SK289104B6

SK289104B6 - Robotická obrábacia hlava

Info

Publication number: SK289104B6
Application number: SK50050-2020A
Authority: SK
Inventors: Ing. Kotyška Jiří; Ing. Čabela Jan; DiS Šrám Lukáš; Ing. Kulhavý Petr, Ph.D.
Original assignee: Deprag Cz A. S.
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2020-09-18
Publication date: 2023-08-23
Also published as: AT523205A3; CZ2019701A3; AT523205B1; AT523205A2; CZ308657B6; DE102020213840A1; SK500502020A3

Abstract

Robotická obrábacia hlava je vybavená najmä motorom (3), napojeným na vreteno (4) usporiadané na umiestnenie prostriedku (12) na upevnenie obrábacieho nástroja, pričom motor (3) s vretenom (4) na umiestnenie prostriedku (12) na upevnenie obrábacieho nástroja sú umiestnené do posuvného dielu (2), uloženého v pevnom diele (11) na lineárnych guľkových ložiskách (9), pričom posuvný diel (2) je prepojený so zdrojom axiálneho pohybu, spravidla valcom (18) s umiestneným dvojčinným piestom (6) a vybaveným dvoma proporcionálnymi ventilmi (19) napojenými na riadiacu jednotku. Pevný diel (11) je vybavený väčšinou inklinačnou meracou jednotkou (5) obsahujúcou trojosový gyroskop, akcelerometre a riadiaci mikroobvod, pripojený cez priemyselnú zbernicu na riadiacu jednotku.

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka robotickej obrábacej hlavy so spojito regulovateľným axiálnym prítlakom, určenej na využitie v priemyselnej automatizácii. Robotická obrábacia hlava je osadená motorom napojeným na vreteno, usporiadané na umiestnenie upínacieho prostriedku obrábacieho nástroja.

Doterajší stav techniky

Sú známe riešenia, ktoré priamou cestou ovplyvňujú trajektóriu priamo v riadení robota prostredníctvom senzitívnych prírub, tzv. active force control. Tieto riešenia sú však softvérovo i hardvérovo zložité. Ako výhodnejšie môže byť doplnenie požadovaného stupňa voľnosti - posuvu v smere prítlaku, až do koncového efektora. Sú známe riešenia, kde prítlak a posuv celkovej zostavy obrábacej hlavy obstaráva kombinácia jednočinného pneumatického piesta alebo dvojčinného pneumatického piesta ovládaného jedným ventilom. V uvedených aplikáciách nie je možné dosiahnuť kontrolu tlaku v oboch komorách piesta súčasne, čím sa zhoršuje plynulosť a presnosť obrábania či kvalita povrchu. Ďalej je možné nájsť univerzálne medzičleny robotické príruby, ktoré ľubovoľnému koncovému efektoru poskytujú elastickú zložku v požadovanom smere. Nastavenie prítlaku sa dosahuje nastaviteľnými pákovými mechanizmami s pružinami alebo pneumatickými piestami. Nevýhoda nastavovania prítlaku cez pružinové mechanizmy spočíva v nekonštantnej sile prítlaku v rozsahu pracovného zdvihu daného zariadenie. S veľkosťou deformácie pružiny narastá aj prítlačná sila. Zvyčajne sa nedá určiť či aktívne priamo odmerať hĺbka odoberaného materiálu, prípadne iba veľmi nepresne, čo pri presnom procese, akým je napríklad brúsenie, nie je dostatočné.

Cieľom vynálezu je tieto nedostatky doterajšieho stavu techniky eliminovať.

Podstata vynálezu

Vytýčený cieľ je dosiahnutý robotickou obrábacou hlavou podľa vynálezu. Jeho podstata spočíva v tom, že motor s vretenom usporiadaným na umiestnenie prostriedku na upevnenie pracovného nástroja, napríklad brúsneho kotúča, vrtáka, frézy a pod., sú umiestnené do posuvného dielu, uloženého v pevnom diele, pričom posuvný diel je prepojený so zdrojom axiálneho pohybu.

Posuvný diel je v pevnom diele uložený na lineárnych guľkových ložiskách. Tým sa dosiahne zníženie účinku trenia pri posune tohto dielu.

Vo výhodnom vyhotovení je zdrojom axiálneho pohybu valec s umiestneným dvojčinným piestom a osadený dvomi proporcionálnymi ventilmi, ktoré sú spravidla napojené na riadiacu jednotku. Dvojčinný pneumatický piest zaisťuje spojitú reguláciu prítlačných síl. Systém odmeriavania na dvojčinnom pneumatickom pieste je schopný detegovať krajné polohy tohto piesta. Súčasne je zaručený konštantný prítlak obrábacieho nástroja. Dvojčinný pneumatický piest ovládaný dvomi, vlastnou riadiacou jednotkou aktívne riadenými prepojovacími ventilmi, je schopný spojito regulovať prítlak pri súčasnom zaistení spätnej väzby poskytujúcej neustálu kontrolu dosiahnutia požadovanej sily/tlaku.

