CN113828805A - 一种回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置 - Google Patents

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Abstract

一种回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置，其特征在于，包括有机器人系统（2）、数控车床及机床工具（4）、液压卡紧装置（5）、防尘罩（1）、通风除尘设备（3）和监视系统（7）；本发明比五轴数控加工机床有如下优势：1）自由度多，且均位于同一个加工臂上，因此具有良好的可达到性，加工过程中变位次数可大大减少；2）设备价格远低于多轴数控加工机床；3）六关节串联式机器人轴承封闭性强，没有导轨、光栅尺等易损的精密器件，可在高粉尘的环境下正常工作。

Description

一种回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置
技术领域
本发明是一种回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置，涉及一种自动切削机器人切削装置，特别涉及一种针对回转对称结构舱体涂层的封闭式自动切削机器人切削装置。
背景技术
回转对称结构舱体外表面覆盖着防热涂层，用以抵抗飞行时高速气流的吹蚀和强烈的气动加热。防热涂层的涂装工序在涂层外表面及窗口、孔洞边缘留有加工余量，再通过切削去除这些工艺余量达到设计图纸的形状、尺寸要求。
防热涂层切削过程有如下特点：①产品形状复杂，特别是窗口和孔洞边缘均为高次曲线，普通机床无法完成，只能采用手工或数控加工工艺；②切屑中含有二氧化硅，且呈粉末状，长期接触会对操作人员呼吸系统造成损害，同时切削粉末进入加工设备的缝隙中，会造成设备的磨损和加工精度下降；③加工要素多且位于舱体整个圆周，加工过程需多次变轴，并对加工设备的可达到性要求很高。
目前去除防热涂层工艺余量，采用如下三种切削工艺方法：①手工打磨工艺，该工艺方法，加工效率低、精度差，操作人员与加工粉尘直接接触，对健康损害很大，同时对作业环境污染较大；②采用五轴车铣复合加工中心加工，尽管加工精度及效率较高，但是设备价格昂贵，工作环境要求严苛，切削粉尘对该类设备的导轨、轴承、光栅尺、传感器等关键部件损害很大；③采用数控车床加工外圆表面，再转到五轴数控铣床上加工窗口及孔洞边缘，该方法不仅存在五轴车铣复合加工中心相同的问题，而且加工过程中需要多次装卡、找正，并需要多套装卡附件及工装。
而现有技术已公开的机器人切削装置均无法进行车铣复合加工，仅能进行铣削和打磨加工，对于大面积的回转表面无法进行车削加工，加工速度低，且加工量小，效率很低，同时由于六关节串联式机器人本身的结构特点——刚性较差，因此加工的回转表面圆跳动精度也无法满足飞行器的要求。
发明内容
本发明的目的是提供了一种回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置，本发明能够自动进行舱体涂层车铣复合切削加工，并可实现操作者与有害粉尘隔离的封闭式自动切削机器人切削装置。
一种回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置，其特征在于，包括有机器人系统2、数控车床及机床工具4、液压卡紧装置5、防尘罩1、通风除尘设备3和监视系统7；
数控车床及机床工具4固定于地面，机器人系统2安装在数控车床及机床工具4后面，液压卡紧装置5安装在数控车床及机床工具4上，监视系统7安装在防尘罩1内壁及数控车床及机床工具4中的三轴数控车床的CNC控制面板上，防尘罩1覆盖在数控车床及机床工具4上面和周围，将机器人系统2的六关节机器人2-2、数控车床及机床工具4的三轴数控车床4-1的运动部分及机床工具4-2、液压卡紧装置5和监视系统7的防尘摄像头7-1封闭起来；通风除尘设备3的吸气口连接在防尘罩1内。
