CN104708050B - 柔性钻削系统 - Google Patents

Abstract

本发明适用于加工设备技术领域，提供了一种柔性钻削系统，旨在解决现有钻孔方式对大型零件加工不同尺寸圆孔时存在效率低、精度差和成本高的问题。柔性钻削系统包括钻削装置、进给装置、机器人和操作平台；钻削装置包括自转机构、调节机构以及公转机构，调节机构用调节自转机构的轴向与公转机构轴向的偏心距；进给装置安装于钻削装置与机器人之间以用于调节切削刀具的进给量；机器人带动进给装置和钻削装置对待加工工件进行加工。通过机器人带动进给装置运动到待加工工件孔位，并利用进给装置带动钻削装置沿待加工工件表面法线方向运动以完成对待加工工件的加工，该柔性钻削系统利用机器人替代人力而实现高效、高精度自动钻孔。

Description

柔性钻削系统

技术领域

本发明属于加工设备技术领域，尤其涉及一种柔性钻削系统。

背景技术

现有钻孔方式一般采用CNC机床加工或者人工钻孔，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，而采用人工加工，则效率低、精度差。因此，提供一种可以实现体积小、重量轻、加工精度和效率较高的柔性钻削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钻削系统，旨在解决现有钻孔方式对大型零件加工不同尺寸圆孔时存在效率低、精度差和成本高的问题。

本发明是这样实现的，一种柔性钻削系统，包括钻削装置、进给装置、机器人和操作平台；其中，

所述钻削装置包括自转机构、调节机构以及公转机构，所述自转机构带动切削刀具沿其轴向做自转运动，所述切削刀具相对所述公转机构的轴向做公转运动，所述调节机构用调节所述自转机构的轴向与所述公转机构轴向的偏心距；

所述进给装置安装于所述钻削装置与所述机器人之间以用于调节所述切削刀具的进给量；

所述机器人和待加工工件放置于所述操作平台上，且所述机器人带动所述进给装置和所述钻削装置对所述待加工工件进行加工。

进一步地，所述自转机构包括自转轴以及设置于所述自转轴前端的所述切削刀具，所述切削刀具绕所述自转轴的轴线自转；

所述公转机构包括带动所述自转轴和所述调节机构旋转的公转轴以及连接所述自转轴和所述调节机构的转接机构；

所述调节机构包括固定安装所述自转轴的主轴安装块、位于所述主轴安装块与所述公转机构之间以用于带动所述自转轴沿所述公转轴径向移动的滑动机构以及固定安装于所述主轴安装块上以保证所述公转轴旋转平衡的配重机构。

进一步地，所述滑动机构包括与所述主轴安装块连接的滑动块以及与所述滑动块相互配合并安装于所述公转轴上的滑台，所述滑动块带动所述主轴安装块和所述自转机构相对所述滑台沿所述公转轴径向移动，所述公转轴带动所述滑台和所述自转机构绕所述公转轴的轴线转动。

进一步地，所述滑动块设有开口朝向所述滑台的燕尾槽，所述滑台包括朝向所述滑动块一侧凸起并容置于所述燕尾槽内的导向块，所述导向块在所述燕尾槽内移动。

进一步地，所述滑动机构还包括固定安装于所述滑动块上方的千分尺，调节所述千分尺以带动所述滑动块相对所述滑台移动。

进一步地，所述滑动机构还包括设置于所述滑动块和所述滑台上的导向件、固定于所述滑动块上的第一导柱以及固定于所述滑台上的第二导柱，所述导向件设有相互平行的第一导槽和第二导槽，所述第一导槽和所述第二导槽呈长条形且其延伸方向与所述滑动块相对于所述滑台移动方向相同，所述第一导柱容置于所述第一导槽内以及所述第二导柱容置于所述第二导槽内。

