CN116669904A - 用于对机械零件进行机加工的组件和设备 - Google Patents

Abstract

一种组件(100)包括并联机器人(101)和伺服主轴(102)。并联机器人(101)适于安装到关节机器人(30)的端部法兰(301)上并且包括一条或多条轴线。伺服主轴(102)安装在并联机器人(101)上并且被配置成驱动机加工工具(103)旋转。并联机器人(101)被配置成驱动伺服主轴(102)相对于并联机器人(101)沿着一条或多条轴线平移。在机加工工艺中，关节机器人(30)可以在特定位置处保持静止，并且只有并联机器人(101)驱动伺服主轴(102)沿着一条或多条轴线平移。以这种方式，可以在满足机加工精度的条件下改进机加工的灵活性和刚度。本公开还公开了一种用于对机械零件进行机加工的设备。

Description

用于对机械零件进行机加工的组件和设备

技术领域

本公开的示例实施例总体上涉及机械零件机加工领域，并且更具体地涉及一种用于对机械零件进行机加工的组件和设备。

背景技术

铣削是用于零件机加工的常规工艺。传统的铣削模式是使用计算机化数控(CNC)铣床或机加工中心来加工机械零件。在铣削期间，首先将机械零件的坯件固定到CNC铣床或机加工中心上。然后，使用高速旋转铣刀在坯件上切削出所需的形状和特性。

目前，最普遍的铣削模式是使用铣削机加工中心。铣削机加工中心可以实现高精度的机加工，但同时带来了若干不足。首先，由于铣削机加工中心的操作范围有限，它只可以用于加工中小型机械零件，而不可以加工大型机械零件，诸如铝工件。其次，具有复杂曲面的机械零件除非采用具有五轴的机加工中心，否则不能容易加工，然而，这将导致加工效率低。第三，常常需要大规模的机加工中心或甚至龙门式机加工中心来支持对较大尺寸的机械零件的加工，这将引起机加工中心的成本相对高昂。第四，由于机加工中心占据大的面积，因此难以与其他自动化装备合作来实现自动化生产线。第五，在机加工中心，将需要专门的和定制的夹具工装(fixture tooling)来加工不同的机械零件。因此，机加工中心的灵活性不尽如人意。

另一种常规的铣削模式是使用工业机器人(诸如，六轴关节机器人)来固持铣刀以用于切削机械零件。然而，由于六轴关节机器人包括几个关节，因此如果六轴关节机器人的轴在铣削期间移动或旋转，则六轴关节机器人的刚度将是低的。在这种情况下，使用六轴关节机器人进行铣削的精度将受到不利影响。

因此，需要一种用于铣削机械零件的改进的解决方案。

发明内容

鉴于上述问题，本公开的示例实施例提出了一种用于对机械零件进行机加工的组件和设备，以降低零件机加工的工艺难度和成本并提高零件机加工的工艺效率、灵活性和刚度。

在第一方面，本公开的示例实施例提供了一种用于对机械零件进行机加工的组件。该组件包括：并联机器人，适于安装到关节机器人的端部法兰上并且包括一条或多条轴线；以及伺服主轴，安装在并联机器人上并且被配置成驱动机加工工具旋转，其中并联机器人被配置成驱动伺服主轴相对于并联机器人沿着所述一条或多条轴线平移。对于这些实施例，在对机械零件的机加工期间，关节机器人可针对机械零件的特定机加工位置而保持静止，并且只有并联机器人驱动伺服主轴沿着所述一条或多条轴线平移。然后，机加工工具可在机械零件的特定机加工位置处切削出所需的形状和特性。以这种方式，可在机加工精度满足要求的情况下以高灵活性和刚度加工机械零件。

在一些实施例中，并联机器人是单轴机器人，单轴机器人被配置成驱动伺服主轴相对于并联机器人沿着预定轴线平移。对于这些实施例，在关节机器人保持静止的情况下，并联机器人可驱动伺服主轴沿着预定轴线平移，以便在机械零件上切削出所需的形状和特性。

在一些实施例中，并联机器人是笛卡尔机器人，笛卡尔机器人被配置成驱动伺服主轴相对于并联机器人沿着彼此垂直的三条轴线平移。对于这些实施例，在关节机器人保持静止的情况下，并联机器人可驱动伺服主轴沿着三条轴线中的一条或多条平移，以便在机械零件上切削出所需的形状和特性。