所述的三轴数控车床4-1固定于地面；机床工具4-2通过“门”型的机床工具固定架4-2-6固定于三轴数控车床4-1的中拖板之上；机床工具4-2的气动砂带打磨机4-2-1安装于机床工具固定架4-2-6左侧；机床工具4-2的两套导杆气缸4-2-5平行的安装于机床工具固定架4-2-6的顶面；机床工具4-2的高速气动主轴4-2-3、机床工具4-2的车刀4-2-4分别安装于两套导杆气缸4-2-5之上；机床工具4-2的木工雕刻刀4-2-2安装在高速气动主轴4-2-3的卡头之上。
机器人系统2的机器人固定架2-1通过地锚2-4固定于数控车床及机床工具4后面，六关节机器人2-2的底板固定在机器人固定架2-1上部的横梁正中，使六关节机器人2-2与三轴数控车床4-1的加工区域对正；机器人工具2-3通过抱环2-3-1用螺钉固定在机器人腕关节2-2-1的法兰之上，机器人工具2-3的三刃90°倒角铣刀2-3-3通过弹簧卡套固定在高速风冷电主轴2-3-2的锥孔之中。
液压卡紧装置5的液压卡盘5-1的液压缸安装于三轴数控车床4-1的主轴之内，液压卡盘5-1的卡盘底面与三轴数控车床4-1主轴的端面贴紧，并通过螺栓与三轴数控车床4-1主轴固定；液压顶尖5-2的液压缸安装于三轴数控车床4-1尾座锥孔之内，顶尖头部露出尾座锥孔端面，固定顶尖5-3安装于液压卡盘5-1中心的圆孔内。
所述的防尘罩1安装于切削装置的外围，防尘罩1的罩体1-1下部与三轴数控车床4-1固定，罩体1-1后部与机器人固定架2-1固定，并包围在三轴数控车床4-1的运动区域与六关节机器人2-2的运动区域之外；其左上屏蔽门1-2、右上屏蔽门1-6安装于罩体1-1上部内壁之上，左下屏蔽门1-4、右下屏蔽门1-7安装于罩体1-1下部外壁之上；隔板1-3安装于三轴数控车床4-1床头箱上方；气缸1-9的缸体安装在罩体1-1中部的外壁之上，气缸1-9的活塞杆分别与左下屏蔽门1-4顶部右侧、右下屏蔽门1-7顶部左侧固定；行程开关1-8安装于罩体1-1内壁，位于打开状态下的左上屏蔽门1-2的左下角处；连接插销1-10分别安装于左上屏蔽门1-2外壁的右下角、右上屏蔽门1-6外壁的左下角，销杆分别插入左下屏蔽门1-4右上角、右下屏蔽门1-7左上角的孔内。
所述的通风除尘设备3安装于数控车床及机床工具4的后面，过滤式除尘机3-3安装于回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置后部的右侧或左侧，两个通风管接头3-1安装于罩体1-1后部的矩形凸起的外壁上，分别与矩形凸起的两个吸风口对正；波纹管3-2，分别与两个通风管接头3-1和过滤式除尘机3-3连接。
所述的监视系统7的两个防尘摄像头7-1，分别安装在罩体1-1上部，用于监视六关节机器人2-2的工作状态，安装在罩体1-1下部，用于监视回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置下部空间的三轴数控车床4-1的工作状态；其中安装于罩体1-1的上部的防尘摄像头7-1，安装位置保证视野能够覆盖六关节机器人2-2的运行区域，并且不妨碍六关节机器人2-2的运行及产品吊装作业；安装于罩体1-1的下部的防尘摄像头7-1，安装位置保证视野能够覆盖工件和三轴数控车床4-1中拖板的运行区域，且不妨碍工件装卡、对刀操作；监视屏幕7-2安装于三轴数控车床4-1的CNC控制面板上方。
有益效果：
本发明由于使用六关节串联式机器人进行窗口及孔洞边缘的加工并使用数控车床作为机器人的变位机。因此，本发明比五轴数控加工机床有如下优势：1）自由度多，且均位于同一个加工臂上，因此具有良好的可达到性，加工过程中变位次数可大大减少；2）设备价格远低于多轴数控加工机床；3）六关节串联式机器人轴承封闭性强，没有导轨、光栅尺等易损的精密器件，可在高粉尘的环境下正常工作。
附图说明
图1、为本发明结构示意图；
图2、为本发明之拆去防尘罩的本发明结构示意图；
图3、为本发明之机器人系统2结构示意图；
图4、为本发明之数控车床及机床工具4结构示意图；
图5、为本发明之液压卡紧装置5结构示意图；
图6、为本发明防尘罩结构示意图；其中，
(a)、是本发明之防尘罩1结构示意图,
(b)、是（a）中I处的放大图 ；
图7、为本发明俯视图；
图8、为实施案例中舱体涂层切削过程流程图。
