CN116038432B - 机加工系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机加工系统，属于机械工业领域。机加工系统包括：作业模组、工装模组和刀具库模组；作业模组包括机器人和电主轴，电主轴连接于机器人的末端，电主轴可拆卸地连接有至少一个加工刀具；工装模组位于机器人的一侧，工装模组用于限制待加工零件空间自由度，保证零件加工精度。待加工零件放至于机器人的椭球刚度控制区中以实现最佳切削位姿，保证机器人加工刚度，提升零件加工精度；刀具库模组位于机器人的另一侧，刀具库模组中存储有至少一个加工刀具，工具根据不同加工需要自动选取更换。本公开的机加工系统，能够有效提高机加工过程自动化柔性化水平，适合大型复杂多维空间零件机加工需要，实现低成本无液冷绿色加工。

Description

机加工系统

技术领域

本发明涉及机械工业领域，特别涉及一种机加工系统。

背景技术

当前，全球新一轮科技革命和产业变革蓬勃发展，电动化、轻量化、智能化和共享化是新能源汽车四大发展潮流和趋势，其中轻量化是解决电动汽车里程焦虑，提高电动汽车续驶里程的关键因素之一。国内外对轻量化技术进行多年研发攻关，并取得了一定成果，其中铝合金车身是实现轻量化的重要路径。目前车身铝型材零件的成型加工大多依赖于数控机床设备，但是由于数控机床在大规模加工铝型材零部件时具有成本高、柔性差、效率低的问题，因此寻找低成本加工设备势在必行。

发明内容

本发明提供了一种机加工系统，能够实现低成本、高柔性、高效率的铝型材零部件的生产加工。

所述技术方案如下：

一种机加工系统，所述机加工系统包括：作业模组、工装模组和刀具库模组；

所述作业模组包括机器人和电主轴，所述电主轴连接于所述机器人的末端，所述电主轴可拆卸地连接有至少一个加工刀具；

所述工装模组位于所述机器人的一侧，所述工装模组用于夹紧待加工型材；所述机器人的刚度大于或等于所述待加工型材所需的切削力；

所述刀具库模组位于所述机器人的另一侧，所述刀具库模组中存储有至少一个加工刀具；

所述机加工系统被配置为，所述机器人带动所述电主轴沿第一目标轨迹运动至所述刀具库模组位置，所述电主轴在所述刀具库模组上连接或更换所述至少一个加工刀具；所述机器人带动所述电主轴沿第二目标轨迹运动至所述工装模组位置，所述电主轴驱动所述至少一个加工刀具运行，对所述待加工型材进行机加工。

在一些实施例中，所述机器人的末端设有连接法兰，所述连接法兰上连接有转接安装板，所述电主轴连接固定在所述转接安装板上；所述电主轴的轴线与所述机器人末端的轴线垂直相交。

在一些实施例中，所述机器人设有吹屑管，所述吹屑管的末端延伸至所述至少一个加工刀具一侧，所述吹屑管用于朝向所述至少一个加工刀具所在位置出风。

在一些实施例中，所述机加工系统还包括集屑模组，所述集屑模组包括收集槽、收集管道、分离室、沉淀池和负压发生器；

所述收集槽位于所述工装模组的下方，所述收集槽用于在下方承接收集所述待加工型材切削过程中产生的切削废料；

所述收集管道的一端与所述收集槽连接，所述收集管道的另一端连接至所述分离室，所述分离室的下方布置所述沉淀池，所述分离室与所述负压发生器连接；

所述集屑模组被配置为，所述负压发生器产生的负压通过所述分离室、所述收集管道传递至所述收集槽，在负压作用下所述收集槽内的切削废料沿所述收集管道进入所述分离室，所述切削废料在所述分离室内受到重力作用向下沉降至所述沉淀池。

在一些实施例中，所述集屑模组还包括缓冲管；所述缓冲管连接于所述收集管道和所述分离室之间，所述缓冲管的直径沿从所述收集管道向所述分离室的方向递增，所述缓冲管用于降低所述收集管道流向所述分离室的气流的速度。

在一些实施例中，所述集屑模组还包括减速板，所述减速板位于所述收集管道和所述分离室之间、所述收集管道的末端和所述分离室的入口中的至少一个位置上，所述减速板用于降低所述收集管道流向所述分离室的气流的速度。

在一些实施例中，所述工装模组包括第一底座、支撑组件和夹具组件；

所述支撑组件连接于所述第一底座上，所述夹具组件连接于所述支撑组件上，所述夹具组件用于将所述待加工型材夹紧在所述支撑组件的顶部。

在一些实施例中，所述待加工型材包括平直段、第一弧形段和第二弧形段，所述第一弧形段和第二弧形段分别位于所述平直段的两端；所述平直段中间设有一切断加工部，所述平直段、所述第一弧形段和所述第二弧形段分别设有若干装配加工部；

所述支撑组件包括第一支撑柱、第二支撑柱、第三支撑柱和第四支撑柱，所述夹具组件包括第一夹具、第二夹具、第三夹具和第四夹具；所述第一夹具连接于所述第一支撑柱，所述第二夹具连接于所述第二支撑柱，所述第三夹具连接于所述第三支撑柱，所述第四夹具连接于所述第四支撑柱；