进一步地，所述公转轴包括固定安装于外部机构上的固定座、固定安装所述滑台并相对于所述固定座转动的旋转法兰以及设置于所述旋转法兰与所述固定座之间以用于驱动所述旋转法兰转动的DD马达，并设有贯穿所述固定座、所述DD马达和所述旋转法兰的连接孔，所述连接孔的轴线与所述公转轴的轴线重合。

进一步地，所述转接机构包括部分容置于所述连接孔内且一端固定于所述旋转法兰上的线路套筒、固定于所述线路套筒另一端的旋转头以及固定于所述旋转头上并相对于地面固定的固定头，所述旋转头位于所述线路套筒与所述固定头之间，所述旋转头和所述线路套筒随所述公转轴一起转动。

进一步地，所述线路套筒设有与所述连接孔同轴并用于供气路和线路穿过的线路通孔，所述线路通孔包括位于所述旋转法兰一侧的电路入口以及靠近所述旋转头一侧并设于所述线路套筒之侧壁上的电路出口；所述旋转头设有多个与所述气路和所述线路相连接的第一接头，所述固定头设有多个与控制箱内气路和线路相对接的第二接头。

进一步地，所述主轴安装块包括靠近所述滑动机构的安装本体以及沿所述安装本体朝向所述自转轴前端的定位部，所述安装本体设有贯通至所述滑动机构的安装孔，所述自转轴穿过所述安装孔固定于所述滑动机构上。

进一步地，所述调节机构还包括固定块，所述固定块套设于所述自转轴外侧并将所述自转轴固定于所述定位部上。

进一步地，所述进给装置包括安装所述钻削装置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供所述钻削装置来回移动的导轨，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。

本发明提供的柔性钻削系统相对于现有技术的技术效果是：通过机器人带动所述进给装置运动到所述待加工工件孔位，并利用所述进给装置带动所述钻削装置沿所述待加工工件表面法线方向运动以完成对所述待加工工件的加工，该柔性钻削系统利用机器人替代人力而实现高效、高精度自动钻孔；另外，利用所述调节机构调节所述公转轴和所述自转轴之间的偏心间距，以实现对不同孔径的工件进行钻削加工。

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钻削系统的结构图；

图2是图1中钻削装置的结构图；

图3是图2中钻削装置的剖视图；

图4是图2中钻削装置的自转轴与公转轴形成偏心距的运行示意图；

图5是图2调节机构的结构图；

图6是图3中V的局部放大图；

图7是图2中公转轴的结构图；

图8是图2中转接机构的结构图；

图9是图8中转接机构的剖视图。

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。

请参照图1和图2，本发明实施例提供的柔性钻削系统包括钻削装置1、进给装置6、机器人3和操作平台4；其中，

所述钻削装置1包括自转机构10、调节机构20以及公转机构30，所述自转机构10带动切削刀具14沿其轴向做自转运动，所述切削刀具14相对所述公转机构30的轴向做公转运动，所述调节机构20用调节所述自转机构10的轴向与所述公转机构30轴向的偏心距；

所述进给装置6安装于所述钻削装置1与所述机器人3之间以用于调节所述切削刀具14的进给量；

所述机器人3和待加工工件100放置于所述操作平台4上，且所述机器人3带动所述进给装置6和所述钻削装置1对所述待加工工件100进行加工。

本发明实施例提供的柔性钻削系统通过机器人3带动所述进给装置6运动到所述待加工工件100孔位，并利用所述进给装置6带动所述钻削装置1沿所述待加工工件100表面法线方向运动以完成对所述待加工工件100的加工，该柔性钻削系统利用机器人3替代人力而实现高效、高精度自动钻孔；另外，利用所述调节机构20调节所述公转轴32和所述自转轴12之间的偏心间距，以实现对不同孔径的工件进行钻削加工。

在该实施例中，所述机器人3采用多轴机器人3以带动所述进给装置6和所述切削装置运动到所述待加工工件100的加工孔位，所述机器人3根据对所述待加工工件100的加工轨迹运动，实现对各种形状的孔加工，所述孔的形状包括方形、圆形以及其他任意形状，其他任意形状可以是异形孔。

