一种五轴磨削机器人的制作方法

本发明属于机器人技术领域，尤其涉及一种五轴磨削机器人。

背景技术：

现有的铸件自动打磨设备通常有两种形式，一种为数控机床结构，大部分运动轴为直线运动；另一种为机器人结构，常采用六轴工业机器人加打磨工具的型式。采用机床结构的自动打磨设备，刚性比较好，适应重切削，但是灵活性差，工作空间小。采用六轴工业机器人结构的打磨设备，由于运动副多，因此工作空间大，灵活性高，但同时也因为运动副多为杆件，导致刚性不足，加工速度慢。两种设备均不能兼顾高刚性、灵活性的使用要求。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种五轴磨削机器人，使其具有机床的高刚性和机器人的灵活性，并具有机加工要求的精度，能够完成特定的加工工作。

为解决上述问题，本发明的技术方案为：

本发明的一种五轴磨削机器人，包括：机械臂、u型结构件、动力主轴、刀库；

所述机械臂的第一端设于外部平台上，所述机械臂的第二端与所述u型结构件相连，所述动力主轴设于所述u型结构件上；

所述机械臂包括基座、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、第一关节、第二关节、第三关节、第四关节和第五关节；

所述基座的第一端与所述外部平台相连；所述第一连杆的第一端与所述基座的第二端通过所述第一关节转动连接；

所述第二连杆的第一端与所述第一连杆的第二端通过所述第二关节转动连接；

所述第三连杆的第一端与所述第二连杆的第二端通过所述第三关节转动连接；

所述第四连杆为y型杆，所述第四连杆的第一端与所述第三连杆的第二端通过所述第四关节转动连接，所述第四连杆的第二端为所述y型杆的分支结构；

所述u型结构件转动连接于所述分支结构；所述第五关节设于所述分支结构的第一侧；第五关节的输出端穿设于所述分支结构并与所述u型结构件相连；

所述刀库设于所述外部平台上，所述刀库内设有若干与所述动力主轴相匹配的磨削刀具；其中，

所述机械臂用于带动所述u型结构件及动力主轴在所述外部平台上移动，所述第五关节带动所述u型架构件相对于所述u型槽转动，所述动力主轴移动至所述刀库并连接所需的所述磨削刀具，选取完所述磨削刀具后，移动至工件处对所述工件进行磨削。

本发明的五轴磨削机器人，所述第一关节的轴线垂直于水平面；所述第二关节的轴线垂直于所述第一关节的轴线；所述第三关节的轴线平行于所述第二关节的轴线；所述第四关节的轴线平行于所述第三关节的轴线和所述第二关节的轴线；所述第五关节的轴线垂直于所述第四关节的轴线。

本发明的五轴磨削机器人，所述第一关节包括第一伺服电机、齿轮轴、回转支承；所述回转支承的外圈上设有一齿圈，所述回转支承的外圈设于所述基座上，所述回转支承的内圈与所述第一关节相连；所述第一伺服电机设于所述第一连杆的第一端上；所述齿轮轴的输入端与所述第一伺服电机的输出端相连，且所述齿轮轴的输出端与所述齿圈啮合。

本发明的五轴磨削机器人，所述第一关节包括第一伺服电机、齿轮轴、回转支承；所述回转支承的内圈上设有一齿圈，所述回转支承的内圈设于所述基座上，所述回转支承的外圈与所述第一关节相连；所述第一伺服电机设于所述第一连杆的第一端上；所述齿轮轴的输入端与所述第一伺服电机的输出端相连，且所述齿轮轴的输出端与所述齿圈啮合。

本发明的五轴磨削机器人，所述第二关节包括第二伺服电机和第一减速器；所述第二伺服电机设于所述第一连杆的第二端；所述第一减速器设于所述第二连杆的第一端，所述第一减速器的输出端与所述第二连杆固连；所述第二伺服电机的输出端与所述第一减速器的输入端相连。

