CN104668958A - 柔性加工系统 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于加工设备技术领域，提供了一种柔性加工系统，旨在解决现有加工方式针对大型零件存在的成本高、占地面积大、流程复杂的技术问题。柔性加工系统包括钻削装置、刀库、机器人和测量装置，钻削装置安装于机器人的手臂末端并具有自动换刀功能的主轴以及设置于主轴前端的切削刀具；测量装置采用三维扫描仪以扫描待加工工件并对待加工工件进行定位；机器人根据测量装置采集的待加工工件的位置信息带动钻削装置移动至待加工工件的加工位置并对待加工工件进行加工。钻削装置采用可自动换刀的自转轴以便于从刀库中更换不同的切削刀具，从而实现对待加工工件的钻孔、去毛刺和倒角等轮廓进行加工，占地面积小且成本低。

Description

柔性加工系统
技术领域
本发明属于加工设备技术领域，尤其涉及一种柔性加工系统。
背景技术
现有零件加工方式一般采用CNC机床加工，但是许多行业如飞机、汽车行业零件尺寸较大，如果使用机床加工需要大型的龙门机床，占地面积大、成本高且流程复杂。因此，提供一种可以实现占地小、移动灵活且流程简单以及如何适合大尺寸零件现场加工的柔性加工系统成为业界亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柔性加工系统，旨在解决现有加工方式针对大型零件存在的成本高、占地面积大、流程复杂的问题。
本发明是这样实现的，一种柔性加工系统，包括钻削装置、刀库、机器人和测量装置；其中，
所述钻削装置包括安装于所述机器人的手臂末端并具有自动换刀功能的主轴以及设置于所述主轴前端的切削刀具；
所述刀库中装夹有多种不同类型的所述切削刀具；
所述测量装置采用三维扫描仪以扫描所述待加工工件并对所述待加工工件进行定位；
所述机器人根据所述测量装置采集的所述待加工工件的位置信息带动所述钻削装置移动至所述待加工工件的加工位置并对所述待加工工件进行加工。
进一步地，所述钻削装置包括固定安装所述主轴的固定块，所述固定块设有容置所述主轴的安装孔。
进一步地，所述柔性加工系统还包括安装于所述钻削装置与所述机器人手臂末端之间以用于调节所述切削刀具进给量的进给装置，所述固定块固定安装于所述进给装置上。
进一步地，所述进给装置包括安装所述固定块的安装底座以及安装于所述机器人的手臂末端的连接件，所述安装底座上设有带动所述钻削装置相对所述机器人来回移动的导轨，所述连接件一侧与所述安装底座固定连接并与所述机器人的手臂球接。
进一步地，所述机器人包括固定安装于安装面上的底座、相对于所述底座转动的第一手臂、相对于所述第一手臂转动的第二手臂以及相对于所述第二手臂转动并安装于所述第二手臂与所述钻削装置之间的第三手臂。
进一步地，所述第一手臂包括安装于所述底座上并垂直于所述底座的第一转动轴、一端安装于所述第一转动轴上以相对于所述底座转动且另一端与所述第二手臂连接的第一臂体部。
进一步地，所述第一臂体部绕所述第一转动轴相对于所述底座转动的角度范围为：+170°～-170°
进一步地，所述第二手臂包括安装于所述第一臂体部端部并垂直于所述第一转动轴的第二转动轴、一端安装于所述第二转动轴上以相对于所述第一臂体部转动且另一端与所述第三手臂连接的第二臂体部。
进一步地，所述第二臂体部绕所述第二转动轴相对于所述第一臂体部的转动角度范围为：+140°～-65°。
进一步地，所述第三手臂包括安装于所述第二臂体部端部并平行于所述第二转动轴的第三转动轴、转动连接于所述第三转动轴并与所述第三转动轴垂直连接的第四转动轴、安装于所述第四转动轴上并绕所述第四转动轴转动的第三臂体部、安装于所述第三臂体部末端并相互正交的第五转动轴和第六转动轴。
进一步地，所述第三转动轴绕其轴线转动的转动角度范围为：+70°～-180°；所述第四转动轴绕其轴线的转动角度范围为：+300°～-300°；所述钻削装置绕所述第五转动轴的弯曲角度范围为：+130°～-130°；所述钻削装置绕所述第六转动轴的翻转角度为：+360°～-360°。
