CN110328713A - 一种加工薄型柔性材料的机械臂系统和方法 - Google Patents

一种加工薄型柔性材料的机械臂系统和方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种加工薄型柔性材料的机械臂系统及方法，该机械臂系统包括机械臂、加工装置、夹具、张紧框和支架，其中：机械臂设置于底座上；加工装置由三尖钻和用于带动三件钻转动的打孔电机组成；夹具设置于机械臂的末端，用于加工装置与机械臂的连接；张紧框设置于加工装置的活动范围内，用于薄型柔性材料的固定及张紧；支架与张紧框可拆卸连接，用于支撑张紧框。与现有技术相比，本发明适用于对薄型柔性材料的精准加工，不仅设计巧妙，且稳定可靠。

Description

一种加工薄型柔性材料的机械臂系统和方法
技术领域
本发明涉及薄型柔性材料加工技术领域，尤其是涉及一种加工薄型柔性材料的机械臂系统和方法。
背景技术
在工业机械手领域，机械臂需要对各种材料进行加工。加工材料的不同会导致加工精度出现不同程度的问题。当机械臂对硬材料进行加工时，能够很好的实现对材料的高精度加工。目前，现有的机械臂系统大都也是针对硬质材料的加工而设计的，将其直接用于对薄型软材料(例如金属软薄片、布料、塑料片或纸张等)进行加工时，不仅达不到所需要的精度，而且加工出来的也往往达不到我们所需要的效果。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种加工薄型柔性材料的机械臂系统和方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
本发明提供一种加工薄型柔性材料的机械臂系统，包括：
机械臂，
加工装置，由三尖钻和用于带动三件钻转动的打孔电机组成，
夹具，设置于机械臂的末端，用于加工装置与机械臂的连接，
张紧框，设置于加工装置的活动范围内，用于薄型柔性材料的固定及张紧，
支架，与张紧框可拆卸连接，用于支撑张紧框。
作为本发明优选的技术方案，所述的三尖钻包括顺次设置的柄部和工作部分，所述的柄部用于与打孔电机传动连接，所述的工作部分的末端为切削部，具有三个处于同一直线的平滑连接的切削刃，三个切削刃的端部位于同一高度。
作为本发明优选的技术方案，三个切削刃分别为用于固定薄型柔性材料的中间刀刃和对称设置于中间刀刃)两侧的两个工作刀刃。
作为本发明优选的技术方案，所述的三个切削刀刃间均设有弧角。
作为本发明优选的技术方案，所述的中间刀刃呈锥形、圆台形、圆柱形或长方体形。
作为本发明进一步优选的技术方案，所述的中间刀刃呈锥形，锥度为5:1。
作为本发明优选的技术方案，两个工作刀刃的外侧面与工作部分的外侧面齐平。
作为本发明优选的技术方案，两个工作刀刃的端部呈尖锐状。
作为本发明优选的技术方案，所述的夹具为哈夫式夹具，与打孔电机可拆卸连接。
作为本发明优选的技术方案，所述的张紧框包括：
矩形外框，
压紧机构，由分别位于矩形外框两个相对边内侧的两个压紧板组成，用于夹紧薄型柔性材料的两个相对的边，
张紧机构，由设置于与压紧板对应的矩形外框上并作用于压紧板的两个张紧螺栓组构成，用于带动压紧板运动，将薄型柔性材料张紧。
作为本发明优选的技术方案，所述的矩形外框由四个呈矩形排列的型材通过连接螺栓连接形成。
作为本发明优选的技术方案，所述的压紧板包括相对设置的压紧上板和压紧下板，且张紧螺栓组作用于压紧下板上，所述的压紧下板上设有多个螺孔，压紧上板上设有与各螺孔对应的通孔，螺孔和通孔中穿设有压紧螺栓。
作为本发明优选的技术方案，矩形外框的另外两个边的内侧设有导轨，用于承载压紧下板并引导压紧下板运动。
作为本发明优选的技术方案，所述的导轨上设有聚四氟乙烯润滑层。
作为本发明优选的技术方案，所述的张紧螺栓组包括一个张紧螺栓和两个导杆，所述的张紧螺栓的头端穿过矩形外框的边并与压紧下板可转动连接，两个导杆的头端穿过矩形外框的边并固定在压紧下板上。
