一种新型鞍型直通管件布线设备的制作方法

本实用新型属于机器人应用领域，具体涉及一种采用大负载六轴工业机器人搭建的加工设备-一种新型鞍型直通管件布线设备。

背景技术：

鞍型直通管件的加工作业，包含两部分内容：鞍型面铣削、布线，其中布线包括两个同时完成的工序：布线槽的切削与电熔丝被压入槽内。

鞍型面铣削与布线作业，均属于空间曲面加工，加工路径复杂、难度大，对作业设备柔性、稳定性、重复定位精度均有较高要求。

目前，对于管件生产企业来说，规格种类繁多、加工难度大、附加值较高的鞍型直通管件的生产是一个令人头疼的难题，而该类产品的规格丰富与否、质量是否过硬等又会直接对企业管件的销售产生影响。

常见的鞍型直通管件生产方式有：

(1)采用专用的五轴加工中心一次装夹定位，完成鞍形曲面加工、曲面上螺旋布线；

(2)采用普通数控加工中心完成鞍形曲面加工，然后人工布线。

五轴加工中心需要针对该行业应用进行专门设计改造，属定制设备，具有价格昂贵、柔性差、作业范围小等缺点。

普通数控加人工的方式虽然价格相对低，但具有生产效率低、人工布线精度低等弊端。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本实用新型提出了一种新型鞍型直通管件布线设备。其目的在于提供一种基于大负载六轴工业机器人搭建的新型鞍型直通管件布线设备，使机器人完成管件鞍型面布线作业。

本实用新型采用如下技术方案：

一种新型鞍型直通管件布线设备，包括大负载六轴工业机器人、布线工具、设置在大负载六轴工业机器人一侧的联动变位机；所述联动变位机上固定有直通管件，所述布线工具通过自动快换装置连接在大负载六轴工业机器人末端，布线工具的刀尖沿直通管件的鞍型表面由外向内嵌电熔丝。

所述布线工具包括连接法兰、中空构造的切槽刀、连通切槽刀的送丝机构，连接法兰一端连接自动快换装置，另一端安装切槽刀。

所述中空构造的切槽刀内部空间用于电熔丝通过。

所述切槽刀末端有锋利、耐磨的刀尖，刀尖自带排屑结构，排屑结构用于将刀尖切下的碎屑排出至布线槽外部。

所述刀尖内侧有滑轮，滑轮用于将电熔丝压入布线槽，使电熔丝牢固贴附在布线槽底部。

所述送丝机构包括绕丝轮，送丝机构将电熔丝由绕丝轮向切槽刀刀尖进行连续、均匀传递。

新型鞍型直通管件布线设备，还包括设置在大负载六轴工业机器人一侧的工具架，铣削工具或布线工具放置在工具架上。

所述快换装置包括设置在大负载六轴工业机器人的第一连接侧和设置在布线工具上的第二连接侧，第一连接侧与第二连接侧适配。

新型鞍型直通管件布线设备还包括上位机，集成有离线编程与仿真软件。

采用如上技术方案取得的有益技术效果为：

切槽刀为中空构造，内部空间用于电熔丝通过；切槽刀末端有锋利、耐磨的刀尖，能够在管件表面顺畅的切出布线槽，刀尖自带排屑结构，能够将刀尖切下的碎屑排出至布线槽外部，刀尖内侧有滑轮，能够将电熔丝压入布线槽，保证电熔丝牢固贴附在布线槽底部。

送丝机构将电熔丝由绕丝轮向切槽刀刀尖进行连续、均匀传递，送丝机构的运行与机器人布线作业同步，避免出现过早或过晚送丝的情况。送丝速度可调，保证电熔丝运行线速度与布线作业线速度一致，避免出现送丝过慢使电熔丝被扯断，或送丝过快使电熔丝难以被及时压紧在布线槽内。

鞍型曲面布线作业，采用定制专用工具实现，不同工具能够通过快换装置自动更换，从而实现产品一次成型，作业效率高。

鞍型曲面加工及布线作业采用大负载六轴工业机器人作为执行设备，作业精度高，作业空间大，价格相对较低，性价比高。

附图说明

图1为新型鞍型直通管件布线设备结构示意图；

图2为直通管件表面进行布线作业示意图；

图3为新型鞍型直通管件布线设备程序生成与执行流程图；

图4为本实用新型结构示意图；

图5为布线工具结构示意图。

图中：1-大负载六轴工业机器人，2-自动快换装置，3-联动变位机，4-工具架，5-铣削工具，6-布线工具，8-直通管件(完成鞍型面铣削)，9-直通管件(完成布线)，10-布线轨迹。

具体实施方式

结合附图1至5对本实用新型的具体实施方式做进一步说明：

一种新型鞍型直通管件布线设备，包括大负载六轴工业机器人1、铣削工具5、布线工具 6、设置在大负载六轴工业机器人一侧的联动变位机3。所述联动变位机3上固定有直通管件，所述铣削工具或布线工具通过自动快换装置连接在大负载六轴工业机器人末端。

