CN110421578A - 一种接触检测式伺服电主轴钻孔手爪及其钻孔加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种接触检测式伺服电主轴钻孔手爪及及其钻孔加工方法，涉及机器人钻孔领域。包括：伺服电主轴手爪，设置于所述钻孔机器人的执行末端，用于对待加工工件进行钻孔加工；接触式检测机构，固定于所述伺服电主轴手爪的一侧，用于精确检测所述待加工工件的实际高度，所述伺服电主轴手爪根据所述实际高度对所述待加工工件进行钻孔加工，润滑部件，固定于所述伺服电主轴手爪的背离所述接触式检测机构的一侧，用于在所述钻孔加工的过程中进行润滑处理。具有以下有益效果：该接触检测式伺服电主轴钻孔手爪，结构简单、样式紧凑，避免了刀具和待加工工件对接触式检测机构的干扰，测量精度高。

Description

一种接触检测式伺服电主轴钻孔手爪及其钻孔加工方法

技术领域

本发明涉及机器人钻孔领域，尤其涉及一种接触检测式伺服电主轴钻孔手爪及其钻孔加工方法。

背景技术

在汽车零部件制造加工行业中，机器人钻孔技术应用越来越广泛，同时汽车零部件钻孔生产线的各种技术也趋向成熟。典型的汽车零部件钻孔加工生产线一般包含机器人、电主轴手爪、刀库、夹具工装固定装置、安全防护系统及电控系统等。机器人钻孔加工的一般流程为：人工或机器人将待加工工件放置于夹具工装上并固定；通过各式传感器检测工件实际高度，机器人根据程序数据并通过电主轴手爪对待加工工件进行钻孔加工；加工好后，机器人携电主轴手爪至刀库检测断刀情况，并更换不同孔位加工刀具；反复操作，直至待加工工件钻孔完毕；人工或机器人将加工好的工件下料，完成整个钻孔加工工序。

一般汽车零部件钻孔生产线中，工件的钻孔位置高度靠本身工艺控制，或者根据特定工件设计安装特定的高度检测机构进行检测，这样导致加工不同工件高度检测机构需要反复设计更改，工作量大；另一种常用手段是在电主轴钻孔手爪上装有激光式距离传感器检测机构，通过机器人运动到固定点位，并通过激光传感器检测工件的实际加工面高度，机器人补偿实际与理论的高度差，实现精准钻孔加工，但该方式由于钻孔加工时油雾及冷却液等影响，影响实际检测工作，加之本身精度的影响，实际检测效果会大打折扣。

因此，发明一种高精度接触检测式伺服电主轴钻孔手爪，可以同时实现伺服电主轴的钻孔加工、换刀具操作和接触式传感器的检测工作。在钻孔加工及刀库换刀具时，接触式传感器缩回，避免钻孔加工时和工件干涉，换刀具时和其它刀具设备干涉；在工件实际高度检测时，高精度接触式传感器定位伸出，伸出长度大于刀柄及刀具长度，避免检测时刀具和工件相互干涉，并通过高精度接触式传感器检测工件的实际加工高度。这种高精度接触式伺服电主轴钻孔手爪结构简单、样式紧凑，检测及加工精度更高、更可靠，成本相对更低。

发明内容

本发明为了解决上述问题，一种接触检测式伺服电主轴钻孔手爪，应用于钻孔机器人，包括：

伺服电主轴手爪，设置于所述钻孔机器人的执行末端，用于对待加工工件进行钻孔加工，所述伺服电主轴手爪包括：

伺服电主轴，于所述伺服电主轴一侧设置有一抱箍底座；

电主轴抱箍，设置于所述抱箍底座上，所述电主轴抱箍围合所述伺服电主轴于所述抱箍底座，且所述电主轴抱箍上设有一安装板；

刀具，设置于一刀柄上，所述刀柄设置于所述伺服电主轴底部；

接触式检测机构，固定于所述伺服电主轴手爪的一侧，用于精确检测所述待加工工件的实际高度，所述伺服电主轴手爪根据所述实际高度对所述待加工工件进行钻孔加工，所述接触式检测机构包括：

