一种机器人柔性曲面铣削加工生产装置的制作方法

本发明涉及一种机器人加工生产线，尤其涉及一种装有快换装置的机器人柔性曲面铣削加工生产装置。

背景技术：

传统的板材加工一般在雕刻机上进行，加工范围比较小，同时需要工人进行手工上下料和装夹，存在效率低、劳动强度高和不安全等问题。

工业机器人是面向工业领域的多关节机械手或多自由度的机器装置，具有加工范围广、成本低和柔性高等特点，在其末端安装电主轴可以代替雕刻机完成板材加工任务。一般情况下，机器人末端固定装夹工具可以完成单一任务，在完成铣削加工任务时就难以用同一机器人完成上下料任务，如果用两个机器人分别来实现上下料和加工，则会大大增加生产成本。

技术实现要素：

为解决技术背景中存在的问题，本发明提供了一种机器人柔性曲面铣削加工生产线，能通过一个机器人实现工件的自动上下料、曲面铣削、自动更换夹具和刀具等功能，提高了生产效率，降低了生产成本，简化了加工工艺。

本发明采用的技术方案如下：

一种机器人柔性曲面铣削加工生产装置，包括工业机器人组件，以及围绕所述工业机器人组件分散排布的工作台、工具支架、上料仓、下料仓和控制系统，所述工业机器人组件包括工业机器人、力传感器和机器人侧快换，所述力传感器一端连接工业机器人，另一端连接机器人侧快换，所述工作台包括工作台案板，所述工作台案板上设有定位装置和吹气装置，所述工具支架包括底座、支撑架和刀架，所述支撑架固定在所述底座上，所述刀架与所述支撑架连接，所述支撑架上设有主轴快换组件和吸盘快换组件。

作为优选，所述吸盘快换组件包括吸盘快换、吸盘安装底板、吸盘、快换定位板、快换定位销、导向销、快换固定侧安装板、快换活动侧安装板、传感器座、传感器、吸盘安装侧板和吸盘夹具安装板，所述快换固定侧安装板与所述支撑架连接，所述快换定位板与所述快换活动侧安装板连接，所述快换定位板下方连接快换定位销，所述导向销与所述快换固定侧安装板连接，所述快换活动侧安装板上设有与所述导向销相配合的通孔，所述吸盘快换与快换活动侧安装板上部连接，所述吸盘与吸盘安装底板连接，所述吸盘安装底板与吸盘安装侧板连接，所述吸盘安装侧板与吸盘夹具安装板连接，所述吸盘夹具安装板与快换活动侧安装板下部连接，所述传感器座与快换固定侧安装板连接，所述传感器安装在所述传感器座上，所述传感器位于所述快换定位销下方。

作为优选，所述主轴快换组件包括电主轴、主轴快换、主轴安装板，快换定位板、快换定位销、导向销、快换固定侧安装板、快换活动侧安装板、传感器座和传感器，所述快换固定侧安装板与所述支撑架连接，所述快换定位板与所述快换活动侧安装板连接，所述快换定位板下方连接快换定位销，所述导向销与所述快换固定侧安装板连接，所述快换活动侧安装板上设有与所述导向销相配合的通孔，所述主轴快换与快换活动侧安装板上部连接，所述电主轴与主轴安装板连接，所述主轴安装板与快换活动侧安装板下部连接，所述传感器座与快换固定侧安装板连接，所述传感器安装在所述传感器座上，所述传感器位于所述快换定位销下方。

作为优选，所述定位装置包括定位角铁a、定位角铁b、夹紧气缸、定位夹具和定位气缸，所述定位角铁a、定位角铁b固定在所述工作台案板上，所述定位夹具与定位气缸连接，所述夹紧气缸和定位气缸均与所述工作台案板连接。

作为优选，所述夹紧气缸有两个，分别位于所述工作台案板的左右两侧，且关于工作台案板中心线左右对称安装。

作为优选，所述定位角铁a位于所述工作台案板的前侧，所述定位角铁b位于所述工作台案板右侧，所述定位气缸位于所述工作台案板的左后方。

作为优选，所述工业机器人通过机器人侧快换分别与主轴快换和吸盘快换连接。

作为优选，所述刀架上安装多把刀具。

作为优选，所述吸盘快换通过导向销实现在支撑架上的定位和装夹，同时生产线通过定位销和传感器座上的传感器自动检测吸盘快换的位置信息。

作为优选，所述主轴快换通过导向销实现在支撑架上的定位和装夹，同时生产线通过定位销和传感器座上的传感器自动检测主轴快换的位置信息。

本发明的有益效果是：

本发明提供了一种机器人柔性曲面铣削加工生产装置，实现了工件的自动上下料、机器人末端工装夹具与电主轴的自动切换、机器人加工等功能。利用快换装置，解决了工装夹具与电主轴的切换问题，可以实现通过一个机器人完成上下料和加工任务；且可通过电主轴进行换刀，可以满足不同的加工工艺。在本生产线中，工人只需在上料仓处负责放料即可，大大降低了生产过程中的安全隐患，优化了时间节拍，极大提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；