联动变位机3用于配合机器人实现空间曲面、空间复杂曲线运动，避免机器人布线作业时由于自由度不够而难以实现预定轨迹，或者运行时与工件发生干涉。该部件包括水平、垂直两个方向附加外部轴，能够与机器人实现双轴联动动作。具备较大的负载能力，能够实现对工件的牢固夹持；具备较高的重复定位精度，确保了机器人布线轨迹的重复一致性与准确性。

工具架4用于安放铣削工具5、布线工具6，为两个工具分别提供了与之对应的固定的工具安放位置，保证了不同工具自动快速更换的实现。该部件由钢板焊接而成，具有较高的强度、刚性，能够对工具实现平稳支撑与固定，在机器人反复取放工具时不会产生变形。

铣削工具主要由刀头、驱动电机及传动机构、焊接支架组成。刀头采用圆柱形铣刀，刀头长度略大于待铣削管件直径。铣削过程中刀头由驱动电机及传动机构驱动，在实际产品中可以通过多次试验调节电机转速，使刀头以合理的转速转动。焊接支架具有极强的结构强度，一方面用于安装刀头、驱动电机及传动机构，能够承受刀头切削所受阻力、电机传动带来的振动与冲击，另一方面用于安装自动快换装置2的工具侧及其他附件，从而与机器人末端的自动快换装置2的机器人侧连接。

连接法兰一端用于安装自动快换装置2的工具侧及其他附件，从而与机器人末端的自动快换装置2的机器人侧连接；另一端用于安装切槽刀及其他部件。连接法兰具备相应的安装接口，具备较大的强度与刚性，实现切槽刀与机器人末端的牢固连接。

切槽刀为中空构造，内部空间用于电熔丝通过；切槽刀末端有锋利、耐磨的刀尖，能够在管件表面顺畅的切出布线槽，刀尖自带排屑结构，能够将刀尖切下的碎屑排出至布线槽外部，刀尖内侧有滑轮，能够将电熔丝压入布线槽，保证电熔丝牢固贴附在布线槽底部。

送丝机构将电熔丝由绕丝轮向切槽刀刀尖进行连续、均匀传递，送丝机构的运行与机器人布线作业同步，避免出现过早或过晚送丝的情况。送丝速度可调，保证电熔丝运行线速度与布线作业线速度一致，避免出现送丝过慢使电熔丝被扯断，或送丝过快使电熔丝难以被及时压紧在布线槽内。

自动快换装置2由1个机器人侧、2个工具侧组成，机器人侧安装在机器人末端，工具侧与工具固定在一起，将机器人侧、工具侧紧密贴合，即可实现机器人对于工具的夹持。

使用快换装置能够保证较高的重复定位精度，从而实现工具重复装夹后，不影响其运行轨迹的精度，保证加工效果的重复一致性。

铣削工具5、布线工具6通过自动快换装置2与大负载六轴工业机器人1末端连接，用于对管件进行加工处理。两种工具能够实现自动更换，即：机器人侧与工具侧贴合或脱开的过程，自动实现。

使用自动快换时，将加工工具置于专用工具架4上，每一个工具有一个唯一对应的工位，机器人卸下现有工具时，移动机器人使工具对准其工位，输出信号使电磁阀动作，则自动快换装置2的气路发生切换，压力释放，使机器人侧与工具侧脱离，实现现有工具自动卸下；机器人再移动到新工具工位，将机器人侧与新的工具侧贴合，输出信号使电磁阀动作，则自动快换装置2的气路发生切换，通过气压将机器人侧与新的工具侧自动锁紧在一起，实现新工具的夹持；使用自动快换装置2，在机器人更换工具的过程中无需暂停，效率高，无需人工装拆、搬运沉重的工具组件，保证作业安全，重复定位精度高，保证作业重复一致性。

鞍型面铣削作业流程：

将机器人末端工具切换为铣削工具5，将直通管件(毛坯)固定在联动变位机3上，通过机器人使工具轴线做鞍形往复运动，对直通管件(毛坯)端面进行自上而下逐层切削，该过程联动变位机3不动作。

铣削中刀头轴线始终垂直于管件轴线，刀头垂直轴线的对称面始终与管件过轴线的对称面重合，由管件上表面一定位置开始，使刀头轴心做循环往复鞍型运动，其作业半径不断扩大，自上而下进行逐层铣削直至得到完整的鞍型面。

其中，铣削的每一层深度相同，该深度可以在离线编程与仿真软件中调节，在实际产品中可以通过多次试验确定合理的值。

其中铣削工具中心轨迹即为加工路径，由半径等差放大的同心圆弧组成，相邻圆弧首末端通过直线连接；相邻圆弧半径差值即为铣削的切削深度，该深度可以在离线编程与仿真软件中调节，在实际产品中可以通过多次试验确定合理的值；箭头指向表示铣削工具5运行方向，该方向始终沿加工路径上每一点的切线方向；铣削工具轮廓是铣削工具5沿工具轴线方向的投影，表示刀尖所在的圆，圆心即为铣削工具中心，始终位于加工路径上。