所述第一支撑柱和所述第四支撑柱分别对应于所述第一弧形段的末端和所述第二弧形段的末端，所述第一夹具夹紧所述第一弧形段的末端，所述第四夹具夹紧所述第二弧形段的末端；

所述第二支撑柱和所述第三支撑柱分别对应于所述平直段，并分别位于所述切断加工部的两侧，所述第二夹具和所述第三夹具分别夹紧所述切断加工部两侧的所述平直段。

在一些实施例中，所述第一支撑柱和所述第四支撑柱的高度相等，所述第二支撑柱和所述第三支撑柱的高度相等，且所述第一支撑柱和所述第四支撑柱的高度小于所述第二支撑柱和所述第三支撑柱的高度，使得所述待加工型材朝向所述机器人所在侧倾斜。

在一些实施例中，所述支撑组件还包括第五支撑柱和第六支撑柱，所述夹具组件还包括第五夹具和第六夹具；

所述第五夹具连接于所述第五支撑柱，所述第六夹具连接于所述第六支撑柱；

所述第五支撑柱对应于所述第一弧形段与所述平直段的连接处，所述第五夹具夹紧所述第一弧形段与所述平直段的连接处；

所述第六支撑柱对应于所述第二弧形段与所述平直段的连接处，所述第六夹具夹紧所述第二弧形段与所述平直段的连接处。

在一些实施例中，所述第一夹具、所述第二夹具、所述第三夹具、所述第四夹具、所述第五夹具和所述第六夹具中的每个夹具分别包括第一压块、第二压块、第三压块、第四压块、第一气缸和第二气缸；

所述第一压块和所述第二压块分别设于所述待加工型材沿第一方向的两个相对侧面，所述第一压块和所述第二压块中的之一固定设置，另一个与所述第一气缸连接，并由所述第一气缸带动压紧和释放；

所述第三压块和所述第四压块分别设于所述待加工型材沿第二方向的两个相对侧面，所述第三压块和所述第四压块中的之一固定设置，另一个与所述第二气缸连接，并由所述第二气缸带动压紧和释放；

其中，所述第一方向为垂直于所述待加工型材朝向所述机器人的内侧面的方向，所述第二方向为垂直于所述待加工型材的顶面的方向。

在一些实施例中，所述刀具库模组包括第二底座和第一支撑架；所述第一支撑架连接于所述第二底座上，所述第一支撑架上设有多个刀具槽，所述刀具槽用于放置所述至少一个加工刀具。

在一些实施例中，所述刀具库模组还包括集屑槽，所述集屑槽可拆卸地连接于所述第一支撑架或所述第二底座上，并对应于所述至少一个加工刀具的下方，所述集屑槽用于承接所述至少一个加工刀具掉落的切削废料。

在一些实施例中，所述刀具库模组还包括翻转盖体和翻转驱动器；所述翻转盖体转动连接于所述第一支撑架，并位于所述至少一个加工刀具的上方；所述翻转驱动器与翻转盖体连接，所述翻转驱动器用于驱动所述翻转盖体转动以遮盖或露出下方的所述至少一个加工刀具。

在一些实施例中，所述机加工系统还包括转运器具，所述转运器具用于存储转运机加工完成的已加工型材；

所述转运器具包括第三底座、第二支撑架和至少两个支撑梁；

所述第二支撑架位于所述第三底座的顶面边缘，并朝向上方延伸；所述至少两个支撑梁间隔的连接于所述第二支撑架上，并分别延伸到所述第三底座的上方；所述已加工型材位于所述至少两个支撑梁上，所述至少两个支撑梁将所述已加工型材支撑在所述第三底座上方。

在一些实施例中，所述支撑梁包括第一支撑梁、第二支撑梁和第三支撑梁，所述第一支撑梁和所述第二支撑梁的高度相同，所述第三支撑梁的高度大于或小于所述第一支撑梁和所述第二支撑梁；

所述已加工型材的一端抵接于所述第三支撑梁，所述第一支撑梁和所述第二支撑梁支撑所述已加工型材的其余部分。

本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明的机加工系统，能够有效提高机加工过程自动化柔性化水平，相较传统机床加工成本降低20％、生产效率提高2倍、设备投资减少50％以上，特别适合零件加工精度大于等于0.1mm以上的大型复杂多维空间零件机加工需要。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的机加工系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的作业模组的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的集屑模组的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的工装模组的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的工装模组的结构正视图；

图6是本发明实施例提供的工装模组的结构后视图；

图7是本发明实施例提供的夹具的结构示意图；

图8是本发明另一实施例提供的夹具的结构示意图；

图9是本发明实施例提供的刀具库模组的结构示意图；

图10是本发明实施例提供的刀具槽的结构示意图；

图11是本发明实施例提供的刀具库模组在另一视角的结构示意图；

图12是本发明实施例提供的转运器具的结构示意图；

图13是本发明实施例提供的转运器具盛放已加工型材的状态示意图。

图中的附图标记分别表示为：

1、作业模组；

11、机器人；111、连接法兰；112、转接安装板；113、吹屑管；114、电气收纳装置；12、电主轴；13、加工刀具；

2、工装模组；

21、第一底座；22、支撑组件；221、第一支撑柱；222、第二支撑柱；223、第三支撑柱；224、第四支撑柱；225、第五支撑柱；226、第六支撑柱；23、夹具组件；231、第一夹具；232、第二夹具；233、第三夹具；234、第四夹具；235、第五夹具；236、第六夹具；

2301、第一压块；2302、第二压块；2303、第三压块；2304、第四压块；2305、第一气缸；2306、第二气缸；

3、刀具库模组；

31、第二底座；32、第一支撑架；321、刀具槽；3211、第一弹性爪；3212、第二弹性爪；3213、传感器安装板；33、集屑槽；34、翻转盖体；35、翻转驱动器；

