CN114888821A - 一种齿轮加工机器人 - Google Patents

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Abstract

本发明是一种用于齿轮切齿加工的工业机器人，它包括：底座1、可分离的第一主轴、夹具、工件、刀具、刀柄、第二主轴和具有4个自由度的机械臂组件；该第一主轴与底座1通过主轴安装定位孔来进行连接和固定，底座1通过螺栓连接垂直安装于地面上；工件由夹具夹紧，夹具与第一主轴通过螺栓连接；刀具和刀柄通过螺栓连接，刀柄与第二主轴通过标准刀柄接口的端面和锥面连接；第二主轴采用螺栓连接方式安装在机械臂组件连杆1上；机械臂组件通过底座2来实现安装固定；工件与刀具之间的相对位置可通过底座1和底座2的中心距进行调整；本发明实现了可对多种类型齿轮工件进行切削加工、自动上下料‑加工‑测量一体化、安装位置可调等功能，解决了通用齿轮机床工作空间狭小、难以集成工艺上下游操作的实际问题。

Description

一种齿轮加工机器人
技术领域
本发明设计一种用于齿轮切齿加工的工业机器人，即一种可实现自动上下料-加工-测量一体化的齿轮加工机器人，属于智能制造、机器人化加工技术领域。
背景技术
齿轮传动是现代机械传动的主要实现方式，其中的齿轮零件是一种量大面广的基础传动件。齿轮零件性能和综合制造效率的提升对于齿轮传动系统的效能和智能制造具有重要意义。
用于齿轮加工的数控机床是一种面向机床操作人员、以单一具体工艺为核心的数字化制造装备。面向机床操作人员的特点使得某些齿轮的全自动化加工面临许多困难，尚不能完全实现无人化和智能化加工；以单一具体工艺为核心的特点使得齿轮机床和刀具种类繁多、规格各异、工作空间狭小、难以集成工艺上下游操作及各种辅助操作。齿轮机床的这些特点在一定程度上制约了齿轮产品的上下料-加工-测量一体化及智能制造的发展。
机器人具有工作空间大、柔性高、可配置性强及成本较低的特点。将机器人用于高端加工制造已经成为近年来国内外研究的前沿。机器人在制造领域的应用常见于物料搬运、上下料、喷漆、焊接、研磨抛光及轻质材料的铣削等对机器人末端作用力较小或精度要求不高的场所。机器人在齿轮精密切削加工领域尚未得到实际应用。
发明内容
(1)目的
本发明的目的在于提供一种用于齿轮切削加工的工业机器人，通过在机器人上安装的辅助装置和智能传感器，实现自动上下料-加工-测量一体化。通过在机器人末端安装刀具或工件、调整刀具主轴和工件主轴底座中心距来实现不同规格的齿轮的灵活加工，充分利用机器人工作空间大、自动化程度高、可配置性强及成本较低的特点促进齿轮的智能制造。
(2)技术方案
本发明提出的一种齿轮加工机器人，它包括：底座1(1)、可分离的第一主轴(2)、夹具(3)、工件(4)、刀具(5)、刀柄(6)、第二主轴(7)和具有4个自由度的机械臂组件；它们相互之间的位置关系是：该第一主轴(2)与底座1(1)通过主轴安装定位孔来进行连接和固定，底座1(2)通过螺栓连接垂直安装于地面上；工件(4)由夹具(3)夹紧，夹具(3)与第一主轴(2)通过螺栓连接；刀具(5)和刀柄(6)通过螺栓连接，刀柄(6)与第二主轴(7)通过标准刀柄接口的端面和锥面连接；第二主轴(7)采用螺栓连接方式安装在机械臂组件连杆1(8)上；机械臂组件通过底座2(15)来实现安装固定；工件(4)与刀具(5)之间的相对位置可通过底座1(1)和底座2(15)的中心距进行调整；
该底座(1)的形状构造是：采用铸铁材料的圆柱形外壳；
该第一主轴(2)选用现有产品，可选中国型号为中邦锦明BT30型电主轴；
该夹具(3)选用现有产品，可选中国型号为千岛可调式三爪卡盘3DAKT；