在该实施例中，所述机器人3通过固定底座40安装于所述操作平台4上，所述机器人3可以根据所述待加工工件100的外形尺寸在所述操作平台4上移动，具体地，通过在所述操作平台4上设置移动导轨以供所述机器人3移动。优选地，所述固定底座40可以是铸铁平台或者其他材料制成的。

请参照图1，在该实施例中，所述柔性切削系统还包括环绕于所述机器人3和所述待加工工件100外围的防护网5，以保护人生安全。所述防护网5的大小可以根据所述机器人3的行程来确定。

请参照图2，进一步地，所述自转机构10包括自转轴12以及设置于所述自转轴12前端的所述切削刀具14，所述切削刀具14绕所述自转轴12的轴线自转；

所述公转机构30包括带动所述自转轴12和所述调节机构20旋转的公转轴32以及连接所述自转轴12和所述调节机构20的转接机构34；

所述调节机构20包括固定安装所述自转轴12的主轴安装块22、位于所述主轴安装块22与所述公转机构30之间以用于带动所述自转轴12沿所述公转轴32径向移动的滑动机构24以及固定安装于所述主轴安装块22上以保证所述公转轴32旋转平衡的配重机构26。

可以理解地，所述钻削装置1利用所述调节机构20调节所述公转轴32和所述自转轴12之间的偏心间距，以实现对不同孔径的工件进行钻削加工。对大型零件进行钻孔加工时，该钻削装置1通过调节公转轴32与所述自转轴12之间的偏心间距以实现对不同尺寸大小的孔进行加工，而无需更换刀具，效率高、精度高且体积小、重量轻。

在该实施例中，所述自转轴12可以选择各种高速旋转主轴，例如，机械主轴、电动主轴或者气动主轴等。所述切削刀具14可以是各种钻头、铣刀或者砂轮等等。

在该实施例中，所述公转轴32的转速较低且负载大，例如其转速低于1000转每分钟，可选地，所述公转轴32可以选择大扭矩DD马达326或者其他低速大负载主轴。

请参照图4，在该实施例中，利用该钻削装置1进行钻孔加工时，所述公转轴32的半径为S1，安装有所述切削刀具14的自转轴12的半径为S2，所述自转轴12与所述公转轴32之间的偏心距为R，当该钻削装置1运动时，所能加工的孔半径为R+S2，其中，R为可变参数，其依据所要加工的孔半径对该偏心距R进行调节，以实现利用一把切削刀具14对不同尺寸大小的孔进行加工。

请参照图3和图5，在该实施例中，所述配重机构26包括固定安装于所述主轴安装块22侧边的导向轴262以及转动连接于所述导向轴262末端的配重块264，当需要调节所述公转轴32旋转平衡时，所述配重块264绕所述导向轴262转动一定角度，以使得所述公转轴32旋转平衡。优选地，所述导向轴262的轴线与所述自转轴12的轴线相互垂直。所述配重块264的大小有所述自转轴12和所述滑动机构24的重量决定，优选地，所述配重块264可以是采用机械式或者气动式配重装置实现。

请参照图3和图5，进一步地，所述滑动机构24包括与所述主轴安装块22连接的滑动块242以及与所述滑动块242相互配合并安装于所述公转轴32上的滑台244，所述滑动块242带动所述主轴安装块22和所述自转机构10相对所述滑台244沿所述公转轴32径向移动，所述公转轴32带动所述滑台244和所述自转机构10绕所述公转轴32的轴线转动。可以理解，所述滑动机构24设置于所述主轴安装块22与所述公转轴32之间，所述滑动块242与所述主轴安装块22连接，所述滑动块242与所述滑台244相对移动且沿所述公转轴32的径向移动，当所述滑动块242相对所述滑台244移动时，所述自转轴12随着所述滑动块242带动所述主轴安装块22相对所述滑台244移动而移动，从而改变所述自转轴12与所述公转轴32之间偏心距的大小。