4、待加工型材；

41、平直段；411、切断加工部；42、第一弧形段；420、装配加工部；43、第二弧形段；

5、集屑模组；

51、收集槽；52、收集管道；53、分离室；54、沉淀池；55、负压发生器；56、缓冲管；57、减速板；

6、转运器具；

61、第三底座；62、第二支撑架；

631、第一支撑梁；632、第二支撑梁；633、第三支撑梁；634、第四支撑梁；635、第五支撑梁；636、第六支撑梁；

64、脚轮；65、定位器；66、牵引器；

7、已加工型材。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图1所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

除非另有定义，本发明实施例所用的所有技术术语均具有与本领域普通技术人员通常理解的相同的含义。

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

结合图1所示，本实施例提供了一种机加工系统，机加工系统包括：作业模组1、工装模组2和刀具库模组3。

作业模组1包括机器人11和电主轴12，电主轴12连接于机器人11的末端，电主轴12可拆卸地连接有至少一个加工刀具13；工装模组2位于机器人11的一侧，工装模组2用于夹紧待加工型材4；机器人11的刚度大于或等于待加工型材4所需的切削力；刀具库模组3位于机器人11的另一侧，刀具库模组3中存储有至少一个加工刀具13(图中未示出)。

机加工系统被配置为，机器人11带动电主轴12沿第一目标轨迹运动至刀具库模组3位置，电主轴12在刀具库模组3上连接或更换至少一个加工刀具13；机器人11带动电主轴12沿第二目标轨迹运动至工装模组2位置，电主轴12驱动至少一个加工刀具13运动，对待加工型材4进行机加工。

本实施例的机加工系统，机器人11末端集成电主轴12，电主轴12能够可拆卸地连接多种加工刀具13，在机器人11的驱动下，对待加工型材4进行机加工；待加工型材4利用工装模组2夹紧固定在机器人11的作业范围，并保证在这一范围内的机器人11刚度大于或等于待加工型材4的切削力，从而避免机器人11的受力超过阈值出现轨迹偏差、震颤等问题，影响机加工精度。

此外，在机器人11作业范围内还设有存储加工刀具13的刀具库模组3，其内存储有多种机加工所需的加工刀具13，根据加工工艺的不同，机器人11能够驱动电主轴12到刀具库模组3中，先将其上的加工刀具13放入，再连接另一个所需加工刀具13，从而能够对待加工型材4执行各种不同工艺的加工，这包括但不限于锯切、车削、铣削、钻孔、镗孔、打磨等等。

本发明的机加工系统，能够有效提高车辆中型材零部件的机加工过程自动化柔性化水平，相较传统机床加工成本降低20％、生产效率提高2倍、设备投资减少50％以上，特别适合三维4m×4m大空间加工，加工精度精度达到±0.1mm，满足大型复杂多维空间零件机加工需要。

本实施例的机加工系统可以实现对金属、木材等产品，在保证加工质量的前提下提升加工效率提升、降低加工成本、降低设备投资、提高生产线柔性化，满足机器人11自动机加工需要。

其中，电主轴12是在数控机床领域出现的将机床主轴与主轴电机融为一体的新技术。示例性地，电主轴12是一套组件，它包括电主轴本身及其附件：主轴、高频变频装置、油雾润滑器、冷却装置、内置编码器、换刀装置等。这种主轴电动机与机床主轴“合二为一”的传动结构形式，使主轴部件从机床的传动系统和整体结构中相对独立出来，因此可做成“主轴单元”，俗称“电主轴”(Electric Spindle/Motor Spindle)，特性为高转速、高精度、低噪音等等。

基于以上电主轴12的各项特性，将电主轴12集成在机器人11的末端，能够赋予机器人11执行各种机加工工艺的能力，满足各种型材零部件的加工需求。

在一些可能的实现方式中，机器人11的作业范围以机器人11的椭球刚度控制区为基准，在机器人11的椭球刚度控制区范围内，机器人11的末端刚度均大于或等于待加工型材4所需的切削力，从而能够确保机加工系统的作业精度。

结合图2所示，在一些实施例中，机器人11的末端设有连接法兰111，连接法兰111上连接有转接安装板112，电主轴12连接固定在转接安装板112上；电主轴12的轴线与机器人11末端的轴线垂直相交。

本实施例的电主轴12通过连接法兰111、转接安装板112固定安装在机器人11末端，结构简单，连接可靠性高，这还能使得电主轴12的轴线与机器人11末端的轴线垂直相交，从而确保电主轴12带动加工工具旋转对待加工型材4进行加工时，加工刀具13传递的切削力沿电主轴12的轴线向上传递，与机器人11末端的轴线垂直相交，这有利于确保电主轴12的受力平衡，有利于将机器人11末端的支撑力高效地传递到加工刀具13，提高机加工系统的加工精度。

在一些可能的实现方式中，转接安装板112由对接法兰、延伸轴、矩形板依次连接而成，其中对接法兰与连接法兰111对接，周围通过多组螺栓进行紧固连接，延伸轴使得矩形板沿轴向的向外延伸，使得电主轴12与机器人11末端具有一定的安全距离，矩形板的形状与电主轴12的侧面形状对应，能够与电主轴12的侧面完全贴合，从而将电主轴12与机器人11的末端稳定的连接。

结合图2所示，在一些实施例中，机器人11设有吹屑管113，吹屑管113的末端延伸至至少一个加工刀具13一侧，吹屑管113用于朝向至少一个加工刀具13所在位置出风。

本实施例的机加工系统，利用机器人11搭载的吹屑管113对加工刀具13所在位置出风，一方面能够将加工产生的切削废料吹走，保证机加工的精度，另一方面能够对加工刀具13、待加工型材4进行风冷冷却，这能够延长加工刀具13的寿命，防止型材熔融后粘粘在加工刀具13上。