其中，1为防尘罩，2为机器人系统，3为通风除尘设备，4为数控车床及机床工具，5为液压卡紧装置，6为待加工舱体，7为监视系统，1-1为罩体，1-2为左上屏蔽门，1-3为隔板，1-4为左下屏蔽门，1-5为开关门装置，1-6为右上屏蔽门，1-7为右下屏蔽门，1-8为行程开关，1-9为气缸，1-10为连接插销，2-1为机器人固定架，2-2为六关节机器人，2-3为机器人工具，2-2-1为机器人腕关节，2-3-1为抱环，2-3-2为高速风冷电主轴，2-3-3为三刃90°倒角铣刀，3-1为通风管接头，3-2为波纹管，3-3为过滤式除尘机，4-1为三轴数控车床，4-2为机床工具，4-2-1为气动砂带打磨机，4-2-2为木工雕刻刀，4-2-3为高速气动主轴，4-2-4为车刀，4-2-5为导杆气缸，4-2-6为机床工具固定架，5-1为液压卡盘，5-2为液压顶尖，5-3为固定顶尖，7-1为防尘摄像头，7-2为监视屏幕。
具体实施方式
一种回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置，其特征在于，包括有机器人系统2、数控车床及机床工具4、液压卡紧装置5、防尘罩1、通风除尘设备3和监视系统7；
数控车床及机床工具4固定于地面，机器人系统2安装在数控车床及机床工具4后面，液压卡紧装置5安装在数控车床及机床工具4上，监视系统7安装在防尘罩1内壁及数控车床及机床工具4中的三轴数控车床的CNC控制面板上，防尘罩1覆盖在数控车床及机床工具4上面和周围，将六关节机器人2-2、三轴数控车床4-1的运动部分及机床工具4-2、液压卡紧装置5和监视系统7的防尘摄像头7-1封闭起来；通风除尘设备3的吸气口连接在防尘罩1内。
其中，所述的数控车床及机床工具4包括三轴数控车床4-1和机床工具4-2，三轴数控车床4-1位于机器人系统2的正前方，三轴数控车床4-1固定于地面；机床工具4-2通过“门”型的机床工具固定架4-2-6固定于三轴数控车床4-1的中拖板之上；气动砂带打磨机4-2-1安装于机床工具固定架4-2-6左侧；两套导杆气缸4-2-5平行的安装于机床工具固定架4-2-6的顶面；高速气动主轴4-2-3、车刀4-2-4分别安装于两套导杆气缸4-2-5之上；木工雕刻刀4-2-2安装在高速气动主轴4-2-3的卡头之上。
机器人固定架2-1通过地锚2-4固定于数控车床及机床工具4后面，六关节机器人2-2的底板固定在机器人固定架2-1上部的横梁正中，使六关节机器人2-2与三轴数控车床4-1的加工区域对正；机器人工具2-3通过抱环2-3-1用螺钉固定在机器人腕关节2-2-1的法兰之上，三刃90°倒角铣刀2-3-3通过弹簧卡套固定在高速风冷电主轴2-3-2的锥孔之中；
液压卡盘5-1的液压缸安装于三轴数控车床4-1的主轴之内，卡盘底面与三轴数控车床4-1主轴的端面贴紧，并通过螺栓与三轴数控车床4-1主轴固定；液压顶尖5-2的液压缸安装于三轴数控车床4-1尾座锥孔之内，顶尖头部露出尾座锥孔端面，固定顶尖5-3安装于液压卡盘5-1中心的圆孔内；
防尘罩1安装于切削装置的外围，罩体1-1下部与三轴数控车床4-1固定，后部与机器人固定架2-1固定，包围在三轴数控车床4-1的运动区域与六关节机器人2-2的运动区域之外；左上屏蔽门1-2、右上屏蔽门1-6，安装于罩体1-1上部内壁之上，左下屏蔽门1-4、右下屏蔽门1-7，安装于罩体1-1下部外壁之上；隔板1-3安装于三轴数控车床4-1床头箱上方；气缸1-9的缸体安装在罩体1-1中部的外壁之上，气缸1-9的活塞杆分别与左下屏蔽门1-4顶部右侧固定，右下屏蔽门1-7顶部左侧固定；行程开关1-8安装于罩体1-1内壁，位于打开状态下的左上屏蔽门1-2的左下角处；连接插销1-10分别安装于左上屏蔽门1-2外壁的右下角、右上屏蔽门1-6外壁的左下角，销杆分别插入左下屏蔽门1-4右上角、右下屏蔽门1-7左上角的孔内；
通风除尘设备3安装于数控车床及机床工具（4）的后面，过滤式除尘机3-3安装于回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置后部的右侧，也可以安装于左侧，两个通风管接头3-1安装于罩体1-1后部的矩形凸起的外壁上，分别与矩形凸起的两个吸风口对正；波纹管3-2，分别与两个通风管接头3-1和过滤式除尘机3-3连接。