本发明提供的柔性加工系统相对于现有技术的技术效果是：利用测量装置检测所述待加工工件的具体加工位置，实现对所述待加工工件的准确定位，所述机器人根据所述待加工工件的具体加工位置带动所述钻削装置移动至所述具体加工位置，实现对待加工工件的准确加工，而且所述钻削装置采用可自动换刀的自转轴以便于从所述刀库中更换不同的切削刀具，从而实现对待加工工件的钻孔、去毛刺和倒角等轮廓进行加工，占地面积小且成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例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，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的柔性加工系统的结构图；
图2是图1中机器人与钻削装置的装配结构图；
图3是图2中固定块的结构图；
图4是图2中主轴的结构图；
图5是图2中机器人的结构示意图，显示各轴的运动方向和轨迹；
图6是图2中机器人的俯视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本请参照图1和图2，本发明实施例提供的柔性加工系统包括钻削装置10、刀库20、机器人30和测量装置40；其中，
所述钻削装置10包括安装于所述机器人30的手臂末端并具有自动换刀功能的主轴12以及设置于所述主轴12前端的切削刀具14；
所述刀库20中装夹有多种不同类型的所述切削刀具14；
所述测量装置40采用三维扫描仪以扫描所述待加工工件100并对所述待加工工件100进行定位；
所述机器人30根据所述测量装置40采集的所述待加工工件100的位置信息带动所述钻削装置10移动至所述待加工工件100的加工位置并对所述待加工工件100进行加工。
本发明实施例提供的柔性加工系统利用测量装置40检测所述待加工工件100的具体加工位置，实现对所述待加工工件100的准确定位，所述机器人30根据所述待加工工件100的具体加工位置带动所述钻削装置10移动至所述具体加工位置，实现对待加工工件100的准确加工，而且所述钻削装置10采用可自动换刀的自转轴以便于从所述刀库20中更换不同的切削刀具14，从而实现对待加工工件100的钻孔、去毛刺和倒角等轮廓进行加工，占地面积小且成本低，而且加工效率高且精度高。该柔性加工系统在对所述待加工工件100进行加工时所占用面积小、成本低、流程简单。本发明实施例采用机器人30带动主轴12对所述待加工工件100进行轮廓加工，尤其是对大尺寸零件的现场加工，以实现高效、高精度自动加工，大大降低了加工成本。优选地，该待加工工件100可以是任意大尺寸零件。
在该实施例中，所述机器人30采用多轴机器人30以带动所述切削装置运动到所述待加工工件100的加工工位，所述机器人30根据对所述待加工工件100的加工轨迹运动，实现对异形孔的加工，也能实现对待加工工件100的去毛刺和倒角等轮廓加工。
在该实施例中，所述机器人30安装于所述操作平台上，所述机器人30可以根据所述待加工工件100的外形尺寸在所述操作平台上移动，具体地，通过在所述操作平台设置移动导轨620以供所述机器人30移动。
请参照图1，在该实施例中，所述柔性加工系统还包括环绕于所述机器人30和所述待加工工件100外围的防护网50，以保护人生安全。所述防护网50的大小可以根据所述机器人30的行程来确定。
请参照图1至图4，进一步地，所述钻削装置10包括固定安装所述主轴12的固定块16，所述固定块16设有容置所述主轴12的安装孔160。所述主轴12插设于所述安装孔160内并安装于所述固定块16上，利用驱动装置驱动所述主轴12转动以带动所述切削刀具14转动，从而完成钻孔、去毛刺或者倒角等加工处理。
请参照图1和图2，进一步地，所述柔性加工系统还包括安装于所述钻削装置10与所述机器人30手臂末端之间以用于调节所述切削刀具14进给量的进给装置60，所述固定块16固定安装于所述进给装置60上。可以理解，所述进给装置60带动所述固定块16相对于所述机器人30手臂运动，该运动包括移动和翻转。通过该进给装置60调节所述切削刀具14的进给率，例如，钻孔深度等。
