CN106925997A - 一种自动钻铣系统及方法、钻铣生产线 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动钻铣系统及方法、钻铣生产线，涉及机电加工技术领域，可应用于诸如铣削加工中心和/或机器人自动钻铣系统对诸如铝制待加工工件的加工过程中，即通过利用诸如3D扫描等侦测技术实现对机器人轨迹的在线侦测和补偿，进而实现对待加工工件的精准加工。

Description

一种自动钻铣系统及方法、钻铣生产线
技术领域
本发明涉及机电加工技术领域，尤其涉及一种自动钻铣系统及方法、钻铣生产线。
背景技术
随着社会自动化、信息化的快速发展，制造业对机械制造和装配技术的要求越来越趋向于高质量、高效率、低成本，而柔性化和信息化则为满足上述要求的重要标志之一，尤其是在诸如飞机、汽车等行业中，由于其所采用的诸如铝制结构件孔的加工已经从传统的手工钻铣发展到专用自动钻铣系统和铣削加工中心，甚至已经实现了机器人自动钻铣系统来完成诸如铝制结构件的钻铣削加工。
铣削加工中心是当前较为通用的加工方式，其虽然能够实现高精度的加工，但其也存在诸多缺陷，如：1)受铣削加工中心本身加工范围限制，其只能加工中小型零件，无法实现对大型诸如铝制结构件的加工操作；2)对于复杂曲面零部件，必须采用五轴加工中心，且加工效率极低；3)成本投入大，为了兼容更大尺寸的零部件加工，往往需要大型加工中心，甚至大型龙门式加工中心；4)占地面积大，不利于配合其他自动化设备实现自动化生产线；5)柔性和灵活性均较差，且需要特定定制的工装夹具来实现不通过工件的加工。
鉴于机器人具有诸如高灵活性、可达性、可以配合各种终端实现不同工艺的钻削和铣削等优点，且结合快换系统，还能方便实现柔性加工，进而使得机器人自动钻削系统成为未来颇具潜力的加工方式。
但是，由于机器人自身刚度的不足，其在加工操作过程中会造成振动和变形等缺陷，进而使得加工精度无法得到有效保证，尤其是批量生产时，其加工精度则会更差，致使产品的废品率较高，从而增加了生产成本。
例如，当前的机器人自动钻削系统的主体一般包括：机器人及控制系统、控制处理单元、专用钻削执行终端及外围设备等部分，而专用钻削执行终端被固定于机器人的第六轴，并以头部工装夹具方式进行安装，即整个钻削过程由专用钻削执行终端来完成，而由于机器人自身刚性的不足，会使得机器人自动钻削系统存在以下不足之处：
1)机器人只能起到搬运作用，即由于机器人只完成对待加工孔的定位操作，使得本系统中仅能体现机器人的搬运功能，而无法彰显及充分利用机器人的诸如灵活性等优势；
2)专用钻削执行端削弱整个自动铣削系统的刚度，即钻削工艺由专用钻削执行终端完成，迫使钻削执行终端必须集成伺服系统(提供钻削的轴向进给)和以及预压紧装置(提供压紧力，主要用以削弱加工中的振动，提高加工精度)等部件，进而大幅度增加了机器人头部工装部分的尺寸和质量，其会进一步的削弱整个自动钻削系统的刚度；
3)无法完成诸如腰孔铣削等操作，使得功能受限；由于专用钻削执行终端仅配置钻削轴向进给伺服，进而使得需要另两个方向进给运动的腰孔加工成为不可能，进而限制了新功能的开发和应用；
4)预压紧装置无法适应工件壁厚变化，造成新的加工误差；这主要是由于遵照一般加工过程的顺序，在钻削开始之前，机器人需以预定姿态运动到预定位置，而集成于专用钻削执行终端的预压紧装置自动与加工工件接触并施加压紧力(事先预设)后，才能开始钻削；而由于压紧力势所造成工件的变形，其会降低加工精度，且由于压紧力为预设压紧力，进而使得其无法适应工件各钻孔位置壁厚差异，最终会造成局部孔，进而会进一步的降低加工精度；
5)离线补偿；即由于当前机器人自动钻削系统均采用外部的测量设备进行机器人钻孔的误差补偿，来确保加工精度达到要求，但这种补偿方式是一次性补偿，其存在极大的不确定性，例如：由于测量只针对特定样件，其无法消除工件间的尺寸差别，也无法消除不同工件定位到工装上的定位误差；而由于长期生产造成的系统误差无法消除，只有等到出现不合格件，才能去修正误差，进而还会造成误时误工等生产成本的增加；
6)无法消除机器人刚度不足所产生的误差；这是由于机器人刚度不足所造成的误差补偿量不是固定值或者成线性变化的，离线补偿方式反而会造成部分孔的过度补偿，造成加工误差，所以当前系统无法对机器人刚度不足所产生的误差完全消除；
7)经济性和柔性较差；这是由于专用钻削执行终端是属于专用定制设备，其本身的定制费用，以及其大质量造成的机器人的负载加大等所产生的费用都使其经济性变差，而且对于占和大比例且精度要求相对低的孔而言，专用钻削执行终端显得多余；另外，自动钻削系统受专用钻削执行终端的限制，对同一工件的不同孔组需采用不同的工序，甚至需要更换执行终端才能完成，降低加工效率和柔性；同时，自动钻削系统对诸如腰孔等无法兼容加工，而且造成机器人运动范围受限，降低其柔性。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种自动钻铣系统及方法、钻铣生产线，可应用于诸如铣削加工中心和/或机器人自动钻铣系统对诸如铝制待加工工件的加工过程中，即通过利用诸如3D扫描等侦测技术实现对机器人轨迹的在线侦测和补偿，进而实现对待加工工件的精准加工。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种自动钻铣系统，可应用于对固定在加工台上的待加工工件进行钻/铣削操作，所述系统包括：
