CN105436976A - 一种用于齿轮加工的工业机器人 - Google Patents

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Abstract

一种用于齿轮加工的工业机器人，它涉及一种工业机器人。本发明解决了现有的齿廓倒角和去毛刺工序的加工采用人工操作，存在加工效率低、加工精度低的问题。主轴轴承座固装在底座的上端面上，旋转主轴通过主轴轴承竖直安装在主轴轴承座上，主轴驱动装置驱动旋转主轴旋转，升降汽缸的缸体固装在旋转主轴的上端面上，手臂气缸的缸体固装在升降汽缸活塞杆的上端面上，手腕部通过手臂过渡板安装在手臂气缸的活塞杆上，手爪连接在手腕部；手爪转轴通过调心球轴承水平安装在轴承座组件内，手爪转轴的一端通过联轴器与第一步进电机的输出轴固接，手爪转轴的另一端上连接有气动手爪。本发明用于齿轮加工中齿廓倒角和去毛刺。

Description

一种用于齿轮加工的工业机器人
技术领域
本发明涉及一种工业机器人，具体涉及一种用于齿轮加工的工业机器人。
背景技术
齿轮广泛应用于机械工业，尤其在汽车和重型机械领域，齿轮的连续啮合能传递运动和动力。随着工业化水平的不断提升，我国齿轮行业快速发展，行业规模不断扩大。国家统计局关于齿轮产量的最新数据显示，近年来我国齿轮行业的总产值成逐年上升趋势，2013年，我国齿轮的总产值就达到1780亿元人民币，从2002年到2013年，中国齿轮行业总产值年平均增长率以超过20％，随着我国经济的高速发展，尤其是工业水平的不断提高，在“中国制造2025”大战略提出的背景下，齿轮工业作为机械基础工业的重要组成部分不管是在规模上还是在加工技术上都会有非常广阔的前景。
齿轮广泛应用于机械工业，尤其在汽车和重型机械领域，齿轮的连续啮合能传递运动和动力。齿轮的倒角加工和去毛刺是齿轮生产工艺中必不可少的工序。目前大多数企业在齿轮倒角加工和去毛刺工序中的齿轮送料过程都是人工操作，不仅效率低，而且还存在操作者发生工伤事故的隐患。为了降低生产成本，提高劳动成产率，改善劳动条件，众多的加工制造企业都无一例外地把目光转向了工业机器人。工业机器人是工业生产过程中发展起来的一种高度自动化和机械化的机械设备，实现了自动化和机械化的有机结合，被用于一些工作环境差，劳动强度大以及其他人类难以完成的环境中，在国防、医疗、工业生产各方面都得到了广泛的应用。
一般齿轮加工工艺流程如下：锻造制坯→粗车→正火→精车→滚、插齿→热处理→磨削加工→齿轮倒角→去毛刺。可见齿轮的倒角加工与去毛刺是齿轮加工中必须的工序，齿轮倒角和去毛刺有着重要的意义：(1)齿轮倒角加工和去毛刺能减小齿轮应力集中，提高齿轮寿命；(2)能防止锋口伤人；(3)使齿轮换挡及变速更顺畅；(4)便于齿轮装配。
综上，现有的齿廓倒角和去毛刺工序的加工采用人工操作，自动化程度低，存在加工效率低、加工精度低的问题。
发明内容
本发明为解决现有的齿廓倒角和去毛刺工序的加工采用人工操作，存在加工效率低、加工精度低的问题，进而提供一种用于齿轮加工的工业机器人。
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：
本发明的用于齿轮加工的工业机器人包括底座、主轴驱动装置、主轴轴承座、旋转主轴、升降汽缸、手臂气缸、手臂过渡板、手腕部、气动手爪和两个主轴轴承，主轴轴承座固装在底座的上端面上，旋转主轴通过两个主轴轴承竖直安装在主轴轴承座上，主轴驱动装置驱动旋转主轴旋转，升降汽缸的缸体固装在旋转主轴的上端面上，手臂气缸的缸体固装在升降汽缸活塞杆的上端面上，手腕部通过手臂过渡板安装在手臂气缸的活塞杆上，手爪连接在手腕部；
手腕部包括第一步进电机、调心球轴承、联轴器、手爪转轴和轴承座组件，手爪转轴通过调心球轴承水平安装在轴承座组件内，手爪转轴的一端通过联轴器与第一步进电机的输出轴固接，手爪转轴的另一端上连接有气动手爪。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
本发明的齿轮加工工业机器人通过回转主轴、升降汽缸、手臂气缸及步进电机实现了四个自由度的运动，回转主轴的回转运动、升降汽缸的升降运动、手臂气缸水平伸缩运动和步进电机驱动气动手爪翻转运动；
本发明的用于齿轮加工的工业机器人可配合齿轮加工企业原有的打角和刷毛边机，代替操作工人完成齿轮的自动上料、打角放料、打角取料、刷毛边放料、刷毛边取料、自动放料操作；与采用人工操作相比，大大提高了加工效率和加工精度；
本发明具有较高的防尘与抗干扰能力，能在机械加工车间的工况下实现对不同种规格的齿轮进行打角、刷毛边工序的自动加工；
本发明的齿轮加工工业机器人通过PLC实现四轴的自动控制，简单可靠、成本低廉、位置精度能够达到生产要求，可实现不同规格齿轮的打角和刷毛边自动加工。
附图说明
图1是本发明的用于齿轮加工的工业机器人的主剖视图；
图2是本发明的用于齿轮加工的工业机器人的右视图；
图3是本发明的用于齿轮加工的工业机器人的俯视图；
图4是本发明具体实施方式一中手腕部12和气动手爪13的主视图；
