CN105081784A - 智能数控机床与机器人和系统 - Google Patents

Abstract

一种智能数控机床与机器人和系统，能进行数控车/铣/磨削/电火花成型/线切割加工，机器人以刀具的形式安装，可以减少占地面积和成本。能识图，输入装配图纸后可自动找出相关零件进行装配作业，并利用机加工刀具加工配做部分如定位销孔等。

Description

智能数控机床与机器人和系统

技术领域

本发明属于智能制造领域，具体涉及一种智能数控机床与机器人和系统。

背景技术

1年12月，富士康提出三年内要用三十万机器人代替百万工人计划，如今已经将近四年了，其计划并未实现。

以富士康的财大气粗，生产装备三十万机器人在财力上绝对是小菜一碟，真正制约的还是人才。

机器人是比数控机床更上层楼的自动化设备，操作需要更高的要求。

中国现年产数控机床20多万台套，且有普通机床400多万台，除1/4服役超30年的外，还有300多万台可改造成数控机床，可造就数千亿的市场，而世界范围内则将超万亿元。数控界三大魔咒：学习编程难、操作准备时间长、机时浪费多，使得其对操作工的要求高，影响了推广使用。

08年第三届天津数控大赛暨全国数控大赛天津选拔赛时，进入决赛的选手统一在天津职业大学培训了一上午的仿真软件、一上午的编程软件，相互之间已经熟悉了，软件后大家彼此交流，发现程序除错五花八门，我的是主轴没有运转，另一个说他的是切削全部用的是快速移动指令。软件竞赛后参加实操抽签的只剩我们几十个人了，大多在程序除错中淘汰了。当时觉得有必要发明一种能使用汉字编程的数控系统，降低对程序员的要求。虽然现在计算机自动编程基本上取代了传统的手工编程，但仍然要能看懂代码才能除错。10年我到建科机械厂做操作工，分在加工中心龙门组，加工数米长、数米宽、几吨重的大型零件，加工程序一般是铣平面及周边，钻孔、攻螺纹、镗孔加工，往往找正的时间超过加工时间，因此认为能发明一种能快速找正的数控机床更加迫切。12年到世纪茂源做加工中心编程与操作后，里面很多操作普通机床的老师傅，都认为数控机床高不可攀，因为看懂天书一样的数控代码太难了。相比之下，机器人的操作与编程更难。为此，作为一个在数控战线默默奉献了多年的老兵，我觉得应该表现出舍我其谁的态度，发明一种可以快速找正、汉语编程的数控机床与机器人和系统，让广大普通机床操作工能直接转做数控机床与机器人操作工。于是13年离职，潜心研制这样的机床和系统。

发明内容

本发明是本人提出的中国发明专利201510306823.1在智能数控机床与机器人和系统方面的一个实施例，目的是使普通机床操作工直接转换做机器人和数控机床操作工成为可能，加工复杂曲面时由于程序庞大只能使用在线加工因而传输速率跟不上加工速率而造成的机时浪费问题完满解决，减轻操作工劳动强度和操作准备时间，实现智能化、自动化加工。