机器人，设置于临近所述加工台的位置处；
钻铣模块，与所述机器人连接；
扫描检测模块，设置于临近所述加工台的位置处；
在线补偿处理模块，分别与所述机器人和所述扫描检测模块通信连接；
其中，所述机器人作为对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作的定位主体和/或进给主体，以驱使所述钻铣模块对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作；并且
所述扫描检测模块获取并发送所述钻铣模块对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作时的加工位置信息至所述在线补偿处理模块，所述在线补偿处理模块接收并根据所述加工位置信息实时调整所述机器人的定位和/或进给参数，以修正所述钻铣模块对所述待加工工件进行的所述钻/铣削操作。
作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣系统中：
所述钻铣模块还分别与所述扫描监测模块和所述在线补偿处理模块连接；
其中，所述扫描检测模块获取并发送所述钻铣模块对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作时实际切削参数信息至所述在线补偿处理模块，所述在线补偿处理模块接收并根据所述实际切削参数信息实时调整所述钻铣模块的切削参数，以修正所述钻铣模块对所述待加工工件进行的所述钻/铣削操作。
作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣系统中所述扫描检测模块包括：
扫描设备，设置于所述加工台的上方，并与所述在线补偿处理模块连接，以获取并发送固定在所述加工台上的待加工工件进行所述钻/铣削操作时的所述加工位置信息至所述在线补偿处理模块；以及
传感设备，设置于所述钻铣模块上，并与所述在线补偿处理模块连接，以获取并发送所述钻铣模块进行所述钻/铣削操作时的所述实际切削参数信息至所述在线补偿处理模块；
其中，所述在线补偿处理模块对接收的所述加工位置信息和所述实际切削参数信息进行分析处理后，输出补偿信息至所述机器人和所述钻铣模块，以对所述待加工工件进行的所述钻/铣削操作进行修正。
作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣系统中所述扫描设备包括：
白光扫描仪或3D相机，以获取并发送固定在所述加工台上的待加工工件进行所述钻/铣削操作时的加工图像数据至所述在线补偿处理模块；
其中，所述加工图像数据包含有进行所述钻/铣削操作的位置处的位置信息，所述在线补偿处理模块根据所述加工图像数据获取所述加工位置信息。
作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣系统中所述传感设备包括：
力学传感器和旋转编码器，以获取并发送所述钻铣模块进行所述钻/铣削操作时的所述实际切削参数信息至所述在线补偿处理模块。
作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣系统中：
所述实际切削参数信息包括所述钻铣模块进行所述钻/铣削操作时的切削力、切削速度和进给量。
作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣系统中所述钻铣模块包括：
伺服电主轴，分别与所述机器人和所述传感设备机械连接；
刀柄/刀具，与所述伺服电主轴机械连接；以及
所述伺服电主轴与所述在线补偿处理模块通信连接，所述传感设备与所述刀柄/刀具连接；
其中，所述伺服电主轴驱动所述刀柄/刀具对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作，所述在线补偿处理模块通过所述伺服电主轴实时调整所述刀柄/刀具进行的所述钻/铣削操作。
作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣系统中所述在线补偿处理模块包括：
工控机，分别与传感设备、所述扫描设备和所述机器人通信连接；
PMC/PLC设备，分别与所述工控机、所述伺服电主轴和所述机器人通信连接；
其中，所述补偿信息包括刀具位置补偿量、刀具姿态补偿量、钻削速度和切削力；所述工控机对从所述扫描设备获取的所述位置加工信息和从所述传感设备获取的所述实际切削参数信息进行分析处理后，输出所述刀具位置补偿量和所述刀具姿态补偿量至所述机器人，并通过所述PMC/PLC设备输出所述钻削速度和所述切削力至所述伺服电主轴，以对所述待加工工件进行的所述钻/铣削操作进行修正。
作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣系统还包括：
机器人控制器，分别与所述机器人、所述工控机和所述PMC/PLC设备连接；
其中，所述补偿信息还包括补偿加工位置信息，所述PMC/PLC设备根据从所述工控机接收的所述补偿加工位置信息并通过所述机器人控制器来控制所述机器人对所述钻/铣削操作的位置进行修正。