图2是机器人末端装置结构示意图；

图3是工作台的结构示意图；

图4是工具支架的结构示意图图；

图5是吸盘快换组件的结构示意图；

图6是主轴快换组件的结构示意图。

附图标记列表：

图中：100-工业机器人组件，101-工业机器人，102-力传感器，103-机器人侧快换，104-连接法兰a，105-连接法兰b，200-工作台，201-工作台案板，202-定位角铁a，203-夹紧气缸，204-定位角铁b，205-吹气装置，206-定位夹具，207-定位气缸，208-排屑孔，300-工具支架，301-电主轴，302-主轴快换，303-快换活动侧安装板，304-导向销，305-支撑架，306-刀架，307-底座，308-吸盘快换，309-吸盘安装底板，310-吸盘，311-主轴安装版，312-快换定位板，313-快换定位销，314-快换固定侧安装板，315-传感器座，316-传感器，317-吸盘安装侧板，318-吸盘夹具安装板，400-下料仓，500-上料仓，600-控制系统。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步描述：

如图1至图6所示，本发明包括：工业机器人组件100、工作台200、工具支架300、上料仓400、下料仓500以及控制系统600；工作台200、工具支架300、上料仓400和下料仓500围绕机器人组件100分散排布，控制系统600位于工具支架300的右侧；

其中，工业机器人组件100包括工业机器人101、力传感器102、机器人侧快换103、力传感器一端连接工业机器人，另一端连接机器人侧快换；本例中通过连接法兰a104和连接法兰b105来实现力传感器与机器人侧快换及工业机器人之间的连接，具体为，机器人侧快换103与连接法兰a104通过销定位及螺纹连接，连接法兰a104与力传感器102通过螺纹连接，力传感器102与连接法兰b105通过螺纹连接，连接法兰b105与工业机器人101通过螺纹连接。

工作台200包括工作台案板201、工作台案板201上设有定位装置和吹气装置205，定位装置包括定位角铁a202、夹紧气缸203，定位角铁b204，吹气装置205、定位夹具206和定位气缸207。定位角铁a202和定位角铁b204通过螺纹固定在工作台案板201上，定位夹具206通过销钉与定位气缸207连接，定位气缸207和夹紧气缸203均通过螺纹与工作台案板201连接，吹气装置205通过螺纹与工作台案板201连接。其中，夹紧气缸203有两个，分别位于工作台案板201的左右两侧，且关于工作台案板201中心线左右对称安装。定位角铁a202位于工作台案板201的前侧，定位角铁b204位于工作台案板201右侧，定位气缸207位于工作台案板201的左后方。定位角铁b204为两个，分别位于右侧夹紧气缸203的两侧。在工作台案板201上与吹气装置205相对的一侧还设有排屑孔208。

工具支架包括底座307、支撑架305和刀架306，支撑架305固定在底座307上，刀架306通过螺栓和t型螺母与支撑架305连接，支撑架305上设有主轴快换组件和吸盘快换组件。本例中的支撑架305优选为铝型材架。

其中，吸盘快换组件包括吸盘快换308、吸盘安装底板309、吸盘310、快换定位板312、快换定位销313、导向销304、快换固定侧安装板314、快换活动侧安装板303、传感器座315、传感器316、吸盘安装侧板317和吸盘夹具安装板318，快换固定侧安装板314通过螺栓和t型螺母与支撑架305连接，快换定位板312通过螺纹与快换活动侧安装板303连接，快换定位销313通过螺纹与快换定位板312下部连接，导向销304通过螺纹与快换固定侧安装板314，快换活动侧安装板303上设有与导向销304相配合的通孔，吸盘310通过两侧螺母定位与吸盘安装底板309连接，吸盘安装底板309与吸盘安装侧板317通过螺纹连接，吸盘安装侧板317与吸盘夹具安装板318通过螺纹连接，吸盘夹具安装板318与快换活动侧安装板303通过螺纹连接，传感器座315通过螺纹与快换固定侧安装板314连接，传感器316安装在传感器座315上，传感器316位于快换定位销313下方。