为此采用的技术方案是：

一种智能数控机床与机器人和系统，可以是车铣磨复合加工中心，或单独的数控车床或磨床或铣床或加工中心，其包括：机床体、工件安放装置、刀具装夹装置、机器人及伺服装置；所述工件安放装置对回转类工件为卡盘，对平面类工件为平台；所述刀具装夹装置对数控车床为刀架，对数控铣床类磨床类为主轴；所述工件安放装置、刀具装夹装置及伺服装置固定于机床体上，机器人固定端制成标准莫氏圆锥，可装夹在主轴上，内包含电源和数据通讯部分，并可包含气源和液压部分，通过连接头与机床主轴上的相应接头连接，所述工件安放装置、刀具装夹装置、机器人由所述伺服装置驱动实现运动；还包括监测装置、控制装置，所述监测装置为全息瞄准镜或成像雷达或其他3D成像设备；所述控制装置为所述数控机床和机器人的控制器，包括输入装置和显示装置，所述输入装置和显示装置可以是物理键盘和普通显示屏，也可以是触摸屏；所述监测装置拍摄到的三维图像显示在控制装置的显示装置中，其坐标系和坐标平面与机床坐标系和坐标平面重合或具有确定的位置关系，可利用软件或直接显示出工件在三个工作平面上与机床三个坐标平面的夹角，当机床是多轴机床如五轴或六轴加工中心时，在偏置坐标系中输入A、B、C三轴中，当机床不是多轴时，则在刀具装夹装置或工件装夹装置中增加一个可以在若干平面旋转一定角度的分度装置，由显示装置显示的角度数值，通过刻度盘旋转相应角度，达到加工基准面与理想基准面重合的目的，还可在显示装置中利用软件或直接显示工件各边角点、中点、工件中心点、工件上某圆的圆心、圆柱的轴心坐标，以快速设置工件坐标系，系统可利用软件求得定位孔或定位轴的轴心线和圆心，并求出轴心线与机床基准面的夹角，以方便操作工调整。

进一步地，控制装置还可采用自然语言编程，使普通操作工只需简单培训即可上岗；自动设置坐标系，减少加工准备时间；大容量存储器，轻松存储复杂曲面加工程序，减少在线加工因传输速率跟不上加工速度造成的机时浪费，不但提高了加工效率，也降低对操作工的要求和劳动强度，其特征是可以在手轮上编程及设置机床坐标系、添加刀具补偿，减少操作准备时间，包括手轮即手摇脉冲发生器及设置于其上的显示装置与输入装置、机床控制面板，使用中国发明专利201510306823.1的输入法，能使用操作工的母语编程，可将复杂曲面的加工程序存入系统，减少传输速率造成的机时浪费，显示装置与输入装置可以使用触屏或物理键盘与屏幕，将常用G代码与M代码按顺序或规律排列在如权利要求1的键盘中，其中M3或M4可以与S一起，M6与T一起，即M3S为一次点击，然后系统自动调出数字键盘，以输入转速，同理M6T也一样，点击后即进入数字键盘，以输入刀号，固定循环可以连同所需参数一起，如G81与X、Y、Z、R、F一起，即一次点击则输入G81XYZRF，同时系统自动调出数字键盘和方向键，若X、Y使用前面程序行中的数值则按→键跳过，系统自动删除掉，Z、R、F则必须输入数据，在使用物理键盘时，可用*号键代表小数点。

更进一步地，控制装置与显示装置和输入装置可内置蓝牙或红外等无线通讯接收与发射端，并在两端增设带状装置，以佩戴于操作工手腕上，使操作工双手调整工件时仍能通过显示装置实时观察工件对基准面的位置角度。

又进一步地，数控装置可以不用手轮即手摇脉冲发生器。

再进一步地，机床可设置电加工装置，实现电火花成型加工。

再更进一步地，机床上可再增加走丝装置，实现电火花线切割加工。

又再进一步地，智能数控机床与机器人和系统可内置支持远程监控的处理器和蓝牙、红外等无线接收与发射端，使操作工可在办公室对其操作进行远程监控，实现无人车间。

更再进一步地，能识图，输入装配图纸后可自动找出相关零件进行装配作业，并利用机加工刀具加工配做部分如定位销孔等。

本发明的有益效果是提供的智能数控机床与机器人和系统利用监测装置获得工件的三维形状，在数控装置中得到与机床坐标系的重合程度，如果倾斜，利用数控机床上的角度调节装置调节到重合，再利用软件或直接显示工件各边角点、中点、工件中心点、工件上某圆的圆心、圆柱的轴心坐标，得到坐标原点，从找正到对刀，全程无需人工操作，数控系统采用操作工的母语编程，使普通机床操作工直接转换做数控机床操作工成为可能，将节约大量培训费，并且采用大容量存储器，使加工复杂曲面时由于程序庞大只能使用在线加工因而传输速率跟不上加工速率而造成的机时浪费问题完满解决，采取在手轮上设置加工坐标系，进一步减轻操作工劳动强度和操作准备时间，机器人以刀具的形式安装，可以减少占地面积和成本。

