮处于与刀具大体平行的状态，有利于两者靠近啮合；上料装置接近刀具时，采用来回摆动的方式，此时，待加工齿轮与刀具最接近的齿，无论处于错位或者相对状态，两者物理触碰时，摆动的待加工齿轮的齿顶或齿侧可在获得法向分力，齿轮在该法向分力的作用下产生自转；于此，通过齿轮自身的转动，而将两者调整为可啮合状态。这种对正方式，在待加工齿轮进入加工位置的过程中，通过齿轮的转动调整完成，无需其他辅助装置，是故对正快速、对设备的要求较低。

为进一步提高对正的效率，作为优选，上料装置相对刀具来回摆动的轨迹为折线型轨迹，该折线型轨迹由若干段“之”字轨迹连接而成；相邻段的“之”字轨迹依次连接，或者由直线段过渡连接，该直线段大体处于待加工齿轮与刀具的中心连线上。这种运行轨迹，在保证较快的运行速度的同时，还可取得较好的对正效果。

由于待加工齿轮的规格的差异性较大，作为优选，每段“之”字轨迹由若干个分段构成，每个分段的线型为直线或曲线。可根据具体的待加工齿轮规格以及不同的上料装置的执行机构，选择直线或曲线轨迹，以求最大的运行效率。

待加工齿轮的调整时通过其自转获得的，在自转中，齿轮重心易在切向分力的作用下产生切向移动而偏离在上料装置上的原始位置；作为优选，上料装置相对刀具摆动时，待加工齿轮处于刀具的下方。待加工齿轮处于刀具的下方，可较好地利用齿轮的重力，使齿轮自转时，其重心易于保持在上料装置上的原始位置，便于在达到加工位置或预定位置时加工设备上的装夹机构实施装夹。

待加工齿轮的自转动力，来自于齿轮与刀具齿的触碰；随着齿轮与刀具的接近，两者相对可摆动空间逐渐缩小，为避免两者发生过多的齿间碰撞，作为优选，上料装置向刀具靠近过程中，相对刀具摆动的摆幅逐步缩小，其中最大的摆幅不小于齿顶的厚度之半。最大的摆幅不小于齿顶的厚度之半，可保证齿轮和刀具的齿顶面相对时，亦可通过齿轮的自转将两者齿顶错开。

为提高整个上料过程的动作速度，需要控制适当的对正操作时间；作为优选，所述对齿区域是以刀具回转中心为圆点、刀具的最大半径加上一个齿高的距离为半径的扇形区域。该区域既保留了对正运动的空间，又可减少因空间过大而产生的无效对正动作，从而提高整个上料操作的速度。

一种基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿的装置，其包括关节机器人，该关节机器人上设有可抓取加工件的卡爪；所述卡爪包括卡爪基座、该卡爪基座上设置的两指平动机械手；两指平动机械手包括气缸，及由气缸驱动张开与合拢的一对指爪，两指爪设有弧型的夹持面。指爪的弧型夹持面与齿轮工件圆周的齿面相适配；气缸控制指爪的张开与合拢，使其抓取或松开齿轮工件；关节机器人的移动卡爪，使其向预定位置移动，并可带动卡爪作多种曲线轨迹的运动。

为了让平动机械手中的齿轮可自转，并在自转时不致跌落，作为优选，一副或两副指爪的两侧设有两副护板，且处于两指爪夹持半径内的两护板的间距大于所夹持齿轮的厚度。平动机械手中的齿轮需要自转时，指爪略微张开，护板在齿轮的两侧限位，时齿轮在指爪上可自转，又不会从指爪上跌落。护板可以固定在卡爪基座上，也可以固定在指爪上。另外，护板可以与指爪设为一体结构，仅部分地保留护板实体的夹持部分，如此设置，既精简了结构，又节约了使用空间。

为了进一步提高上下料生产效率，作为优选，卡爪基座上设置的两指平动机械手为两副，两副两指平动机械手呈90°—180°夹角设置在卡爪基座上；所述卡爪基座上有旋转机构，该旋转机构与两副两指平动机械手设有传动连接，两副两指平动机械手在旋转机构的促动下，可在卡爪基座上转动。设置两副两指平动机械手，一个可抓取待装夹工件，另一个可卸下已加工工件，使机器人的单次动作可完成上料和下料两道工作。通过旋转机构的旋转驱动，可转动两副两指平动机械手，使之与设备的工装对正，也使工件的抓取与就位更方便。