作为本发明优选的技术方案，两个导杆对称设置于张紧螺栓的两侧。
作为本发明优选的技术方案，所述的矩形外框水平布置。
作为本发明优选的技术方案，所述的支架包括：
支架本体，顶部具有用于承载张紧框的水平置物平台，
多个外框夹具，设置于水平置物平台上，各外框夹具均由竖直连接于水平置物平台上的夹板螺栓和套设于夹板螺栓上的夹板组成。
本发明还提供一种加工薄型柔性材料的方法，采用所述的机械臂系统，包括以下步骤：
S1：用张紧框将薄型柔性材料固定并张紧；
S2：机械臂带动加工装置调整水平位置，并使三尖钻相对于张紧的薄型柔性材料表面垂直；
S3：当三尖钻运动到预设坐标时，打孔电机带动三尖钻高速旋转；
S4：当三尖钻将要接触到薄型柔性材料时，降低给进速度，并在三尖钻对薄型柔性材料加工时，进一步降低给进速度；
S5：完成加工后，机械臂带动三尖钻复位，完成薄型柔性材料的加工。
作为本发明优选的技术方案，通过设置电机侧角度传感器和三尖钻侧角度传感器获取机械臂和三尖钻的角度，用于调整三尖钻垂直于张紧的薄型柔性材料表面；通过设置工业相机获取三尖钻与薄型柔性材料的相对位置。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明设计一种通用的张紧框，可以对各种薄型柔性材料进行固定和张紧，而且模块化的设计，可以采用不同规格的板材和型材，达到适配不同尺寸薄型柔性材料的目的，提升了该系统的通用性。
(2)本发明的三尖钻针对薄型柔性材料的特性而设计，三尖钻的钻头为处在水平线上的三个三个切削刃，对薄型柔性材料加工时，它们同时接触材料，其中外侧的两个切削刃对材料进行加工，中间的切削刃固定薄型柔性材料，能够达到极好的加工效果，提升加工精度。
(3)整个系统操作方便、适用性广且调整灵活。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明三尖钻的结构示意图；
图3为本发明张紧框的结构示意图。
图中，1为机械臂，2为夹具，3为打孔电机，4为三尖钻，41为柄部，42为工作部分，421为中间刀刃，422为工作刀刃，423为弧角，5为张紧框，51为矩形外框，511为型材，512为链接螺栓，5111为导轨，52为压紧板，521为压紧上板，522为压紧下板，523为压紧螺栓，53为张紧螺栓组，531为张紧螺栓，532为导杆，6为支架，61为支架本体，62为水平置物平台，63为夹板螺栓，64为夹板，7为底座，8为薄型柔性材料。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种加工薄型柔性材料的机械臂系统，如图1～3所示，包括机械臂1、加工装置、夹具2、张紧框5和支架6，其中：机械臂1设置于底座7上；加工装置由三尖钻4和用于带动三件钻4转动的打孔电机3组成；夹具2设置于机械臂1的末端，用于加工装置与机械臂1的连接；张紧框5设置于加工装置的活动范围内，用于薄型柔性材料8的固定及张紧；支架6与张紧框5可拆卸连接，用于支撑张紧框5。
如图2所示，本实施例中，三尖钻4包括顺次设置的柄部41和工作部分42，柄部41为直柄，用于与打孔电机3传动连接，用来传递扭矩和轴向力，工作部分42的末端为切削部，具有三个处于同一直线的平滑连接的切削刃，三个切削刃的端部位于同一高度。
更具体地，本实施例中的三个切削刃分别为用于固定薄型柔性材料8的中间刀刃421和对称设置于中间刀刃421两侧的两个工作刀刃422，对薄型柔性材料加工时，它们同时接触材料(如果中间刀刃先接触材料，会使材料围绕接触点下凹，产生变形，从而降低加工精度)，其中外侧的两个切削刃对材料进行加工，中间的切削刃固定薄型柔性材料(防止柔性材料在两个工作刀刃422的转动切削下，发生起皱或局部移位产生撕裂)，能够达到极好的加工效果，提升加工精度，经过对金属软薄片、布料、塑料片及纸张等进行试验，基本上杜绝了起皱或撕裂，效果远远好于普通钻头。本实施例中三个切削刀刃间均设有弧角423，以提升刀具的刚性。中间刀刃422可以是锥形、圆台形、圆柱形或长方体形。本实施例中优选中间刀刃422呈锥形，且锥度为5:1，该锥度比下，能够起到更好的固定作用。进一步地，本实施例中，两个工作刀刃422的外侧面与工作部分42的外侧面齐平。且两个工作刀刃422的端部呈尖锐状，由于加工的是薄型柔性材料，因此，这样做，并不会明显降低其使用寿命。
