CN103752967B - 一种用于加工复杂曲面的线切割机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于加工复杂曲面的线切割机器人，所述串联机器人的手臂包括底座、腰部、大臂、小臂、腕部和指端电极丝夹持器，其中，所述腰部通过第一轴承安装在所述底座上，所述腰部上安装第一伺服电机；所述大臂通过第二轴承与腰部连接；所述小臂通过第三轴承与所述大臂末端连接；所述腕部一端通过第四轴承与所述小臂末端连接，另一端通过第五轴承与所述指端电极丝夹持器连接。本发明线切割机器人能够简化机床结构，缩短尺寸链，并能充分利用串联机器人作业空间大、控制方法先进、重复定位精度高等优点。
Description
技术领域
本发明涉及机器人领域，尤其涉及一种用于加工复杂曲面的线切割机器人。
背景技术
目前，现有的多轴联动线切割加工复杂曲面零件的方法都是在传统机床结构(十字工作台加上三轴联动辅助设备)的基础上展开研究工作的。在实际研究与使用中，发现该方法存在很多问题：为实现多轴联动，必然要设计辅助的联动设备，不仅增加了制造成本，还延长了尺寸链，加工精度更难保证，加工范围受限，控制方法也越来越复杂。随着机器人制造水平、控制速度和精度、可靠性等不断提高，以及制造成本和价格的不断下降。将串联机器人技术应用于多轴联动电火花线切割加工中成为可能。
实现复杂曲面加工的方法主要有两种：其一是利用电极丝倾斜一定角度而工件保持水平来实现复杂曲面加工；另一种方法是工件摆动、电极丝保持垂直的方式进行电火花线切割。第一种方法中，锥度切割装置的机械结构可分为单臂移动式、摆动杠杆式和双臂移动式三类。单臂移动式锥度切割装置结构简单、刚度好，但存在切割死角而容易产生较大加工误差。此外，切割较大锥度零件时，由于电极丝伸缩容易引起电极丝松弛甚至被拉断，而且加工过程中导轮会因为受力不均增加磨损程度。
摆动杠杆式锥度切割装置能使机床上下两个导轮按一定比例反向运动，在摆动过程中电极丝伸缩性小，不会造成电极丝过度绷紧或松弛。此类装置刚度低，机构容易产生变形而导致较大加工误差。
双臂移动式锥度切割装置与单臂移动式结构相似，此类装置综合了以上两种装置的优点。这类装置结构复杂，传动误差较大，难以控制加工精度。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于加工复杂曲面的线切割机器人，用以克服上述技术缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种用于加工复杂曲面的线切割机器人，所述串联机器人的手臂包括底座、腰部、大臂、小臂、腕部和指端电极丝夹持器，其中，
所述腰部通过第一轴承安装在所述底座上，所述腰部上安装第一伺服电机，以控制所述腰部绕着底座轴心在水平方向上旋转；
所述大臂通过第二轴承与腰部连接，所述大臂由第二伺服电机驱动，驱动其绕腰部的轴心在竖直方向上做360°旋转运动；
所述小臂通过第三轴承与所述大臂末端连接，并受与其连接的第三伺服电机的驱动，绕大臂轴心做360°旋转；
所述腕部一端通过第四轴承与所述小臂末端连接，另一端通过第五轴承与所述指端电极丝夹持器连接，所述指端电极丝夹持器绕小臂做360°旋转运动。
进一步，
所述指端电极丝夹持器包括两个分叉，所述分叉上分别安装一导轮，所述导轮由第五伺服电机驱动，电极丝缠绕在所述两个导轮上；缠绕在两个导轮之间的电极丝在伺服电机的驱动下可使电极丝在两个导轮之间往复运动。
进一步，根据待加工工件的厚度，调整两个导轮的间距即可调整电极丝的有效加工长度，实现对工件的线切割。
与现有技术相比较本发明的有益效果在于：本发明线切割机器人能够简化机床结构，缩短尺寸链，并能充分利用串联机器人作业空间大、控制方法先进、重复定位精度高等优点，为建立多轴联动线切割智能机器人奠定基础。
附图说明
图1为本发明用于加工复杂曲面的线切割机器人的手臂的结构示意图；
图2为本发明指端电极丝夹持器的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