附图说明

图1是智能数控机床与机器人和系统结构图，其中11为控制器，21为卡盘，22为卡爪，31为平台，32为T形槽，41为主轴，51为立柱。

图2是机器人结构图，其中1为拉钉，2为莫氏圆锥，3为卡口，4为机器人运动轴和手臂，5为机器人手爪。

具体实施方式

请参见图1到图2，为本发明实施方式提供的智能数控机床与机器人和系统。本实施方式中，工作平台和卡盘固定，由主轴进行移动实现加工，角度旋转装置也安装于主轴中，当用于铣削加工时，先装上机器人，将工件装夹在工作平台上，监测装置测出工件与标准轴的平行度，机器人调整角度旋转装置，使工件各基准面与与机床基准面重合或平行，然后确定工件原点，设定工件坐标系，再换刀，设置刀具长度补偿，调入或编写加工程序后加工完成，换上机器人，检测工件，若合格则拆下工件，放入成品区，装上下一个毛坯进行加工。进行平面磨削时，测定调整工件与机床的平行度后，将砂轮装上主轴，向上旋转九十度，使砂轮磨削面与工件加工面重合或平行，编写或调入加工程序后加工完毕后换上机器人，检测工件，若合格则拆下工件，放入成品区，再装上新的毛坯继续加工。进行车削加工时，先装上机器人，将工件装夹在卡盘上，监测装置测出工件与标准轴的平行度，机器人调整角度旋转装置，使工件各基准面与与机床基准面重合或平行，然后确定工件原点，设定工件坐标系，再换刀，设置刀具长度补偿，调入或编写加工程序后加工完成，换上机器人，检测工件，若合格则拆下工件，放入成品区，装上下一个毛坯进行加工。进行外圆或内圆磨削时，先装上机器人，将工件装夹在卡盘上，监测装置测出工件与标准轴的平行度，机器人调整角度旋转装置，使工件各基准面与与机床基准面重合或平行，然后确定工件原点，设定工件坐标系，将砂轮装上主轴，向上旋转九十度，使砂轮磨削面与工件加工面重合或平行，调入或编写加工程序后加工完成，换上机器人，检测工件，若合格则拆下工件，放入成品区，装上下一个毛坯进行加工。当用于电火花成型加工时，先装上机器人，将工件装夹在工作平台上，电极安装在电加工电极夹头上，监测装置测出工件与电极的平行度，机器人调整角度旋转装置，使工件各基准面与与电极基准面重合或平行，然后确定工件原点，设定工件坐标系，调入或编写加工程序后加工完成，换上机器人，检测工件，若合格则拆下工件，放入成品区，装上下一个毛坯进行加工。当用于电火花线切割加工时，先装上机器人，将工件装夹在工作平台上，电极丝通过加工基准孔经走丝机构校直拉紧，监测装置测出工件与电极丝的平行度，机器人调整角度旋转装置，使工件各基准面与与电极丝基准面重合或平行，然后确定工件原点，设定工件坐标系，调入或编写加工程序后加工完成，换上机器人，检测工件，若合格则松开电极丝，拆下工件，放入成品区，装上下一个毛坯进行加工。

Claims (8)