作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣系统中：
所述待加工工件为铝制结构件。
本申请还提供了一种钻铣生产线，所述生成线包括：
上料子生成线、至少一个钻铣子生成线和去毛刺加工子生成线，且所述钻铣子生成线包括如权利要求1～10中任意一项所述的自动钻铣系统；
其中，所述上料子生成线将待加工工件固定至加工台上，所述钻铣子生成线对固定在所述加工台上的待加工工件进行钻/铣削操作，所述去毛刺加工子生成线去除对经所述钻铣子系统进行钻/铣削操作后的待加工工件进行去毛刺操作。
本申请还提供了一种自动钻铣方法，包括：
将待加工工件固定至加工台上；
利用机器人驱动钻铣模块对所述待加工工件进行钻/铣削操作；
扫描检测模块获取所述钻/铣削操作的加工位置信息和实际切削参数信息；
在线补偿处理模块根据所述加工位置信息和所述实际切削参数信息对所述钻/铣削操作进行修正。
作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣方法中：
所述在线补偿处理模块对所述钻/铣削操作进行修正包括对机器人位置/姿态在线补偿和/或对切削参数实时调整。
作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣方法中：
所述对机器人位置/姿态在线补偿的步骤包括对批量待加工工件在线位置/姿态在线补偿和对同批待加工工件的加工位置校正；所述方法中：
将待加工工件固定在加工台上后，若该待加工工件为新一批的工件，则进行所述对批量待加工工件在线位置/姿态在线补偿；否则，进行所述对同批待加工工件的加工位置校正；
其中，对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作的过程中，同时进行所述对切削参数实时调整。
作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣方法中：
所述扫描检测模块包括白光扫描仪/3D相机，所述对批量待加工工件在线位置/姿态在线补偿包括：
利用所述白光扫描仪/3D相机获取所述待加工工件上至少三个基准孔的孔位信息，以获取所述钻/铣削操作的实际加工位置信息；
判断所述实际加工位置信息是否在误差允许范围内，
若不在所述误差允许范围内，则进行报警；
否则，则基于所述至少三个基准孔的实际加工位置信息建立新的坐标系，并基于所述新的坐标系对后续进行的所述钻/铣削操作进行校准。
作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣方法中所述对同批待加工工件的加工位置校正包括：
获取所述钻/铣削操作已经加工完成孔的位置信息偏差，以生成包括各孔补偿位置信息的补偿表A；
获取上一批待加工工件上已经加工完成孔的位置信息偏差，以生成包括上一批待加工工件上各孔补偿位置信息的补偿表B；
获取当前批待加工工件上已经加工完成孔的位置信息偏差，以生成包括当前批待加工工件上各孔补偿位置信息的补偿表C；
基于所述补偿表A、所述补偿表B和所述补偿表C，获取并根据后续各孔的位置补偿信息对当前待加工工件进行位置补偿及所述钻/铣削操作。
作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣方法中所述对同批待加工工件的加工位置校正时：
基于所述补偿表A、所述补偿表B和所述补偿表C，并利用公式获取所述后续各孔的位置补偿信息，且设当前待加工工件所需加工的孔位置信息理论值为Pn,0(xn,0,yn,0,zn,0)，所述补偿表A对应的补偿值为ΔPn,A(Δxn,A,Δyn,A,Δzn,A)，所述补偿表B对应的补偿值为ΔPn,B(Δxn,B,Δyn,B,Δzn,B)，所述补偿表C对应的补偿值为ΔPn,C(Δxn,C,Δyn,C,Δzn,C)；
其中，所述公式为：
Pn,1＝Pn,0+λAΔPn,A+λBΔPn,B+λCΔPn,C；
所述λA、所述λB和所述λC均为常数，所述Pn,1为当前待加工工件上的第n孔，且n为整数。
作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣方法中：
当对第一批的第一个待加工工件进行加工时，λA＝1，λB＝λC＝0；
当对第一批的其他待加工工件进行加工时，λA＝λB＝λC＝0.5；
当对其他批次的待加工工件进行加工时，λA＝0.1，λA＝0.3，λA＝0.6。
作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣方法中：
所述扫描检测模块包括安装在伺服主轴上的力传感器和旋转编码器，所述对切削参数实时调整包括：
对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作时，通过利用所述力传感器实时反馈当前钻/铣削操作的切削力，并利用所述旋转编码器实时获取当前钻/铣削操作的钻削速度；
所述在线补偿处理模块根据接收的所述切削力和所述钻削速度计算并输出进给量；
实时判定所述切削力和/或所述钻削速度和/或所述进给量是否超出预设值，若超出，则调整所述钻铣模块的实际切削参数后继续加工。