气缸，一端设置于一第一固定板上，另一端设置于一第二固定板上，所述第一固定板和所述第二固定板分别固定于所述安装板上；

轴承，设置于所述第二固定板上，于所述轴承内贯穿一导向轴，且所述导向轴一端连接一第三固定板，另一端连接一第四固定板；

接触式传感器，设置于所述第四固定板上；

润滑部件，固定于所述伺服电主轴手爪的背离所述接触式检测机构的一侧，用于在所述钻孔加工的过程中进行润滑处理，所述润滑部件包括：

接头，设置于所述电主轴抱箍上；

软管，所述软管通过一磁座与所述接头连接；

所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪对所述待加工工件进行所述实际高度的检测时，控制所述接触式检测机构处于伸出状态，且所述接触式传感器的头部高度低于所述刀具的头部高度，以及

所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪对所述待加工工件进行所述钻孔加工时，控制所述接触式检测机构处于收缩状态，且所述接触式传感器的头部高度高于所述伺服电主轴的底部高度。

优选的，还包括一缓冲限位装置，所述缓冲限位装置包括：

限位挡板，垂直设置于所述安装板上，于所述限位挡板上设有一调节螺栓；

液压缓冲器，设置于所述第三固定板，用于在所述接触式检测机构伸出过程中通过所述液压缓冲器碰撞所述调节螺栓以保护接触式检测机构；

限位螺栓，设置于所述第三固定板上，用于在所述接触式检测机构处于所述伸出状态时配合所述限位挡板对所述接触式检测机构进行限位，以使得所述接触式传感器的头部高度低于所述刀具的头部高度。

优选的，还包括一浮动接头，设置于所述导向轴与所述第四固定板之间，用于消除所述导向轴与所述第四固定板之间的位移误差。

优选的，还包括一调速阀，分别设置于所述于所述气缸两端，用于调整所述气缸的运动速度。

优选的，还包括一线缆扎线板，设置于所述第四固定板上，用于捆扎所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪上的线路。

优选的，还包括若干定位环，设置于所述抱箍底座上，用于将所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪安装在所述钻孔机器人上。

一种接触检测式伺服电主轴钻孔手爪的钻孔加工方法，应用于接触检测式伺服电主轴钻孔手爪，

预先将所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪固定于一钻孔机器人的执行末端，则所述钻孔加工方法包括以下步骤：

步骤S1，所述钻孔机器人驱动所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪将所述接触式传感器伸出至所述接触式传感器的头部高度低于所述刀具的头部高度，以对所述待加工工件的高度进行测量，得到所述待加工工件的实际高度；

步骤S2，所述钻孔机器人驱动所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪将所述接触式传感器收缩至所述接触式传感器的头部高度高于所述伺服电主轴的底部高度，并根据所述实际高度对所述待加工工件进行钻孔加工。

优选的，预先设置一刀库，所述刀库内设置有若干刀具，

则所述步骤S2具体包括：

步骤S21，所述钻孔机器人驱动所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪对所述待加工工件进行钻孔加工作业；

步骤S22，所述钻孔机器人在所述钻孔加工作业完成后，检测所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪是否完成所有钻孔加工作业：

若是，则退出；

若否，则转向步骤S23；

步骤S23，所述钻孔机器人根据钻孔的需求驱动所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪移动至所述刀库更换所述刀具，随后返回所述步骤S21。

优选的，所述步骤S23具体包括：

步骤S231，所述钻孔机器人对所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪当前夹持的所述刀具进行检测，并判断检测结果是否符合预设合格标准，