Proporcionálne ventily sú spravidla napojené na riadiacu jednotku. Tak je umožnené dosiahnuť spojito premenné a nastaviteľné prítlačné sily na posuvnú časť s vretenom. Tak isto je umožnené okamžité nastavenie posuvného dielu spolu s vretenom do krajných polôh.

Dvojčinný pneumatický piest je spravidla osadený odmeriavaním, ktoré umožní zhruba odmerať odobraté množstvo materiálu pri obrábaní. Dvojčinný piest s dvomi proporcionálnymi ventilmi umožní okamžité nastavenie vretena do krajných polôh. Súčasne je vďaka snímaniu polohy schopný rozoznať množstvo odobratého materiálu.

V pevnom diele je spravidla umiestnená inklinačná meracia jednotka, obsahujúca trojosový gyroskop, akcelerometre a riadiaci mikroobvod, pripojený cez priemyselnú zbernicu na riadiacu jednotku, väčšinou PLC, ktorému real-time odovzdáva aktuálne informácie. Riadiaca jednotka má za úlohu stanoviť orientáciu, v ktorej sa obrábacia hlava aktuálne nachádza, určiť zodpovedajúce tiažové zrýchlenie a detegovať zrýchlenie spôsobené pohybmi robota. Tieto informácie sú následne dodané do riadiacej jednotky. Riadiaca jednotka, spravidla PLC, obsahuje okrem vlastného zdroja, usmerňovača elektrickej energie, vlastný softvér, komunikačné karty a prvky na pripojenie na bezpečnostný okruh či priemyselnú zbernicu na komunikáciu s nadradenými systémami. Použitím obrábacej hlavy v rôznych polohách dochádza k skresleniu hodnôt prítlačnej sily vplyvom hmotnosti vretena, pneumatického motora a nástroja. Použitím inklinačnej meracej jednotky pripojenej po priemyselnej zbernici na riadiacu jednotku PLC je systém schopný sily vzniknuté gravitáciou alebo zrýchleniami kompenzovať tak, aby výsledná obrábacia sila bola vždy konštantná, nezávisle od polohy, v ktorej sa obrábacia hlava nachádza.

V pevnom diele je umiestnená tiež inkrementálna odmeriavacia sonda, ktorá slúži na presné sekundárne odmeriavanie. Táto sonda odmeria povrch pred a po obrábaní, pričom diferencia jej polohy v miestach medzi jednotlivými krokmi obrábania zodpovedá množstvu odobratého materiálu.

Vreteno je spravidla osadené axiálne posuvným ochranným krytom s pružinou. Tento kryt chráni vreteno pred vnikaním prachu a nečistôt. Pri výmene obrábacieho nástroja je ochranný kryt pri stlačení pružiny zatlačený do pevného dielu.

Na účely možnosti natáčania pevného dielu spolu s posuvným dielom do polohy pod rôznymi uhlami je pevný diel umiestnený do nastaviteľnej príruby, usporiadanej na robotickom ramene.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Obrábacia hlava podľa technického riešenia je schematicky znázornená na priložených výkresoch, kde na obr. 1 je znázornený priečny rez obrábacou hlavou v rovine A-A z obr. 2. Na obr. 2 je znázornený pozdĺžny rez v rovine B-B z obr. 1. Na obr. 3 je znázornený celkový bočný pohľad na robotickú obrábaciu hlavu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

V tomto príklade uskutočnenia vynálezu je znázorňovaná vzduchom poháňaná robotická obrábacia hlava pre brúsiaci nástroj. Táto obrábacia hlava je tvorená pevným dielom 11, vnútri ktorého je na lineárnej vodiacej dráhe 8 umiestnený cez lineárne guľkové ložiská 9 posuvný diel 2. Vnútri posuvného dielu 2 je umiestnený motor 3, v tomto prípade vzduchová turbína, napojená cez spojku 10 na vreteno 4, osadené prostriedkom 12 na upevnenie obrábacieho nástroja, v tomto prípade brúsneho kotúča. Prostriedkom 12 na upevnenie obrábacieho nástroja môže byť klieština, skľučovadlo, upínacia hlava, normalizovaný kužeľ alebo iný vhodný upínací prostriedok. V pevnom diele 11 je umiestnená inklinačná meracia jednotka 5, obsahujúca trojosový gyroskop, akcelerometre a riadiaci mikroobvod, ktorý je pripojený cez priemyselnú zbernicu na riadiacu jednotku PLC, ktorá real-time odovzdáva aktuálne informácie. V pevnom diele 11 je umiestnený tiež ochranný kryt 14 vretena, do ktorého sa opiera pružina 16. K pevnému dielu 11 je upevnená tiež inkrementálna odmeriavacia sonda 13, slúžiaca na presné sekundárne odmeriavanie. Pevný diel 11 je pripevnený cez nastaviteľnú prírubu 17 k robotickému ramenu 20. Tým sa docieli možnosť opakovane dosiahnuť rôzne polohy sklonu obrábacej hlavy podľa potrieb príslušnej aplikácie. V pevnom diele 11 je umiestnený valec 18, v tomto prípade pneumatický, osadený dvoma proporcionálnymi ventilmi 19 a vo valci 18 je umiestnený dvojčinný piest 6, prepojený cez ojnicu 21 s posuvným dielom 2.