请参照图5和图6，进一步地，所述滑动块242设有开口朝向所述滑台244的燕尾槽2422，所述滑台244包括朝向所述滑动块242一侧凸起并容置于所述燕尾槽2422内的导向块2442，所述导向块2442在所述燕尾槽2422内移动。可以理解地，通过将所述导向块2442容置于所述燕尾槽2422内以使所述滑动块242相对于所述滑台244移动，保证所述滑动块242与所述滑台244之间按指定轨迹移动，所述燕尾槽2422的设置方向与所述公转轴32的径向所在方向相同。

请参照图5，进一步地，所述滑动机构24还包括固定安装于所述滑动块242上方的千分尺248，调节所述千分尺248以带动所述滑动块242相对所述滑台244移动。可以理解，所述千分尺248固定安装于所述滑动块242上，通过调节所述千分尺248以带动所述滑动块242相对所述滑台244移动，从而调节所述自转轴12与所述公转轴32之间的偏心距大小，从而实现对不同孔径的孔进行加工。

请参照图5和图6，进一步地，所述滑动机构24还包括设置于所述滑动块242和所述滑台244上的导向件246、固定于所述滑动块242上的第一导柱2424以及固定于所述滑台244上的第二导柱2444，所述导向件246设有相互平行的第一导槽2462和第二导槽2464，所述第一导槽2462和所述第二导槽2464呈长条形且其延伸方向与所述滑动块242相对于所述滑台244移动方向相同，所述第一导柱2424容置于所述第一导槽2462内以及所述第二导柱2444容置于所述第二导槽2464内。可以理解，通过设置所述导向件246，一方面可以避免所述滑动块242与所述滑台244之间具有沿所述公转轴32轴向的移动，从而保证二者可以沿所述公转轴32径向移动，另外一方面对所述滑动块242相对所述滑台244移动起到双重导向的作用，当所述滑动块242相对所述滑台244移动时，所述第一导柱2424相对所述第一导槽2462移动以及所述第二导柱2444相对所述第二导槽2464移动。

在该实施例中，所述第一导柱2424凸设于所述滑动块242上并容置于所述第一导槽2462内，所述第一导柱2424与所述滑动块242为一体成型，同样地，所述第二导柱2444凸设于所述滑台244上并容置于所述第二导槽2464内，所述第二导柱2444与所述滑台244为一体成型。

在其他实施例中，所述第一导柱2424为固定安装于所述滑动块242上的紧固件，所述第二导柱2444为固定安装于所述滑台244的紧固件，该紧固件可以是螺柱或者螺栓等。

请参照图3、图5和图7，进一步地，所述公转轴32包括固定安装于外部机构上的固定座322、固定安装所述滑台244并相对于所述固定座322转动的旋转法兰324以及设置于所述旋转法兰324与所述固定座322之间以用于驱动所述旋转法兰324转动的DD马达326，并设有贯穿所述固定座322、所述DD马达326和所述旋转法兰324的连接孔328，所述连接孔328的轴线与所述公转轴32的轴线重合。可以理解，所述DD马达326驱动所述旋转法兰324转动，以带动所述滑台244随所述旋转法兰324一起转动，由此带动所述滑动块242绕所述公转轴32做公转运动，所述自转轴12随着滑动块242的公转运动而做公转运动，从而便于所述钻削装置1完成对不同孔径的孔的钻削加工。

