龙门式打磨去毛刺机器人

一、去毛刺机器人的主要用处

很多齿轮和机械零件的边缘和内孔边缘，内部孔交汇处等都需要倒角和去毛刺。有些铸件的合模线，冒口，顶杆印披锋等都要去毛刺。很多需要贯通的孔由铝盖住，要铣削掉。有的铸件上面和四周各个面都有要去毛刺的边；有些散热片类部分的空间很小，刀必须很细小。还有一些深孔的内部边缘也要从外部伸入其内部进行去毛刺。在这些去毛刺过程中去毛刺的刀要从各种方向进给，其进刀角度变化最大可达�120�左右。有的工具要采用两种不同刀型的合金铣刀，靠特殊技巧保证仅部分料被去掉，而周围大平面不会被损伤。还有很多大型轴类件也要去毛刺，很多阀体和发电机内部孔交汇处也要去毛刺。

二、机器人的机械结构

针对前面介绍的去毛刺要求，沈阳莱茵机器人利用其多年成熟的铸件去毛刺机器人的经验和借鉴国外的经验能对复杂的齿轮和复杂的铸件等的倒角和去毛刺任务，设计出全新的，灵活通用的，可复制的，高可靠的六轴去毛刺机器人。利用我们功能非常丰富的控制系统，多种机器人设计经验，机床制造经验，倒角刀和通用去毛刺工具能给用户量身订做高效，稳定可靠，简单实用的各自去毛刺机器人。这类机器人综合了五轴加工中心的高强度，高空间定位精度的特点，关节机器人的高速灵活性，高动态特性。莱茵去毛刺机器人是高效铣削机器人、高效加工机器人，以其高强度，高定位精度，运动轨迹重复性一致性高，编程简单，操作简单，安全可靠而受用户称赞。

为了提高去毛刺的效率我们可以在工件的工装下面加上一个转动轴或摆动轴。转动轴能大幅减少XY两个轴的运动，而摆动方向不仅能减少XYZ轴的运动量，还能简化进刀的方向。摆动轴的摆角范围最大可达�120。转动轴的转角范围最大可达�180。很多齿轮是对称结构，采用转动轴能加快打磨效率，简化编程过程。摆动轴作为第六个轴参与联动和空间插补运动。这样六轴联动能提高打磨去毛刺的效率。下面就详细介绍龙门式六轴去毛刺机器人。

1、机器人的XYZ三个直线运动轴

打磨机器人的X轴，Y轴和Z轴三个直线运动轴采用大型数控龙门刨床的结构，其骨架采用沈阳机床厂的龙门刨床床身结构，采用直线导轨导向，精密滚珠丝杆传动，伺服电机驱动。这样机器人的XYZ三个直线运动轴就有数控龙门刨床类似的刚性，类似的精度。由于我们的机器人控制系统也具有机床数控系统的功能，如丝杆误差补偿，反向间隙补偿等，还可以接光栅尺反馈信息，所以重复定位精度通常高于在�0.004mm。

2、机器人的转动轴

通常在Z轴的最下端装配有A轴和C轴两个转动轴，它们由精密谐波减速机传动，交流伺服电机驱动。在设计时我们尽可能减少A轴和C轴的旋转半径，其结果是不仅两个转动轴A轴和C轴具有关节机器人末端三个关节的高速高动态特性，还有远高于常见关节机器人的高钢性和运动精度。通常AC两个轴的转动半径为0，其结果是当A轴，或C轴，或AC两个轴转动时仅仅改变刀尖的方向，但不改变刀尖的XYZ坐标值。类似的原理可以还为用户设计制造过三个传动轴全部安装在Z轴下端，刀具不仅可以从上向下铣削，还可以从下向上以近似60度的角度进行铣削加工。

3、选配工件转动轴

我们在X轴滑块上安装工装，带动工件转动或摆动。整个工装及上面的工件可以由一个或两个转动轴或摆动轴带动，转动方向可以按工件去毛刺的需要来确定。这样机器人的五个轴或六个轴与工件转动轴一起构成六轴或七轴联动机器人。

4、悬臂式XYZ结构

除了采用传统的龙门式结构外，还有悬臂式XYZ结构。悬臂式XYZ结构是在X轴的滑块上加上伸缩运动的水平运动Y轴，在Y轴的悬臂端加上上下运动的Z轴。在Z轴的最下端带有AC轴。这类悬臂式结构的主要特点是X轴的有效行程可以做到100米，Y轴的有效行程可以做到3米或更长，Z轴的行程也能做得2米，这类超大型机器人特别适合大型轴类工件的去毛刺，喷涂，抛光等要求。

图1：六轴去毛刺机器人的结构形式及带防护罩及电箱后的设计  图。实际照片和工作录像请联系莱茵机器人。

三、机器人控制系统简介

1、系统基本功能

采用德国产八轴联动多通道数控系统Editasc。该系统除了具有西门子840D的全部功能外，还是六自由度关节机器人的理想控制系统。例如在德国被用于控制关节机器人抓取眼睛框进行精密抛光。Editasc系统具有超强预读功能确保打磨抛光高速，平稳和精确进行。具有CAD图形编程，示教编程和样条函数功能简化了复杂轨迹的编程。该系统具有大跨度龙门机床两轴同步控制功能，龙门轴下沉倾斜补偿功能，3D刀具补偿，复合轴功能，多通道功能和RCTP功能。可以接收光栅尺和各种编码器反馈信号，适合高速高精设备的控制，能以每秒10000次位置环PID调节周期精密控制确保位置精度。