监视系统7的两个防尘摄像头7-1，分别安装在罩体1-1上部，用于监视六关节机器人2-2的工作状态，安装在罩体1-1下部，用于监视回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置下部空间的三轴数控车床4-1的工作状态；其中安装于罩体1-1的上部的防尘摄像头7-1，安装位置保证视野能够覆盖六关节机器人2-2的运行区域，并且不妨碍六关节机器人2-2的运行及产品吊装作业；安装于罩体1-1的下部的防尘摄像头7-1，安装位置保证视野能够覆盖工件和三轴数控车床4-1中拖板的运行区域，且不妨碍工件装卡、对刀操作；监视屏幕7-2安装于三轴数控车床4-1的CNC控制面板上方。
封闭式回转对称结构涂层自动切削机器人切削装置，包括：机器人系统，数控车床及机床工具、液压卡紧装置、防尘罩、通风除尘设备、监视系统。具体结构见图1、图2所示。
机器人系统为整个回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置的核心，对整个系统进行控制。数控车床及机床工具、液压卡紧装置、防尘罩、通风除尘设备均作为机器人系统的外部机，由机器人系统对其进行控制。监视系统是一个独立系统，与其余部分没有通讯联系和逻辑关系。
机器人系统由：六关节机器人，机器人固定架、机器人工具、地锚组成。机器人工具，包括：抱环、高速风冷电主轴、三刃90°倒角铣刀。用于舱体涂层边缘的铣削，打孔、切割，同时作为回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置的控制中枢，控制三轴数控车床、机床工具、液压卡紧装置、防尘罩、通风除尘设备的动作。具体结构见图3所示。
数控车床及机床工具，数控车床为三轴数控车床。机床工具，包括：气动砂带打磨机、高速气动主轴、车刀、导杆气缸、机床工具固定架、木工雕刻刀、车刀。数控车床及机床工具作为机器人的状态机，在机器人控制下进行如下动作：涂层外圆面车削、打磨，涂层向心孔加工、对刀（确定角向初始位置），刀台回位，零件角向变位（作为机器人的变位装置）。具体结构见图4所示。
液压卡紧装置，包括：位于床头的液压卡盘，用于卡紧前端；位于尾座的液压顶尖，用于顶紧产品后端；位于液压卡盘中心的固定顶尖，用于产品轴向定位。具体结构如图5所示。
防尘罩，由罩体、左上屏蔽门、左下屏蔽门、隔板、右上屏蔽门、右下屏蔽门，开关门装置组成。其中开关门装置，包括左右两套联动的气缸，行程开关，连接插销。用于隔离切削粉尘，在机器人控制下开合屏蔽门。具体结构如图6所示。
通风除尘设备，由过滤式除尘机，波纹管、管接头。用于抽出工作区域内的加工粉尘，并将尾气过滤处理，无害化后排出。
监视系统，由防尘摄像头、监视屏幕组成。用于从防尘罩外监视回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置的运行状态。
封闭式回转对称结构涂层自动切削机器人切削装置各个组成部分的布局如图7所示。具体安装方法如下：
三轴数控车床4-1位于整个回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置的前部（位于机器人系统2的正前方），直接固定于地面。机床工具4-2通过“门”型的机床工具固定架4-2-6，固定于三轴数控车床4-1的中拖板之上。气动砂带打磨机4-2-1安装于机床工具固定架4-2-6左侧。两套导杆气缸4-2-5平行的安装于机床工具固定架顶面。高速气动主轴4-2-3、车刀4-2-4分别安装于两套导杆气缸4-2-5之上。木工雕刻刀4-2-2安装在高速气动主轴4-2-3的卡头之上。
机器人固定架2-1通过地锚2-4立于回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置的后部，六关节机器人2-2的底板固定于机器人固定架2-1上部的横梁正中，使六关节机器人2-2与三轴数控车床4-1的加工区域对正。机器人工具2-3通过抱环2-3-1用螺钉固定在机器人的腕关节2-3-1的法兰之上。三刃90°倒角铣刀2-3-3通过弹簧卡套固定在高速风冷电主轴2-3-2的锥孔之中。