若是，则输出相应的第一判断结果，随后转向步骤S232；

若否，则输出相应的第二判断结果，随后转向步骤S233；

步骤S232，所述钻孔机器人根据所述第一判断结果生成相应的报警信息，操作人员根据所述报警信息于所述刀库中手动更换所述刀具；

步骤S233，所述钻孔机器人根据第二判断结果控制所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪于所述刀库中自动更换所述刀具。

优选的，所述步骤S2还包括于所述钻孔加工的过程中进行润滑处理。

具有以下有益效果：

该接触检测式伺服电主轴钻孔手爪，结构简单、样式紧凑，避免了刀具或待加工工件对接触式传感器的干扰，测量精度高。

附图说明

图1为本发明较佳的实施例中，一种接触检测式伺服电主轴钻孔手爪结构示意图；

图2为本发明较佳的实施例中，一种接触检测式伺服电主轴钻孔手爪结构示意图；

图3为本发明较佳的实施例中，一种接触检测式伺服电主轴钻孔手爪传感器未伸出时的结构示意图；

图4为本发明较佳的实施例中，一种接触检测式伺服电主轴钻孔手爪传感器伸出时的结构示意图；

图5为本发明较佳的实施例中，图3中A区域的放大图；

图6为本发明较佳的实施例中，一种接触检测式伺服电主轴钻孔手爪钻孔加工方法的流程示意图；

图7为本发明较佳的实施例中，钻孔加工的具体流程示意图；

图8为本发明较佳的实施例中，更换刀具的具体流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明为了解决上述问题，现提出一种接触检测式伺服电主轴钻孔手爪，应用于钻孔机器人，如图1至图5所示，包括：

伺服电主轴手爪，设置于钻孔机器人的执行末端，用于对待加工工件进行钻孔加工，伺服电主轴手爪包括：

伺服电主轴1，于伺服电主轴1一侧设置有一抱箍底座2；

电主轴抱箍3，设置于抱箍底座2上，电主轴抱箍3围合伺服电主轴1于抱箍底座2，且电主轴抱箍3上设有一安装板5；

刀具9，设置于一刀柄10上，刀柄10设置于伺服电主轴1底部；

接触式检测机构，固定于伺服电主轴手爪的一侧，用于精确检测待加工工件的实际高度，伺服电主轴手爪根据实际高度对待加工工件进行钻孔加工，接触式检测机构包括：

气缸4，一端设置于一第一固定板41上，另一端设置于一第二固定板42上，第一固定板41和第二固定板42分别固定于安装板5上；

轴承6，设置于第二固定板42上，于轴承6内贯穿一导向轴7，且导向轴7一端连接一第三固定板43，另一端连接一第四固定板44；

接触式传感器8，设置于第四固定板44上；

润滑部件，固定于伺服电主轴手爪的背离接触式检测机构的一侧，用于在钻孔加工的过程中进行润滑处理，润滑部件包括：

接头15，设置于电主轴抱箍3上；

软管16，软管16通过一磁座17与接头15连接；

接触检测式伺服电主轴钻孔手爪对待加工工件进行实际高度的检测时，控制接触式检测机构处于伸出状态，且接触式传感器的头部高度低于刀具的头部高度，以及

接触检测式伺服电主轴钻孔手爪对待加工工件进行钻孔加工时，控制接触式检测机构处于收缩状态，且接触式传感器的头部高度高于伺服电主轴的底部高度。

具体地，本实施例中，如图3所示，该接触检测式伺服电主轴钻孔手爪处于钻孔加工状态，接触式传感器8处于缩回状态，此时接触式传感器8的头部位置要高于伺服电主轴1的底部位置，避免了接触式传感器8在换刀具9或加工时对接触式传感器8的干扰；如图4所示，该接触检测式伺服电主轴钻孔手爪处于检测状态，此时接触式传感器8处于伸出状态，接触式传感器8头部位置低于刀具9的头部位置，避免刀具9和待加工工件对接触式传感器8检测的干扰；通过设置润滑部件，可以对接触检测式伺服电主轴钻孔手爪钻孔作业时对刀具9，和/或待加工工件的孔位置进行润滑，实现快速并精准钻孔。