主轴快换组件包括电主轴301、主轴快换302、主轴安装板311，快换定位板312、快换定位销313、导向销304、快换固定侧安装板314、快换活动侧安装板303、传感器座315和传感器316，快换固定侧安装板314通过螺栓和t型螺母与支撑架305连接，快换定位板312通过螺纹与快换活动侧安装板303连接，快换定位销313通过螺纹与快换定位板312下部连接，导向销304通过螺纹与快换固定侧安装板314，快换活动侧安装板303上设有与导向销304相配合的通孔，电主轴301通过螺纹与主轴安装板311连接，主轴安装板311通过螺纹与快换活动侧安装板303连接，快换活动侧安装板303与主轴快换302间通过销定位以及螺纹连接，传感器座315通过螺纹与快换固定侧安装板314连接，传感器316安装在传感器座315上，传感器316位于快换定位销313下方。

进一步，工作台200中，定位角铁a202、定位角铁b204、定位夹具206和定位气缸207用于前后和左右方向的定位，定位气缸207沿轴向运动可以适应不同尺寸工件的定位；吸盘快换308通过真空吸盘310吸取工件，可以适用于不同尺寸工件的上下料，通过定位角铁a202、定位角铁b204、定位夹具206和定位气缸207以及真空吸盘310实现不同尺寸工件上下料及定位。

进一步，工业机器人101通过机器人侧快换103分别与主轴快换302和吸盘快换308连接，进而可以通过一个工业机器人实现工件的自动化上下料和铣削加工。

进一步，刀架306上安装多把刀具，工业机器人101可通过电主轴301装夹不同刀具来完成工件多工序加工。

进一步，主轴快换302和吸盘快换308通过导向销304实现在支撑架305上的定位和装夹，同时生产线通过定位销313和传感器座315上传感器316自动检测主轴快换302和吸盘快换308的位置信息。

本发明的具体实施过程如下：

下表为一个加工周期内的工作流程，划分为五个节拍。

准备：初始时工业机器人101正对于工作台200，工业机器人101末端机器人侧快换103处于空置状态。生产线启动，工业机器人101运动至正对工具支架300位置，然后，机器人侧快换103运动至吸盘快换308上方，下降并与吸盘快换308连接、闭合，工业机器人101再回退到正对工具支架300位置，完成吸盘快换308的更换。

第一节拍：上料。上料分为吸取工件和装夹工件两个步骤。工业机器人101运动到正对上料仓500位置，使吸盘310水平贴合毛坯件。吸盘310工作吸起毛坯件，工业机器人101将毛坯件运送到工作台200，沿定位角铁a202和定位角铁b204放置。然后，工业机器人101回退到正对工作台的初始位置。定位夹具206在定位气缸207的作用下推动毛坯件，在定位角铁a202和定位角铁b204的限位作用下完成工件的定位。最后，夹紧气缸203动作，将毛坯件压紧，定位气缸207回退，工件装夹完成。

第二节拍：换刀。换刀分为换主轴和装夹刀具两个步骤。首先，工业机器人101运动到正对工具支架300位置，并将吸盘快换308放至初始位置。然后机器人侧快换103运动至主轴快换302上方，下降并与主轴快换302连接、闭合，完成电主轴301的快速更换。接着电主轴301末端运动至正对刀架306刀柄位置，下降至贴合位置然后闭合，完成刀具的装夹。最后，工业机器人101回退到正对工具支架300位置。至此，换刀完成。

第三节拍：加工。工业机器人101带动电主轴301运动至毛坯件正上方，工业机器人101根据既定的加工轨迹对工件进行加工。加工时，力传感器102将所采集的数据反馈到控制系统600。根据工件的加工要求，可以在一个加工过程结束后，更换刀柄，进行下一道工序加工，直至工件加工完成。

第四节拍：换吸盘。加工完成后，工业机器人101带动电主轴301运动至正对工作台200的初始位置。接着工业机器人101将主轴快换302放至初始位置，然后机器人侧快换103运动至吸盘快换308上方，下降并与吸盘快换308连接、闭合，完成吸盘快换308的快速更换。最后，工业机器人101回退到正对工具支架300位置。至此，换吸盘完成。

第五节拍：下料。工业机器人101运动至正对工作台200的位置。夹紧气缸203回位，工件松开。吸盘快换308将已加工件取下并放至到下料仓位置。然后，工业机器人101回退到正对工具支架300位置。

至此，一个曲面铣削周期完成。

本发明的设计原理：

本发明从机电一体化思想出发，实现了板材的自动化上下料和加工，简化了生产工艺，节省了成本，提高了生产效率。整个过程中，机器人组件100利用快换装置，更换吸盘快换308与主轴快换302，完成了上下料与加工动作的切换。通过电主轴301更换不同的刀柄，满足了工件的加工工艺要求。利用离线编程软件生成离线程序，实现了工件的曲面铣削加工。利用力传感器102采集加工数据，监测了大小和方向不断变化的力与力矩，实现铣削力的反馈控制。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。