液压卡盘5-1的液压缸安装于三轴数控车床4-1的主轴之内，卡盘底面与三轴数控车床4-1主轴的端面贴紧，并通过螺栓与三轴数控车床4-1主轴固定；液压顶尖5-2的液压缸安装于三轴数控车床4-1尾座锥孔之内，顶尖头部露出尾座锥孔端面约150mm。固定顶尖5-3安装于液压卡盘5-1中心的圆孔内。
防尘罩1安装在回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置的外围，罩体1-1下部与三轴数控车床4-1固定，后部与机器人固定架2-1固定，包围在三轴数控车床4-1与六关节机器人2-2运动区域之外。左上屏蔽门1-2、右上屏蔽门1-6，安装于罩体1-1上部内壁之上，左下屏蔽门1-4、右下屏蔽门1-7，安装于罩体1-1下部外壁之上。隔板1-3安装于三轴数控车床4-1床头箱上方。气缸1-9的缸体安装在罩体1-1中部的外壁之上，气缸1-9的活塞杆分别与左下屏蔽门1-4顶部右侧固定、右下屏蔽门1-7顶部左侧固定。行程开关1-8，安装于罩体1-1内壁，位于打开状态下的左上屏蔽门1-2的左下角处。连接插销1-10分别安装于左上屏蔽门1-2外壁的右下角、右上屏蔽门1-6外壁的左下角，销杆分别插入左下屏蔽门1-4右上角、右下屏蔽门1-7左上角的孔内。
通风除尘设备3安装于回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置的后部，过滤式除尘机3-3安装于回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置后部的右侧，也可以安装于左侧，两个通风管接头3-1安装于罩体1-1后部的矩形凸起的外壁上，分别与矩形凸起的两个吸风口对正。波纹管3-2，分别与两个通风管接头3-1和过滤式除尘机3-3连接。
监视系统7的两个防尘摄像头7-1，分别安装在罩体1-1上部，用于监视回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置上部空间的六关节机器人2-2的工作状态，安装在罩体1-1下部，用于监视回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置下部空间的数控车床的工作状态。其中安装于罩体1-1的上部的防尘摄像头7-1，安装位置保证视野可以覆盖六关节机器人2-2的运行区域，并且不妨碍六关节机器人2-2的运行及产品吊装作业；安装于罩体1-1的下部空间的防尘摄像头7-1，安装位置保证视野可以覆盖工件和三轴数控车床4-1中拖板的运行区域，且不妨碍工件装卡、对刀操作。监视屏幕7-2安装于三轴数控车床4-1的CNC控制面板上方。
表1机器人及状态机特征明细表
名称 用途 动作 运动及逻辑自由度
机器人及机器人工具 涂层边缘的铣削，打孔、切割，控制整个切削装置 铣削、打孔、切割、避让 六个自由度
三轴数控车床及机床工具 涂层外表面加工、对刀、打孔，舱体转位 切削、转位、对刀、打孔、避让 三机床自由度+两个导杆气缸+两个工具
防尘罩 阻挡粉尘逸散 屏蔽门开合，限位开关触发/复位 两组联动气缸+一个传感器（限位开关）
通风除尘装置 抽出工作区域内的粉尘 风机启停 一个风机
液压卡紧装置 装夹工件 顶尖顶出、卡盘夹紧 液压卡盘+液压顶尖
表2切削装置I/O事件明细表
序号 I/O事件 性质 发出方 接收方
Di1 数控车床等待 控制（输入） 操作者 数控车床
Di2 机器人等待 控制（输入） 操作者 机器人
Di3 液压顶尖及卡盘夹紧 控制（输入） 操作者 液压卡紧装置
Do1 夹紧力达到限定值 反馈（输出） 液压卡紧装置 机器人
Di4 工件起始角度 控制（输入） 操作者 数控车床
Di5 防尘罩关闭 控制（输入） 机器人 防尘罩
Di6 通风除尘设备开启 控制（输入） 机器人 通风除尘设备
Di7 涂层外圆锥面加工开始 控制（输入） 机器人 数控车床
Do2 涂层加工完成 反馈（输出） 数控车床 机器人
Do3 涂层边缘加工准备就绪 反馈（输出） 数控车床 机器人
Do4 机器人加工涂层边缘完成等待 反馈（输出） 机器人 数控车床
Do5 数控车床转位完成等待 反馈（输出） 数控车床 机器人