图5是本发明具体实施方式一中手腕部12和气动手爪13的左视图；
图6是本发明具体实施方式一中手腕部12和气动手爪13的俯视图。
具体实施方式
具体实施方式一：如图1～6所示，本实施方式的用于齿轮加工的工业机器人包括底所述工业机器人包括底座1、主轴驱动装置2、主轴轴承座5、旋转主轴7、升降汽缸8、手臂气缸10、手臂过渡板11、手腕部12、气动手爪13和两个主轴轴承6，主轴轴承座5固装在底座1的上端面上，旋转主轴7通过两个主轴轴承6竖直安装在主轴轴承座5上，主轴驱动装置2驱动旋转主轴7旋转，升降汽缸8的缸体固装在旋转主轴7的上端面上，手臂气缸10的缸体固装在升降汽缸8活塞杆的上端面上，手腕部12通过手臂过渡板11安装在手臂气缸10的活塞杆上，手爪13连接在手腕部12；
手腕部12包括第一步进电机20、调心球轴承21、联轴器22、手爪转轴23和轴承座组件24，手爪转轴23通过调心球轴承21水平安装在轴承座组件24内，手爪转轴23的一端通过联轴器22与第一步进电机20的输出轴固接，手爪转轴23的另一端上连接有气动手爪13。
本发明的工业机器人外设有PLC控制箱，控制箱与工业机器人之间的连接用电缆进行连接。
手爪转轴23的另一端上连接有气动手爪13，这样可以通过控制第一步进电机20驱动气动手爪13翻转180°，从而进行齿轮双面倒角和去毛刺。
气动手爪13是夹持齿轮的直接执行机构，为了保证气动手爪13的通用性，即在不更换手爪的情况下保证手指能夹持外径在一定范围内的齿轮，将手指设计成两部分，手指包括手指垫板和手指本体组合而成。通过调整手指垫板和手指本体之间的垫块厚度来夹取不同直外径的齿轮。
本发明的工业机器人的动作有立柱升降、手臂伸缩、手指开合均由气压驱动，这三个运动分别由三个气动回路实现，即立柱升降回路、手臂伸缩回路、手部夹持回路。通过节流阀调节立柱升降、手臂伸缩及手爪开合速度，利用磁性开关检测气缸伸缩位置，利用电磁换向阀实现自动换向。
本发明的工业机器人采用适用于加工现场环境的PLC进行控制，气缸和电机位置信号等输入信号经过输入模块输入PLC中，经过PLC中的用户程序控制PLC的输出，PLC经过脉冲输出模块发出脉冲经过电机的驱动器控制相应的步进电机，完成对旋转主轴7和手腕部转动的运动控制。气缸动作信号、急停信号以及信号灯指示信号是通过输出模块输出的，用户可以通过PC机的专用软件完成对PLC中用户程序的修改。
具体实施方式二：如图1所示，本实施方式主轴驱动装置2包括第二步进电机30、小齿轮31、大齿轮32和环形螺母33，第二步进电机30固装在底座1的上端面上，小齿轮31固套在第二步进电机30的输出轴上，大齿轮32固套在旋转主轴7的下部，环形螺母33螺纹连接在旋转主轴7的下端上，小齿轮31与大齿轮32相互啮合。如此设计，能够保证传动精度高、传递力矩大，能够保证机器手臂和手爪等机构的转达力矩。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式主轴驱动装置2为减速电机，减速电机安装在底座1面板的下端面上，减速电机的输出轴旋转主轴7的下端固接。如此设计，可降低机器人的整体重心，增强其稳定性。其它组成及连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：如图1所示，本实施方式主轴轴承6为圆锥滚子轴承。如此设计，。成对使用的圆锥滚子轴承可有效平衡主轴在夹持齿轮时产生的偏载，保证主轴灵活转动。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二或三相同。
具体实施方式五：如图1所示，本实施方式底座1为长方体框架。如此设计，结构简单，便于制作，成本低。其它组成及连接关系与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：如图4所示，本实施方式所述轴承座组件24包括轴承座主体24-1和端盖24-2，手爪转轴23通过调心球轴承21水平安装在轴承座主体24-1内，端盖24-2穿过手爪转轴23固装在轴承座主体24-1上。如此设计，便于安装调心球轴承21。其它组成及连接关系与具体实施方式一、二、三或五相同。
具体实施方式七：如图1所示，本实施方式所述工业机器人还包括联接板9，手臂气缸10通过联接板9固装在升降汽缸8活塞杆的上端面上。如此设计，便于连接。其它组成及连接关系与具体实施方式六相同。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
工作过程：
被加工齿轮放在输入传输带上，到达预定位置后停止移动，本发明的工业机器人移到齿轮预定位置抓取被加工齿轮然后手臂转动到倒角工位，把齿轮放到齿轮安装过渡上，手臂缩回；待倒角机完成倒角后，伸出手臂并抓取齿轮翻转180°，反面倒角，手臂缩回等待；待反面倒角完成后，手臂伸出取下齿轮并转到刷毛边工位，把齿轮放到齿轮安装过渡轴上，手臂缩回；待刷边完成后，手臂伸出取回并夹持齿轮，转到输出传送带上预定位置，放下齿轮，完成一个动作循环。