本发明的五轴磨削机器人，所述第三关节包括第三伺服电机和第二减速器；所述第三伺服电机设于所述第二连杆的第二端；所述第二减速器设于所述第三连杆的第一端，所述第二减速器的输出端与所述第三连杆固连；所述第三伺服电机的输出端与第二减速器的输入端相连。

本发明的五轴磨削机器人，所述第四关节包括第四伺服电机、第三减速器、外啮合齿轮、轴承组；所述第四伺服电机设于所述第三连杆的第二端；所述第三减速器设于所述第三连杆上，且所述第四伺服电机的输出端与所述行星减速器的输入端相连；所述第四连杆的第一端伸入于所述第三连杆；所述外啮合齿轮设于所述第四连杆的第一端并与所述行星减速器的输出端啮合；所述轴承组的外圈固连于所述第三连杆内，且所述轴承组的内圈与所述第四连杆相接。

本发明的五轴磨削机器人，所述第五关节包括第五伺服电机、第一同步带轮、第二同步带轮、同步带、第四减速器；所述第五伺服电机设于所述分支结构第一侧的第一端；所述第一同步带轮设于所述第五伺服电机的输出轴上；所述第四减速器设于所述分支结构第一侧的第二端，所述第四减速器的输出端与所述u型结构件相连；所述第二同步带轮设于所述第四减速器的输入轴上；所述同步带套设于所述第一同步带轮和所述第二同步带轮并张紧。

本发明的五轴磨削机器人，所述第四减速器的输出轴上设有与输出法兰，所述u型结构件的第一侧与所述输出法兰固连；所述u型结构件的第二侧与所述分支结构的第二侧通过轴承转动连接。

本发明的五轴磨削机器人，所述第四关节的轴线、所述第五关节的轴线以及所述动力主轴的轴线在空间上相交于一点。

本发明的五轴磨削机器人，所述动力主轴为方形动力主轴或圆柱形动力主轴。

本发明的五轴磨削机器人，所述动力主轴为带hsk自动换刀系统的主轴。

本发明的五轴磨削机器人，所述基座、所述第一连杆、所述第二连杆、所述第三连杆和所述第四连杆上均设有内置管路，所述内置管路内设有动力电缆、信号线管线、冷却液管线和压缩空气管线。

本发明由于采用以上技术方案，使其与现有技术相比具有以下的优点和积极效果：

本发明一实施例通过将机械臂设置在外部平台上，机械臂的输出端与u型结构件转动连接；由第一关节、第二关节、第三关节、第四关节和第五关节将基座、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆之间互相连接；动力主轴安装于u型结构件上；刀库设于外部机床上。机械臂用于带动u型结构件及动力主轴在外部平台上移动，第五关节带动u型架构件相对于分支结构转动，动力主轴移动至刀库并连接所需的磨削刀具，选取完磨削刀具后，移动至工件处对工件进行磨削。通过设置单个动力主轴以及与之匹配的刀库，解决了现有通用六轴机器人需配备多个主轴和刀具的问题，提高了设备内部空间利用率，使其具有机床的高刚性和机器人的灵活性，并具有机加工要求的精度，能够完成特定的加工工作。

附图说明

图1为本发明的五轴磨削机器人的主视图；

图2为本发明的五轴磨削机器人的俯视图；

图3为本发明的五轴磨削机器人的第一关节的示意图；

图4为本发明的五轴磨削机器人的第一关节的另一示意图；

图5为本发明的五轴磨削机器人的第二关节的示意图；

图6为本发明的五轴磨削机器人的第三关节的示意图；

图7为本发明的五轴磨削机器人的第四关节的示意图；

图8为本发明的五轴磨削机器人的第五关节的示意图。

附图标记说明：1：基座；2：第一连杆；3：第二连杆；4：第三连杆；5：第四连杆；6：第一关节；601：第一伺服电机；602：齿轮轴；603：回转支承；7：第二关节；701：第二伺服电机；8：第三关节；801：第三伺服电机；802：第二减速器；9：第四关节；901：第四伺服电机；902：第三减速器；903：外啮合齿轮；904：轴承组；10：分支结构；11：u型结构件；12：动力主轴；13：第五关节；1301：第五伺服电机；1302：第一同步带轮；1303：第二同步带轮；1304：同步带；1305：第四减速器。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种五轴磨削机器人作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。