Do6 机器人退至停放位置 反馈（输出） 机器人 数控车床
Di8 通风除尘设备延时停机 控制（输入） 数控车床 通风除尘设备
Di9 防尘罩打开 控制（输入） 机器人 防尘罩
Do7 防尘罩到位 反馈（输出） 防尘罩 机器人
Do8 程序完成 反馈（输出） 机器人 操作者
Di10 液压顶尖及卡盘松开 控制（输入） 操作者 液压卡紧装置
回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置工作流程为：
首先进行加工准备，包括：数控车床、机器人开机等待，夹紧定位工装，对刀并记录起始角度，防尘罩关闭、通风除尘设备开启。
然后进行防热涂层切削加工，包括：涂层外圆锥面加工，涂层边缘加工。
最后进行加工收尾，包括：机器人退至停放位置，通风除尘设备延时停机，防尘罩打开，松开定位工装，卸下产品及定位工装。
本发明所涉及的回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置与现有技术相比具有如下优势：提高了加工效率，降低了劳动强度，提高了涂层加工质量及产品一致性，产品在封闭的环境下自动加工，实现了操作人员与有害的切削粉尘的隔离。
实施例一：
以下通过一个实施例进行说明本发明。
⑴机器人系统
机器人采用广州数控设备有限公司的广数RB20型通用六关节工业机器人，机器人工具为靖江市建肯高速电机有限公司的JGD-48-0.3型风冷式恒转矩高速电主轴，刀具为沪豪硬质合金φ6三刃90°倒角铣刀。机器人固定架通过地锚立于回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置的后部，六关节机器人固定于机器人固定架上部的横梁之上，机器人底面到机床主轴的水平距离为1100mm，机器人底面中心点到机床主轴的垂直距离为750mm，机器人底面中心点到数控车床主轴端面距离300mm（左右方向）。高速风冷电主轴通过抱环用螺钉固定于机器人的腕关节的法兰之上，刀具通过弹簧卡套固定在电主轴的锥孔之中。
⑵数控车床及机床工具
三轴数控车床，位于整个回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置的前部（位于机器人系统的正前方），直接固定于地面。采用通用的CK6180型卧式三轴数控车床，三个自由度分别是：主轴旋转C、刀架轴向平移X，刀架径向平移Y。对数控车床进行如下改造：①主轴驱动装置改进，采用步进电机直接驱动机床主轴，降低了主轴传动系统的惯性，经过改造可实现主轴旋转的精确分度和在任意位置启停（类似于车铣加工中心的主轴）；②机床的控制系统改进——采用西门子8080D（具有一定铣削控制功能）；③刀台改进——将原来四工位转塔刀台，改为由导杆气缸带动机床工具的进退，并在刀台一侧加装了一台气动砂带打磨机。
机床工具：数控外圆机装刀杆SRDPNM10，圆形机装刀片RCMXR4；日本NAKANISHI高速气动主轴EMS-3060A，沪豪硬质合金V型刃木工雕刻刀3mm×14.5mm×90°；谷岛10×330气动砂带打磨机，砂带采用60#砂带；导杆气缸采用日本SMC的CXWM20-100R型。数控外圆机装刀杆和风冷高速电主轴通过螺钉固定于导杆气缸之上，导杆气缸安装在“门”型机床工具固定架的上表面，气动砂带打磨机安装于“门”型机床工具固定架的左侧面，“门”型机床工具固定架安装在数控车床的中拖板之上。
⑶液压卡紧装置
液压卡盘为佳贺N215，液压顶尖为佳贺MT4液压顶尖。液压卡盘的液压缸位于数控车床的主轴之内，卡盘通过螺栓与数控车床的主轴固定；液压顶尖，安装于数控车床尾座锥孔之内，顶尖头部露出尾座锥孔端面约150mm。
⑷防尘罩
防尘罩的开关门装置，采用亚德客标准圆筒型气缸SE-32×900和SE-32×600，行程开关采用日本欧姆龙的omron-HL-5030。
防尘罩高度3000mm，左右长度为3500mm，防尘罩前后方向长度为1200mm，开口宽度为1680mm，开口的左端面与数控车床床头箱的右端面平齐；防尘罩右壁板与车床导轨右端面距离为350mm，防尘罩后壁板距机器人底面距离为350mm。
⑸通风除尘设备