利用吹屑管113，代替传统的冷却液系统，能够大大降低机加工系统的工作成本，并且吹屑管113的布置难度相较于冷却液系统，难度更低。

可选地，吹屑管113的气源可以配置独立的风机，也可以直接采用车间中常见的气源动力，将吹屑管113连接至就近的气动管路，即可完成气源的引入，结构简单，也更加节能。

结合图2所示，在一些可能的实现方式中，机器人11还包括电气收纳装置114，电气收纳装置114位于机器人11顶部，用于收纳机器人11的电路和气路。

结合图3所示，在一些实施例中，机加工系统还包括集屑模组5，集屑模组5包括收集槽51、收集管道52、分离室53、沉淀池54和负压发生器55。

收集槽51位于工装模组2的下方，收集槽51用于在下方承接收集待加工型材4切削过程中产生的切削废料；收集管道52的一端与收集槽51连接，收集管道52的另一端连接至分离室53，分离室53的下方布置沉淀池54，分离室53与负压发生器55连接。

集屑模组5被配置为，负压发生器55产生的负压通过分离室53、收集管道52传递至收集槽51，在负压作用下收集槽51内的切削废料沿收集管道52进入分离室53，切削废料在分离室53内受到重力作用向下沉降至沉淀池54。

本实施例的机加工系统，设置集屑模组5，该集屑模组5利用布置在工装模组2下方的收集槽51收集切削废料，再利用空气负压将切削废料吸入分离室53，切削废料受到重力作用而发生沉降，从而将切削废料收集到沉淀池54内。

可选地，收集槽51的面积大于工装模组2的平面面积，收集槽51为碗形结构，从下方将工装模组2半包在内，从而保证待加工型材4的切削废料能够被承接到收集槽51内。

在一些可能的实现方式中，分离室53的体积远大于收集管道52的体积，夹杂切削废料的气流从收集管道52进入分离室53后，压力骤然减小，气流速度减慢，气流对切削废料的裹挟能力下降，切削废料在自身重力的作用下发生沉降，进而落到下方的沉淀池54内。

可选地，沉淀池54与分离室53可拆卸地连接，便于将沉淀池54打开或拆下，对其内的切削废料进行清理回收。

结合图3所示，在一些实施例中，集屑模组5还包括缓冲管56；缓冲管56连接于收集管道52和分离室53之间，缓冲管56的直径沿从收集管道52向分离室53的方向递增，缓冲管56用于降低收集管道52流向分离室53的气流的速度。

为了进一步的提高切削废料的分离能力，在收集管道52和分离室53之间布置缓冲管56，该缓冲管56利用递增的直径，减小气流的压力，降低气流速度，从而提高切削废料的分离能力。

结合图3所示，在一些实施例中，集屑模组5还包括减速板57，减速板57位于收集管道52和分离室53之间、收集管道52的末端和分离室53的入口中的至少一个位置上，减速板57用于降低收集管道52流向分离室53的气流的速度。

可以理解的，减速板57可以布置在收集管道52和分离室53之间，或者收集管道52的末端，或者分离室53的入口，也可以布置在上述三个位置中的其中两个或其中三个上。从而，减速板57的数量，例如为一个、两个、三个等等，通过增加减速板57的数量，能够起到降低气流速度的叠加效果。

示例性地，减速板57为板形件，减速板57上开设若干个通气孔，利用减速板57能够抵消气流的冲击力，从而实现降低气流的速度，起到提高分离效果的作用。

利用缓冲管56和减速板57，降低收集管道52中风速，能够有效防止分离室53内形成涡流，从而引发爆炸的风险。

在另一些可能的实现方式中，收集管道52与分离室53的连接位置低于负压发生器55与分离室53的连接位置，使得收集管道52内输出的气流需进行一段爬升行程才能到达负压发生器55，进而被抽出，这有利于气流中的切削废料的分离。

可选地，收集管道52的出口直接相对的为分离室53的另一侧壁，气流直接吹到侧壁上，能够迅速消耗气流内的切削废料的动能，促使切削废料向下沉降。

另一可选地，负压发生器55与分离室53之间布置有滤网结构，能够对气流中的切削废料进行滤除，保证负压发生器55的运行安全。

结合图4所示，在一些实施例中，工装模组2包括第一底座21、支撑组件22和夹具组件23；支撑组件22连接于第一底座21上，夹具组件23连接于支撑组件22上，夹具组件23用于将待加工型材4夹紧在支撑组件22的顶部。

利用工装模组2能够将待加工型材4可靠稳定的固定在机器人11的椭球刚度控制区范围内，便于作业模组1对其进行加工。

结合图5、6所示，在一些实施例中，待加工型材4包括平直段41、第一弧形段42和第二弧形段43，第一弧形段42和第二弧形段43分别位于平直段41的两端；平直段41中间设有一切断加工部411，平直段41、第一弧形段42和第二弧形段43分别设有若干装配加工部420。

支撑组件22包括第一支撑柱221、第二支撑柱222、第三支撑柱223和第四支撑柱224，夹具组件23包括第一夹具231、第二夹具232、第三夹具233和第四夹具234；第一夹具231连接于第一支撑柱221，第二夹具232连接于第二支撑柱222，第三夹具233连接于第三支撑柱223，第四夹具234连接于第四支撑柱224。

第一支撑柱221和第四支撑柱224分别对应于第一弧形段42的末端和第二弧形段43的末端，第一夹具231夹紧第一弧形段42的末端，第四夹具234夹紧第二弧形段43的末端；第二支撑柱222和第三支撑柱223分别对应于平直段41，并分别位于切断加工部411的两侧，第二夹具232和第三夹具233分别夹紧切断加工部411两侧的平直段41。