请参照图3、图8和图9，进一步地，所述转接机构34包括部分容置于所述连接孔328内且一端固定于所述旋转法兰324上的线路套筒342、固定于所述线路套筒342另一端的旋转头344以及固定于所述旋转头344上并相对于地面固定的固定头346，所述旋转头344位于所述线路套筒342与所述固定头346之间，所述旋转头344和所述线路套筒342随所述公转轴32一起转动。可以理解，所述旋转头344与所述线路套筒342相对固定且二者均随着公转轴32的转动而转动，而所述固定头346相对于地面固定，用于与外部控制箱连接。所述线路套筒342用于收容连接DD马达326、自转轴12和千分尺248等运行气路和线路，避免气路和线路因为公转轴32的转动和自转轴12的转动而出现绕线的问题，而影响加工。

请参照图8和图9，进一步地，所述线路套筒342设有与所述连接孔328同轴并用于供气路和线路穿过的线路通孔3422，所述线路通孔3422包括位于所述旋转法兰324一侧的电路入口3424以及靠近所述旋转头344一侧并设于所述线路套筒342之侧壁上的电路出口3426；所述旋转头344设有多个与所述气路和所述线路相连接的第一接头3442，所述固定头346设有多个与控制箱内气路和线路相对接的第二接头3462。可以理解地，所述自转机构10、所述滑动机构24和所述公转机构30上的气路和线路沿所述电路入口3424进入所述线路通孔3422中，并从所述电路出口3426穿出以插接至所述第一接头3442上，从而防止所述气路和线路扭断。所述旋转头344和所述固定头346内的气路和线路是相通的，以保证通过控制箱与所述自转机构10、所述滑动机构24和所述公转机构30电连接。

请参照图3和图5，进一步地，所述主轴安装块22包括靠近所述滑动机构24的安装本体222以及沿所述安装本体222朝向所述自转轴12前端的定位部224，所述安装本体222设有贯通至所述滑动机构24的安装孔226，所述自转轴12穿过所述安装孔226固定于所述滑动机构24上。可以理解，所述自转轴12的后端穿过所述主轴安装块22并延伸至所述滑动机构24中，所述主轴安装块22将所述自转轴12固定于所述滑动机构24上。所述自转轴12安装于所述主轴安装块22上，当所述滑动机构24中的滑动块242相对所述滑台244沿所述公转轴32径向移动时，所述自转轴12随着所述主轴安装块22相对所述公转轴32沿公转轴32径向移动，从而使得所述自转轴12与所述公转轴32之间具有偏心距，以便于加工不同孔径的孔。同时，所述自转轴12绕其主轴转动以实现对孔的加工。

请参照图2和图5，进一步地，所述调节机构20还包括固定块28，所述固定块28套设于所述自转轴12外侧并将所述自转轴12固定于所述定位部224上。可以理解地，所述固定块28用于对所述自转轴12的进一步限位，防止自转轴12在转动过程中出现径向跳动。

请参照图1，进一步地，所述进给装置6包括安装所述钻削装置1的安装底座62以及安装于所述机器人3的手臂末端的连接件64，所述安装底座62上设有供所述钻削装置1来回移动的导轨620，所述连接件64一侧与所述固定座322固定连接并与所述机器人3的手臂球接。可以理解，通过将所述进给装置6与所述机器人3的手臂进行球接，以使所述进给装置6带动所述钻削装置1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1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。

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 (12)

1.一种柔性钻削系统，包括钻削装置、进给装置、机器人和操作平台；其中，

所述钻削装置包括自转机构以及公转机构，所述自转机构带动切削刀具沿其轴向做自转运动，所述切削刀具相对所述公转机构的轴向做公转运动；

所述进给装置安装于所述钻削装置与所述机器人之间以用于调节所述切削刀具的进给量；

所述机器人和待加工工件放置于所述操作平台上，且所述机器人带动所述进给装置和所述钻削装置对所述待加工工件进行加工；

其特征在于，所述钻削装置还包括调节机构，所述调节机构用调节所述自转机构的轴向与所述公转机构轴向的偏心距。

2.如权利要求1所述的柔性钻削系统，其特征在于，所述自转机构包括自转轴以及设置于所述自转轴前端的所述切削刀具，所述切削刀具绕所述自转轴的轴线自转；

所述公转机构包括带动所述自转轴和所述调节机构旋转的公转轴以及连接所述自转轴和所述调节机构的转接机构；

所述调节机构包括固定安装所述自转轴的主轴安装块、位于所述主轴安装块与所述公转机构之间以用于带动所述自转轴沿所述公转轴径向移动的滑动机构以及固定安装于所述主轴安装块上以保证所述公转轴旋转平衡的配重机构。