1.一种智能数控机床与机器人和系统，可以是车铣磨复合加工中心，或单独的数控车床或磨床或铣床或加工中心，其包括：机床体、工件安放装置、刀具装夹装置、机器人及伺服装置；所述工件安放装置对回转类工件为卡盘，对平面类工件为平台；所述刀具装夹装置对数控车床为刀架，对数控铣床类磨床类为主轴；所述工件安放装置、刀具装夹装置及伺服装置固定于机床体上，机器人固定端制成标准莫氏圆锥，可装夹在主轴上，内包含电源和数据通讯部分，并可包含气源和液压部分，通过连接头与机床主轴上的相应接头连接，所述工件安放装置、刀具装夹装置、机器人由所述伺服装置驱动实现运动；还包括监测装置、控制装置，所述监测装置为全息瞄准镜或成像雷达或其他3D成像设备；所述控制装置为所述数控机床和机器人的控制器，包括输入装置和显示装置，所述输入装置和显示装置可以是物理键盘和普通显示屏，也可以是触摸屏；所述监测装置拍摄到的三维图像显示在控制装置的显示装置中，其坐标系和坐标平面与机床坐标系和坐标平面重合或具有确定的位置关系，可利用软件或直接显示出工件在三个工作平面上与机床三个坐标平面的夹角，当机床是多轴机床如五轴或六轴加工中心时，在偏置坐标系中输入A、B、C三轴中，当机床不是多轴时，则在刀具装夹装置或工件装夹装置中增加一个可以在若干平面旋转一定角度的分度装置，由显示装置显示的角度数值，通过刻度盘旋转相应角度，达到加工基准面与理想基准面重合的目的，还可在显示装置中利用软件或直接显示工件各边角点、中点、工件中心点、工件上某圆的圆心、圆柱的轴心坐标，以快速设置工件坐标系，系统可利用软件求得定位孔或定位轴的轴心线和圆心，并求出轴心线与机床基准面的夹角，以方便操作工调整。

2.如权利要求1所述的智能数控机床与机器人和系统，控制装置还可采用自然语言编程，使普通操作工只需简单培训即可上岗；自动设置坐标系，减少加工准备时间；大容量存储器，轻松存储复杂曲面加工程序，减少在线加工因传输速率跟不上加工速度造成的机时浪费，不但提高了加工效率，也降低对操作工的要求和劳动强度，其特征是可以在手轮上编程及设置机床坐标系、添加刀具补偿，减少操作准备时间，包括手轮即手摇脉冲发生器及设置于其上的显示装置与输入装置、机床控制面板，使用中国发明专利201510306823.1的输入法，能使用操作工的母语编程，可将复杂曲面的加工程序存入系统，减少传输速率造成的机时浪费，显示装置与输入装置可以使用触屏或物理键盘与屏幕，将常用G代码与M代码按顺序或规律排列在如权利要求1的键盘中，其中M3或M4可以与S一起，M6与T一起，即M3S为一次点击，然后系统自动调出数字键盘，以输入转速，同理M6T也一样，点击后即进入数字键盘，以输入刀号，固定循环可以连同所需参数一起，如G81与X、Y、Z、R、F一起，即一次点击则输入G81XYZRF，同时系统自动调出数字键盘和方向键，若X、Y使用前面程序行中的数值则按→键跳过，系统自动删除掉，Z、R、F则必须输入数据，在使用物理键盘时，可用*号键代表小数点。

3.如权利要求1所述的智能数控机床与机器人和系统，控制装置与显示装置和输入装置可内置蓝牙或红外等无线通讯接收与发射端，并在两端增设带状装置，以佩戴于操作工手腕上，使操作工双手调整工件时仍能通过显示装置实时观察工件对基准面的位置角度。

4.如权利要求1所述的智能数控机床与机器人和系统，数控装置可以不用手轮即手摇脉冲发生器。

5.如权利要求1所述的智能数控机床与机器人和系统，机床可设置电加工装置，实现电火花成型加工。

6.如权利要求1和权利要求5所述的智能数控机床与机器人和系统，机床上可再增加走丝装置，实现电火花线切割加工。

7.如权利要求1所述的智能数控机床与机器人和系统，智能数控机床与机器人和系统可内置支持远程监控的处理器和蓝牙、红外等无线接收与发射端，使操作工可在办公室对其操作进行远程监控，实现无人车间。

8.如权利要求1所述的智能数控机床与机器人和系统能识图，输入装配图纸后可自动找出相关零件进行装配作业，并利用机加工刀具加工配做部分如定位销孔等。