本实施例的待加工型材4，具有跨度大、空间结构复杂的特点，采用普通的夹具很难对其进行可靠的装夹，利用四个支撑柱能够将待加工型材4进行目标位置进行多点支撑，这符合待加工型材4的结构特点，具有装夹操作简单，装夹可靠性高的特点。示例性地，待加工型材4为车辆的顶边梁。

此外，多个支撑柱彼此间隔的点状支撑在待加工型材4的下方，能够尽可能的将待加工型材4的本体暴露在作业模组1面前，便于机器人11驱动电主轴12对待加工型材4进行接触加工，这有利于提高机加工系统的加工能力，能够对待加工型材4进行更多工序的机加工。

又因为待加工型材4具有一个切断加工部411，切断加工部411通常采用锯切刀具，将一个整体的待加工型材4切断为两个部分，锯切加工产生的切削力较大，因此在切断加工部411的两侧分别布置两个支撑柱。

其中，待加工型材4的装配加工部420，例如为孔结构、槽结构、平面结构等，是主要起到与其它结构件进行装配连接功能的加工部位。

结合图5、6所示，在一些实施例中，第一支撑柱221和第四支撑柱224的高度相等，第二支撑柱222和第三支撑柱223的高度相等，且第一支撑柱221和第四支撑柱224的高度小于第二支撑柱222和第三支撑柱223的高度，使得待加工型材4朝向机器人11所在侧倾斜。

利用不同位置的支撑柱之间的高度差，使得本实施例中长跨度、复杂弧形结构的待加工型材4朝下机器人11所在侧倾斜，待加工型材4的主要加工面与机器人11的主轴的延伸方向区域垂直，这使得机器人11能够保持在最佳刚度姿态下完成对待加工型材4的加工，有利于缩短机器人11的加工节拍，提高机加工效率，减小切削力对加工精度的影响，提高机加工系统的加工精度。

结合图5、6所示，在一些实施例中，支撑组件22还包括第五支撑柱225和第六支撑柱226，夹具组件23还包括第五夹具235和第六夹具236；第五夹具235连接于第五支撑柱225，第六夹具236连接于第六支撑柱226。

第五支撑柱225对应于第一弧形段42与平直段41的连接处，第五夹具235夹紧第一弧形段42与平直段41的连接处；第六支撑柱226对应于第二弧形段43与平直段41的连接处，第六夹具236夹紧第二弧形段43与平直段41的连接处。

本实施例的待加工型材4，由于其具有两个弧形段，在弧形段与平直段41相连接的位置可能会出现一定的扭转力矩，因此分别布置第五支撑柱225和第六支撑柱226将待加工型材4的平衡受力点进行补充支撑，从而使得待加工型材4的支撑平衡度更高，也能够在机器人11对弧形段进行机加工时，为待加工型材4提供足够的支撑。

可以理解的，本发明工装模组2还可以布置其它支撑柱，例如在靠近待加工型材4的加工区域的位置布置支撑柱，能够为待加工型材4提供特定方向、特定点位的支撑限位。

结合图7、8所示，在一些实施例中，第一夹具231、第二夹具232、第三夹具233、第四夹具234、第五夹具235和第六夹具236中的每个夹具分别包括第一压块2301、第二压块2302、第三压块2303、第四压块2304、第一气缸2305和第二气缸2306。

第一压块2301和第二压块2302分别设于待加工型材4沿第一方向的两个相对侧面，第一压块2301和第二压块2302中的之一固定设置，另一个与第一气缸2305连接，并由第一气缸2305带动压紧和释放；第三压块2303和第四压块2304分别设于待加工型材4沿第二方向的两个相对侧面，第三压块2303和第四压块2304中的之一固定设置，另一个与第二气缸2306连接，并由第二气缸2306带动压紧和释放。

其中，第一方向为垂直于待加工型材4朝向机器人11的内侧面的方向，第二方向为垂直于待加工型材4的顶面的方向。

本实施例的机加工系统，用于待加工型材4的机加工，由于待加工型材4具有多个加工部位，其受到的切削力的方向不统一，传统的单向装夹很难保证待加工型材4的姿态，因此采用双方向装夹的方式，例如四个压块分别从上下和内外两个方向对待加工型材4进行固定，确保待加工型材4全方位的可靠固定。

需要说明的，本发明的第一夹具231、第二夹具232、第三夹具233、第四夹具234、第五夹具235和第六夹具236可以只其中一个采用本实施例的方案，也可以其中几个采用本实施例的方案，或者全部采用本实施例的方案。

在一些可能的实现方式中，第一压块2301、第二压块2302、第三压块2303和第四压块2304中每个压块与待加工型材4压紧接触的表面形状，包括但不限于平面、弧线面、斜面、探针等等。

结合图9所示，在一些实施例中，刀具库模组3包括第二底座31和第一支撑架32；第一支撑架32连接于第二底座31上，第一支撑架32上设有多个刀具槽321，刀具槽321用于放置至少一个加工刀具13。

本实施例中，刀具库模组3用于存储多个能够与电主轴12快速连接的加工刀具13，以实现不同加工工艺的需求。利用第二底座31将刀具库模组3固定布置在作业模组1周围，机器人11驱动电主轴12沿第一目标轨迹移动至刀具库模组3，先将连接状态的加工刀具13放入空的刀具槽321，再将移动到其它刀具槽321，与对应型号的加工刀具13进行快速连接，之后沿第二目标轨迹移动到加工位置，对待加工型材4进行加工。