在一些实施例中，该组件还包括机加工工具，该机加工工具由伺服主轴固持并且被配置成在伺服主轴的驱动下旋转。

在一些实施例中，机加工工具包括钻孔工具或铣削工具。对于这些实施例，在机加工精度满足要求的情况下，可以以高灵活性和刚度对机械零件进行铣削或钻孔。

在第二方面，本公开的示例实施例提供了一种用于对机械零件进行机加工的设备。该设备包括：关节机器人，包括端部法兰；以及根据本公开的第一方面的组件，其中并联机器人布置在端部法兰上。根据本公开的第二方面的设备可提供与根据本公开的第一方面的组件类似的优点。

在一些实施例中，关节机器人是六轴关节机器人。

在一些实施例中，该设备还包括定位器，该定位器布置成靠近关节机器人并且被配置成固持要机加工的机械零件并调整机械零件的取向。对于这些实施例，可以通过使用定位器来增加关节机器人的可达性以固定机械零件。

在一些实施例中，该设备还包括工具更换器，该工具更换器被配置成更换由伺服主轴固持的机加工工具。对于这些实施例，由伺服主轴固持的机加工工具可针对不同应用或呈不同类型的孔进行自动调换。

在一些实施例中，该设备还包括润滑装置，该润滑装置被配置成向机加工工具供应润滑剂。对于这些实施例，由润滑装置供应的润滑剂不仅可以保护机加工工具免于磨损，而且可以防止机加工工具过热。

附图说明

本文中所描述的附图被提供来进一步解释本公开并构成本公开的一部分。本公开的示例实施例及其解释用于解释本公开，而不是对本公开进行不当的限制。

图1图示了根据本公开的实施例的用于对机械零件进行机加工的设备的透视图；

图2图示了如图1中所示的用于对机械零件进行机加工的设备的局部示意图；

图3图示了根据本公开的实施例的用于对机械零件进行机加工的设备的框图；以及

图4图示了根据本公开的实施例的用于固定机械零件的定位器的示意图。

贯穿附图，相同或类似的参考符号用于指示相同或类似的元件。

具体实施方式

现在将参考附图中所示的几个示例实施例来描述本公开的原理。尽管在附图中图示了本公开的示例实施例，但将理解的是，描述这些实施例只是为了促进本领域技术人员更好地理解并由此实现本公开，而不是以任何方式限制本公开的范围。

术语“包括(comprises)”或“包括(includes)”及其变体将被解读为意指“包括但不限于”的开放性术语。除非上下文另有明确指示，否则术语“或”将被解读为“和/或”。术语“基于”将被解读为“至少部分地基于”。术语“可操作以”将意指功能、动作、运动或状态可以通过由用户或外部机构诱导的操作来实现。术语“一个实施例”和“一实施例”将被解读为“至少一个实施例”。术语“另一个实施例”将被解读为“至少一个其他实施例”。术语“第一”、“第二”等可指代不同或相同的对象。下文可包括其他明确的和隐含的定义。除非上下文另有清楚指示，否则术语的定义贯穿描述是一致的。

根据本公开的实施例，为了突破机加工中心的典型缺点和独立使用六轴工业机器人的局限性，提供了一种用于对机械零件进行机加工的组件和设备，以降低零件机加工的工艺难度和成本并提高零件机加工的工艺效率、灵活性和刚度。以上构思可以以各种方式来实施，如将在以下段落中详细描述的。

下文中，将参考图1至图4来详细描述本公开的原理。

首先参考图1和图2，图1图示了根据本公开的实施例的用于对机械零件进行机加工的设备200的透视图，并且图2图示了如图1中所示的用于对机械零件进行机加工的设备200的局部示意图。如图1和图2中所示，本文中所描述的设备200通常包括关节机器人30和用于对机械零件进行机加工的组件100。组件100安装在关节机器人30的端部法兰301上。

在一些实施例中，关节机器人30是六轴关节机器人。六轴关节机器人可提供六个自由度。组件100安装在六轴关节机器人的端部法兰301上。将理解的是，六轴关节机器人只是关节机器人30的示例实施方式，而并不暗示关于本公开的范围的任何限制。在其他实施例中，可以使用其他类型的关节机器人30。

在一些实施例中，如图1和图2中所示，组件100包括并联机器人101、伺服主轴102和机加工工具103。并联机器人101安装在关节机器人30的端部法兰301上。并联机器人101包括一条或多条轴线以便提供沿着所述一条或多条轴线的平移运动。伺服主轴102安装在并联机器人101上，并且可由并联机器人101驱动以相对于并联机器人101(即，相对于关节机器人30的端部法兰301)沿着所述一条或多条轴线平移。机加工工具103由伺服主轴102固持，并且可在伺服主轴102的驱动下旋转。