2、 手脉辅助示教编程功能

仅仅示教钥匙处于合闭位置（钥匙取下），而自动运行方式的钥匙处于断开位置（状态）才可以进入示教操作方式。在示教运行方式下仅允许如下操作：

1) 回零点；

2) 用手脉操作各种轴；

3) 进入示教编程操作；

4) 选择及打开原来已经存在的用户程序（属性T）；

5) 或新建立一个程序及命名（程序属性T）；

6) 图示该程序；

7) 运行该程序，可以全部运行，可以单段运行，可以用选择部分程序段运行；

8) 可以在程序中随时修改加速度和速度；

9) 仿真运行该程序；

10) 可以复制和删除程序，要有二次确认功能，以防误操作；

11) 对刚打开的程序重新命名（另存为）；

12) 退出自动运行方式到主页面方式下。

图2：数控系统的外观图，可以按要求选择不同的显示界面和按键定义和布局

为了简化示教编程，我们特意请德国专家开发了专用程序，比例走直线段就用手脉确定开始和结束两个点；走3D圆弧就用手脉确定开始，中间点和结束三点；走3D圆就用手脉确定圆上的四个点。这些点的对应坐标自动进入程序中，系统自动生成5轴连动运动命令。整个示教过程就用手脉操作器一个人独立完成，快速高效安全。

四、多种配置方式

1、选用电动或气动打磨去毛刺工具

打磨工具可以是电主轴配铣削刀具，也可以是气动打磨头。可以是刚性连接的电主轴，这主要对精度高的齿轮，或对工件尺寸要求不高的铸件类。由于齿轮精度很高，采用固定主轴就可以。也有的用户为了简化编程采用柔性主轴，靠刀具半径补偿来自适应打磨去毛刺。

2、选择两个或三个动力头

有的齿轮除了齿的两端要倒角去毛刺，在齿轮内部也有一些部位要倒角去毛刺。为了能使刀具能自动到达要打磨位置，可以一次装有两个或三个不同的动力头来完成不同部分，不同尺寸空间内的去毛刺任务。靠机器人的AC轴的运动能更好地使用各个刀具完成去毛刺任务。有时再加上B轴带动刀具自身转动。

3、自动换刀功能

也可以向加工中心一样选择带带自动换刀的动力头，来更换不同的倒角工件。比如不同形状的铣削刀具，多种钢丝刷和微性砂带机等。

图3：单打磨头和多个打磨头的设计方案及照片

五、打磨机器人的主要优点

1．XYZ采用数控加工中心相同的结构，靠直线导轨导向和精密滚珠丝杆转动，使其具体类似加工中心的刚性，稳定性和精度。工作过程中重复定位精度可达�0.004mm。

2．AC两个转动轴利用精密谐波减速机，不但具有关节机器人的高速灵活性，高动态特性，但转动半径几乎为零，其结果是精度更高，刚性更好。

3．利用RCTP编程功能和AC轴转动半径几乎为零，刀具仅仅靠AC两个轴的转动就能快速改变刀尖方向，但刀尖位置不变，这样加工起来速度快，空跑位置少。

4．整个设备具有五轴加中心的高强度，高刚性，高精度，又具有关节机器人的高速高动态特性，是理想的加工型机器人。

5．采用最新的数控系统，编程简单，友好。

6．运动轨迹中各个程序段的运行速度可以通过试运行看刀具效果来确定。

7．可以通过单段运行方式逐步逐端验证及修改程序。

8．可以设置修改各个部分倒角的形状，如角度和大小等。

9．可以选配力控制，来自动适应不同位置的倒角量及倒角速度。

10．可以带自动测量头，自动识别记录要倒角的轨迹。

11．可以选择自动换刀换工具系统，来完成不同的倒角和抛光等任务。

12．倒角量小时可以以2.5m/min 的速度来完成倒角。

13．可以选配一个到两个转动轴，来带动工件转动和摆动，方便倒角及提供倒角效率。

14．没有要求特殊的工具，常见的气动，电动工件就可以用来倒角和抛光。

15．可以示教编程和离线CAM编程，快捷实用。 

六、应用及展望

1．这类六轴联动去毛刺机器人在德国和瑞士主要取代关节机器人完成多种齿轮去毛刺任务。

2．有多台设备多年类在国内几个著名汽车配件厂和压铸件厂对多种复杂的铸件去毛刺，高效，一致性好，稳定性高，深受用户称赞。

3．被用户用于大型钢件倒角，焊口打磨等。

4．可以用于大型轴类件的表面抛光去毛刺任务，带动砂带机，砂轮机，刷子和铣刀来完成不同部位不同的打磨去毛刺和抛光任务。

5．这类设备还可以用于很多工件内部交叉孔的去毛刺。

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