作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣方法中所述在线补偿处理模块包括工控机和PMC/PLC设备：
所述工控机对从所述扫描检测模块获取的位置加工信息和实际切削参数信息进行分析处理后，输出刀具位置补偿量和刀具姿态补偿量至所述机器人，并通过所述PMC/PLC设备输出钻削速度和切削力至所述伺服电主轴，以对所述待加工工件进行的所述钻/铣削操作进行修正。
上述发明具有如下优点或者有益效果：
1)能够实现以机器人作为钻削进给运动主体进行加工，进而有效提高加工的效率和柔性；
2)能够有效改变专用钻削执行终端的弊端，即本申请中的钻铣系统及方法在能够实现钻削的同时，又可以实现类似于诸如腰孔加工等类型的铣削加工；
3)能够有效解决对不同壁厚的加工问题，且能够对切削参数进行实时调整和控制；
4)能够实现对加工过程中误差的在线检测和快速实时补偿；
5)能够对机器人由于刚度不足而造成误差进行实时补偿；
6)本申请中的钻铣系统即方法具有良好的经济性和柔性，且还取消了大量定制设备，仅以通用设备作为基准并结合所在的生产线系统，就可以更好地实现自动化作业和柔性生产，进而大大降低了加工操作的难度及成本。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未可以按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1是本申请实施例中自动钻铣系统的模块结构示意图；
图2是本申请实施例中自动钻铣系统的工作流程示意图；
图3是本申请实施例中自动钻铣方法中机器人位置/姿态在线补偿的流程示意图；
图4是本申请实施例中自动钻铣方法中切削参数实时调整的流程示意图；
图5是本申请实施例中利用自动钻铣系统进行钻/铣削操作后测试孔沿X轴的位置信息与未采用自动钻铣系统进行钻/铣削操作后测试孔沿X轴的位置信息的对比图；
图6是本申请实施例中利用自动钻铣系统进行钻/铣削操作后测试孔沿Y轴的位置信息与未采用自动钻铣系统进行钻/铣削操作后测试孔沿Y轴的位置信息的对比图；
图7是本申请实施例中利用自动钻铣系统进行钻/铣削操作后测试孔沿Z轴的位置信息与未采用自动钻铣系统进行钻/铣削操作后测试孔沿Z轴的位置信息的对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
实施例一
图1是本申请实施例中自动钻铣系统的模块结构示意图；如图1所示，本实施例中一种自动钻铣系统，可应用于诸如对固定在加工台上的待加工工件(如铝制结构件等)进行诸如钻/铣削等操作，所述系统可包括：
机器人(即工业机器人)，可固定设置在临近上述加工台的位置处，以便于利用该机器人对待加工工件进行诸如钻/铣削等操作；
钻铣模块，与上述的机器人连接(即可机械连接固定在上述的机器人上)，可使得机器人驱动该钻铣模块对待加工工件进行诸如钻/铣削等操作；
扫描检测模块，设置于临近上述加工台的位置处及钻铣模块上，以用于获取待加工工件上加工操作的位置信息及钻铣模块的实时切削参数等；
在线补偿处理模块，分别与上述的机器人、钻铣模块及扫描检测模块通信连接，且该在线补偿处理模块中存储有待加工工件上加工位置的标准信息等参考数据；以获取上述的待加工工件上加工操作的位置信息及钻铣模块的实时切削参数等数据，并根据自身存储的参考数据对获取的数据进行分析处理后，输出补偿信息等分别至机器人及钻铣模块，以使得机器人和钻铣模块能够根据获取的补偿信息进行修正，进而使得后续进行的诸如钻/铣削等操作符合预期的设定。
具体的，如图1所示，在利用机器人驱动钻铣模块对固定在工作台上的待加工工件进行诸如钻/铣削等操作时，机器人可作为对待加工工件进行上述诸如钻/铣削等操作的定位主体和/或进给主体(如可基于X/Y/Z轴坐标系进行运动等)，以驱使钻铣模块对待加工工件进行诸如钻/铣削等加工操作；在实际的加工操作中，扫描检测模块可获取并发送钻铣模块对待加工工件进行诸如钻/铣削等加工操作时的加工位置信息至在线补偿处理模块，在线补偿处理模块接收并根据加工位置信息可实时调整机器人的定位和/或进给参数，以修正钻铣模块对待加工工件进行的诸如钻/铣削等加工操作同时，上述的扫描检测模块还可获取并发送钻铣模块对待加工工件进行诸如钻/铣削等加工操作时的实际切削参数信息至在线补偿处理模块，而该在线补偿处理模块可接收并根据上述的实际切削参数信息实时调整钻铣模块的切削参数，以修正钻铣模块对待加工工件进行的诸如钻/铣削等加工操作。
优选的，上述的扫描检测模块可包括设置于加工台上方的扫描设备(如白光扫描仪或3D相机等能够实现3D扫描的仪器)，以方便对固定在加工台上的待加工工件进行图像扫描等操作，且该扫描设备可与上述的在线补偿处理模块连接，以将获取的诸如图像信息等发送该在线补偿处理模块，进而便于在线补偿处理模块对图像信息进行处理等操作。
优选的，上述的扫描检测模块还可包括设置于钻铣模块上的传感设备(如设在钻铣模块上的力学传感器、旋转编码器等传感器)，以实时的获取钻铣模块进行诸如钻/铣削等加工操作时诸如实际切削参数信息等数据，且该传感设备还与在线补偿处理模块连接，以将获取的上述诸如实际切削参数信息等数据发送至在线补偿处理模块，进而便于在线补偿处理模块对述诸如实际切削参数信息等数据进行处理等操作并输出诸如补偿信息等数据，机器人和钻铣模块根据接收的诸如补偿信息等数据对待加工工件进行的诸如钻/铣削等加工操作进行修正。