根据本公开的实施例，在对机械零件的机加工期间，关节机器人30可针对机械零件的特定机加工位置而保持静止，并且只有并联机器人101驱动伺服主轴102沿着所述一条或多条轴线平移。该解决方案理想地减少了外力对设备200的传动机构的动态影响，该外力将产生反作用力的副作用。然后，机加工工具103可在机械零件的特定机加工位置处切削出所需的形状和特性。以这种方式，可以以高灵活性和刚度加工机械零件。

此外，由于关节机器人30与组件100一起使用所致，设备200适合于加工具有复杂曲面或不同厚度的机械零件，诸如铣削或钻孔。

进一步地，设备200解决了关于在对机械零件的传统机加工工艺中的定制化装置的复杂性和高成本问题。因此，它具有更强的适用性、通用性和经济性，这大大降低了操作难度和成本。

另外，设备200的机加工精度可满足要求。例如，当使用设备200来钻螺纹孔时，螺纹孔的钻孔精度约为-0.1mm～+0.1mm。

在一些实施例中，如图2中所示，并联机器人101是单轴机器人，其被配置成驱动伺服主轴102相对于并联机器人101沿着预定轴线X平移。对于这些实施例，在关节机器人30保持静止的情况下，并联机器人101可驱动伺服主轴102沿着预定轴线X平移，以便在机械零件上切削出所需的形状和特性，诸如圆形孔或螺纹孔。

在一些实施例中，并联机器人101是笛卡尔机器人，其被配置成驱动伺服主轴102相对于并联机器人101沿着彼此垂直的三条轴线平移。对于这些实施例，在关节机器人30保持静止的情况下，并联机器人101可驱动伺服主轴102沿着这三条轴线中的一条或多条平移，以便在机械零件上切削出所需的形状和特性，诸如腰形孔。

将理解的是，单轴机器人和笛卡尔机器人只是并联机器人101的示例实施方式，而并不暗示关于本公开的范围的任何限制。在其他实施例中，并联机器人101可以是其他类型，诸如包括彼此垂直的两条轴线。

根据本公开的实施例，伺服主轴102可驱动机加工工具103高速旋转，以便在机械零件上切削出所需的形状和特性。伺服主轴102可以是各种常规的结构或者是未来可用的结构。本公开的范围并不意图在这方面受到限制。

在实施例中，机加工工具103包括铣削工具以便在机械零件上实施铣削工艺。在另一个实施例中，机加工工具103包括钻孔工具以便在机械零件上实施钻孔工艺。将理解的是，铣削工具和钻孔工具只是机加工工具103的示例实施方式，而并不暗示关于本公开的范围的任何限制。在其他实施例中，机加工工具103可以是其他类型。

将理解的是，在一些实施例中，组件100可被提供作为单独的装置，而不是安装在关节机器人30上。也就是说，组件100可单独制造或销售，并且当需要在机械零件上实施机加工工艺时，该组件可安装到关节机器人30的端部法兰301上。还将理解的是，当制造或销售组件100时，可不将机加工工具103提供在组件100上，并且用户可根据实际需要将对应的机加工工具103安装到伺服主轴102上。

图3图示了根据本公开的实施例的用于对机械零件进行机加工的设备200的框图。如图3中所示，除了如上文参考图1和图2所描述的关节机器人30和组件100之外，设备200还包括一些其他装置/元件，如下文中将详细描述的。

在一些实施例中，如图3中所示，设备200还包括定位器34，该定位器被配置成固持要机加工的机械零件33。定位器34可布置成靠近关节机器人30，使得机加工工具103可到达机械零件33。定位器34可在机加工工艺期间调整机械零件33的取向。例如，当完成对机械零件33的一侧的机加工时，定位器34可使机械零件33旋转，使得可由机加工工具103加工机械零件33的另一侧。对于这些实施例，可以通过使用定位器34来增加关节机器人30的可达性以固定机械零件33并调整机械零件33的取向。

图4图示了根据本公开的实施例的用于固定机械零件33的定位器34的示意图。如图4中所示，定位器34可从机械零件33的两侧夹持机械零件33。将理解的是，在其他实施例中，定位器34可以以其他方式支撑机械零件33。本公开的范围并不意图在这方面受到限制。