该工件(4)的形状构造是：形状根据所加工的圆柱齿轮及圆锥齿轮分别为圆柱形及圆锥形中的一种；
该刀具(5)选用现有产品，可选型号为哈尔滨工具厂新结构双面精弧齿锥齿轮铣刀；
该刀柄(6)为定制刀柄，其结构可参考公开的发明专利“一种螺旋锥齿轮铣刀盘刀柄(CN201310142291.3)”；
该第二主轴(7)选用现有产品，可选中国型号为昊志DGZX-15020电主轴；
所述的机械臂组件包括连杆1(8)、旋转关节1(9)、连杆2(10)、电主轴输出端(11)、滑台(12)、电主轴(13)、上托板(14)、底座2(15)；它们相互之间的位置关系是：连杆1(8)和连杆2(10)通过旋转关节1(9)连接，连杆2(10)和电主轴输出端(11)通过轴承连接；电主轴(13)和滑台(12)通过主轴安装定位孔来进行连接和固定，滑台(12)安装在上托板(14)上，可沿上托板导轨移动；上托板安装在底座2(15)上，可沿底座2(15)导轨移动，底座2(15)与地面螺栓连接；
该连杆1(8)的形状构造是；由合金钢切割为L型；
该连杆2(10)的形状构造是：由合金钢切割为长方体；
该滑台(12)的形状构造是：采用铸铁材料的立方体，中间挖孔用于安装主轴，底面与上托板对应有两条凹槽；
该电主轴(13)选用现有产品，可选中国型号为中邦锦明BT30型电主轴；
该上托板(14)的形状构造是：采用铸铁材料的长方形板，上端面与滑台对应有两条导轨，下端面与底座2对应有两条凹槽；
该底座2(15)的形状构造是：采用铸铁材料的长方体，上端面与上托板对应有两条导轨；
该旋转关节1(9)的形状构造是：圆柱形外壳，输入输出轴之间通过法兰连接，实时采集关节的角度与位置信息并反馈给上级控制系统实时精确定位所述刀具和所述工件的相对位置；可参考公开的发明专利“一种用于加工机器人的一体化机器人关节(CN202111312139.6)”；
通过以上结构设计，实现了可对多种类型齿轮工件进行切削加工、自动上下料-加工-测量一体化、安装位置可调等功能，解决了通用齿轮机床工作空间狭小、难以集成工艺上下游操作的实际问题。
本发明的有益效果为：
1.本发明设计一种用于齿轮切齿加工的工业机器人，即一种可实现自动上下料-加工-测量一体化的齿轮加工机器人，利用了机器人工作空间大、灵活性强的优势解决了专用机床空间狭小、全自动化困难、难以集成上下游操作的缺陷；
2.本发明的齿轮加工机器人可配置性强，工件和刀具之间的位置可根据实际加工环境进行调节，结构科学，工艺性好，具有广阔推广应用价值；
3.本发明的齿轮加工机器人，在机器人关节和主轴处安装角位移传感器和扭矩传感器，可以实时监测关节和主轴处的角度和位移，从而进行控制；
4.本发明的齿轮加工机器人，安装刀具的主轴能实现自动换刀，并且可通过在机械臂末端安装辅助装置来实现自动上下料，可实现无人化加工，提高了生产效率；
5.本发明的齿轮加工机器人，可根据被加工齿轮工件的形状，自动更换对应的标准刀具和夹具，从而实现对多种类型齿轮工件的加工；
6.本发明提出的加工方案，将工件通过夹具放置于分离的主轴上，承担了一个旋转自由度，可降低机械臂主体的扭矩及设计难度，提高了工件和刀具的定位精度。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种齿轮加工机器人结构示意图。
图2是本发明实施例提供的一种第一主轴侧面安装且将刀具安装在第一主轴上结构示意图。图中具体标号如下：
1-底座1；2-第一主轴；3-夹具；4-工件；5-刀具；
6-刀柄；7-第二主轴；8-连杆1；9-旋转关节；10-连杆2；
11-电主轴输出端；12-滑台；13-电主轴；14-上托板；15-底座2；
具体实施方式