结合图10所示，在一些可能的实现方式中，刀具槽321包括第一弹性爪3211、第二弹性爪3212和传感器安装板3213，其中第一弹性爪3211和第二弹性爪3212间隔布置形成U形空间，加工刀具13刀头向下的卡接在U形空间内。传感器安装板3213布置在U形空间的一侧，传感器安装板3213用于安装传感器(图中未示出)，该传感器能够检测当前刀具槽321内是否存储有加工刀具13。

进一步的，当传感器具有识别功能时，能够通过传感器判断刀具槽321内的加工刀具13的型号，并反馈给机器人11，机器人11能够根据传感器的反馈，获知其所需的加工刀具13所在的刀具槽321，从而能够精准的找到并连接该加工刀具13。

结合图9所示，在一些实施例中，刀具库模组3还包括集屑槽33，集屑槽33可拆卸地连接于第一支撑架32或第二底座31上，并对应于至少一个加工刀具13的下方，集屑槽33用于承接至少一个加工刀具13掉落的切削废料。

在加工刀具13的下方布置集屑槽33，能够承接加工刀具13上掉落的切削废料，对集屑模组5进行补充，保证作业区域的清洁条件。

可选地，集屑槽33可拆卸地位于第一支撑架32上，集屑槽33的两端设有把手，方便工作人员将集屑槽33提起。

结合图9、11所示，在一些实施例中，刀具库模组3还包括翻转盖体34和翻转驱动器35；翻转盖体34转动连接于第一支撑架32，并位于至少一个加工刀具13的上方；翻转驱动器35与翻转盖体34连接，翻转驱动器35用于驱动翻转盖体34转动以遮盖或露出下方的至少一个加工刀具13。

利用翻转盖体34和翻转驱动器35，能够在作业模组1不更换刀具，或机加工系统停机状态下，对防止在刀具槽321内的加工刀具13进行罩设保护，防止杂物灰尘等溅落到加工刀具13表面。而当作业模组1需要更换刀具时，翻转驱动器35动作，驱动翻转盖体34打开，便于作业模组1进行加工刀具13的更换。

结合图12、13所示，在一些实施例中，机加工系统还包括转运器具6，转运器具6用于存储转运机加工完成的已加工型材7；转运器具6包括第三底座61、第二支撑架62和至少两个支撑梁。

第二支撑架62位于第三底座61的顶面边缘，并朝向上方延伸；至少两个支撑梁间隔的连接于第二支撑架62上，并分别延伸到第三底座61的上方；已加工型材7位于至少两个支撑梁上，至少两个支撑梁将已加工型材7支撑在第三底座61上方。

本实施例的机加工系统中，能够将单个的长跨度待加工型材4加工形成已加工型材7，这些已加工型材7，利用转运器具6转运到下一工序。转运器具6根据已加工型材7的结构特点，第三底座61的一侧设置第二支撑架62，第二支撑架62上布置多个支撑梁，支撑梁将已加工型材7支撑在第三底座61的上方。

这种转运器具6，具有结构简单等优势，机械臂或工作人员能够十分方便地在第二支撑架62的另一侧进行放置或拿去已加工型材7。

在一些可能的实现方式中，支撑梁上设有多个分隔柱，相邻分隔柱之间的空间恰好可以容纳一个已加工型材7，从而可以将多个已加工型材7并列的放置在支撑梁上，从而有利于提高已加工型材7的齐整度，防止相互之间的碰撞变形，保证已加工型材7的结构精度。

结合图12所示，在一些可能的实现方式中，转运器具6还包括脚轮64和牵引器66，脚轮64安装在第三底座61的底部，牵引器66位于第三底座61的一侧，利用牵引器66和脚轮64，能够实现转运器具6的移动。

结合图12所示，在一些可能的实现方式中，转运器具6还包括定位器65，定位器65位于第三底座61的一侧，利用该定位器65，转运器具6能够准确的停放在作业模组1周围的目标位置，从而机械臂能够按照预定的目标轨迹将已加工型材7准确的放置到转运器具6，或能够从转运器具6上准确的抓取已加工型材7。

结合图12、13所示，在一些实施例中，支撑梁包括第一支撑梁631、第二支撑梁632和第三支撑梁633，第一支撑梁631和第二支撑梁632的高度相同，第三支撑梁633的高度大于或小于第一支撑梁631和第二支撑梁632；已加工型材7的一端抵接于第三支撑梁633，第一支撑梁631和第二支撑梁632支撑已加工型材7的其余部分。

利用第一支撑梁631、第二支撑梁632和第三支撑梁633三个支撑梁，能够将本实施例中弧线+平直的已加工型材7，能够将已加工型材7可靠稳定的存储在转运器具6内。

结合图12、13所示，在一些可能的实现方式中，支撑梁还包括第四支撑梁634、第五支撑梁635和第六支撑梁636，第四支撑梁634、第五支撑梁635和第六支撑梁636分别与第一支撑梁631、第二支撑梁632和第三支撑梁633位置对称的布置。

本实施例中的已加工型材7为待加工型材4从中间切断后形成，具有对称的弧形结构，两个已加工型材7例如为左顶边梁和右顶边梁，而两个已加工型材7需成对的转运和装配，因此在本实施例的转运器具6中利用第一支撑梁631、第二支撑梁632和第三支撑梁633支撑其中一种，第四支撑梁634、第五支撑梁635和第六支撑梁636支撑另一种，实现两个已加工型材7一并的转运，能够提高机加工系统的转运效率。