本发明较佳的实施例中，还包括一缓冲限位装置，如图2所示，缓冲限位装置包括：

限位挡板11，垂直设置于安装板5上，于限位挡板11上设有一调节螺栓12；

液压缓冲器13，设置于第三固定板43，用于在接触式检测机构伸出过程中通过液压缓冲器13碰撞调节螺栓12以保护接触式检测机构；

限位螺栓14，设置于第三固定板43上，用于在接触式检测机构处于伸出状态时配合限位挡板11对接触式检测机构进行限位，以使得接触式传感器8的头部高度低于刀具9的头部高度。

具体地，本实施例中，增加缓冲限位装置可以保护接触式检测机构和气缸4不受损坏，该接触检测式伺服电主轴钻孔手爪处于检测状态时，气缸4促使导向轴7在轴承6内从高往下移动来带动整个接触式检测机构从高往下移动，连接导向轴7的第三固定板43和安装在第三固定板43上的液压缓冲器13也跟随导向轴7向下移动，当液压缓冲器13继续往下运动到一定位置时与设置在限位挡板11上的调节螺栓12接触，并通过液压缓冲器13碰撞调节螺栓12时的缓冲作用，实现减缓接触式检测机构的运动来保护气缸4的运动和接触式检测机构本身；当接触式检测机构继续往下移动时，固定在第三固定板43上的限位螺栓14触碰限位挡板11，此时接触式检测机构停留在其所能达到的最底端，确保接触式检测机构在该位置以上移动均是安全的，限位螺栓14可以根据需要上下调整或修正高度，从而改变接触式检测机构的安全范围。

本发明较佳的实施例中，还包括一浮动接头18，设置于导向轴7与第四固定板43之间，用于消除导向轴7与第四固定板44之间的位移误差。

具体地，本实施例中，在导向轴7和第四固定板44之间设置浮动接头，从而在导向轴7和第四固定板44之间起到联轴器的作用，消除两者之间的位移误差，实现接触式传感器8的精准测量且不会损坏接触式传感器8。

本发明较佳的实施例中，还包括一调速阀45，分别设置于于气缸4两端，用于调整气缸4的运动速度。

具体地，本实施例中，在气缸4两端分别设置调速阀45，通过调速阀45来控制气缸4的运动速度。

本发明较佳的实施例中，还包括一线缆扎线板19，设置于第四固定板44上，用于捆扎接触检测式伺服电主轴钻孔手爪上的线路。

本发明较佳的实施例中，还包括若干定位环21，设置于抱箍底座2上，用于将接触检测式伺服电主轴钻孔手爪安装在钻孔机器人上。

具体地，本实施例中，在抱箍底座2上设置定位环21，通过将定位环21将接触检测式伺服电主轴钻孔手爪安装在机器人，增加牢固程度。

一种接触检测式伺服电主轴钻孔手爪的钻孔加工方法，如图6所示，应用于接触检测式伺服电主轴钻孔手爪，

预先将接触检测式伺服电主轴钻孔手爪固定于一钻孔机器人的执行末端，则钻孔加工方法包括以下步骤：

步骤S1，钻孔机器人驱动接触检测式伺服电主轴钻孔手爪将接触式传感器伸出至接触式传感器的头部高度低于刀具的头部高度，以对待加工工件的高度进行测量，得到待加工工件的实际高度；