本发明设计一种用于齿轮切齿加工的工业机器人，即一种可实现自动上下料-加工-测量一体化的齿轮加工机器人，通过在机器人末端安装刀具或工件、调整刀具主轴和工件主轴底座中心距来实现不同规格的齿轮的灵活加工；
本发明可根据被加工齿轮工件的形状，自动更换对应的标准刀具和夹具，从而实现对多种类型齿轮工件的加工；
第二主轴(7)和旋转关节1(9)二者轴线相互垂直，可以实现1个自由度的旋转运动；机械臂组件可提供2个旋转自由度和2个平移自由度，故基于第一主轴(2)的1个旋转自由度，所述工件(4)和所述刀具(5)可以实现6个自由度的相对运动；
第一主轴可以垂直或侧面安装，工件和刀具也均可以对应安装到第一主轴或第二主轴上，故本发明在结构上有多种组合方式，包含但不仅限于所述具体实施例，均在本发明保护范围内；
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具体描述；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；凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，都属于本发明保护的范围；
请参见图1-2，详情如下：
在一较佳实施例中，见图1，本发明提出的一种齿轮加工机器人，它包括：底座1(1)、可分离的第一主轴(2)、夹具(3)、工件(4)、刀具(5)、刀柄(6)、第二主轴(7)和具有4个自由度的机械臂组件；它们相互之间的位置关系是：该第一主轴(2)与底座1(1)通过主轴安装定位孔来进行连接和固定，底座1(2)通过螺栓连接垂直安装于地面上。工件(4)由夹具(3)夹紧，夹具(3)与第一主轴(2)通过螺栓连接。刀具(5)和刀柄(6)通过螺栓连接，刀柄(6)与第二主轴(7)通过标准刀柄接口的端面和锥面连接。第二主轴(7)采用螺栓连接方式安装在机械臂组件连杆1(8)上；机械臂组件通过底座2(15)来实现安装固定；工件(4)与刀具(5)之间的相对位置可通过底座1(1)和底座2(15)的中心距进行调整；
该底座(1)的形状构造是：采用铸铁材料的圆柱形外壳；
该第一主轴(2)选用现有产品，其型号为中国中邦锦明BT30型电主轴；
该夹具(3)选用现有产品，其型号为中国千岛可调式三爪卡盘3DAKT；
该工件(4)的形状构造是：形状根据所加工的圆柱齿轮及圆锥齿轮分别为圆柱形及圆锥形中的一种；
该刀具(5)选用现有产品，其型号为中国哈尔滨工具厂新结构双面精弧齿锥齿轮铣刀；
该刀柄(6)为定制刀柄，其结构参考公开的发明专利“一种螺旋锥齿轮铣刀盘刀柄(CN201310142291.3)”；
该第二主轴(7)选用现有产品，其型号为中国昊志DGZX-15020电主轴；
所述的机械臂组件包括连杆1(8)、旋转关节1(9)、连杆2(10)、电主轴输出端(11)、滑台(12)、电主轴(13)、上托板(14)、底座2(15)；它们相互之间的位置关系是：连杆1(8)和连杆2(10)通过旋转关节1(9)连接，连杆2(10)和电主轴输出端(11)通过轴承连接；电主轴(13)和滑台(12)通过主轴安装定位孔来进行连接和固定，滑台(12)安装在上托板上，可沿上托板导轨移动；上托板安装在底座2(15)上，可沿底座2(15)导轨移动，底座2(15)与地面螺栓连接；
该连杆1(8)的形状构造是；由合金钢切割为L型；
该连杆2(10)的形状构造是：由合金钢切割为长方体；
该滑台(12)的形状构造是：采用铸铁材料的立方体，中间挖孔用于安装主轴，底面与上托板对应有两条凹槽；
该电主轴(13)选用现有产品，其型号为中国中邦锦明BT30型电主轴；
该上托板(14)的形状构造是：采用铸铁材料的长方形板，上端面与滑台对应有两条导轨，下端面与底座2对应有两条凹槽；