Prívod poháňacieho média, v tomto prípade stlačeného vzduchu, na pohon motora 3, je vykonávaný prívodným otvorom 1, odkiaľ stlačený vzduch prúdi cez priechody 15 do posuvného dielu 2. Sila privedeného stlačeného vzduchu sa v motore 3 prevádza na otáčavý pohyb vretena 4, na ktorom je umiestnený v prostriedku 12 na upevnenie obrábacieho nástroja obrábací nástroj, v tomto prípade brúsny kotúč. Lineárne guľkové ložiská 9 sú použité s cieľom znížiť trenie pri posúvaní posuvného dielu 2. Konštantný prítlak brúsneho kotúča je zaručený prostredníctvom dvojčinného piesta 6, ku ktorému je privádzaný vzduch dvomi proporcionálnymi ventilmi 19, napojenými na riadiacu jednotku. Dvojčinný piest 6 je osadený odmeriavacím prvkom, ktorý umožní zhruba odmerať odobraté množstvo materiálu pri obrábaní. Vzduch odchádza z motora 3 a ďalej z posuvného dielu 2 cez tlmiče 7 hluku. Akcelometre a gyroskopy, ktoré sú súčasťou inklinačnej meracej jednotky 5, snímajú polohu a zrýchlenie obrábacej hlavy s cieľom konštantne spojiť prítlak vretena 4. Pri výmene obrábacieho nástroja je axiálne zatlačený ochranný kryt 14 vretena do pevného dielu 11. Presné meranie brúsenej plochy pred obrábacím procesom a po obrábacom procese sa vykonáva inkrementálnou meracou sondou 13.

Priemyselná využiteľnosť

Robotická obrábacia hlava podľa vynálezu je využiteľná na všetkých obrábacích pracoviskách, kde sa používa robot, najmä je vhodná na robotické obrábacie pracoviská, kde sa používajú brúsky.

Claims

PATENTOVÉ NÁROKY

1. Robotická obrábacia hlava, osadená najmä motorom (3), napojeným na vreteno (4), usporiadaného na umiestnenie prostriedku (12) na upevnenie obrábacieho nástroja, vyznačujúca sa tým , že motor (3) s vretenom (4) na umiestnenie prostriedku (12) na upevnenie obrábacieho nástroja sú umiestnené do posuvného dielu (2), uloženého v pevnom diele (11), pričom posuvný diel (2) je prepojený so zdrojom axiálneho pohybu.
2. Robotická obrábacia hlava podľa nároku 1, vyznačujúca sa tým, že posuvný diel (2) je v pevnom diele (11) uložený na lineárnych guľkových ložiskách (9).
3. Robotická obrábacia hlava podľa nárokov 1 alebo 2, v y z n a č u j ú c a s a t ý m , že zdrojom axiálneho pohybu je valec (18) s umiestneným dvojčinným piestom (6) a osadený dvomi proporcionálnymi ventilmi (19).
4. Robotická obrábacia hlava podľa nároku 3, v y z n a č u j ú c a s a t ý m , že proporcionálne ventily (19) sú napojené na riadiacu jednotku.
5. Robotická obrábacia hlava podľa nárokov 3 alebo 4, vyznačujúca sa tým, že dvojčinný piest (6) je osadený odmeriavacím prvkom na odmeriavanie odobratého množstva materiálu.
6. Robotická obrábacia hlava podľa nárokov 1 až 5, vyznačujúca sa tým, že pevný diel (11) je osadený inklinačnou meracou jednotkou (5), obsahujúcou trojosový gyroskop, akcelerometre a riadiaci mikroobvod, pripojený cez priemyselnú zbernicu na riadiacu jednotku.
7. Robotická obrábacia hlava podľa nároku 6, vyznačujúca sa tým, že riadiacou jednotkou je PLC.
8. Robotická obrábacia hlava podľa nárokov 1 až 7, vyznačujúca sa tým, že v pevnom diele (11) je umiestnená inkrementálna odmeriavacia sonda (13) na presné sekundárne odmeriavanie.
9. Robotická obrábacia hlava podľa nárokov 1 až 8, vyznačujúca sa tým, že v pevnom diele (11) je umiestnený ochranný kryt (14) vretena.
10. Robotická obrábacia hlava podľa nároku 9, vyznačujúca sa tým, že ochranný kryt (14) je osadený pružinou (16).
11. Robotická obrábacia hlava podľa nárokov 1 až 11, v y z n a č u j ú c a s a t ý m , že pevný diel (11) je umiestnený do nastaviteľnej príruby (17) usporiadanej na robotickom ramene (20).