优选的，上述的实际切削参数信息可包括钻铣模块进行诸如钻/铣削等加工操作时的切削力、切削速度和进给量等信息，上述的补偿信息可包括诸如刀具位置补偿量、刀具姿态补偿量、钻削速度、切削力和补偿加工位置信息等信息。
优选的，上述的钻铣模块可包括：分别与机器人和传感设备机械连接的伺服电主轴、与伺服电主轴机械连接的刀柄/刀具、分别与传感设备、扫描设备和机器人通信连接的工控机(IPC)及分别与工控机、伺服电主轴和机器人通信连接的PMC/PLC设备；另外，上述的伺服电主轴还与在线补偿处理模块通信连接，传感设备还与所述刀柄/刀具连接，以使得伺服电主轴驱动刀柄/刀具对待加工工件进行诸如钻/铣削等加工操作，而在线补偿处理模块则通过伺服电主轴实时调整刀柄/刀具进行的诸如钻/铣削等加工操作；同时，工控机对从扫描设备获取的位置加工信息和从传感设备获取的实际切削参数信息进行分析处理后，输出刀具位置补偿量和刀具姿态补偿量至机器人，并通过PMC/PLC设备输出钻削速度和切削力至伺服电主轴，以对待加工工件进行的钻/铣削操作进行修正。
优选的，上述的自动钻铣系统还包括分别与机器人、工控机和PMC/PLC设备连接的机器人控制器，即上述的PMC/PLC设备可根据从工控机接收的补偿加工位置信息并通过机器人控制器来控制机器人对诸如钻/铣削等加工操作的位置进行修正。
图2是本申请实施例中自动钻铣系统的工作流程示意图；如图2所示，首先，将待加工工件(如铝制结构件等)固定在加工台上后，可利用机器人上机械连接的伺服电主轴驱动与该伺服电主轴机械连接的刀柄/刀具对待加工工件进行诸如钻削等加工操作；而分别与伺服电主轴和刀柄/刀具均机械连接的力传感器和旋转编码器等传感设备则将进行上述的加工操作的实际切削参数(如切削力、切削速度、进给量等参数)实时反馈至工控机(IPC)。
同时，设置在待加工工件上方的诸如白光扫描仪/3D相机等扫描设备则获取当前待加工工件的诸如图形信息(包括加工位置信息)等图像并传送至上述的工控机。
其次，工控机则根据接收的上述图像等数据生成诸如刀具位置补偿量、刀具姿态补偿量等补充信息至机器人控制器，以使得该机器人控制器能控制机器人对刀柄/刀具等钻铣工具进行在线位置补偿；而工控机和PMC/PLC设备则根据接收的实际切削参数等数据输出诸如钻削速度、钻削力等补偿信息至伺服电主轴，以调整刀柄/刀具等钻铣工具的诸如钻/铣削等加工动作，而PMC/PLC设备还输出诸如进给量至机器人控制器，以控制刀柄/刀具等钻铣工具进行诸如钻/铣削等加工动作的进给量等。
实施例二
本申请还提供了一种钻铣生产线，包括：
上料子生成线、至少一个钻铣子生成线和去毛刺加工子生成线，且钻铣子生成线上述实施例一中的自动钻铣系统；
具体的，上料子生成线将待加工工件固定至加工台上后，钻铣子生成线对固定在加工台上的待加工工件进行钻/铣削操作，去毛刺加工子生成线去除对经钻铣子系统进行钻/铣削操作后的待加工工件进行去毛刺操作。
实施例三
图3是本申请实施例中自动钻铣方法中机器人位置/姿态在线补偿的流程示意图；图4是本申请实施例中自动钻铣方法中切削参数实时调整的流程示意图；如图1～4所示，本申请还提供了一种自动钻铣方法，可基于上述实施例一和/实施例二的基础上，包括：
将待加工工件固定至加工台上；
利用机器人驱动钻铣模块对待加工工件进行钻/铣削操作；
扫描检测模块获取钻/铣削操作的加工位置信息和实际切削参数信息；
在线补偿处理模块根据加工位置信息和实际切削参数信息对钻/铣削操作进行修正。
优选的，在线补偿处理模块对钻/铣削操作进行修正包括对机器人位置/姿态在线补偿和/或对切削参数实时调整。
优选的，对机器人位置/姿态在线补偿的步骤包括对批量待加工工件在线位置/姿态在线补偿和对同批待加工工件的加工位置校正；方法中：
将待加工工件固定在加工台上后，若该待加工工件为新一批的工件，则进行对批量待加工工件在线位置/姿态在线补偿；否则，进行对同批待加工工件的加工位置校正；
其中，对待加工工件进行钻/铣削操作的过程中，同时进行对切削参数实时调整。
优选的，扫描检测模块包括白光扫描仪/3D相机，对批量待加工工件在线位置/姿态在线补偿包括：
利用白光扫描仪/3D相机获取待加工工件上至少三个基准孔的孔位信息，以获取钻/铣削操作的实际加工位置信息；
判断实际加工位置信息是否在误差允许范围内，
若不在误差允许范围内，则进行报警；
否则，则基于至少三个基准孔的实际加工位置信息建立新的坐标系，并基于新的坐标系对后续进行的钻/铣削操作进行校准。
优选的，上述的自动钻铣方法中对同批待加工工件的加工位置校正包括：
获取钻/铣削操作已经加工完成孔的位置信息偏差，以生成包括各孔补偿位置信息的补偿表A；
获取上一批待加工工件上已经加工完成孔的位置信息偏差，以生成包括上一批待加工工件上各孔补偿位置信息的补偿表B；
获取当前批待加工工件上已经加工完成孔的位置信息偏差，以生成包括当前批待加工工件上各孔补偿位置信息的补偿表C；
基于补偿表A、补偿表B和补偿表C，获取并根据后续各孔的位置补偿信息对当前待加工工件进行位置补偿及钻/铣削操作。
优选的，上述的自动钻铣方法中对同批待加工工件的加工位置校正时：