实施例一

参看图1和图2，在一个实施例中，一种五轴磨削机器人，包括：机械臂、u型结构件11、动力主轴12、刀库；机械臂的第一端设于外部平台上，机械臂的第二端与u型结构件11相连，动力主轴12设于u型结构件11上；机械臂包括基座1、第一连杆2、第二连杆3、第三连杆4、第四连杆5、第一关节6、第二关节7、第三关节8、第四关节9和第五关节13；基座1的第一端与外部平台相连；第一连杆2的第一端与基座1的第二端通过第一关节6转动连接；第二连杆3的第一端与第一连杆2的第二端通过第二关节7转动连接；第三连杆4的第一端与第二连杆3的第二端通过第三关节8转动连接；第四连杆5为y型杆，第四连杆5的第一端与第三连杆4的第二端通过第四关节9转动连接，第四连杆5的第二端为y型杆的分支结构10；u型结构件11转动连接于分支结构10；第五关节13设于分支结构10的第一侧；第五关节13的输出端穿设于分支结构10并与u型结构件11相连；刀库设于外部平台上，刀库内设有若干与动力主轴12相匹配的磨削刀具；其中，机械臂用于带动u型结构件11及动力主轴12在外部平台上移动，第五关节13带动u型架构件相对于u型槽转动，动力主轴12移动至刀库并连接所需的磨削刀具，选取完磨削刀具后，移动至工件处对工件进行磨削。

通过将机械臂设置在外部平台上，机械臂的输出端与u型结构件11转动连接；由第一关节6、第二关节7、第三关节8、第四关节9和第五关节13将基座1、第一连杆2、第二连杆3、第三连杆4、第四连杆5之间互相连接；动力主轴12安装于u型结构件11上；刀库设于外部机床上。机械臂用于带动u型结构件11及动力主轴12在外部平台上移动，第五关节13带动u型架构件相对于分支结构10转动，动力主轴12移动至刀库并连接所需的磨削刀具，选取完磨削刀具后，移动至工件处对工件进行磨削。通过设置单个动力主轴12以及与之匹配的刀库，解决了现有通用六轴机器人需配备多个主轴和刀具的问题，提高了设备内部空间利用率，使其具有机床的高刚性和机器人的灵活性，并具有机加工要求的精度，能够完成特定的加工工作。能够对大型的铸件进行打磨。电主轴速度可调，可对铸铁，铸钢类零件工件进行各种切割、磨削、去毛刺作业。节能高效，处理后的工件一致好。人工参与度低，可有效的避免了职业病的产生，保证人员健康。机械臂实现了动力主轴12的五个自由度，传动链短，结构刚性高，可达性好。

采用u型结构件11和y型杆，均可提高本实施例的五轴磨削机器人设备的刚性。

进一步地，参看图3和图4，第一关节6的轴线垂直于水平面；第二关节7的轴线垂直于第一关节6的轴线；第三关节8的轴线平行于第二关节7的轴线；第四关节9的轴线平行于第三关节8的轴线和第二关节7的轴线；第五关节13的轴线垂直于第四关节9的轴线。

具体地，第一关节6包括第一伺服电机601、齿轮轴602、回转支承603；回转支承603的外圈上设有一齿圈，回转支承603的外圈设于基座1上，回转支承603的内圈与第一关节6相连；第一伺服电机601设于第一连杆2的第一端上；齿轮轴602的输入端与第一伺服电机601的输出端相连，且齿轮轴602的输出端与齿圈啮合。