在一些实施例中，设备200可包括两个关节机器人30和安装在这两个关节机器人30的端部法兰301上的对应组件100。对于此类布置，关节机器人30和对应组件100中的一者可用于加工机械零件33的一侧，并且关节机器人30和对应组件100中的另一者可用于加工机械零件33的另一侧。将理解的是，在其他实施例中，设备200可包括两个以上的关节机器人30和对应组件100。本公开的范围并不意图在这方面受到限制。

在一些实施例中，如图3中所示，设备200还包括工具更换器36，该工具更换器被配置成更换由伺服主轴102固持的机加工工具103。不同类型的机加工工具可设置在工具更换器上以供伺服主轴102使用。对于这些实施例，由伺服主轴102固持的机加工工具103可针对不同应用或呈不同类型的孔进行自动调换。

在一些实施例中，如图3中所示，设备200还包括润滑装置35，该润滑装置被配置成向机加工工具103供应润滑剂。例如，润滑装置35可包括微量润滑(MQL)装置。在机械零件的机加工工艺期间，可将润滑剂喷涂到机加工工具103上。对于这些实施例，由润滑装置35供应的润滑剂不仅可以保护机加工工具103免于磨损，而且可以防止机加工工具103过热。此外，润滑剂的供应可加快机械零件的机加工速度。

在一些实施例中，如图3中所示，设备200还包括与关节机器人30通信的机器人控制器31。关节机器人30的手臂移动由机器人控制器31控制，包括运动学和动力学控制。例如，机器人控制器31可控制关节机器人30的手臂的移动速度、位置和加速度。

在一些实施例中，如图3中所示，设备200还包括与机器人控制器31通信的可编程逻辑控制器(PLC)32。整个机加工工艺由PLC 32控制。具体地，关节机器人30、并联机器人101、伺服主轴102、润滑装置35和其他电气或电子装置的操作由PLC 32控制。

应了解，本公开的上文详述的实施例只是为了举例说明或解释本公开的原理而并非为了限制本公开。因此，在不脱离本公开的精神和范围的情况下的任何修改、等同替代方案和改进等均应包括在本公开的保护范围之内。同时，本公开的所附权利要求旨在涵盖属于权利要求的范围和边界或范围和边界的等同物下的所有变化和修改。

Claims (10)

1.一种用于对机械零件(33)进行机加工的组件(100)，包括：

并联机器人(101)，适于安装到关节机器人(30)的端部法兰(301)上并且包括一条或多条轴线；以及

伺服主轴(102)，安装在所述并联机器人(101)上并且被配置成驱动机加工工具(103)旋转，

其中所述并联机器人(101)被配置成驱动所述伺服主轴(102)相对于所述并联机器人(101)沿着所述一条或多条轴线平移。

2.根据权利要求1所述的组件(100)，其中所述并联机器人(101)是单轴机器人，所述单轴机器人被配置成驱动所述伺服主轴(102)相对于所述并联机器人(101)沿着预定轴线平移。

3.根据权利要求1所述的组件(100)，其中所述并联机器人(101)是笛卡尔机器人，所述笛卡尔机器人被配置成驱动所述伺服主轴(102)相对于所述并联机器人(101)沿着彼此垂直的三条轴线平移。

4.根据权利要求1所述的组件(100)，还包括所述机加工工具(103)，所述机加工工具由所述伺服主轴(102)固持并且被配置成在所述伺服主轴(102)的驱动下旋转。

5.根据权利要求4所述的组件(100)，其中所述机加工工具(103)包括钻孔工具或铣削工具。

6.一种用于对机械零件(33)进行机加工的设备(200)，所述设备包括：

关节机器人(30)，包括端部法兰(301)；以及

根据权利要求1至5中任一项所述的组件(100)，其中所述并联机器人(101)布置在所述端部法兰(301)上。

7.根据权利要求6所述的设备(200)，其中所述关节机器人(30)是六轴关节机器人。

8.根据权利要求6所述的设备(200)，还包括：

定位器(34)，布置成靠近所述关节机器人(30)并且被配置成固持要机加工的所述机械零件(33)并调整所述机械零件(33)的取向。

9.根据权利要求6所述的设备(200)，还包括：

工具更换器(36)，被配置成更换由所述伺服主轴(102)固持的所述机加工工具(103)。

10.根据权利要求6所述的设备(200)，还包括：

润滑装置(35)，被配置成向所述机加工工具(103)供应润滑剂。