CN105598958A - 一种恒扭矩的机器人伺服钻铣*** - Google Patents

Abstract

本发明为一种恒扭矩的机器人伺服钻铣***，包括三个旋转机构、传动连接臂、主轴连接组件、电主轴、以及控制箱，三个旋转机构中，旋转电机可驱动转动部在基座所在的平面方向上相对于基座转动；传动连接臂的一端连接第三个旋转机构和主轴连接组件、以及电主轴；控制箱分别电连并控制三个旋转机构的旋转电机和电主轴的运行状态；电主轴上配置有刀柄以进行铣削操作，此外，雕刻工作站包括编程区和全封闭式的加工区，加工区内设有伺服钻铣***；编程区内设有上位机以向控制箱传输进程控制命令及伺服铣削***可执行的文件。其技术方案能够恒扭矩、高精度的运行至预设位置，实现精确铣削雕刻的效果，并且能够精准自动化的完成人脸雕刻工艺。

Description

一种恒扭矩的机器人伺服钻铣***

技术领域

本发明涉及自动化机床设备技术领域，尤其涉及一种恒扭矩的机器人伺服钻铣***。

背景技术

数控机床广泛应用于各种机械制造领域中，尤其是对于高精度工艺流程中的铣削磨等步骤中，而目前市面上渐渐开始流行非工厂式的或是店面体验式的雕刻站。尤其式类似3D打印工艺的人脸扫描与铣削雕刻工艺。而目前尚没有这种成型成熟的模式，尤其是由于设备小型化后运行的精度和稳定性得到了一定程度的考验。

参阅专利号为CN204135683U的中国专利“自吸附式数控钻铣机床”，公开了一种自吸附式数控钻铣机床，包括机架、Y向移动机构、X向移动机构和Z向移动机构；机架的加工台面采用框架中空结构，加工台面的四个角的支腿底部均设有永磁体，机架的纵边框上设有Y向移动机构，Y向移动机构上滑动设置X向移动机构，X向移动机构上设置Z向移动机构。

上述技术方案在结构上能够实现X、Y、Z三个方向上的移动，然而，其并不适用于雕刻站中的铣削雕刻应用，同时其仍然未能克服小型化后多自由度运行过程中扭矩变化引起的误差变化，即很难得到稳定精确的运行轨迹。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，现提供一种旨在能够恒扭矩高精度的多自由运行并且完成铣削雕刻动作的机器人伺服钻铣***，用以克服上述技术缺陷。

具体技术方案如下：

一种恒扭矩的机器人伺服钻铣***，包括第一旋转机构、第二旋转机构、第三旋转机构、传动连接臂、主轴连接组件、电主轴、以及控制箱，其中，

所述第一旋转机构、所述第二旋转机构、以及所述第三旋转机构均包括一基座、一旋转电机、以及一转动部，所述转动部与所述基座活动相连，所述旋转电机安装在所述基座上并与所述转动部传动相连，可驱动所述转动部在所述基座所在的平面方向上相对于所述基座转动，并且，所述第二旋转机构的基座与所述第一旋转机构的转动部相连，所述第三旋转机构的基座与第二旋转机构的转动部相连；

所述传动连接臂的一端与所述第三旋转机构的转动部相连，另一端安装有所述主轴连接组件，所述电主轴安装于所述主轴连接组件上；

所述控制箱分别电连并控制所述第一旋转机构的旋转电机、所述第二旋转机构的旋转电机、所述第三旋转机构的旋转电机、以及所述电主轴的运行状态；

所述电主轴上配置有刀柄，用以安装刀具进行铣削操作。

所述第一旋转机构包括第一基座、第一旋转电机、第一转动部，且所述第一旋转电机纵向设置，所述第一转动部安装在所述第一基座上并由所述第一旋转电机传动，所述第一旋转电机驱动所述第一转动部相对于所述第一基座所在的水平面旋转运动；

所述第二旋转机构包括第二基座、第二旋转电机、第二转动部，且所述第二旋转电机水平设置，所述第二基座纵向设置并与所述第一转动部相连，所述第二转动部安装在所述第二基座上并由所述第二旋转电机传动，所述第二旋转电机驱动所述第二转动部相对于所述第二基座所在的纵向面旋转运动；