本实施例的机加工系统，通过安装在机器人11末端的电主轴12上的加工刀具13，并根据机器人11预先规划好的加工轨迹，对待加工型材4进行钻孔和锯切等工作。

具体加工步骤如下：

1、按机加工系统的平面布置图，利用激光跟踪仪，确定并将作业模组1、工装模组2、刀具库模组3固定在目标位置。

2、将电主轴12末端的加工刀具13的TCP坐标进行标定测量。

3、将预先定义好的机器人11离线仿真程序导入机器人11控制系统中。

4、在工装模组2中安装并夹持好待加工型材4。

5、启动机器人11及电主轴12，对待加工型材4进行加工。

6、取出已加工型材7，并到检具上检测几何尺寸精度符合率。

本发明的机加工系统，能够有效提高机加工过程自动化柔性化水平，相较传统机床加工成本降低20％、生产效率提高2倍、无切削液消耗、设备投资减少50％以上，特别适合零件加工精度大于等于0.1mm以上的大型复杂多维空间零件机加工需要。

需要指出的是，在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“某些实施方式”、“一个实施方式”、“一些实施方式”、“示意性实施方式”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”的描述意指结合所述实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施方式或示例中。

以上所述仅为本发明的实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种机加工系统，其特征在于，所述机加工系统包括：作业模组(1)、工装模组(2)和刀具库模组(3)；

所述作业模组(1)包括机器人(11)和电主轴(12)，所述电主轴(12)连接于所述机器人(11)的末端，所述电主轴(12)可拆卸地连接有至少一个加工刀具(13)；

所述工装模组(2)位于所述机器人(11)的一侧，所述工装模组(2)用于夹紧待加工型材(4),所述待加工型材(4)为车辆的顶边梁；所述工装模组(2)位于所述机器人(11)的椭球刚度控制区内，以使所述机器人(11)的刚度大于或等于所述待加工型材(4)所需的切削力；

所述刀具库模组(3)位于所述机器人(11)的另一侧，所述刀具库模组(3)中存储有至少一个加工刀具(13)；

所述机加工系统被配置为，所述机器人(11)带动所述电主轴(12)沿第一目标轨迹运动至所述刀具库模组(3)位置，所述电主轴(12)在所述刀具库模组(3)上连接或更换所述至少一个加工刀具(13)；所述机器人(11)带动所述电主轴(12)沿第二目标轨迹运动至所述工装模组(2)位置，所述电主轴(12)驱动所述至少一个加工刀具(13)运动，对所述待加工型材(4)进行机加工；

所述工装模组(2)包括第一底座(21)、支撑组件(22)和夹具组件(23)；

所述支撑组件(22)连接于所述第一底座(21)上，所述夹具组件(23)连接于所述支撑组件(22)上，所述夹具组件(23)用于将所述待加工型材(4)夹紧在所述支撑组件(22)的顶部；

所述待加工型材(4)包括平直段(41)、第一弧形段(42)和第二弧形段(43)，所述第一弧形段(42)和第二弧形段(43)分别位于所述平直段(41)的两端；所述平直段(41)中间设有一切断加工部(411)，所述平直段(41)、所述第一弧形段(42)和所述第二弧形段(43)分别设有若干装配加工部(420)；

所述支撑组件(22)包括第一支撑柱(221)、第二支撑柱(222)、第三支撑柱(223)和第四支撑柱(224)，所述夹具组件(23)包括第一夹具(231)、第二夹具(232)、第三夹具(233)和第四夹具(234)；所述第一夹具(231)连接于所述第一支撑柱(221)，所述第二夹具(232)连接于所述第二支撑柱(222)，所述第三夹具(233)连接于所述第三支撑柱(223)，所述第四夹具(234)连接于所述第四支撑柱(224)；

所述第一支撑柱(221)和所述第四支撑柱(224)分别对应于所述第一弧形段(42)的末端和所述第二弧形段(43)的末端，所述第一夹具(231)夹紧所述第一弧形段(42)的末端，所述第四夹具(234)夹紧所述第二弧形段(43)的末端；

所述第二支撑柱(222)和所述第三支撑柱(223)分别对应于所述平直段(41)，并分别位于所述切断加工部(411)的两侧，所述第二夹具(232)和所述第三夹具(233)分别夹紧所述切断加工部(411)两侧的所述平直段(41)；

所述第一支撑柱(221)和所述第四支撑柱(224)的高度相等，所述第二支撑柱(222)和所述第三支撑柱(223)的高度相等，且所述第一支撑柱(221)和所述第四支撑柱(224)的高度小于所述第二支撑柱(222)和所述第三支撑柱(223)的高度，使得所述待加工型材(4)朝向所述机器人(11)所在侧倾斜；

所述支撑组件(22)还包括第五支撑柱(225)和第六支撑柱(226)，所述夹具组件(23)还包括第五夹具(235)和第六夹具(236)；

所述第五夹具(235)连接于所述第五支撑柱(225)，所述第六夹具(236)连接于所述第六支撑柱(226)；

所述第五支撑柱(225)对应于所述第一弧形段(42)与所述平直段(41)的连接处，所述第五夹具(235)夹紧所述第一弧形段(42)与所述平直段(41)的连接处；

所述第六支撑柱(226)对应于所述第二弧形段(43)与所述平直段(41)的连接处，所述第六夹具(236)夹紧所述第二弧形段(43)与所述平直段(41)的连接处；

所述第一夹具(231)、所述第二夹具(232)、所述第三夹具(233)、所述第四夹具(234)、所述第五夹具(235)和所述第六夹具(236)中的每个夹具分别包括第一压块(2301)、第二压块(2302)、第三压块(2303)、第四压块(2304)、第一气缸(2305)和第二气缸(2306)；