布线作业流程：

将机器人末端工具切换为布线工具6，通过机器人与联动变位机3联动动作，沿布线轨迹10所示加工路径作业，在直通管件(完成鞍型面铣削)8的鞍型面进行螺旋形布线槽切削与布线，得到直通管件(完成布线)9。

布线时以直通管件(完成鞍型面铣削)8外缘最低的一点为起点，沿鞍型表面先由外向内、后由内向外内嵌电熔丝，向水平面投影为螺旋线。

布线过程中机器人与联动变位机联动动作，保证布线工具6的轴线始终位于鞍型面法线方向，且布线工具6的尖端嵌入鞍型面深度均匀，运行轨迹与设计加工路径重合。

布线过程中机器人与联动变位机联动动作，保证布线工具6的轴线始终位于鞍型面法线方向，且布线工具6的尖端嵌入鞍型面深度均匀，运行轨迹与设计加工路径重合。联动变位机运行过程中，直通管件的轴线始终垂直于水平面。

布线轨迹10的组成：

布线起始段：为直线段，该过程联动变位机不动作，保证布线工具6能够平稳的切入；该过程中布线工具6的轴线平行于直通管件轴线。布线起始段以直通管件(完成鞍型面铣削) 8外缘最低的一点为起点，布线工具6的刀尖沿通过该点且垂直于直通管件轴线的方向切入鞍型面，直线运行一段距离到达终点；

圆角过渡起始段：用于连接布线起始段与内层螺旋线，采用较大圆角的曲线，以布线起始段终点为起点，以外层螺旋线起点为终点，起点位置与布线起始段相切，终点位置与外层螺旋线相切。圆角过渡起始段保证直线段与螺旋线平滑连接，从而减小布线工具6在切削方向变化时的受力，降低其磨损；此时联动变位机开始动作，保证布线工具6的轴线始终位于鞍型面法线方向；

外层螺旋线段：螺旋线包括内外两层，先切削外层螺旋线，后切削内层螺旋线，是布线轨迹10的主要组成部分。外层螺旋线以圆角过渡起始段的终点为起点，圆心始终位于直通管件轴线上。联动变位机动作，保证布线工具6的轴线始终位于鞍型面法线方向，在经过鞍型面最低点时，布线工具6的轴线平行于直通管件轴线，在其他位置，二者相交；布线工具6 的刀尖沿鞍型表面由外向内内嵌电熔丝，向水平面投影为平面螺旋线；

螺旋连接过渡段：内外两层螺旋线的连接采用蝌蚪形曲线(直径大于内外螺旋线间距的圆形突出形状)连接，以内层螺旋线的终点为起点，以外层螺旋线起点为终点，由两段圆角曲线、一段圆弧曲线组成。螺旋连接过渡段用于实现螺旋线切削方向的掉头转向，保证该转向过程平滑完成，从而尽量减小布线工具6在切削方向变化时的受力，降低其磨损；

内层螺旋线段：内层螺旋线轨迹即为外层螺旋线向内侧等距位移得到，螺旋线上每一点的内外螺旋线间距始终相同，切削方向相反，加工工艺与外层螺旋线相同；

圆角过渡终止段：该曲线轨迹与圆角过渡起始段相对于直通管件对称面镜像对称，分列直通管件两侧，加工工艺与圆角过渡起始段相同，只是切削方向相反；该过程联动变位机运动逐渐停止，到达圆角过渡终止段终点(即鞍型面最低点)时，动作停止；

布线终止段：该曲线轨迹与布线起始段相对于直通管件对称面镜像对称，分列直通管件两侧，加工工艺与布线起始段相同，只是切削方向相反；该过程联动变位机不动作，保证布线工具6能够平稳的退出。

如图3所示，展示了基于离线编程与仿真软件，进行作业过程仿真与离线编程的基本流程。

作业过程仿真与离线编程技术的运用，具有如下意义：

一方面能够在上位机进行机器人作业过程仿真，从而在上位机上进行整体项目方案的验证、复杂路径的规划，提前发现研发样机搭建中可能出现的问题并加以规避，以仿真结论为参考指导方案设计，大大降低了研发风险与成本。

另一方面能够在上位机进行机器人离线编程，生成机器人程序并导出到机器人中直接执行，大大提高了编程效率、准确性，进而保证了生产效率与产品质量。

作业过程仿真与离线编程，针对路径复杂，对路径、目标点均有精度要求，且研发样机实物投入较大的作业任务，其编程要求高，研发投入高、风险大，多用于大型作业任务设计与编程。

鞍型直通管件的加工作业，包含鞍型面铣削、布线，是在曲面上进行加工作业，路径复杂，对路径、目标点精度要求高，且研发样机生产需要较大投入，因此需要采用作业过程仿真与离线编程方式，在上位机上验证方案可行性，进行复杂路径规划，生成机器人程序，并导入机器人执行。

当然，以上说明仅仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的指导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本实用新型的保护。