请参照图2，进一步地，所述进给装置60包括安装所述固定块16的安装底座62以及安装于所述机器人30的手臂末端的连接件64，所述安装底座62上设有带动所述钻削装置10相对所述机器人30来回移动的导轨620，所述连接件64一侧与所述安装底座62固定连接并与所述机器人30的手臂球接。可以理解，通过将所述进给装置60与所述机器人30的手臂进行球接，以使所述进给装置60带动所述钻削装置10绕不同角度转动，从而实现对所述待加工工件100的不同表面进行加工，另外，所述钻削装置10可以沿所述安装底座62上的导轨620来回移动，以调节所述切削刀具14的进给量，例如，保证钻孔深度等。
请参照图1和图2，进一步地，所述机器人30包括固定安装于安装面上的底座32、相对于所述底座32转动的第一手臂34、相对于所述第一手臂34转动的第二手臂36以及相对于所述第二手臂36转动并安装于所述第二手臂36与所述钻削装置10之间的第三手臂38。所述底座32可以是铸铁平台或者其他材料制成的。可以理解，所述机器人30的手臂包括可相对运动的第一手臂34、第二手臂36和第三手臂38，且所述第三手臂38的末端连接所述钻削装置10，通过第一手臂34、第二手臂36和第三手臂38之间的相对运动调节所述主轴12的行程和运动轨迹，从而实现对所述待加工工件100的加工。所述第二手臂36连接于所述第一手臂34与所述第三手臂38之间，所述第一手臂34带动所述第二手臂36和所述第三手臂38相对于所述底座32做旋转运动，且旋转运动所形成的轨迹面与所述安装面平行。
请参照图2和图5，进一步地，所述第一手臂34包括安装于所述底座32上并垂直于所述底座32的第一转动轴340、一端安装于所述第一转动轴340上以相对于所述底座32转动且另一端与所述第二手臂36连接的第一臂体部342。可以理解，所述第一臂体部342绕所述第一转动轴340转动，从而带动所述第二手臂36和所述第三手臂38相对于所述底座32转动，从而改变所述钻削装置10的行程，以改变所述主轴12相对所述安装面的运动轨迹，即改变所述主轴12在同一水平面的位置，从而实现对所述待加工工件100的轮廓加工。优选地，所述第一臂体部342绕所述第一转动轴340相对于所述底座32转动的角度范围为：+170°～-170°。
请参照图2和图5，进一步地，所述第二手臂36包括安装于所述第一臂体部342端部并垂直于所述第一转动轴340的第二转动轴360、一端安装于所述第二转动轴360上以相对于所述第一臂体部342转动且另一端与所述第三手臂38连接的第二臂体部362。可以理解，所述第二臂体部362绕所述第二转动轴360运动，以改变所述主轴12相对于所述安装面的距离大小，即调节所述主轴12的上下位置关系。优选地，所述第二臂体部362绕所述第二转动轴360相对于所述第一臂体部342的转动角度范围为：+140°～-65°。
请参照图2、图5和图6，进一步地，所述第三手臂38包括安装于所述第二臂体部362端部并平行于所述第二转动轴360的第三转动轴380、转动连接于所述第三转动轴380并与所述第三转动轴380垂直连接的第四转动轴382、安装于所述第四转动轴382上并绕所述第四转动轴382转动的第三臂体部384、安装于所述第三臂体部384末端并相互正交的第五转动轴386和第六转动轴388。可以理解，所述第三转动轴380连接于所述第二臂体部362和所述第三臂体部384之间，所述第三臂体部384具有绕所述第三转动轴380转动的第四转动轴382，且所述第二臂体部362和所述第四转动轴382分别设置于所述第三转动轴380的两端。所述第五转动轴386和上述第六转动轴388设置于所述第三臂体部384的末端并相互正交。
请参照图2和图5，优选地，所述第三转动轴380绕其轴线转动的转动角度范围为：+70°～-180°；所述第四转动轴382绕其轴线的转动角度范围为：+300°～-300°；所述钻削装置10绕所述第五转动轴386的弯曲角度范围为：+130°～-130°；所述钻削装置10绕所述第六转动轴388的翻转角度为：+360°～-360°。
请参照图2、图5和图6，具体地，以安装面所在平面为X-Y平面以及垂直于X-Y平面的轴为Z轴为例来说明所述机器人30的各轴及各手臂运动关系，具体如下：
所述第一转动轴340沿Z轴方向设置，所述第一臂体部342绕所述第一转动轴340做旋转运动并于X-Y平面形成运动轨迹，其转动角度范围为：+170°～-170°；