所述第一压块(2301)和所述第二压块(2302)分别设于所述待加工型材(4)沿第一方向的两个相对侧面，所述第一压块(2301)和所述第二压块(2302)中的之一固定设置，另一个与所述第一气缸(2305)连接，并由所述第一气缸(2305)带动压紧和释放；

所述第三压块(2303)和所述第四压块(2304)分别设于所述待加工型材(4)沿第二方向的两个相对侧面，所述第三压块(2303)和所述第四压块(2304)中的之一固定设置，另一个与所述第二气缸(2306)连接，并由所述第二气缸(2306)带动压紧和释放；

其中，所述第一方向为垂直于所述待加工型材(4)朝向所述机器人(11)的内侧面的方向，所述第二方向为垂直于所述待加工型材(4)的顶面的方向。

2.根据权利要求1所述的机加工系统，其特征在于，所述机器人(11)的末端设有连接法兰(111)，所述连接法兰(111)上连接有转接安装板(112)，所述电主轴(12)连接固定在所述转接安装板(112)上；所述电主轴(12)的轴线与所述机器人(11)末端的轴线垂直相交。

3.根据权利要求2所述的机加工系统，其特征在于，所述机器人(11)设有吹屑管(113)，所述吹屑管(113)的末端延伸至所述至少一个加工刀具(13)一侧，所述吹屑管(113)用于朝向所述至少一个加工刀具(13)所在位置出风。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的机加工系统，其特征在于，所述机加工系统还包括集屑模组(5)，所述集屑模组(5)包括收集槽(51)、收集管道(52)、分离室(53)、沉淀池(54)和负压发生器(55)；

所述收集槽(51)位于所述工装模组(2)的下方，所述收集槽(51)用于在下方承接收集所述待加工型材(4)切削过程中产生的切削废料；

所述收集管道(52)的一端与所述收集槽(51)连接，所述收集管道(52)的另一端连接至所述分离室(53)，所述分离室(53)的下方布置所述沉淀池(54)，所述分离室(53)与所述负压发生器(55)连接；

所述集屑模组(5)被配置为，所述负压发生器(55)产生的负压通过所述分离室(53)、所述收集管道(52)传递至所述收集槽(51)，所述收集槽(51)内的切削废料在负压作用下沿所述收集管道(52)进入所述分离室(53)，所述切削废料在所述分离室(53)内受到重力作用向下沉降至所述沉淀池(54)。

5.根据权利要求4所述的机加工系统，其特征在于，所述集屑模组(5)还包括缓冲管(56)；所述缓冲管(56)连接于所述收集管道(52)和所述分离室(53)之间，所述缓冲管(56)的直径沿从所述收集管道(52)向所述分离室(53)的方向递增，所述缓冲管(56)用于降低所述收集管道(52)流向所述分离室(53)的气流的速度。

6.根据权利要求4所述的机加工系统，其特征在于，所述集屑模组(5)还包括减速板(57)，所述减速板(57)位于所述收集管道(52)和所述分离室(53)之间、所述收集管道(52)的末端和所述分离室(53)的入口中的至少一个位置上，所述减速板(57)用于降低所述收集管道(52)流向所述分离室(53)的气流的速度。

7.根据权利要求1所述的机加工系统，其特征在于，所述刀具库模组(3)包括第二底座(31)和第一支撑架(32)；所述第一支撑架(32)连接于所述第二底座(31)上，所述第一支撑架(32)上设有多个刀具槽(321)，所述刀具槽(321)用于放置所述至少一个加工刀具(13)。

8.根据权利要求7所述的机加工系统，其特征在于，所述刀具库模组(3)还包括集屑槽(33)，所述集屑槽(33)可拆卸地连接于所述第一支撑架(32)或所述第二底座(31)上，并对应于所述至少一个加工刀具(13)的下方，所述集屑槽(33)用于承接所述至少一个加工刀具(13)掉落的切削废料。

9.根据权利要求7所述的机加工系统，其特征在于，所述刀具库模组(3)还包括翻转盖体(34)和翻转驱动器(35)；所述翻转盖体(34)转动连接于所述第一支撑架(32)，并位于所述至少一个加工刀具(13)的上方；所述翻转驱动器(35)与翻转盖体(34)连接，所述翻转驱动器(35)用于驱动所述翻转盖体(34)转动以遮盖或露出下方的所述至少一个加工刀具(13)。

10.根据权利要求1所述的机加工系统，其特征在于，所述机加工系统还包括转运器具(6)，所述转运器具(6)用于存储转运机加工完成的已加工型材(7)；

所述转运器具(6)包括第三底座(61)、第二支撑架(62)和至少两个支撑梁；

所述第二支撑架(62)位于所述第三底座(61)的顶面边缘，并朝向上方延伸；所述至少两个支撑梁间隔的连接于所述第二支撑架(62)上，并分别延伸到所述第三底座(61)的上方；所述已加工型材(7)位于所述至少两个支撑梁上，所述至少两个支撑梁将所述已加工型材(7)支撑在所述第三底座(61)上方。

11.根据权利要求10所述的机加工系统，其特征在于，所述支撑梁包括第一支撑梁(631)、第二支撑梁(632)和第三支撑梁(633)，所述第一支撑梁(631)和所述第二支撑梁(632)的高度相同，所述第三支撑梁(633)的高度大于或小于所述第一支撑梁(631)和所述第二支撑梁(632)；

所述已加工型材(7)的一端抵接于所述第三支撑梁(633)，所述第一支撑梁(631)和所述第二支撑梁(632)支撑所述已加工型材(7)的其余部分。