过滤式除尘机为HMC32型打磨抛光粉尘粉末布袋过滤式除尘机，过滤精度0.3μm，过滤效率99.9%；风机为Y90S-2离心风机，功率率1.5KW，风量1500m³/h～2400m³/h，转速1450r/min。波纹管直径为φ150mm。吸风口距地面1300mm，左侧吸风口距数控车床床头箱的右端面距离为480mm，左右两个吸风口距离为650mm。
⑹监视系统
防尘摄像头由普通摄像头和防尘罩组成，摄像头为海康威视C6C/N标准版无线摄像头，防尘罩是与摄像头配套的市购产品。
两个防尘摄像头位于防尘罩的罩体之内，分别用于监视六关节机器人和三轴数控车床的工作状态。安装于罩体上部空间的防尘摄像头，位于罩体左壁板的后上角，距罩体顶板260mm，距罩体后壁板260mm；安装于罩体的下部空间的防尘摄像头，位于数控车床床头箱右端面的前上角，距床头箱前壁150mm，距床头箱顶面150mm。
涂层切削工作流程图见图7所示。机器人及状态机动作如表3所示。
表3切削装置动作明细表
Figure 713955DEST_PATH_IMAGE002
本发明公开了一种自动切削机器人切削装置，特别涉及一种针对回转对称结构舱体涂层的封闭式自动切削机器人切削装置。切削装置由机器人系统，数控车床及机床工具、液压卡紧装置、防尘罩、通风除尘设备组成。解决现有手工打磨工艺，生产效率低，加工精度及表面质量差，产品报废率高，操作者直接与有害的加工粉尘接触，工作环境恶劣问题。
一种回转对称结构涂层封闭式自动切削机器人切削装置，其特征在于：由机器人系统，数控车床及机床工具、液压卡紧装置、防尘罩、通风除尘设备。
机器人系统由：六关节机器人，机器人固定架、机器人工具、地锚组成。其中机器人工具，由抱环、高速风冷电主轴、三刃90°倒角铣刀组成。机器人作为切削装置的控制中枢，控制三轴数控车床、机床工具、液压卡紧装置、防尘罩、通风除尘设备的动作。
数控车床及机床工具，数控车床为三轴数控车床。机床工具，由气动砂带打磨机、高速气动主轴、车刀、导杆气缸、机床工具固定架、木工雕刻刀、车刀组成。数控车床及机床工具作为机器人的状态机，在机器人控制下运行。数控车床作为切削装置的变位装置，按照机器人的指令，配合机器人的动作，使零件旋转到指定角度。
液压卡紧装置，包括：位于床头的液压卡盘，用于卡紧前端；位于尾座的液压顶尖，用于顶紧产品后端；位于液压卡盘中心的固定顶尖，用于产品轴向定位。
防尘罩，由罩体、屏蔽门、隔板、开关门装置组成。其中开关门装置，包括左右两套联动的气缸，行程开关，连接插销，在机器人控制下开合屏蔽门。

Claims (7)

1.一种回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置，其特征在于，包括有机器人系统（2）、数控车床及机床工具（4）、液压卡紧装置（5）、防尘罩（1）、通风除尘设备（3）和监视系统（7）；
数控车床及机床工具（4）固定于地面，机器人系统（2）安装在数控车床及机床工具（4）后面，液压卡紧装置（5）安装在数控车床及机床工具（4）上，监视系统（7）安装在防尘罩（1）内壁及数控车床及机床工具（4）中的三轴数控车床的CNC控制面板上，防尘罩（1）覆盖在数控车床及机床工具（4）上面和周围，将机器人系统（2）的六关节机器人（2-2）、数控车床及机床工具（4）的三轴数控车床（4-1）的运动部分及机床工具（4-2）、液压卡紧装置（5）和监视系统（7）的防尘摄像头（7-1）封闭起来；通风除尘设备（3）的吸气口连接在防尘罩（1）内。
2.根据权利要求1所述的一种回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置，其特征在于，所述的三轴数控车床（4-1）固定于地面；机床工具（4-2）通过“门”型的机床工具固定架（4-2-6）固定于三轴数控车床（4-1）的中拖板之上；机床工具（4-2）的气动砂带打磨机（4-2-1）安装于机床工具固定架（4-2-6）左侧；机床工具（4-2）的两套导杆气缸（4-2-5）平行的安装于机床工具固定架（4-2-6）的顶面；机床工具（4-2）的高速气动主轴（4-2-3）、机床工具（4-2）的车刀（4-2-4）分别安装于两套导杆气缸（4-2-5）之上；机床工具（4-2）的木工雕刻刀（4-2-2）安装在高速气动主轴（4-2-3）的卡头之上。