具体地，第一关节6包括第一伺服电机601、齿轮轴602、回转支承603；回转支承603的内圈上设有一齿圈，回转支承603的内圈设于基座1上，回转支承603的外圈与第一关节6相连；第一伺服电机601设于第一连杆2的第一端上；齿轮轴602的输入端与第一伺服电机601的输出端相连，且齿轮轴602的输出端与齿圈啮合。

具体地，参看图5，第二关节7包括第二伺服电机701和第一减速器；第二伺服电机701设于第一连杆2的第二端；第一减速器设于第二连杆3的第一端，第一减速器的输出端与第二连杆3固连；第二伺服电机701的输出端与第一减速器的输入端相连。

具体地，参看图6，第三关节8包括第三伺服电机801和第二减速器802；第三伺服电机801设于第二连杆3的第二端；第二减速器802设于第三连杆4的第一端，第二减速器802的输出端与第三连杆4固连；第三伺服电机801的输出端与第二减速器802的输入端相连。

具体地，参看图7，第四关节9包括第四伺服电机901、第三减速器902、外啮合齿轮903、轴承组904；第四伺服电机901设于第三连杆4的第二端；第三减速器902设于第三连杆4上，且第四伺服电机901的输出端与行星减速器的输入端相连；第四连杆5的第一端伸入于第三连杆4；外啮合齿轮903设于第四连杆5的第一端并与行星减速器的输出端啮合；轴承组904的外圈固连于第三连杆4内，且轴承组904的内圈与第四连杆5相接。

具体地，参看图8，第五关节13包括第五伺服电机1301、第一同步带轮1302、第二同步带轮1303、同步带1304、第四减速器1305；第五伺服电机1301设于分支结构10第一侧的第一端；第一同步带轮1302设于第五伺服电机1301的输出轴上；第四减速器1305设于分支结构10第一侧的第二端，第四减速器1305的输出端与u型结构件11相连；第二同步带轮1303设于第四减速器1305的输入轴上；同步带1304套设于第一同步带轮1302和第二同步带轮1303并张紧。

进一步地，第四减速器1305的输出轴上设有与输出法兰，u型结构件11的第一侧与输出法兰固连；u型结构件11的第二侧与分支结构10的第二侧通过轴承转动连接。

本申请一实施例的减速机，可以使rv减速机、谐波减速机、行星减速机、摆线针轮减速机等具有小体积大减速比的减速机。

优选地，第四关节9的轴线、第五关节13的轴线以及动力主轴12的轴线在空间上相交于一点。

进一步地，动力主轴12为方形动力主轴12或圆柱形动力主轴12。动力主轴12采用液冷或水冷或油冷，并可快速替换高速转轴头。

进一步地，动力主轴12为带hsk自动换刀系统的主轴。动力主轴12可以采用hsk、bt、bbt等其他结构电主轴或者不可换刀电机。动力主轴12可以使用同步电主轴、异步电主轴。动力主轴12也可以使用电驱动、液压驱动和压缩空气驱动的动力工具。

具体地，基座1、第一连杆2、第二连杆3、第三连杆4和第四连杆5上均设有内置管路，内置管路内设有动力电缆、信号线管线、冷却液管线和压缩空气管线。为了适应恶劣的环境或工况，安全地控制高速转轴，采用了全封闭管线布置，包括供电，冷却和微润滑的控制，所有电缆均从手臂内部走线，以避免机器人加工过程中和工件干涉、拉扯、烧穿等问题。

本实施例的五轴磨削机器人为主体，可配合其他其它辅助设备如转台、变位机、上下料输送机、固定式工作台、刀库、测量系统、控制系统等来组成一完整的打磨系统。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式。即使对本发明作出各种变化，倘若这些变化属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则仍落入在本发明的保护范围之中。