一种机器人复合材料钻铣平台的制作方法

本发明属于复合材料自动化设备技术领域，尤其涉及一种机器人复合材料钻铣平台。

背景技术：

在传动复合材料产品钻铣过程中，由于机床跨度的限制需要多次装夹及重复定位，钻孔和铣削在不同工位上，导致设备占地面积较大且定位精度下降，使复合材料产品质量下降，增加了工人劳动强度，提高了生产成本。

已公开专利申请“一种机械手自动加工装置”(申请号：cn201410283352.2)利用六轴机械手，辅以自动换刀高速电主轴和高精度接触式测头，可方便、快捷、高效的对某一尺寸段的各种复杂大型零部件进行精度可控的外加工。然而，该装置存在以下缺陷：

一次只带有一个刀具，切换比较繁琐，每次都要对工件进行定位降低了工作效率，定位块多次移动不利于工作效率的提高，操作台比较低不利于工人的观察。

技术实现要素：

为解决现有技术中的以上不足之处，本发明提供一种机器人复合材料钻铣平台，提高了定位的精度和复合材料产品的的质量。技术方案如下所述：

一种机器人复合材料钻铣平台，包括工作台、刀具切换平台、机器人、以及位于机器人手臂末端的刀具执行机构，所述机器人固定在机器人座上，所述工作台上端安装支撑板以及气动夹紧装置，在支撑板上设置有定位模具；所述机器人手臂末端的刀具执行机构位于支撑板上方，所述工作台位于机器人的正前方，所述刀具切换平台位于机器人的横向左端或右端。

所述定位模具的结构根据待处理复合材料产品的形状进行设计与安装，通过螺栓固定在支撑板上，气动夹紧装置位于定位模具中间的正上方位置上。

优选的，所述刀具切换平台上设置多套钻孔和铣削刀具，即加工刀具，确保在复合材料产品钻铣过程中根据加工所需刀具自动切换。

优选的，所述机器人座上安装气动电磁阀、气动三联件安装板、固定在气动三联件安装板的气动三联件，以及机器人；气动三联件和气动电磁阀依次安装于空压机与气缸之间的气路中；通过电磁阀以及气动三联件控制工作台上的气动夹紧装置对复合材料产品进行夹紧固定和防松；气动电磁阀控制气缸的压缩空气流量。

优选的，所述气动夹紧装置包括气缸支架、水平安装的调整气缸、垂直安装于调整气缸上的压紧气缸、通过螺栓固定于压紧气缸上的尼龙压板、调控调整气缸的调整节流阀、调控压紧气缸的压紧节流阀；在电磁阀启动后，通过气动三联件对空气进行过滤并输送给调整气缸和压紧气缸，调整气缸和压紧气缸对压紧位置进行调整及对复合材料产品施加压紧作用力，尼龙压板可降低在复合材料产品压紧过程中的表面损伤。气动夹紧装置的气缸支架与支撑板的支架通过短横梁连接在一起，保证压紧过程的牢固。

所述气动夹紧装置为对称设置的结构相同的两套，一套位于机器人的远端，另一套位于机器人的近端。

所述刀具执行机构包括用于连接至机器人的转换法兰，以及连接至转换法兰上的驱动电机。

优选的，所述驱动电机为电主轴电机。

优选的，所述机器人为六自由度机器人。

优选的，所述转换法兰是五块方形法兰盘焊接而成，包括用于与机器人连接的正面法兰板，以及用于连接驱动电机的两面侧向法兰板和两面水平法兰板。

优选的，所述机器人复合材料钻铣平台还包括控制器，优选plc控制器，控制机器人的开关、控制调整气缸和压紧气缸的动作和加工刀具的动作。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.采用机器人钻铣平台可减少产品的装夹次数，在同一工位自动更换是通过计算机程序控制的运动过程，在加工需要不同刀具的时候，计算机程序会自动控制其更换刀具，机器人运行精度足够满足跟换需要下对产品进行钻孔和边缘铣削，提高了生产效率，减少了重复定位所带来的精度误差，自动化程度高，节省了人工成本。