Claims (7)

1.一种用于齿轮加工的工业机器人，其特征在于：所述工业机器人包括底座(1)、主轴驱动装置(2)、主轴轴承座(5)、旋转主轴(7)、升降汽缸(8)、手臂气缸(10)、手臂过渡板(11)、手腕部(12)、气动手爪(13)和两个主轴轴承(6)，主轴轴承座(5)固装在底座(1)的上端面上，旋转主轴(7)通过两个主轴轴承(6)竖直安装在主轴轴承座(5)上，主轴驱动装置(2)驱动旋转主轴(7)旋转，升降汽缸(8)的缸体固装在旋转主轴(7)的上端面上，手臂气缸(10)的缸体固装在升降汽缸(8)活塞杆的上端面上，手腕部(12)通过手臂过渡板(11)安装在手臂气缸(10)的活塞杆上，手爪(13)连接在手腕部(12)；
手腕部(12)包括第一步进电机(20)、调心球轴承(21)、联轴器(22)、手爪转轴(23)和轴承座组件(24)，手爪转轴(23)通过调心球轴承(21)水平安装在轴承座组件(24)内，手爪转轴(23)的一端通过联轴器(22)与第一步进电机(20)的输出轴固接，手爪转轴(23)的另一端上连接有气动手爪(13)。
2.根据权利要求1所述的用于齿轮加工的工业机器人，其特征在于：主轴驱动装置(2)包括第二步进电机(30)、小齿轮(31)、大齿轮(32)和环形螺母(33)，第二步进电机(30)固装在底座(1)的上端面上，小齿轮(31)固套在第二步进电机(30)的输出轴上，大齿轮(32)固套在旋转主轴(7)的下部，环形螺母(33)螺纹连接在旋转主轴(7)的下端上，小齿轮(31)与大齿轮(32)相互啮合。
3.根据权利要求1所述的用于齿轮加工的工业机器人，其特征在于：主轴驱动装置(2)为减速电机，减速电机安装在底座(1)面板的下端面上，减速电机的输出轴旋转主轴(7)的下端固接。
4.根据权利要求1、2或3所述的用于齿轮加工的工业机器人，其特征在于：主轴轴承(6)为圆锥滚子轴承。
5.根据权利要求4所述的用于齿轮加工的工业机器人，其特征在于：底座(1)为长方体框架。
6.根据权利要求1、2、3或5所述的用于齿轮加工的工业机器人，其特征在于：所述轴承座组件(24)包括轴承座主体(24-1)和端盖(24-2)，手爪转轴(23)通过调心球轴承(21)水平安装在轴承座主体(24-1)内，端盖(24-2)穿过手爪转轴(23)固装在轴承座主体(24-1)上。
7.根据权利要求6所述的用于齿轮加工的工业机器人，其特征在于：所述工业机器人还包括联接板(9)，手臂气缸(10)通过联接板(9)固装在升降汽缸(8)活塞杆的上端面上。
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