所述第三旋转机构包括第三基座、第三旋转电机、第三转动部，且所述第三旋转电机水平设置，所述第三基座纵向设置并与所述第二转动部相连，所述第三转动部安装在所述第三基座上并由所述第三旋转电机传动，所述第三旋转电机驱动所述第三转动部相对于第三基座所在的纵向面旋转运动。

所述电主轴内设有打刀缸，且所述打刀缸为油气混合缸，并通过进油完成松刀动作，进气完成回位拉刀动作；

所述电主轴内还开设有迷宫吹气通道、中心进气口、打刀缸回位进气口、以及用以穿设电源线和编码器线的通孔，且所述迷宫吹气通道吹气的进气气压为0.1Mpa，所述中心吹气口的气压为0.5Mpa，所述打刀缸回位进气口气压0.5Mpa。

所述打刀缸还配设有6.25倍*50CC的打刀缸增压器，所述打刀缸增压器与所述打刀缸的松刀进油孔管路相连，且所述打刀缸增压器安装于所述第二基座上。

所述主轴连接组件包括相连的六轴法兰盘和主轴连接件，且所述主轴连接件通过六轴法兰盘与所述传动连接臂相连，所述电主轴安装在所述主轴连接件上；

所述电主轴上安装有BT30刀柄，并配置有三种刀具进行铣削，分别为16mm立铣刀、8mm球头刀、以及4mm球头刀。

上述技术方案的有益效果在于：

(1)所述伺服铣削***通过三个旋转机构实现电主轴完成铣削功能，具有恒扭矩的效果，能够高精度的运行至预设的位置，实现精确铣削雕刻的效果；

(2)打刀缸配设有打刀缸增压器，能够代替液压站，大大减少所述伺服钻铣***的管线。

附图说明

图1为本发明恒扭矩的机器人伺服钻铣***的立面结构示意图；

图2为本发明恒扭矩的机器人伺服钻铣***的电主轴5的结构立体视图；

图3a为图1中I部的局部放大图；

图3b为图1中II部的局部放大图；

图4a为本发明中电主轴5的正面结构视图；

图4b为本发明中电主轴5的侧面结构视图；

图4c为本发明中电主轴5的截面结构视图；

图5为本发明恒扭矩的机器人伺服钻铣***具体应用示意图。

具体实施方式

以下，将会参照附图描述本发明的实施方式。在实施方式中，相同构造的部分使用相同的附图标记并且省略描述。

参阅图1，为本发明恒扭矩的机器人伺服钻铣***的立面结构示意图；结合图2，为本发明恒扭矩的机器人伺服钻铣***的电主轴5的结构立体视图；以及图3a，为图1中I部的局部放大图。如图中所示，所述伺服钻铣***包括第一旋转机构1、第二旋转机构2、第三旋转机构3、传动连接臂4、主轴连接组件6、电主轴5、以及控制箱7，其中，

第一旋转机构1、第二旋转机构2、以及第三旋转机构3均包括一基座、一旋转电机、以及一转动部，转动部与基座活动相连，旋转电机安装在基座上并与转动部传动相连，可驱动转动部在基座所在的平面方向上相对于基座转动，并且，所述第二旋转机构2的基座与所述第一旋转机构1的转动部相连，所述第三旋转机构3的基座与第二旋转机构2的转动部相连，从而实现第三旋转机构3的转动部具有多自由度运动的功能；

传动连接臂4的一端与第三旋转机构3的转动部相连，另一端安装有主轴连接组件6，电主轴5安装于主轴连接组件6上，从而形成一机器人机械臂的结构，能够将移动量精确的传递至电主轴5的移动轨迹上，并通过三个旋转机构实现三个方向上精确移动，能够得到稳定可靠的恒扭矩效果，对于电主轴5进行铣削雕刻能够达到更高的精度要求；

控制箱7分别电连并控制所述第一旋转机构1的旋转电机、第二旋转机构2的旋转电机、第三旋转机构3的旋转电机、以及电主轴5的运行状态；

电主轴5上配置有标准刀柄，用以安装刀具进行铣削操作。

具体的，第一旋转机构1包括第一基座11、第一旋转电机12、第一转动部13，且第一旋转电机12纵向设置，第一转动部13安装在第一基座11上并由第一旋转电机12传动，第一旋转电机12驱动第一转动部13相对于第一基座11所在的水平面旋转运动；