基于补偿表A、补偿表B和补偿表C，并利用公式获取后续各孔的位置补偿信息，且设当前待加工工件所需加工的孔位置信息理论值为Pn,0(xn,0,yn,0,zn,0)，补偿表A对应的补偿值为ΔPn,A(Δxn,A,Δyn,A,Δzn,A)，补偿表B对应的补偿值为ΔPn,B(Δxn,B,Δyn,B,Δzn,B)，补偿表C对应的补偿值为ΔPn,C(Δxn,C,Δyn,C,Δzn,C)；
其中，公式为：
Pn,1＝Pn,0+λAΔPn,A+λBΔPn,B+λCΔPn,C；
λA、λB和λC均为常数，Pn,1为当前待加工工件上的第n孔，且n为整数。
例如，当对第一批的第一个待加工工件进行加工时，可设λA＝1，λB＝λC＝0；当对第一批的其他待加工工件进行加工时，可设λA＝λB＝λC＝0.5；当对其他批次的待加工工件进行加工时，可设λA＝0.1，λA＝0.3，λA＝0.6。
优选的，扫描检测模块包括安装在伺服主轴上的力传感器和旋转编码器，对切削参数实时调整包括：
对待加工工件进行钻/铣削操作时，通过利用力传感器实时反馈当前钻/铣削操作的切削力，并利用旋转编码器实时获取当前钻/铣削操作的钻削速度；
在线补偿处理模块根据接收的切削力和钻削速度计算并输出进给量；
实时判定切削力和/或钻削速度和/或进给量是否超出预设值，若超出，则调整钻铣模块的实际切削参数后继续加工。
具体的，可基于上述实施例一的基础上，本实施例中自动钻铣方法可包括机器人位置/姿态在线补偿和切削参数实时调整等步骤。
进一步的，如图3所示，上述的机器人位置/姿态在线补偿的步骤可以细分为批量工件在线位置/姿态在线补偿和同批工件的孔位校正，即：
步骤S1，当待加工工件到位并锁定后(即固定在加工台后)，若本工件是新一批的工件，则进行批量工件在线位置/姿态在线补偿，否则仅进行同批工件的孔位校正，并在钻削过程中进行切削参数实时调整。
步骤S2，进行批量工件在线位置/姿态在线补偿时，可利用白光扫描仪/3D相机等设备扫描基准孔，以获取孔位信息，若基准孔实际位置超出钻削允许的误差值，则报警，即表明待加工工件有问题或者装配有问题；否则，则根据三个基准孔的孔位生成新的用户坐标系作为加工程序新的用户坐标系，然后，钻削至少3个以上孔(所在平面与基准平面平行)用于校核新的用户坐标系，并通过扫描并校核孔的误差值，若合格则取新的用户坐标系作为以后工件加工的用户坐标系，若不合格则报警。
步骤S3，进行同批工件的孔位校正时，可在系统测试稳定生产后，统计各孔的位置信息偏差生成各孔位置信息的补偿表A；根据上一批完工工件的检测获得位置偏差结果生成孔位置信息的补偿表B；若当前工件进行加工时，将两张补偿表所获得的补偿值以一定的系数关系累加获得各个孔的位置补偿值，然后进行补偿并钻削加工；当前工件加工结束后，通过白光扫描/3D相机扫描在线检测获得所有孔的位置信息偏差值，生成补偿表C，作为第三张补偿表对孔位置进行补偿，提高孔的加工精度。
例如，可设当前工件所需加工的孔位置信息理论值为Pn,0(xn,0,yn,0,zn,0)，三张补偿表对应的补偿值分别为ΔPn,A(Δxn,A,Δyn,A,Δzn,A)，ΔPn,B(Δxn,B,Δyn,B,Δzn,B)和ΔPn,C(Δxn,C,Δyn,C,Δzn,C)，则
Pn,1＝Pn,0+λAΔPn,A+λBΔPn,B+λCΔPn,C
进一步的，如图4所示，在进行机器人位置/姿态在线补偿的同时，亦可对切削参数进行实时的调整，具体的：
首先，于工件到位并锁定后，开始钻削操作；
其次，在钻削过程开始后，通过安装在伺服主轴上的力传感器实时反馈当前钻削的钻削力，及旋转编码器实时反馈钻削速度，并计算后得到进给量；
之后，实时判定切削力或主轴转速是否超出允许值，若超出，则调整相应参数后继续加工，否则，按当前参数继续加工；其中，切削参数的调整原则可设为：若切削力大于设定值，则将伺服主轴转速降低10％，若切削力小于等于设定值则将伺服主轴钻速提高10％；若主轴转速超出允许值，则根据切削力大小计算主轴转速值，并取转速允许值和计算值的最小值作为新的主轴转速。
最后，将最终的切削力和伺服转速存为切削力/伺服钻速表，作为下一待加工工件的参照允许值。
需要说明的是，本申请的实施例一至三之间可相互依存，即三个实施例之间可互相配合实施，故每个实施例中提到的相关技术细节均在其余实施例中均依然有效，而为了减少重复，不再赘述的部分，不应，理解为对实施例中技术方案的限制。
下面，为了更加具体的体现本申请记载的自动钻铣系统及方法、钻铣生产线的优选性，可选用多个测试待加工的铝制结构件，需要对其外侧加工17个孔、内侧加工16个孔及正面开设45孔(包括2个腰型孔和4个螺纹深孔)，多次试验后获知，(仅以位置信息为(2805，-745，1161)的测试孔为例，且允许加工误差±0.05mm)，分别采用传统的钻削系统及方法与本申请实施例中的钻铣系统及方法对三批共45个工件测试待加工的铝制结构件进行钻削加工，可获得如图5～7所示数据图，比较图5～7可知：
1)本申请实施例中的钻铣系统及方法获得孔的位置误差更小，且均在允许加工误差内，而传统的钻铣系统及方法获得的孔的误差都比较大，且有很多超出误差允许的值；
2)相较于传统的钻铣系统及方法，本申请实施例中的钻铣系统及方法获得的孔均为合格孔，而传统钻铣系统及方法获得的孔则出现了较多的不合格孔；