本实施例中的夹具2为哈夫式夹具，与打孔电机3可拆卸连接，通过对打孔电机3进行抱合，来固定打孔电机3，该夹具结构简单，拆卸方便，稳定性好。
如图3所示，本实施例中的张紧框5包括矩形外框51、压紧机构和张紧机构，其中：压紧机构由分别位于矩形外框51两个相对边内侧的两个压紧板52组成，用于夹紧薄型柔性材料8的两个相对的边；张紧机构由设置于与压紧板52对应的矩形外框51上并作用于压紧板52的两个张紧螺栓组53构成，用于带动压紧板52运动，将薄型柔性材料8张紧。
更具体地，矩形外框51水平布置，矩形外框51由四个呈矩形排列的型材511通过连接螺栓512连接形成。通过采用型材511，可以方便地根据待加工材料的尺寸组装成与之相匹配的矩形外框51。本实施例中的压紧板52包括相对设置的压紧上板521和压紧下板522，且张紧螺栓组53作用于压紧下板522上，压紧下板522上设有多个螺孔，压紧上板521上设有与各螺孔对应的通孔，螺孔和通孔中穿设有压紧螺栓523。一般地，每个压紧板52上沿长度设置两个压紧螺栓523即可(压紧螺栓越多，压紧效果越好，同时会造成使用起来也越麻烦)，但是，根据加工的材料的不同以及对精度的不同要求，可以在压紧上板521和压紧下板522上多设置一些预留的螺孔和通孔，根据情况选用合适数量的压紧螺栓523。进一步地，本实施例中可以在矩形外框51的另外两个边的内侧设有导轨5111，用于承载压紧下板522并引导压紧下板522运动。导轨5111上设有聚四氟乙烯润滑层(类似不粘锅涂层那样很薄的一层即可，太厚可能会对加工精度产生不利影响)。该导轨5111及聚四氟乙烯润滑层的存在，则有利于提升材料张紧过程中的顺滑性，并增强薄型柔性材料定位的精确性，进而提升加工精度。本实施例中，张紧螺栓组53包括一个张紧螺栓531和两个导杆532，张紧螺栓531的头端穿过矩形外框51的边并与压紧下板522可转动连接，两个导杆532的头端穿过矩形外框51的边并固定在压紧下板522上，使用时，只需要转动张紧螺栓即可，使用方便。两个导杆532对称设置于张紧螺栓531的两侧。本实施例中的矩形外框上还可设置与压紧板相对应的刻度。对薄型柔性材料张紧时，把薄型柔性材料放置在张紧框内，用压紧板压紧。按照需要的张力，把压紧板移动到外框相对应的刻度上，直至达到所需要的效果。
本实施例中的支架6包括支架本体61和多个外框夹具，其中：支架本体61顶部具有用于承载张紧框5的水平置物平台62；多个外框夹具设置于水平置物平台62上，各外框夹具均由竖直连接于水平置物平台上的夹板螺栓63和套设于夹板螺栓63上的夹板64组成。
采用上述机械臂系统的加工薄型柔性材料的方法，包括以下步骤：
S1：用张紧框5将薄型柔性材料固定并张紧；
S2：机械臂1带动加工装置调整水平位置，并使三尖钻4相对于张紧的薄型柔性材料8表面垂直；
S3：当三尖钻4运动到预设坐标时，打孔电机3带动三尖钻4高速旋转；
S4：当三尖钻4将要接触到薄型柔性材料8时，降低给进速度，并在三尖钻4对薄型柔性材料8加工时，进一步降低给进速度；
S5：完成加工后，机械臂1带动三尖钻4复位，完成薄型柔性材料8的加工。
本实施例中，通过设置电机侧角度传感器和三尖钻侧角度传感器(图中未示出)获取机械臂1和三尖钻4的角度，用于调整三尖钻4垂直于张紧的薄型柔性材料8表面；通过设置工业相机获取三尖钻4与薄型柔性材料8的相对位置(图中未示出工业相机，实际中可以根据需要设置，只要能够获取相应位置的图像即可)。
