一种多自由度的复杂型面智能集成加工系统的制作方法

本发明涉及复杂型面加工技术，特别提供了一种多自由度的复杂型面智能集成加工系统，属于复杂型面精密加工领域。

背景技术：

随着科学技术的进步和制造业的迅速发展，市场对精密加工的需求不断增长，但传统机械加工加工方式单一，加工效率低、产品均一性差，并且自动化生产程度低。工业机器人具有自由度高、移动范围大及操作灵活等特点，被广泛应用于机械加工领域，但直接利用工业机器人进行加工，由于其刚度不足等因素，机械手臂容易受到反作用力影响发生变形，影响加工精度，目前基于机器人的加工系统与方法，多针对力控集成系统以及加工平台等方面进行创新，如下。

申请号201811136048.x，专利《一种大型复杂曲面超声表面光整强化系统及其使用方法》提出一种基于机器人的超声表面光整强化系统，实现了较好的超声表面强化光整，但加工过程只依靠工业机器人进行位姿调整，无法实现更加复杂型面加工。申请号201410148371.4，专利《智能力控机器人磨削加工系统和方法》提出一种基于机器人的力控磨削加工系统，可实现效果较好的磨削加工，但整体加工系统由机器人控制系统支配，机械手臂加工受限，加工方式单一。申请号201910455048.4，专利《一种去毛刺智能机器人及其工作方法》提出一种恒力去毛刺机器人，机器人安装在可移动的矩形基座上实现机器人整体平动，其浮动恒力装置打磨抛光机实现了在打磨过程中工件与打磨组件之间压力恒定且可控，适用范围更广且更加安全可靠，但机器人与直线运动装置不能实现联动，无法实现复杂型面加工，进而影响加工效率。本发明提出一种多自由度的复杂型面智能集成加工系统，利用工业机器人、c轴和三维精密工作台协调运动，实现多自由度（6+4）联动，配合六维力传感器和力控模块进行力信号的收集与分析，实现自动化复杂型面力控恒力加工，满足多加工方式、加工场景，对复杂型面精密加工具有重要的理论意义和实际应用价值。

本发明提供了一种多自由度的复杂型面智能集成加工系统，六维力传感器采集力信号，力控模块对力信号进行分析处理，控制系统根据处理结果对工业机器人控制模块和精密工作台控制模块发送调节指令，实现工业机器人、c轴和三维精密工作台的多自由度（6+4）联动，通过闭环控制进行位姿调整，同时根据工艺要求控制系统调整电主轴转速，完成对工件复杂型面的恒力加工；c轴具有垂直安装和水平安装两种安装方式，垂直安装时利用载物盘进行工件固定，水平安装时配合尾座对长轴类工件进行固定；根据具体加工需求选择铣刀、磨头、车刀等加工工具进行各种加工，以实现面向不同加工对象的加工要求，对复杂型面精密智能加工具有重要的理论意义和实际应用价值。

技术实现要素：

本发明提供了一种多自由度的复杂型面智能集成加工系统。六维力传感器采集力信号，力控模块对力信号进行分析处理，控制系统根据处理结果对工业机器人控制模块和精密工作台控制模块发送调节指令，实现工业机器人、c轴和三维精密工作台的多自由度（6+4）联动，通过闭环控制进行位姿调整，同时根据工艺要求控制系统调整电主轴转速，完成对工件复杂型面的恒力加工；c轴具有垂直安装和水平安装两种安装方式，垂直安装时利用载物盘进行工件固定，水平安装时通过c轴卡盘配合尾座对长轴类工件进行固定；根据具体加工需求选择铣刀、磨头、车刀等加工工具进行各种加工，以实现面向不同加工对象的加工要求。

本发明提供了一种多自由度的复杂型面智能集成加工系统，所提供的技术方案如下：

1、所述的一种多自由度的复杂型面智能集成加工系统：包括工业机器人、六维力传感器、连接夹持装置、电主轴、电气箱、加工工具、冷却机、机器人基座、工件、载物盘、c轴、尾座和三维精密工作台；所述加工工具装夹在电主轴上，电主轴通过连接夹持装置与六维力传感器连接，六维力传感器再通过连接装置安装在工业机器人末端；所述尾座和c轴固定在三维精密工作台上，c轴具有垂直安装和水平安装两种安装方式，垂直安装时载物盘通过c轴卡盘夹紧，工件固定于载物盘上，水平安装时c轴卡盘将长轴类工件夹紧，并用尾座进行轴向固定；根据不同加工对象和加工要求，选择合适加工工具和c轴安装方式，可以实现铣削、磨抛、车削、钻削和刨削等多种加工方式；六维力传感器采集力信号，力控模块对力信号进行分析处理，控制系统根据处理结果对工业机器人控制模块和精密工作台控制模块发送调节指令，实现工业机器人、c轴和三维精密工作台的多自由度（6+4）联动，通过闭环控制进行位姿调整，同时根据工艺要求控制系统调整电主轴转速，完成对工件复杂型面的恒力加工；

2、所述的一种多自由度的复杂型面智能集成加工系统，可以通过以下步骤实现：

（1）将尾座和c轴固定于三维精密工作台上，c轴具有垂直安装和水平安装两种安装方式，垂直安装时通过c轴卡盘将载物盘夹紧，将待加工工件固定在载物盘上；水平安装时通过c轴卡盘将长轴类工件夹紧，并配合尾座进行轴向固定,完成工件的定位装夹；

