一种球壳体构件的加工与装配一体化装置的制作方法

本发明涉及大型球壳体结构件现场加工与装配，具体地是一种采用工业机器人的加工与装配一体化装置，属于机械工程领域。

背景技术

目前大型球壳体构件的生产制造，一般采用现场加工的方式，对球壳体法兰孔进行现场精加工并装配法兰等零部件，需要保证各零部件的安装精度与相互配合精度，现有现场加工方法所用大型机床等设备，存在加工装配精度差、加工效率低、价格昂贵等一系列问题。

现有技术难以实现大型球壳体的高精度开孔，公开号为cn107138762a的发明专利《一种大型球壳体开孔加工方法与系统》，包括开孔加工设备、激光跟踪仪组、靶球组等，针对直径10m及以上的球壳体上半区域，该发明采用的移动开孔加工设备的可达性差，并且移动支架的刚度较低；公开号为cn102059657a的发明专利《大型壳体件的孔加工装置》，包括切割头与支撑机构，该发明在球内部搭建平台，实际工程实施难度大，而且机械手悬伸大、刚度差，难以实现大型球壳体特征的高精和高效加工。以上发明均无法安装球壳孔零部件。

技术实现要素：

针对上述不足，本发明提供一种可实现大型球壳加工区域全覆盖、高加工精度、数字化的加工与装配一体化装置。

本发明的一种球壳体构件的加工与装配一体化装置，所述装置包括拱形回转平台、跟踪仪5、机器人加工系统和控制器；

球壳体构件3设置在拱形回转平台的拱形回转平台内部，拱形回转平台可绕球壳体构件3旋转，机器人加工系统设置在所述拱形回转平台上，机器人加工系统可沿拱形回转平台到达球壳体构件3表面的任意待加工位置；

跟踪仪5用于测量球壳体构件3的待加工位置和机器人加工系统的位置数据；

控制器根据跟踪仪5测量的位置数据及加工特征，生成加工程序，机器人加工系统在待加工位置根据该加工程序进行加工，机器人加工系统还可以在加工位置进行装配相应部件。

优选的是，所述拱形回转平台包括多足立体式拱形台1、回转导轨11和平台移动及紧固机构12；

多足立体式拱形台1设置在回转导轨11上，平台移动及紧固机构12用于控制多足立体式拱形台1在回转导轨11上的移动及锁紧。

优选的是，所述装置还包括高空作业平台2，所述多足立体式拱形台1的支撑足之间设有多层高空作业平台2。

优选的是，所述机器人加工系统包括六自由度机器人8和移动平台9；六自由度机器人8设置在移动平台上，移动平台可沿拱形回转平台的多足立体式拱形台1移动，且具有锁紧及自调平功能。

优选的是，在所述六自由度机器人8的末端安装主轴系统，执行开孔操作，实现加工；

将所述六自由度机器人8的末端的主轴系统更换为夹取执行器，进行法兰7安装调整，实现装配。

优选的是，所述六自由度机器人8可在移动平台上进行微调动。

优选的是，所述机器人加工系统采用双机器人对称加工或多机器人配合加工。

优选的是，所述控制器控制加工一个特征的过程包括：

控制跟踪仪5测量球壳体构件3的位置信息，控制器根据该位置信息获取基准坐标系；

根据球壳体构件3的特征加工顺序，获取下一个待加工位置，进而确定机器人加工系统的目的位置；

控制跟踪仪5实时测量机器人加工系统的位置信息，根据该位置信息控制器控制拱形回转平台和机器人加工系统移动，直至机器人加工系统移动到目的位置，根据该目的位置获取机器人坐标系；

建立基准坐标系和机器人坐标系的坐标联系；

结合设计特征及坐标联系生成加工程序，根据加工程序控制所述机器人控制系统操作。

优选的是，所述控制器加工一个特征过程还包括

在粗加工后，控制跟踪仪5测量加工特征的误差，重新生成加工程序进行精加工，直到加工特征满足要求。

优选的是，所述控制器控制加工完一个特征后，控制跟踪仪5测量所有已加工完成的特征，调整球壳体基准坐标系，使关联特征加工误差最小。

本发明的有益效果，本发明可以全覆盖球壳体表面所有加工区域，机器人加工系统可达性好；本发明的拱形回转平台结构稳定，刚性好，在球壳体外部搭建拱形回转平台，工程实施难度小，且高效。本发明根据跟踪仪采集的数据自动生成加工程序，精确定位开孔位置，加工精度高。

附图说明

图1为本发明的大型球壳体构件的加工与装配一体化装置的结构示意图；

图2为图1中移动平台的结构示意图。

具体实施方式

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清楚、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本实施方式的一种球壳体构件的加工与装配一体化装置，包括拱形回转平台、跟踪仪5、机器人加工系统和控制器；

本实施方式的跟踪仪为激光跟踪仪，球壳体构件3设置在拱形回转平台的拱形回转平台内部，拱形回转平台可绕球壳体构件3旋转，机器人加工系统可沿拱形回转平台到达球壳体表面的任意待加工位置，在到达指定位置后会自动夹紧；根据跟踪仪5的测量数据，生成球壳体构件基准坐标系下的加工程序，机器人加工系统执行加工操作，机器人加工系统的末端更换夹取装置，可以协助法兰7安装，从而实现加工与装配一体化。