为了使两指平动机械手的动作更灵活，作为优选，所述旋转机构为关节机器人的六轴输出机构。采用关节机器人的六轴输出机构，既使整体结构紧凑，又使两指平动机械手可作更复杂的动作。

因此，本发明具有如下有益效果：

1、将待加工齿轮以摆动的方式靠近并进入加工位置，使加工齿轮对正准确、可靠，整个过程速度快、效率高，尤其适于大批量生产制造；

2、本方法的加工齿轮对正操作，完全由上料装置在移动中进行，无需其他辅助检测工序，易于实现，工艺成本较低；

3、本方法完全自动化完成，相较于人工方式，劳动强度低、生产率可获得大幅度提高；

4、本装置全自动操作，自动化程度高，劳动强度较低，具有较高的生产效率；

5、本装置结构紧凑、易于制作。

附图说明

附图1是本发明的一种结构示意图；

附图2是附图1的俯视图；

附图3是卡爪的一种结构示意图；

附图4—附图11是几种折线轨迹示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例1：本发明基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿的方法，上料装置夹持待加工齿轮向刀具移动；进入对齿区域后，待加工齿轮与刀具轴心大体平行，待加工齿轮在上料装置中可沿齿轮轴心转动，上料装置相对刀具来回摆动地向刀具靠近，直至待加工齿轮进入加工位置。

如附图4—附图11所示，上料装置相对刀具来回摆动的轨迹为折线型轨迹，该折线型轨迹由若干段“之”字轨迹连接而成。相邻段的“之”字轨迹依次连接，如附图4、附图6、附图8、附图10所示；或者由直线段过渡连接，该直线段大体处于待加工齿轮与刀具的中心连线上，如附图5、附图7、附图9、附图11所示。每段“之”字轨迹由若干个分段构成，每个分段的线型为直线或曲线。

可根据待加工齿轮的模数、齿数的不同，相应调整“之”字轨迹的具体参数。

上料装置相对刀具摆动时，待加工齿轮处于刀具的下方

上料装置向刀具靠近过程中，相对刀具摆动的摆幅逐步缩小，其中最大的摆幅不小于齿顶的厚度之半。

对齿区域是以刀具回转中心为圆点、刀具的最大半径加上一个齿高的距离为半径的扇形区域。

上料装置将待加工齿轮移动至对正区域后，使待加工齿轮处于与刀具大体平行的状态；上料装置接近刀具时，采用来回摆动的方式，此时，待加工齿轮与刀具最接近的齿，无论处于错位或者相对状态，两者靠近发生物理触碰时，待加工齿轮的齿顶或齿侧可在获得法向分力，齿轮在该法向分力的作用下产生自转；于此，通过齿轮自身的转动，而将两者调整为可啮合状态。

在附图4—附图11中，中心线表示待加工齿轮与刀具的中心连线；附图4—附图7，表示待加工齿轮在中心连线一侧摆动；附图8—附图11，表示待加工齿轮在中心连线的两侧来回摆动。

实施例2：本发明基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿的装置，其包括关节机器人1，该关节机器人1上设有可抓取加工件的卡爪7；所述卡爪7包括卡爪基座74、该卡爪基座74上设置的两指平动机械手；两指平动机械手包括气缸72，及由气缸72驱动张开与合拢的一对指爪71，两指爪71设有弧型的夹持面。

如附图3所示，一副或两副指爪71的两侧固定有两副护板75，且处于两指爪71夹持半径内的两护板75的间距大于所夹持齿轮的厚度。对齿时指爪71略微张开，保持工件可在指爪71及护板75包绕的空间范围内自由转动，但不致掉出。

卡爪基座74上设置的两指平动机械手为两副，两副两指平动机械手呈90°—180°夹角设置在卡爪基座74上；所述卡爪基座74上有旋转机构73，该旋转机构73与两副两指平动机械手设有传动连接，两副两指平动机械手在旋转机构73的促动下，可在卡爪基座74上转动。旋转机构73为关节机器人的六轴输出机构。