步骤S2，钻孔机器人驱动接触检测式伺服电主轴钻孔手爪将接触式传感器收缩至接触式传感器的头部高度高于伺服电主轴的底部高度，并根据实际高度对待加工工件进行钻孔加工。

具体地，本实施例中，从安全的角度考虑，将整个钻孔机器人安装在一安全防护房内，操作人员打开安全防护房的前端卷帘门将待加工工件放置于工件夹具上并固定，然后再关闭前端卷帘门；该钻孔机器人控制接触式检测机构伸出接触式检测机构对待加工工件的实际高度进行测量，测量完毕后接触式检测机构缩回；钻孔机器人控制接触检测式伺服电主轴钻孔手爪根据上述测量的实际高度对待加工工件进行钻孔加工；完成一个钻孔加工步骤后，该接触检测式伺服电主轴钻孔手爪去刀库进行检测刀具和更换刀具；钻孔机器人携更换后的刀具对待加工工件继续进行钻孔加工，根据实际钻孔加工需要重复多次检测和更换刀具的工序直至完成所有待加工工件的钻孔加工的步骤；操作人员将加工好的待加工工件从安全防护房内取出。

本发明较佳的实施例中，预先设置一刀库，刀库内设置有若干刀具，

则如图7所示，步骤S2具体包括：

步骤S21，钻孔机器人驱动接触检测式伺服电主轴钻孔手爪对待加工工件进行钻孔加工作业；

步骤S22，钻孔机器人在钻孔加工作业完成后，检测接触检测式伺服电主轴钻孔手爪是否完成所有钻孔加工作业：

若是，则退出；

若否，则转向步骤S23；

步骤S23，钻孔机器人根据钻孔的需求驱动接触检测式伺服电主轴钻孔手爪移动至刀库更换刀具，随后返回步骤S21。

本发明较佳的实施例中，如图8所示，步骤S23具体包括：

步骤S231，钻孔机器人对接触检测式伺服电主轴钻孔手爪当前夹持的刀具进行检测，并判断检测结果是否符合预设合格标准，

若是，则输出相应的第一判断结果，随后转向步骤S232；

若否，则输出相应的第二判断结果，随后转向步骤S233；

步骤S232，钻孔机器人根据第一判断结果生成相应的报警信息，操作人员根据报警信息于刀库中手动更换刀具；

步骤S233，钻孔机器人根据第二判断结果控制接触检测式伺服电主轴钻孔手爪于刀库中自动更换刀具。

本发明较佳的实施例中，步骤S2还包括于钻孔加工的过程中进行润滑处理。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种接触检测式伺服电主轴钻孔手爪，应用于钻孔机器人，其特征在于，包括：

伺服电主轴手爪，设置于所述钻孔机器人的执行末端，用于对待加工工件进行钻孔加工，所述伺服电主轴手爪包括：

伺服电主轴，于所述伺服电主轴一侧设置有一抱箍底座；

电主轴抱箍，设置于所述抱箍底座上，所述电主轴抱箍围合所述伺服电主轴于所述抱箍底座，且所述电主轴抱箍上设有一安装板；

刀具，设置于一刀柄上，所述刀柄设置于所述伺服电主轴底部；

接触式检测机构，固定于所述伺服电主轴手爪的一侧，用于精确检测所述待加工工件的实际高度，所述伺服电主轴手爪根据所述实际高度对所述待加工工件进行钻孔加工，所述接触式检测机构包括：

气缸，一端设置于一第一固定板上，另一端设置于一第二固定板上，所述第一固定板和所述第二固定板分别固定于所述安装板上；

轴承，设置于所述第二固定板上，于所述轴承内贯穿一导向轴，且所述导向轴一端连接一第三固定板，另一端连接一第四固定板；

接触式传感器，设置于所述第四固定板上；

润滑部件，固定于所述伺服电主轴手爪的背离所述接触式检测机构的一侧，用于在所述钻孔加工的过程中进行润滑处理，所述润滑部件包括：

接头，设置于所述电主轴抱箍上；

软管，所述软管通过一磁座与所述接头连接；

所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪对所述待加工工件进行所述实际高度的检测时，控制所述接触式检测机构处于伸出状态，且所述接触式传感器的头部高度低于所述刀具的头部高度，以及

所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪对所述待加工工件进行所述钻孔加工时，控制所述接触式检测机构处于收缩状态，且所述接触式传感器的头部高度高于所述伺服电主轴的底部高度。