2.其中所述的刀具切换平台设置在工作台的旁边，刀具切换平台上设置有多套钻孔和铣削刀具，均可安装在快换接头上，确保在复合材料产品钻铣过程中，可根据加工所需刀具自动切换，提高加工效率，降低劳动强度；加工刀具与驱动电机之间用快换接头连接，减少了换刀时间，速度快，效率高。

3.相比传统的复合材料钻铣加工设备，本机器人复合材料钻铣平台利用机器人的较高自由度、大跨距及灵活性，减少了复合材料加工时装夹和定位次数，由于复合材料产品表面形状复杂常有大曲面情况出现，采用机器人为设备本体可有降低复合材料曲面孔位的钻孔难度；刀具执行机构采用快换接头连接在机器人手臂末端，可根据加工工况随时更换所需刀具，将传统的多个加工工位减少至一个，有效降低了设备占地面积，提高了生产效率。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为本发明提供的机器人复合材料钻铣平台整体结构示意图；

图2为本发明提供的机器人复合材料钻铣平台中机器人座位置放大图；

图3为本发明提供的机器人复合材料钻铣平台中气动夹紧装置结构示意图；

图4为本发明提供的机器人复合材料钻铣平台中气动三联件结构示意图；

图5为本发明提供的机器人复合材料钻铣平台中刀具执行机构结构示意图。其中，1-工作台，2-刀具切换平台，3-机器人座，4-刀具执行机构，10-待处理复合材料，11-支撑板，12-气动夹紧装置，13-定位模具，31-电磁阀，32-气动三联件安装板，33-气动三联件，34-六自由度机器人，121-气缸支架，122-调整气缸，123-压紧气缸，124-尼龙压板，125-调整节流阀，126-压紧节流阀，41-第一快换接头，42-第一驱动电机，43-第一加工刀具,44-第二驱动电机，45-第二快换接头，46-第二加工刀具，47-转换法兰。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，一种机器人复合材料钻铣平台，包括工作台1、刀具切换平台2、机器人、以及位于机器人手臂末端的刀具执行机构4，所述机器人固定在机器人座3上，所述工作台1上端安装有支撑板11以及气动夹紧装置12，在支撑板11上设置有定位模具13；所述机器人手臂末端的刀具执行机构4位于支撑板11上方，所述工作台1位于机器人的正前方，所述刀具切换平台2位于机器人的横向左端或右端。

定位模具13的结构根据待处理复合材料10产品的形状进行设计与安装，通过螺栓固定在支撑板11上，气动夹紧装置12位于定位模具13中间的正上方位置上。所述刀具切换平台2上设置多套钻孔和铣削刀具，所述钻孔和铣削刀具均安装在快换接头上，确保在复合材料产品钻铣过程中，可根据加工所需刀具自动切换。作为一个典型的实施例，所述刀具切换平台2上设置第一加工刀具43和第二加工刀具46。所述刀具切换平台2上设置多个中间开有圆柱形盲孔的刀具座，所述第一加工刀具43、第二加工刀具46以及其他的加工刀具放置于刀具座上供选择使用。

在本实施例中，所述机器人为六自由度机器人34。商品名为abb-irb6700，购买厂家：abb公司，型号：irb6700-155。机器人的运转路径在机器人控制柜中直接设置。

如图2和图3所示，所述机器人座3上安装气动电磁阀31、气动三联件安装板32、固定在气动三联件安装板32上的气动三联件33，以及六自由度机器人34。气动三联件33和气动电磁阀31依次安装于空压机与气缸72的之间气路中。通过电磁阀31以及气动三联件33控制工作台1上的气动夹紧装置12对复合材料产品进行夹紧固定和防松。

气动三联件通常包括空气减压阀、过滤器、油雾器三大件；减压阀可对气源进行稳压，使气源处于恒定状态，可减小因气源气压突变时对阀门或执行器等硬件的损伤；过滤器用于对气源的清洁，可过滤压缩空气中的水份，避免水份随气体进入装置；油雾器可对机体运动部件进行润滑，可以对不方便加润滑油的部件进行润滑。