本实施方式的加工与装配一体化装置适用于加工大型球壳体结构件，可以实现球壳体开孔和相关零部件安装。本实施方式可以全覆盖球壳体表面所有加工区域，机器人加工系统可达性好；本发明根据跟踪仪采集的数据自动生成加工程序，精确定位开孔位置，加工精度高。

优选实施例中，所述拱形回转平台包括多足立体式拱形台1、回转导轨11和平台移动及紧固机构12；

本实施方式将回转导轨11安装在球壳体构件外部的预埋钢板6上，多足立体式拱形台1设置在回转导轨11上，回转导轨11中心轴线与球壳体基座中心轴线重合，平台移动及紧固机构12用于控制多足立体式拱形台1在回转导轨11上的移动及锁紧，多足立体式拱形台1依靠平台移动及紧固装置12沿回转导轨11自动绕球壳体轴线运动，在运动到指定位置后紧固在回转导轨11及钢板上。

优选实施例中，本实施方式的装置还包括高空作业平台2，所述多足立体式拱形台1的支撑足之间设有多层高空作业平台2。

本实施方式的拱形回转平台为三足立体式拱形台，三个支撑结构间安装有多层高空作业平台2。

优选实施例中，本实施方式机器人加工系统包括六自由度机器人8和移动平台；六自由度机器人8设置在移动平台上，移动平台可沿拱形回转平台的多足立体式拱形台1移动，且具有锁紧及自调平功能。

如图2所示，本实施方式的移动平台包括机器人固定机构9、自动调平机构13和锁紧机构14；

六自由度机器人8固定在机器人固定机构9上，六自由度机器人8在移动到目的位置后，锁紧机构14将六自由度机器人8与多足立体式拱形台1固定，之后自动调平机构13在跟踪仪指引下调整六自由度机器人8，使其倾斜程度满足机器人使用需求。

优选实施例中，在本实施方式的六自由度机器人8的末端安装主轴系统，执行开孔操作，实现加工；

将本实施方式的六自由度机器人8的末端的主轴系统更换为夹取执行器，进行法兰7安装调整，实现装配。

本实施方式中在六自由度机器人8的末端安装主轴系统，可以执行开孔操作，在加工完球壳孔10后，末端更换夹取执行器，可以进行法兰7安装调整。

本实施方式的主轴系统15包括电主轴、刀柄及刀具；

优选实施例中，本实施方式的六自由度机器人8可在移动平台上进行微调动，以扩大其加工范围。

优选实施例中，所述机器人加工系统采用双机器人对称加工或多机器人配合加工，提升加工效率。

本实施方式通过现场总线将控制器、跟踪仪、拱形回转平台、机器人加工系统连接在一起，控制器根据测量信息自动生成加工程序，将加工程序导入机器人加工系统，执行开孔与装配操作，优选实施例中，本实施方式的控制器控制加工一个特征的过程包括：

控制跟踪仪5测量球壳体构件3的位置信息，控制器根据该位置信息获取基准坐标系；

根据球壳体构件3的特征加工顺序，获取下一个待加工位置，进而确定机器人加工系统的目的位置；

控制跟踪仪5实时测量机器人加工系统的位置信息，根据该位置信息控制器控制拱形回转平台和机器人加工系统移动，直至机器人加工系统移动到目的位置，根据该目的位置获取机器人坐标系；

建立基准坐标系和机器人坐标系的坐标联系；

结合设计特征及坐标联系生成加工程序，根据加工程序控制所述机器人控制系统操作。

在粗加工后，控制跟踪仪5测量加工特征的误差，重新生成加工程序进行精加工，直到加工特征满足要求。

本实施方式控制器控制加工完一个特征后，控制跟踪仪5测量所有已加工完成的特征，调整球壳体基准坐标系，使关联特征加工误差最小。

具体实施例：本实施方式的装置的加工流程如下，以开孔为例：

步骤一、将球壳体构件3安装到球壳体支撑台4上，多足立体式拱形台1、回转导轨11安装在球壳体构件3外部的预埋钢板6上，三者中心轴线重合；

步骤二、使用跟踪仪测量球壳体构件的位置信息，获取基准坐标系，根据球壳体设计要求制定开孔顺序，并将下一个开孔位置传入控制器；

步骤三、控制器发送指令使拱形回转平台绕球壳体轴线旋转到位，装载机器人加工系统的移动平台沿多足式立体拱形台移动，移动的同时使用跟踪仪实时测量移动平台位置，移动到目的位置之后，移动平台锁紧并根据球壳体特征自动调平；

步骤四、使用跟踪仪测量机器人加工系统的机器人坐标系，建立球壳体基准坐标系和机器人坐标系的联系，控制器根据设计特征生成加工程序并传入机器人加工系统；

步骤五、使用机器人加工系统根据程序加工球壳孔10操作，在粗加工完孔后，使用跟踪仪测量球壳孔10误差，重新生成加工程序进行精加工，直到加工特征满足要求；

步骤六、重复以上操作，直至加工完所有特征，在每加工完一个特征后需测量所有已加工完成特征，调整球壳体基准坐标系，使关联特征加工误差最小。

本实施例的装配流程与加工流程相同，在更换完机器人末端执行器后，在跟踪仪5指引下将法兰7安装到位。

虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。