3)本申请实施例中的钻铣系统及方法获得的孔误差集中，而传统钻铣系统及方法获得的孔则误差凌乱；
4)本申请实施例中的钻铣系统及方法获得的孔不受工件批次影响，而传统钻铣系统及方法获得的孔则影响明显。
综上所述，本申请记载的自动钻铣系统及方法、钻铣生产线，均可应用于诸如铣削加工中心和/或机器人自动钻铣系统对诸如铝制待加工工件的加工过程中，即通过利用诸如3D扫描等侦测技术实现对机器人轨迹的在线侦测和补偿，进而实现对待加工工件的精准加工。
本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (20)

1.一种自动钻铣系统，其特征在于，应用于对固定在加工台上的待加工工件进行钻/铣削操作，所述系统包括：
机器人，设置于临近所述加工台的位置处；
钻铣模块，与所述机器人连接；
扫描检测模块，设置于临近所述加工台的位置处；
在线补偿处理模块，分别与所述机器人和所述扫描检测模块通信连接；
其中，所述机器人作为对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作的定位主体和/或进给主体，以驱使所述钻铣模块对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作；并且
所述扫描检测模块获取并发送所述钻铣模块对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作时的加工位置信息至所述在线补偿处理模块，所述在线补偿处理模块接收并根据所述加工位置信息实时调整所述机器人的定位和/或进给参数，以修正所述钻铣模块对所述待加工工件进行的所述钻/铣削操作。
2.如权利要求1所述的自动钻铣系统，其特征在于，所述系统中：
所述钻铣模块还分别与所述扫描监测模块和所述在线补偿处理模块连接；
其中，所述扫描检测模块获取并发送所述钻铣模块对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作时实际切削参数信息至所述在线补偿处理模块，所述在线补偿处理模块接收并根据所述实际切削参数信息实时调整所述钻铣模块的切削参数，以修正所述钻铣模块对所述待加工工件进行的所述钻/铣削操作。
3.如权利要求2所述的自动钻铣系统，其特征在于，所述系统中所述扫描检测模块包括：
扫描设备，设置于所述加工台的上方，并与所述在线补偿处理模块连接，以获取并发送固定在所述加工台上的待加工工件进行所述钻/铣削操作时的所述加工位置信息至所述在线补偿处理模块；以及
传感设备，设置于所述钻铣模块上，并与所述在线补偿处理模块连接，以获取并发送所述钻铣模块进行所述钻/铣削操作时的所述实际切削参数信息至所述在线补偿处理模块；
其中，所述在线补偿处理模块对接收的所述加工位置信息和所述实际切削参数信息进行分析处理后，输出补偿信息至所述机器人和所述钻铣模块，以对所述待加工工件进行的所述钻/铣削操作进行修正。
4.如权利要求3所述的自动钻铣系统，其特征在于，所述扫描设备包括：
白光扫描仪或3D相机，以获取并发送固定在所述加工台上的待加工工件进行所述钻/铣削操作时的加工图像数据至所述在线补偿处理模块；
其中，所述加工图像数据包含有进行所述钻/铣削操作的位置处的位置信息，所述在线补偿处理模块根据所述加工图像数据获取所述加工位置信息。
5.如权利要求3所述的自动钻铣系统，其特征在于，所述传感设备包括：
力学传感器和旋转编码器，以获取并发送所述钻铣模块进行所述钻/铣削操作时的所述实际切削参数信息至所述在线补偿处理模块。
6.如权利要求1～5中任意一项所述的自动钻铣系统，其特征在于，所述实际切削参数信息包括所述钻铣模块进行所述钻/铣削操作时的切削力、切削速度和进给量。
7.如权利要求3所述的自动钻铣系统，其特征在于，所述系统中所述钻铣模块包括：
伺服电主轴，分别与所述机器人和所述传感设备机械连接；
刀柄/刀具，与所述伺服电主轴机械连接；以及
所述伺服电主轴与所述在线补偿处理模块通信连接，所述传感设备与所述刀柄/刀具连接；
其中，所述伺服电主轴驱动所述刀柄/刀具对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作，所述在线补偿处理模块通过所述伺服电主轴实时调整所述刀柄/刀具进行的所述钻/铣削操作。
8.如权利要求7所述的自动钻铣系统，其特征在于，所述系统中所述在线补偿处理模块包括：
工控机，分别与传感设备、所述扫描设备和所述机器人通信连接；
PMC/PLC设备，分别与所述工控机、所述伺服电主轴和所述机器人通信连接；
其中，所述补偿信息包括刀具位置补偿量、刀具姿态补偿量、钻削速度和切削力；所述工控机对从所述扫描设备获取的所述位置加工信息和从所述传感设备获取的所述实际切削参数信息进行分析处理后，输出所述刀具位置补偿量和所述刀具姿态补偿量至所述机器人，并通过所述PMC/PLC设备输出所述钻削速度和所述切削力至所述伺服电主轴，以对所述待加工工件进行的所述钻/铣削操作进行修正。
9.如权利要求8所述的自动钻铣系统，其特征在于，所述系统还包括：
机器人控制器，分别与所述机器人、所述工控机和所述PMC/PLC设备连接；
其中，所述补偿信息还包括补偿加工位置信息，所述PMC/PLC设备根据从所述工控机接收的所述补偿加工位置信息并通过所述机器人控制器来控制所述机器人对所述钻/铣削操作的位置进行修正。