气动电磁阀31用于控制气缸的压缩空气流量。

如图4所示，所述气动夹紧装置12包括气缸支架121、固定于气缸支架121上水平安装的调整气缸122、垂直安装于调整气缸活塞杆末端的压紧气缸123、尼龙压板124、调控调整气缸122的调整节流阀125、调控压紧气缸123的压紧节流阀126；所述尼龙压板124通过螺栓固定于压紧气缸123活塞杆的末端。开始工作前，调整气缸122为回缩状态，工人将复合材料搬放到工作台上，用定位模具13固定位置，启动电磁阀31，通过气动三联件33对空气进行过滤并输送给调整气缸122和压紧气缸123，调整气缸122伸展将压紧气缸123推至待处理复合材料10上方，而后压紧气缸123伸展，对压紧位置进行调整并对复合材料产品施加压紧作用力，尼龙压板124可降低在复合材料产品压紧过程中的表面损伤。

气动夹紧装置12的气缸支架121与支撑板11的支架通过短横梁连接在一起，保证压紧过程的牢固。

作为一个典型的实施例，所述气动夹紧装置12为对称设置的结构相同的两套，一套位于机器人的远端，另一套位于机器人的近端。

所述刀具执行机构4包括用于连接至机器人的转换法兰，以及连接至转换法兰上的驱动电机及快换接头。

作为一个典型的实施例，如图5所示，所述刀具执行机构4包括第一驱动电机41、第一快换接头42、第二驱动电机44、第二快换接头45和转换法兰47，所述第一快换接头42固定连接至第一驱动电机41上，第二快换接头45固定连接至第二驱动电机44上，所述第一驱动电机41和第二驱动电机44通过螺栓固定在转换法兰47上，转换法兰47与机器人手臂的末端通过螺栓固定，所述第一驱动电机41和第二驱动电机44呈90度角固定安装，同时转换法兰47的另外两个边同样可以固定驱动电机用以增加刀具，实现多刀具的随时切换，以完成不同的钻铣工作。所述第一快换接头42和第二快换接头45为气动结构的快换接头，连接至其动三联件，从刀具切换平台2上取下的所述第一加工刀具43通过第一快接接头42连接至第一驱动电机41，所述第二加工刀具46通过第二快接接头45连接至第二驱动电机44。

作为一个典型的实施例，所述第一驱动电机42和第二驱动电机45为电主轴电机。购自意大利hitec公司，型号为tma410/2iso303.6kw。

作为一个典型实施例，所述转换法兰47是运用五块方形法兰盘焊接而成，焊接完成以后再根据所需尺寸对焊接完成的转换法兰进行钻孔铣削，所述转换法兰47包括用于与机器人连接的正面法兰板，以及用于连接驱动电机的两面侧向法兰板和两片水平法兰板；正面法兰板的六个螺孔用于与机器人连接固定，正面法兰板中间的大圆孔以及另外四块板上的方孔是为减轻转换法兰的质量，以便钻铣平台更好地进行钻铣工作。

本发明提供的机器人复合材料钻铣平台还包括控制器，所述控制器可以是plc控制器，用电进行驱动，作为其中一个实施例，plc控制器采用欧姆龙公司生产的欧姆龙nj501-1400，通过i/o口和机器人相连接对机器人进行控制，用于控制机器人的开关，控制调整气缸和压紧气缸的动作，控制钻铣头即加工刀具的动作。通过对机器人进行设置，选择一个基点，设定机器人的运动轨迹，机器人就会按照预定轨迹进行移动。

本发明的工作过程：在复合材料加工时，将需要加工的复合材料产品通过定位模具和气动夹紧装置固定在工作台上，针对加工工况，六自由度机器人34自动从刀具切换平台2上选择所需刀具执行机构4，具体过程为：通过转换法兰47将刀具执行机构4固定在六自由度机器人34末端，一次固定至少两个刀具，两个刀具呈90度角安放。通过对机器人的运动轨迹的设定使得机器人完成对复合材料产品的钻铣工作。在控制器的控制下机器人将刀具执行机构4移动至需要加工位置，通过驱动电机提供切削动力，对复合材料产品进行机械加工。首先对复合材料产品远离机器人一侧的进行钻铣，同时靠近机器人一侧的调整气缸和压紧气缸通过尼龙压板位置的平移及升降调整对产品进行压紧；完成以后对产品靠近机器人的一侧进行钻铣工作，同时远离机器人一侧的调整气缸和压紧气缸通过尼龙压板位置对产品进行压紧。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。