第二旋转机构2包括第二基座21、第二旋转电机22、第二转动部23，且第二旋转电机22水平设置，第二基座21纵向设置并与第一转动部13相连，第二转动部23安装在第二基座21上并由第二旋转电机22传动，第二旋转电机22驱动第二转动部23相对于第二基座21所在的纵向面旋转运动；

第三旋转机构3包括第三基座31、第三旋转电机32、第三转动部33，且第三旋转电机32水平设置，第三基座31纵向设置并与第二转动部23相连，第三转动部33安装在第三基座31上并由第三旋转电机32传动，第三旋转电机32驱动第三转动部33相对于第三基座31所在的纵向面旋转运动。

在一种优选的实施方式中，具体如图4a-4c中所示，为本发明中电主轴5各视角的结构视图，电主轴5内设有打刀缸(图中未示出)，且打刀缸为油气混合缸，并通过进油完成松刀动作，进气完成回位拉刀动作；

电主轴5内设有迷宫吹气通道53，迷宫吹气通道53吹气的进气气压为0.1Mpa，还设有中心吹气口54，中心吹气口54的气压为0.5Mpa，并开设有用以穿设电源线和编码器线的通孔55，还设有打刀缸回位进气口52，且打刀缸回位进气口52气压0.5Mpa。此外，如图4c中所示，还相应开设有进水口56和出水口57。

作为进一步的优选实施方式中，具体如图1中所示，打刀缸还配设有6.25倍*50CC的打刀缸增压器8，打刀缸增压器8与打刀缸的松刀进油孔管路相连，且打刀缸增压器8安装于第二基座21上，并由外部机床(CNC)提供0.5MPa的气源。打刀缸增压器8为气压转油压，适用于各种直接式主轴松刀，能够代替液压站，大大减少所述伺服钻铣***的管线。

作为进一步的优选实施方式中，主轴连接组件6包括相连的六轴法兰盘61和主轴连接件62，且主轴连接件62通过六轴法兰盘61与传动连接臂4相连，电主轴5安装在主轴连接件62上。电主轴5上安装有BT30刀柄，并配置有三种刀具进行铣削，分别为16mm立铣刀、8mm球头刀、以及4mm球头刀。且所述电机为伺服电机，但也可以是配装BT40或BT50刀柄，不应局限于此。

在本实施例中，控制箱7包括一变频器(图中未示出)，功率为11KW，额定电流为22A，峰值电流为44A。

在上述技术方案中，所述伺服铣削***通过三个旋转机构实现电主轴5完成铣削功能，具有恒扭矩的效果，能够高精度的运行至预设的位置，实现精确铣削雕刻的效果；打刀缸配设有打刀缸增压器8，能够代替液压站，大大减少所述伺服钻铣***的管线。

参阅图5，为本发明恒扭矩的机器人伺服钻铣***具体应用示意图，其中图示为一种雕刻工作站，包括编程区200和全封闭式的加工区100，加工区100内设有上述恒扭矩的机器人伺服钻铣***101，且加工区100内设有铣削加工台102，铣削加工台102位于电主轴5的下方，用以安置待铣削雕刻的工件；

编程区200内设有上位机201，且上位机201与控制箱7通讯相连，用以向控制箱7传输进程控制命令及所述伺服铣削***可执行的文件。

具体的，上位机201为PC或移动端，加工区100设有摄像机103，且摄像机103的摄像区域与铣削加工台上的铣削工作位相对，摄像机103与上位机201通讯相连，用以实时拍摄并在上位机201的显示屏上展示播放。加工区100内置有吸尘器(图中未示出)，且吸尘器的吸尘管通过喇叭形接口与工件夹具相连，用以吸取加工后的废料并排屑处理，从而能够将铣削后的废料碎屑有效的吸取而不至于影响铣削进程。加工区100内还设有油冷机(图中未示出)，油冷机与电主轴5相连通，用以注入冷却油，防止机床的主轴中心偏移或热变形，延长使用寿命，且油冷机具有机外启动端子，易于实现机床与油冷机的联动控制，能够防止油温过高引起油质恶化，保持油粘度特性，稳定油压，避免油震。