本发明采用串联机器人手臂，代替传统机床十字工作台和其他辅助联动设备，构建多轴联动线切割机器人的理论和实现方法。
请参阅图1所示，其为本发明线切割机器人手臂的立体结构示意图，本发明中的串联机器人手臂包括底座1、腰部2、大臂3、小臂4、腕部5和指端电极丝夹持器6，其中，所述腰部2通过第一轴承安装在所述底座1上，所述腰部2上安装第一伺服电机，以控制所述腰部2绕着底座轴心在水平方向上旋转；所述大臂3通过第二轴承与腰部2连接，所述大臂3由第二伺服电机驱动，驱动其绕腰部2的轴心在竖直方向上做360°旋转运动；所述小臂4通过第三轴承与所述大臂3末端连接，并受与其连接的第三伺服电机的驱动，绕大臂3轴心做360°旋转；所述腕部5一端通过第四轴承与所述小臂4末端连接，另一端通过第五轴承与所述指端电极丝夹持器6连接，所述指端电极丝夹持器6绕小臂5做360°旋转运动。
请参阅图2所示，其为本发明指端电极丝夹持器的结构示意图，所述指端电极丝夹持器6包括两个分叉61所述分叉61上分别安装一导轮62，所述导轮62由第五伺服电机驱动，电极丝缠绕在所述两个导轮62上；缠绕在两个导轮62之间的电极丝在伺服电机63的驱动下可使电极丝在两个导轮之间往复运动。根据待加工工件的厚度，调整两个导轮62的间距即可调整电极丝的有效加工长度，实现对工件的线切割。
本发明线切割机器人手臂保留原有线切割机床的走丝系统及脉冲电源，取消十字工作台以及多轴联动辅助平台由串联机械手臂代替。在线切割加工中，机器人末端执行器夹持工件与电极丝之间形成相对伺服空间进给运动，实现空间直纹曲面零件加工。
由于复杂曲面电火花线切割加工中，线切割机器人相对于电极丝和丝架走空间轨迹。因此，空间曲面线切割机器人与其它机器人手臂工作有很大的不同：(1)由于电极丝和丝架位于工作空间中部，机器人在半封闭空间环境下作业，无法获得足够的空间；(2)复杂曲面零件结构尺寸变化大，机器人的工作行程长。
为了保证多轴联动线切割加工质量的要求，必须保证：(1)机械手夹持器以低速、匀速伺服运动，保证加工过程稳定；(2)机器人加工过程中要避免与电极丝发生干涉，以免切割机器人手臂。根据多轴联动线切割加工要求确定机器人的自由度、组成形式、关节数目和配置方式，使机器人具有最优的工作空间、可操作度。本发明线切割机器人由5个转动关节组成。腰关节的功能是支承肩关节机构，并完成腰部回转运动；肩、肘关节的主要功能是完成机械手上下摇摆作业；腕关节功能是调节末端执行器的空间姿态，实现末端执行器始终垂直于切割线。
本发明线切割机器人能够简化机床结构，缩短尺寸链，并能充分利用串联机器人作业空间大、控制方法先进、重复定位精度高等优点，为建立多轴联动线切割智能机器人奠定基础。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。
Claims (2)
1.一种用于加工复杂曲面的线切割机器人，其特征在于，所述线切割机器人的手臂包括底座、腰部、大臂、小臂、腕部和指端电极丝夹持器，其中，
所述腰部通过第一轴承安装在所述底座上，所述腰部上安装第一伺服电机，以控制所述腰部绕着底座轴心在水平方向上旋转；
所述大臂通过第二轴承与腰部连接，所述大臂由第二伺服电机驱动，驱动其绕腰部的轴心在竖直方向上做360°旋转运动；
所述小臂通过第三轴承与所述大臂末端连接，并受与其连接的第三伺服电机的驱动，绕大臂轴心做360°旋转；
所述腕部一端通过第四轴承与所述小臂末端连接，另一端通过第五轴承与所述指端电极丝夹持器连接，所述指端电极丝夹持器绕小臂做360°旋转运动；
所述指端电极丝夹持器包括两个分叉，所述分叉上分别安装一导轮，所述导轮由第五伺服电机驱动，电极丝缠绕在所述两个导轮上；缠绕在两个导轮之间的电极丝在伺服电机的驱动下可使电极丝在两个导轮之间往复运动。
2.根据权利要求1所述的用于加工复杂曲面的线切割机器人，其特征在于，根据待加工工件的厚度，调整两个导轮的间距即可调整电极丝的有效加工长度，实现对工件的线切割。
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