3.根据权利要求1或2所述的一种回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置，其特征在于，机器人系统（2）的机器人固定架（2-1）通过地锚（2-4）固定于数控车床及机床工具（4）后面，六关节机器人（2-2）的底板固定在机器人固定架（2-1）上部的横梁正中，使六关节机器人（2-2）与三轴数控车床（4-1）的加工区域对正；机器人工具（2-3）通过抱环（2-3-1）用螺钉固定在机器人腕关节（2-2-1）的法兰之上，机器人工具（2-3）的三刃90°倒角铣刀（2-3-3）通过弹簧卡套固定在高速风冷电主轴（2-3-2）的锥孔之中。
4.根据权利要求1或2所述的一种回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置，其特征在于，液压卡紧装置（5）的液压卡盘（5-1）的液压缸安装于三轴数控车床（4-1）的主轴之内，液压卡盘（5-1）的卡盘底面与三轴数控车床（4-1）主轴的端面贴紧，并通过螺栓与三轴数控车床（4-1）主轴固定；液压顶尖（5-2）的液压缸安装于三轴数控车床（4-1）尾座锥孔之内，顶尖头部露出尾座锥孔端面，固定顶尖（5-3）安装于液压卡盘（5-1）中心的圆孔内。
5.根据权利要求3所述的一种回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置，其特征在于，所述的防尘罩（1）安装于切削装置的外围，防尘罩（1）的罩体（1-1）下部与三轴数控车床（4-1）固定，罩体（1-1）后部与机器人固定架（2-1）固定，并包围在三轴数控车床（4-1）的运动区域与六关节机器人（2-2）的运动区域之外；其左上屏蔽门（1-2）、右上屏蔽门（1-6）安装于罩体（1-1）上部内壁之上，左下屏蔽门（1-4）、右下屏蔽门（1-7）安装于罩体（1-1）下部外壁之上；隔板（1-3）安装于三轴数控车床（4-1）床头箱上方；气缸（1-9）的缸体安装在罩体（1-1）中部的外壁之上，气缸（1-9）的活塞杆分别与左下屏蔽门（1-4）顶部右侧、右下屏蔽门（1-7）顶部左侧固定；行程开关（1-8）安装于罩体（1-1）内壁，位于打开状态下的左上屏蔽门（1-2）的左下角处；连接插销（1-10）分别安装于左上屏蔽门（1-2）外壁的右下角、右上屏蔽门（1-6）外壁的左下角，销杆分别插入左下屏蔽门（1-4）右上角、右下屏蔽门（1-7）左上角的孔内。
6.根据权利要求1或2所述的一种回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置，其特征在于，所述的通风除尘设备（3）安装于数控车床及机床工具（4）的后面，过滤式除尘机（3-3）安装于回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置后部的右侧或左侧，两个通风管接头（3-1）安装于罩体（1-1）后部的矩形凸起的外壁上，分别与矩形凸起的两个吸风口对正；波纹管（3-2），分别与两个通风管接头（3-1）和过滤式除尘机（3-3）连接。
7.根据权利要求1或2所述的一种回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置，其特征在于，所述的监视系统（7）的两个防尘摄像头（7-1），分别安装在罩体（1-1）上部，用于监视六关节机器人（2-2）的工作状态，安装在罩体（1-1）下部，用于监视回转对称结构舱体涂层封闭式自动切削机器人切削装置下部空间的三轴数控车床（4-1）的工作状态；其中安装于罩体（1-1）的上部的防尘摄像头（7-1），安装位置保证视野能够覆盖六关节机器人（2-2）的运行区域，并且不妨碍六关节机器人（2-2）的运行及产品吊装作业；安装于罩体（1-1）的下部的防尘摄像头（7-1），安装位置保证视野能够覆盖工件和三轴数控车床（4-1）中拖板的运行区域，且不妨碍工件装卡、对刀操作；监视屏幕（7-2）安装于三轴数控车床（4-1）的CNC控制面板上方。
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