2.根据权利要求1所述的接触检测式伺服电主轴钻孔手爪，其特征在于，还包括一缓冲限位装置，所述缓冲限位装置包括：

限位挡板，垂直设置于所述安装板上，于所述限位挡板上设有一调节螺栓；

液压缓冲器，设置于所述第三固定板，用于在所述接触式检测机构伸出过程中通过所述液压缓冲器碰撞所述调节螺栓以保护接触式检测机构；

限位螺栓，设置于所述第三固定板上，用于在所述接触式检测机构处于所述伸出状态时配合所述限位挡板对所述接触式检测机构进行限位，以使得所述接触式传感器的头部高度低于所述刀具的头部高度。

3.根据权利要求1所述的接触检测式伺服电主轴钻孔手爪，其特征在于，还包括一浮动接头，设置于所述导向轴与所述第四固定板之间，用于消除所述导向轴与所述第四固定板之间的位移误差。

4.根据权利要求1所述的接触检测式伺服电主轴钻孔手爪，其特征在于，还包括一调速阀，分别设置于所述于所述气缸两端，用于调整所述气缸的运动速度。

5.根据权利要求1所述的接触检测式伺服电主轴钻孔手爪，其特征在于，还包括一线缆扎线板，设置于所述第四固定板上，用于捆扎所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪上的线路。

6.根据权利要求1所述的接触检测式伺服电主轴钻孔手爪，其特征在于，还包括若干定位环，设置于所述抱箍底座上，用于将所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪安装在所述钻孔机器人上。

7.一种接触检测式伺服电主轴钻孔手爪的钻孔加工方法，其特征在于，应用于如权利要求1至6中任一项所述的接触检测式伺服电主轴钻孔手爪，

预先将所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪固定于一钻孔机器人的执行末端，则所述钻孔加工方法包括以下步骤：

步骤S1，所述钻孔机器人驱动所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪将所述接触式传感器伸出至所述接触式传感器的头部高度低于所述刀具的头部高度，以对所述待加工工件的高度进行测量，得到所述待加工工件的实际高度；

步骤S2，所述钻孔机器人驱动所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪将所述接触式传感器收缩至所述接触式传感器的头部高度高于所述伺服电主轴的底部高度，并根据所述实际高度对所述待加工工件进行钻孔加工。

8.根据权利要求7所述的接触检测式伺服电主轴钻孔手爪的钻孔加工方法，其特征在于，预先设置一刀库，所述刀库内设置有若干刀具，

则所述步骤S2具体包括：

步骤S21，所述钻孔机器人驱动所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪对所述待加工工件进行钻孔加工作业；

步骤S22，所述钻孔机器人在所述钻孔加工作业完成后，检测所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪是否完成所有钻孔加工作业：

若是，则退出；

若否，则转向步骤S23；

步骤S23，所述钻孔机器人根据钻孔的需求驱动所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪移动至所述刀库更换所述刀具，随后返回所述步骤S21。

9.根据权利要求8所述的接触检测式伺服电主轴钻孔手爪的钻孔加工方法，其特征在于，所述步骤S23具体包括：

步骤S231，所述钻孔机器人对所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪当前夹持的所述刀具进行检测，并判断检测结果是否符合预设合格标准，

若是，则输出相应的第一判断结果，随后转向步骤S232；

若否，则输出相应的第二判断结果，随后转向步骤S233；

步骤S232，所述钻孔机器人根据所述第一判断结果生成相应的报警信息，操作人员根据所述报警信息于所述刀库中手动更换所述刀具；

步骤S233，所述钻孔机器人根据第二判断结果控制所述接触检测式伺服电主轴钻孔手爪于所述刀库中自动更换所述刀具。

10.根据权利要求7所述的接触检测式伺服电主轴钻孔手爪的钻孔加工方法，其特征在于，所述步骤S2还包括于所述钻孔加工的过程中进行润滑处理。