上述对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种加工薄型柔性材料的机械臂系统，其特征在于，包括：
机械臂(1)，
加工装置，由三尖钻(4)和用于带动三件钻(4)转动的打孔电机(3)组成，
夹具(2)，设置于机械臂(1)的末端，用于加工装置与机械臂(1)的连接，
张紧框(5)，设置于加工装置的活动范围内，用于薄型柔性材料(8)的固定及张紧，
支架(6)，与张紧框(5)可拆卸连接，用于支撑张紧框(5)。
2.根据权利要求1所述的一种加工薄型柔性材料的机械臂系统，其特征在于，所述的三尖钻(4)包括顺次设置的柄部(41)和工作部分(42)，所述的柄部(41)用于与打孔电机(3)传动连接，所述的工作部分(42)的末端为切削部，具有三个处于同一直线的平滑连接的切削刃，三个切削刃的端部位于同一高度。
3.根据权利要求2所述的一种加工薄型柔性材料的机械臂系统，其特征在于，三个切削刃分别为用于固定薄型柔性材料(8)的中间刀刃(421)和对称设置于中间刀刃((421))两侧的两个工作刀刃(422)。
4.根据权利要求3所述的一种加工薄型柔性材料的机械臂系统，其特征在于，所述的中间刀刃(422)呈锥形，锥度为5:1。
5.根据权利要求1所述的一种加工薄型柔性材料的机械臂系统，其特征在于，所述的张紧框(5)包括：
矩形外框(51)，
压紧机构，由分别位于矩形外框(51)两个相对边内侧的两个压紧板(52)组成，用于夹紧薄型柔性材料(8)的两个相对的边，
张紧机构，由设置于与压紧板(52)对应的矩形外框(51)上并作用于压紧板(52)的两个张紧螺栓组(53)构成，用于带动压紧板(52)运动，将薄型柔性材料(8)张紧。
6.根据权利要求5所述的一种加工薄型柔性材料的机械臂系统，其特征在于，所述的压紧板(52)包括相对设置的压紧上板(521)和压紧下板(522)，且张紧螺栓组(53)作用于压紧下板(522)上，所述的压紧下板(522)上设有多个螺孔，压紧上板(521)上设有与各螺孔对应的通孔，螺孔和通孔中穿设有压紧螺栓(523)。
7.根据权利要求6所述的一种加工薄型柔性材料的机械臂系统，其特征在于，所述的张紧螺栓组(53)包括一个张紧螺栓(531)和两个导杆(532)，所述的张紧螺栓(531)的头端穿过矩形外框(51)的边并与压紧下板(522)可转动连接，两个导杆(532)的头端穿过矩形外框(51)的边并固定在压紧下板(522)上。
8.根据权利要求1所述的一种加工薄型柔性材料的机械臂系统，其特征在于，所述的支架(6)包括：
支架本体(61)，顶部具有用于承载张紧框(5)的水平置物平台(62)，
多个外框夹具，设置于水平置物平台(62)上，各外框夹具均由竖直连接于水平置物平台上的夹板螺栓(63)和套设于夹板螺栓(63)上的夹板(64)组成。
9.一种加工薄型柔性材料的方法，其特征在于，采用如权利要求1～8任一所述的机械臂系统，包括以下步骤：
S1：用张紧框将薄型柔性材料固定并张紧；
S2：机械臂带动加工装置调整水平位置，并使三尖钻相对于张紧的薄型柔性材料表面垂直；
S3：当三尖钻运动到预设坐标时，打孔电机带动三尖钻高速旋转；
S4：当三尖钻将要接触到薄型柔性材料时，降低给进速度，并在三尖钻对薄型柔性材料加工时，进一步降低给进速度；
S5：完成加工后，机械臂带动三尖钻复位，完成薄型柔性材料的加工。
10.根据权利要求9所述的一种加工薄型柔性材料的方法，其特征在于，通过设置电机侧角度传感器和三尖钻侧角度传感器获取机械臂(1)和三尖钻(4)的角度，用于调整三尖钻(4)垂直于张紧的薄型柔性材料(8)表面；通过设置工业相机获取三尖钻(4)与薄型柔性材料(8)的相对位置。
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