（2）将电主轴通过连接夹持装置与六维力传感器连接，六维力传感器再通过连接装置安装在工业机器人末端，根据加工方式选择合适的加工工具装夹在电主轴上；

（3）通过控制系统使电主轴高速旋转或锁紧，调节工业机器人、c轴和三维精密工作台的相对位置，使加工工具与待加工工件柔性接触，完成对刀；

（4）c轴带动工件转动或锁紧，三维精密工作台带动c轴平动，工业机器人进行位姿调整，实现复杂型面轨迹的运动；

（5）在加工过程中，六维力传感器采集力信号，力控模块对力信号进行分析处理，控制系统根据处理结果对工业机器人控制模块和精密工作台控制模块发送调节指令，实现工业机器人、c轴和三维精密工作台的多自由度（6+4）联动，通过闭环控制进行位姿调整，同时根据工艺要求控制系统调整电主轴转速，完成对工件复杂型面的高精、高效恒力加工。

本发明具有以下明显效果：1、本发明所述的一种多自由度的复杂型面智能集成加工系统，六维力传感器采集力信号，力控模块对力信号进行分析处理，控制系统根据处理结果对工业机器人控制模块和精密工作台控制模块发送调节指令，实现工业机器人、c轴和三维精密工作台的多自由度（6+4）联动，通过闭环控制进行位姿调整，同时根据工艺要求控制系统调整电主轴转速，完成对工件复杂型面的高精、高效恒力加工；2、c轴具有垂直安装和水平安装两种安装方式，垂直安装时载物盘通过c轴卡盘夹紧，工件固定于载物盘上，水平安装时配合尾座对长轴类工件进行固定；3、根据不同加工对象和加工要求，选择合适的加工工具和c轴安装方式，可以实现铣削、磨抛、车削、钻削和刨削等多种加工，以满足面向不同加工对象的加工要求。

附图说明

图1是本发明的一种多自由度的复杂型面智能集成加工系统的整体结构示意图。其中：工业机器人1、六维力传感器2、连接夹持装置3、电主轴4、电气箱5、加工工具6、冷却机7、机器人基座8、工件9、载物盘10、c轴11、尾座12和三维精密工作台13。

图2是螺旋微沟槽磨抛的加工示意图。其中：长轴类工件14。

图3是本发明的一种多自由度的复杂型面智能集成加工系统的系统原理框图。

具体实施方式

为了对本发明中所述加工系统进行清楚、完整的描述，现结合图1进行详细说明，所述系统包括工业机器人1、六维力传感器2、连接夹持装置3、电主轴4、电气箱5、加工工具6、冷却机7、机器人基座8、工件9、载物盘10、c轴11、尾座12和三维精密工作台13；所述加工工具6装夹在电主轴4上，电主轴4通过连接夹持装置3与六维力传感器2连接，六维力传感器2再通过连接装置安装在工业机器人1末端；所述c轴11和尾座12固定在三维精密工作台13上，载物盘10通过c轴11卡盘夹紧，工件9固定于载物盘10上或直接利用卡盘夹紧固定。

结合图1说明本实施方式所述的工业机器人1具有六自由度，配合c轴11工作台和三维精密工作台13，实现复杂型面轨迹的运动。工业机器人可选用abbirb4600-60/2.05机器人，其有效载荷60kg，最大工作范围2050mm。

结合图1或图3说明本实施方式所述的六维力传感器2具较广的坐标轴感应范围、较高的单轴过载力与刚度、较好的谐振频率，六维力传感器2采集力信号，力控模块对力信号进行分析处理，控制系统根据处理结果对工业机器人1控制模块和精密工作台控制模块发送调节指令，实现工业机器人1、c轴11和三维精密工作台13的多自由度（6+4）联动，通过闭环控制进行位姿调整，同时根据工艺要求控制系统调整电主轴4转速，完成对工件9复杂型面的恒力加工，六维力传感器可选用atideltasi-660-60。

结合图1或图2详细说明所述c轴11具有垂直安装和水平安装两种安装方式，垂直安装时载物盘10通过c轴11卡盘夹紧，工件9固定于载物盘10上，实现铣削、磨抛等加工；水平安装时通过c轴卡盘将长轴类工件14夹紧，并配合尾座12进行轴向固定，实现车削等加工；可根据工件类型、加工方式选择合适的c轴11安装方式。

结合图1详细说明所述加工工具6可以根据具体加工需求选择铣刀、磨头、车刀等加工工具进行加工，实现铣削、磨抛、车削、钻削和刨削等加工方式，以满足面向不同加工对象的加工要求。

为对本发明所述的一种多自由度的复杂型面智能集成加工系统进行进一步表述，下面列举如图2所示的螺旋微沟槽磨抛优选实施例进行详细说明，具体工作过程如下：

（1）将尾座12固定在三维精密工作台13上，c轴11采用水平安装方式固定在三维精密工作台13上，将长轴类工件14用c轴11卡盘夹紧，并用尾座12进行轴向固定，完成长轴类工件14的定位装夹；

（2）将电主轴4通过连接夹持装置3与六维力传感器2连接，六维力传感器2再通过连接装置安装在工业机器人1末端，加工工具6选用磨削工具，装夹在电主轴4上；

（3）通过控制系统使电主轴4高速旋转，调节工业机器人1、c轴11和三维精密工作台13的相对位置，使加工工具6与长轴类工件14柔性接触，完成对刀；

（4）c轴11带动长轴类工件14低速转动，三轴精密位移工作台13带动c轴11平动，实现三维运动，六轴工业机器人1进行多位姿调整，实现预设轨迹的运动，对螺旋微沟槽进行磨抛；

（5）在加工过程中，力控模块对六维力传感器2采集的力信号进行分析处理，并对工业机器人1和精密工作台发送调节指令进行位姿调整，完成对螺旋微沟槽的恒力磨抛加工。

以上所述仅为本发明的个别优选实施例，只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明在具体实施方式和应用上可以有各种更改和变化。凡对本发明所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。