该底座2(15)的形状构造是：采用铸铁材料的长方体，上端面与上托板对应有两条导轨；
该旋转关节1(9)的形状构造是：圆柱形外壳，输入输出轴之间通过法兰连接，实时采集关节的角度与位置信息并反馈给上级控制系统实时精确定位所述刀具和所述工件的相对位置；可参考公开的发明专利“一种用于加工机器人的一体化机器人关节(CN202111312139.6)”；
在一可选实施例中，见图2，第一主轴侧面安装在底座1上，底座2垂直安装于地面上，刀具安装在第一主轴上，工件安装于第二主轴上；
在以上的实施例中，可以通过实时监测主轴和旋转关节的位置和角度，利用安装在机器人末端的辅助装置和可自动换刀电主轴来实现换刀和自动上下料，通过运动控制系统来连续控制机械臂关节的转角，可实现齿轮的切削加工。

Claims (5)

1.一种齿轮加工机器人，其特征在于：它包括：第一底座(1)、分离的第一主轴(2)、夹具(3)、工件(4)、刀具(5)、刀柄(6)、第二主轴(7)和具有4个自由度的机械臂组件；该第一主轴(2)与第一底座(1)通过主轴安装定位孔来进行连接和固定，第一底座(2)通过螺栓连接垂直安装于地面上；工件(4)由夹具(3)夹紧，夹具(3)与第一主轴(2)通过螺栓连接；刀具(5)和刀柄(6)通过螺栓连接，刀柄(6)与第二主轴(7)通过标准刀柄接口的端面和锥面连接；第二主轴(7)采用螺栓连接方式安装在机械臂组件第一连杆(8)上；机械臂组件通过第二底座(15)来实现安装固定；工件(4)与刀具(5)之间的相对位置通过第一底座(1)和第二底座(15)的中心距进行调整；
底座的形状构造是：采用铸铁材料的圆柱形外壳；
工件(4)的形状构造是：形状根据所加工的圆柱齿轮及圆锥齿轮分别为圆柱形及圆锥形中的一种；
所述的机械臂组件包括第一连杆(8)、第一旋转关节(9)、第二连杆(10)、电主轴输出端(11)、滑台(12)、电主轴(13)、上托板(14)、第二底座(15)；第一连杆(8)和第二连杆(10)通过第一旋转关节(9)连接，第二连杆(10)和电主轴输出端(11)通过轴承连接；电主轴(13)和滑台(12)通过主轴安装定位孔来进行连接和固定，滑台(12)安装在上托板(14)上，沿上托板导轨移动；上托板安装在第二底座(15)上，沿第二底座(15)导轨移动，第二底座(15)与地面螺栓连接；
该第一连杆(8)的形状构造是；由合金钢切割为L型；
该第二连杆(10)的形状构造是：由合金钢切割为长方体；
该滑台(12)的形状构造是：采用铸铁材料的立方体，中间挖孔用于安装主轴，底面与上托板对应有两条凹槽；
该上托板(14)的形状构造是：采用铸铁材料的长方形板，上端面与滑台对应有两条导轨，下端面与第二底座(15)对应有两条凹槽；
该第二底座(15)的形状构造是：采用铸铁材料的长方体，上端面与上托板(14)对应有两条导轨；
该第一旋转关节(9)的形状构造是：圆柱形外壳，输入输出轴之间通过法兰连接，实时采集关节的角度与位置信息并反馈给上级控制系统实时精确定位所述刀具和所述工件的相对位置。
2.根据权利要求1所述的一种齿轮加工机器人，其特征在于：该第一主轴(2)选用型号为中邦锦明BT30型电主轴。
3.根据权利要求1所述的一种齿轮加工机器人，其特征在于：该夹具(3)选用型号为千岛可调式三爪卡盘3DAKT。
4.根据权利要求1所述的一种齿轮加工机器人，其特征在于：该刀具(5)选用型号为哈尔滨工具厂新结构双面精弧齿锥齿轮铣刀。
5.根据权利要求1所述的一种齿轮加工机器人，其特征在于：该第二主轴(2)选用型号为昊志DGZX-15020电主轴。
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