使用时，气缸72驱动指爪71，两指爪71的弧型夹持面夹持待加工齿轮，其后关节机器人1移动卡爪7向刀具靠近；待加工齿轮进入对齿区域后，两指平动机械手的指爪71略微张开，使工件可在指爪71及护板75内自转，但不致掉出，同时，关节机器人1采用折线轨迹摆动地继续向刀具靠近，直至待加工齿轮进入加工位置。

本发明可以为单台设备提供上料之用，也可以为多台设备提供上下料操作；为多台设备上下料时，如附图1、附图2所示，滚齿机4、倒棱倒角机6、剃齿机5呈品字型布置，将本装置设于三台设备中间的位置；工作时，关节机器人有如下动作：

1. 从上下料机2上取工件毛胚；

2. 将滚齿机4上已加工完毕工件取出，将毛胚放到滚齿机4上加工；

3. 将倒棱机6上已加工完毕工件取出，将滚齿完的工件放置到倒棱机6上；

4. 将剃齿机5上已加工完毕工件取出，将倒棱完的工件放置到剃齿机5上；

5. 将剃齿完的工件放置到上下料机2上。

此时，不仅为滚齿机、倒棱倒角机、剃齿机三台设备提供上下料的操作服务，还自动完成加工件在滚齿机、倒棱倒角机、剃齿机之间的转移 。

Claims (10)

1.一种基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿的方法，其特征在于：上料装置夹持待加工齿轮向刀具移动；进入对齿区域后，待加工齿轮与刀具轴心大体平行，待加工齿轮在上料装置中可沿齿轮轴心转动，上料装置相对刀具来回摆动地向刀具靠近，直至待加工齿轮进入加工位置。

2.根据权利要求1所述的基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿的方法，其特征在于：上料装置相对刀具来回摆动的轨迹为折线型轨迹，该折线型轨迹由若干段“之”字轨迹连接而成；相邻段的“之”字轨迹依次连接，或者由直线段过渡连接，该直线段大体处于待加工齿轮与刀具的中心连线上。

3.根据权利要求2所述的基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿的方法，其特征在于：每段“之”字轨迹由若干个分段构成，每个分段的线型为直线或曲线。

4.根据权利要求1或2或3所述的基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿的方法，其特征在于：上料装置相对刀具摆动时，待加工齿轮处于刀具的下方。

5.根据权利要求1或2或3所述的基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿的方法，其特征在于：上料装置向刀具靠近过程中，相对刀具摆动的摆幅逐步缩小，其中最大的摆幅不小于齿顶的厚度之半。

6.根据权利要求1或2或3所述的基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿的方法，其特征在于：所述对齿区域是以刀具回转中心为圆点、刀具的最大半径加上一个齿高的距离为半径的扇形区域。

7.一种基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿的装置，其特征在于：包括关节机器人（1），该关节机器人（1）上设有可抓取加工件的卡爪（7）；所述卡爪（7）包括卡爪基座（74）、该卡爪基座（74）上设置的两指平动机械手；两指平动机械手包括气缸（72），及由气缸（72）驱动张开与合拢的一对指爪（71），两指爪（71）设有弧型的夹持面。

8.根据权利要求7所述的基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿的装置，其特征在于：一副或两副指爪（71）的两侧设有两副护板（75），且处于两指爪（71）夹持半径内的两护板（75）的间距大于所夹持齿轮的厚度。

9.根据权利要求7或8所述的基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿的装置，其特征在于：卡爪基座（74）上设置的两指平动机械手为两副，两副两指平动机械手呈90°—180°夹角设置在卡爪基座（74）上；所述卡爪基座（74）上有旋转机构（73），该旋转机构（73）与两副两指平动机械手设有传动连接，两副两指平动机械手在旋转机构（73）的促动下，可在卡爪基座（74）上转动。

10.根据权利要求9所述的基于关节机器人的齿轮加工机床自动上料对齿的装置，其特征在于：所述旋转机构（73）为关节机器人的六轴输出机构。

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