10.如权利要求1所述的自动钻铣系统，其特征在于，所述系统中：
所述待加工工件为铝制结构件。
11.一种钻铣生产线，其特征在于，所述生成线包括：
上料子生成线、至少一个钻铣子生成线和去毛刺加工子生成线，且所述钻铣子生成线包括如权利要求1～10中任意一项所述的自动钻铣系统；
其中，所述上料子生成线将待加工工件固定至加工台上，所述钻铣子生成线对固定在所述加工台上的待加工工件进行钻/铣削操作，所述去毛刺加工子生成线去除对经所述钻铣子系统进行钻/铣削操作后的待加工工件进行去毛刺操作。
12.一种自动钻铣方法，其特征在于，所述方法包括：
将待加工工件固定至加工台上；
利用机器人驱动钻铣模块对所述待加工工件进行钻/铣削操作；
扫描检测模块获取所述钻/铣削操作的加工位置信息和实际切削参数信息；
在线补偿处理模块根据所述加工位置信息和所述实际切削参数信息对所述钻/铣削操作进行修正。
13.如权利要求12所述的自动钻铣方法，其特征在于，所述方法中：
所述在线补偿处理模块对所述钻/铣削操作进行修正包括对机器人位置/姿态在线补偿和/或对切削参数实时调整。
14.如权利要求13所述的自动钻铣方法，其特征在于，所述对机器人位置/姿态在线补偿的步骤包括对批量待加工工件在线位置/姿态在线补偿和对同批待加工工件的加工位置校正；所述方法中：
将待加工工件固定在加工台上后，若该待加工工件为新一批的工件，则进行所述对批量待加工工件在线位置/姿态在线补偿；否则，进行所述对同批待加工工件的加工位置校正；
其中，对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作的过程中，同时进行所述对切削参数实时调整。
15.如权利要求14所述的自动钻铣方法，其特征在于，所述扫描检测模块包括白光扫描仪/3D相机，所述对批量待加工工件在线位置/姿态在线补偿包括：
利用所述白光扫描仪/3D相机获取所述待加工工件上至少三个基准孔的孔位信息，以获取所述钻/铣削操作的实际加工位置信息；
判断所述实际加工位置信息是否在误差允许范围内，
若不在所述误差允许范围内，则进行报警；
否则，则基于所述至少三个基准孔的实际加工位置信息建立新的坐标系，并基于所述新的坐标系对后续进行的所述钻/铣削操作进行校准。
16.如权利要求14所述的自动钻铣方法，其特征在于，所述对同批待加工工件的加工位置校正包括：
获取所述钻/铣削操作已经加工完成孔的位置信息偏差，以生成包括各孔补偿位置信息的补偿表A；
获取上一批待加工工件上已经加工完成孔的位置信息偏差，以生成包括上一批待加工工件上各孔补偿位置信息的补偿表B；
获取当前批待加工工件上已经加工完成孔的位置信息偏差，以生成包括当前批待加工工件上各孔补偿位置信息的补偿表C；
基于所述补偿表A、所述补偿表B和所述补偿表C，获取并根据后续各孔的位置补偿信息对当前待加工工件进行位置补偿及所述钻/铣削操作。
17.如权利要求16所述的自动钻铣方法，其特征在于，所述对同批待加工工件的加工位置校正中：
基于所述补偿表A、所述补偿表B和所述补偿表C，并利用公式获取所述后续各孔的位置补偿信息，且设当前待加工工件所需加工的孔位置信息理论值为Pn,0(xn,0,yn,0,zn,0)，所述补偿表A对应的补偿值为ΔPn,A(Δxn,A,Δyn,A,Δzn,A)，所述补偿表B对应的补偿值为ΔPn,B(Δxn,B,Δyn,B,Δzn,B)，所述补偿表C对应的补偿值为ΔPn,C(Δxn,C,Δyn,C,Δzn,C)；
其中，所述公式为：
Pn,1＝Pn,0+λAΔPn,A+λBΔPn,B+λCΔPn,C；
所述λA、所述λB和所述λC均为常数，所述Pn,1为当前待加工工件上的第n孔，且n为整数。
18.如权利要求17所述的自动钻铣方法，其特征在于，所述方法中：
当对第一批的第一个待加工工件进行加工时，λA＝1，λB＝λC＝0；
当对第一批的其他待加工工件进行加工时，λA＝λB＝λC＝0.5；
当对其他批次的待加工工件进行加工时，λA＝0.1，λA＝0.3，λA＝0.6。
19.如权利要求14所述的自动钻铣方法，其特征在于，所述扫描检测模块包括安装在伺服主轴上的力传感器和旋转编码器，所述对切削参数实时调整包括：
对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作时，通过利用所述力传感器实时反馈当前钻/铣削操作的切削力，并利用所述旋转编码器实时获取当前钻/铣削操作的钻削速度；
所述在线补偿处理模块根据接收的所述切削力和所述钻削速度计算并输出进给量；
实时判定所述切削力和/或所述钻削速度和/或所述进给量是否超出预设值，若超出，则调整所述钻铣模块的实际切削参数后继续加工。
20.如权利要求14所述的自动钻铣方法，其特征在于，所述在线补偿处理模块包括工控机和PMC/PLC设备，所述方法中：
所述工控机对从所述扫描检测模块获取的位置加工信息和实际切削参数信息进行分析处理后，输出刀具位置补偿量和刀具姿态补偿量至所述机器人，并通过所述PMC/PLC设备输出钻削速度和切削力至所述伺服电主轴，以对所述待加工工件进行的所述钻/铣削操作进行修正。
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