3.如权利要求2所述的柔性钻削系统，其特征在于，所述滑动机构包括与所述主轴安装块连接的滑动块以及与所述滑动块相互配合并安装于所述公转轴上的滑台，所述滑动块带动所述主轴安装块和所述自转机构相对所述滑台沿所述公转轴径向移动，所述公转轴带动所述滑台和所述自转机构绕所述公转轴的轴线转动。

4.如权利要求3所述的柔性钻削系统，其特征在于，所述滑动块设有开口朝向所述滑台的燕尾槽，所述滑台包括朝向所述滑动块一侧凸起并容置于所述燕尾槽内的导向块，所述导向块在所述燕尾槽内移动。

5.如权利要求3所述的柔性钻削系统，其特征在于，所述滑动机构还包括固定安装于所述滑动块上方的千分尺，调节所述千分尺以带动所述滑动块相对所述滑台移动。

6.如权利要求3所述的柔性钻削系统，其特征在于，所述滑动机构还包括设置于所述滑动块和所述滑台上的导向件、固定于所述滑动块上的第一导柱以及固定于所述滑台上的第二导柱，所述导向件设有相互平行的第一导槽和第二导槽，所述第一导槽和所述第二导槽呈长条形且其延伸方向与所述滑动块相对于所述滑台移动方向相同，所述第一导柱容置于所述第一导槽内以及所述第二导柱容置于所述第二导槽内。

7.如权利要求3所述的柔性钻削系统，其特征在于，所述公转轴包括固定安装于外部机构上的固定座、固定安装所述滑台并相对于所述固定座转动的旋转法兰以及设置于所述旋转法兰与所述固定座之间以用于驱动所述旋转法兰转动的DD马达，并设有贯穿所述固定座、所述DD马达和所述旋转法兰的连接孔，所述连接孔的轴线与所述公转轴的轴线重合。

8.如权利要求7所述的柔性钻削系统，其特征在于，所述转接机构包括部分容置于所述连接孔内且一端固定于所述旋转法兰上的线路套筒、固定于所述线路套筒另一端的旋转头以及固定于所述旋转头上并相对于地面固定的固定头，所述旋转头位于所述线路套筒与所述固定头之间，所述旋转头和所述线路套筒随所述公转轴一起转动。

9.如权利要求8所述的柔性钻削系统，其特征在于，所述线路套筒设有与所述连接孔同轴并用于供气路和线路穿过的线路通孔，所述线路通孔包括位于所述旋转法兰一侧的电路入口以及靠近所述旋转头一侧并设于所述线路套筒之侧壁上的电路出口；所述旋转头设有多个与所述气路和所述线路相连接的第一接头，所述固定头设有多个与控制箱内气路和线路相对接的第二接头。

10.如权利要求2所述的柔性钻削系统，其特征在于，所述主轴安装块包括靠近所述滑动机构的安装本体以及沿所述安装本体朝向所述自转轴前端的定位部，所述安装本体设有贯通至所述滑动机构的安装孔，所述自转轴穿过所述安装孔固定于所述滑动机构上。

11.如权利要求10所述的柔性钻削系统，其特征在于，所述调节机构还包括固定块，所述固定块套设于所述自转轴外侧并将所述自转轴固定于所述定位部上。

12.如权利要求1至11任意一项所述的柔性钻削系统，其特征在于，所述进给装置包括安装所述钻削装置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供所述钻削装置来回移动的导轨，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。