所述第二转动轴360沿X轴方向设置，所述第二臂体部362绕所述第二转动轴360所旋转运动并于Y-Z平面形成运动轨迹，其转动角度范围为：+140°～-65°；
所述第三转动轴380沿X轴方向设置，以带动所述第四转动轴382和所述第三臂体部384绕所述第三转动轴380做旋转运动并于Y-Z平面形成运动轨迹，其转动角度范围为：+70°～-180°；
所述第四转动轴382沿Y轴方向设置，以使所述第三臂体部384绕所述第四转动轴382转动，其转动角度范围为：+300°～-300°；
所述第五转动轴386沿X轴方向设置，以使所述进给装置60带动所述切削装置绕所述第五转动轴386做旋转运动，其转动角度范围为+130°～-130°；
所述进给装置60带动所述切削装置绕所述第六转动轴388做翻转运动，其翻转角度为：+360°～-360°。
其中，以第五转动轴386和第六转动388为转动点A的运动轨迹为P，以第三转动轴380为转动点B的运动轨迹为S。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种柔性加工系统，其特征在于，包括钻削装置、刀库、机器人和测量装置；其中，
所述钻削装置包括安装于所述机器人的手臂末端并具有自动换刀功能的主轴以及设置于所述主轴前端的切削刀具；
所述刀库中装夹有多种不同类型的所述切削刀具；
所述测量装置采用三维扫描仪以扫描所述待加工工件并对所述待加工工件进行定位；
所述机器人根据所述测量装置采集的所述待加工工件的位置信息带动所述钻削装置移动至所述待加工工件的加工位置并对所述待加工工件进行加工。
2.如权利要求1所述的柔性加工系统，其特征在于，所述钻削装置包括固定安装所述主轴的固定块，所述固定块设有容置所述主轴的安装孔。
3.如权利要求2所述的柔性加工系统，其特征在于，还包括安装于所述钻削装置与所述机器人手臂末端之间以用于调节所述切削刀具进给量的进给装置，所述固定块固定安装于所述进给装置上。
4.如权利要求3所述的柔性加工系统，其特征在于，所述进给装置包括安装所述固定块的安装底座以及安装于所述机器人的手臂末端的连接件，所述安装底座上设有带动所述钻削装置相对所述机器人来回移动的导轨，所述连接件一侧与所述安装底座固定连接并与所述机器人的手臂球接。
5.如权利要求1所述的柔性加工系统，其特征在于，所述机器人包括固定安装于安装面上的底座、相对于所述底座转动的第一手臂、相对于所述第一手臂转动的第二手臂以及相对于所述第二手臂转动并安装于所述第二手臂与所述钻削装置之间的第三手臂。
6.如权利要求5所述的柔性加工系统，其特征在于，所述第一手臂包括安装于所述底座上并垂直于所述底座的第一转动轴、一端安装于所述第一转动轴 上以相对于所述底座转动且另一端与所述第二手臂连接的第一臂体部。
7.如权利要求6所述的柔性加工系统，其特征在于，所述第一臂体部绕所述第一转动轴相对于所述底座转动的角度范围为：+170°～-170° 。
8.如权利要求6所述的柔性加工系统，其特征在于，所述第二手臂包括安装于所述第一臂体部端部并垂直于所述第一转动轴的第二转动轴、一端安装于所述第二转动轴上以相对于所述第一臂体部转动且另一端与所述第三手臂连接的第二臂体部。
9.如权利要求8所述的柔性加工系统，其特征在于，所述第二臂体部绕所述第二转动轴相对于所述第一臂体部的转动角度范围为：+140°～-65°。
10.如权利要求8所述的柔性加工系统，其特征在于，所述第三手臂包括安装于所述第二臂体部端部并平行于所述第二转动轴的第三转动轴、转动连接于所述第三转动轴并与所述第三转动轴垂直连接的第四转动轴、安装于所述第四转动轴上并绕所述第四转动轴转动的第三臂体部、安装于所述第三臂体部末端并相互正交的第五转动轴和第六转动轴。
11.如权利要求10所述的柔性加工系统，其特征在于，所述第三转动轴绕其轴线转动的转动角度范围为：+70°～-180°；所述第四转动轴绕其轴线的转动角度范围为：+300°～-300°；所述钻削装置绕所述第五转动轴的弯曲角度范围为：+130°～-130°；所述钻削装置绕所述第六转动轴的翻转角度为：+360°～-360°。
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