此外，如图1中所示，加工区100内设有安装座105，且第一基座11安装于安装座105上。加工区100内还设有隔板104，隔板104位于铣削加工台102和安装座105之间，传动连接臂4跨过隔板104的上方，用以隔开工作区域，防止碎屑飞溅。再结合图1和图3b中所示，加工区100内还设有刀库安装组件106，且刀库安装组件106上安装有6-12个标准刀库夹头107，且每个刀库夹头的刀柄安装位置设有接近开关用以检测刀具的有无，且本实施例中标准刀库夹头107的数量为12个。加工区100内还设有自动对刀***(图中未示出)，用于对铣刀进行对刀处理，自动对刀***包括控制盒和测量仪，且控制盒与测量仪通过电气连接线相电连，用以控制测量仪动作，且测量仪的测量精度为0.003mm；测量仪上设有清洁气口和自动防护门，自动开闭式防护门为测头提供有效保护，自动清洁出气能够保证测量刀具的准确性，且控制盒与上位机201通讯相连，用以接收及输出测量信号。

以下，以一种具体的实施方式进行说明，需要指出的是，以下实施方式中所描述之结构、工艺、选材仅用以说明实施方式的可行性，并无限制本发明保护范围之意图。

本发明的所述伺服钻铣***主要用于进行人脸扫描后对工件铣削雕刻处理，以形成3D的人脸模型，但也可以应用于其他用途，在本实施例中，将以人脸雕刻为实施例进行具体过程的描述。其中，雕刻站额外配设有三维扫描仪，用以对人脸进行扫描处理。主要过程为：

通过三维扫描仪扫描人脸生成STL文件，并在上位机201中通过专用软件对曲面进行修补后导出IGS文件，且程序主要采用Robotmaster离线编程方式生成，并通过上位机201通讯传输至控制箱7内，具体为通过MasterCAM用IGS文件进行铣削的CAM编程，分三道工序进行铣削，将生成加工程序转化为机器人程序，每1000个点分为一组，导入所述伺服钻铣***的控制箱7中执行，并由控制箱7控制三个旋转机构带动电主轴5精确运行至正确位置对铣削加工台上的工件进行雕刻。

在上述技术方案中，雕刻工作站具有所述伺服钻铣***，编程区200内配设有上位机201，能够精准的完成人脸雕刻工艺，实现自动化完成人脸雕刻的功能；加工区100内配设有吸尘器和摄像机103，能够有效除尘和实时显示工作进程；加工区100内还配设有油冷机，能够防止油温过高引起油质恶化，保持油粘度特性，稳定油压，避免油震。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对本发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在本发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种恒扭矩的机器人伺服钻铣***，其特征在于，包括第一旋转机构、第二旋转机构、第三旋转机构、传动连接臂、主轴连接组件、电主轴、以及控制箱，其中，

所述第一旋转机构、所述第二旋转机构、以及所述第三旋转机构均包括一基座、一旋转电机、以及一转动部，所述转动部与所述基座活动相连，所述旋转电机安装在所述基座上并与所述转动部传动相连，可驱动所述转动部在所述基座所在的平面方向上相对于所述基座转动，并且，所述第二旋转机构的基座与所述第一旋转机构的转动部相连，所述第三旋转机构的基座与第二旋转机构的转动部相连；

所述传动连接臂的一端与所述第三旋转机构的转动部相连，另一端安装有所述主轴连接组件，所述电主轴安装于所述主轴连接组件上；

所述控制箱分别电连并控制所述第一旋转机构的旋转电机、所述第二旋转机构的旋转电机、所述第三旋转机构的旋转电机、以及所述电主轴的运行状态；

所述电主轴上配置有刀柄，用以安装刀具进行铣削操作。

2.如权利要求1所述的恒扭矩的机器人伺服钻铣***，其特征在于，

所述第一旋转机构包括第一基座、第一旋转电机、第一转动部，且所述第一旋转电机纵向设置，所述第一转动部安装在所述第一基座上并由所述第一旋转电机传动，所述第一旋转电机驱动所述第一转动部相对于所述第一基座所在的水平面旋转运动；

所述第二旋转机构包括第二基座、第二旋转电机、第二转动部，且所述第二旋转电机水平设置，所述第二基座纵向设置并与所述第一转动部相连，所述第二转动部安装在所述第二基座上并由所述第二旋转电机传动，所述第二旋转电机驱动所述第二转动部相对于所述第二基座所在的纵向面旋转运动；

所述第三旋转机构包括第三基座、第三旋转电机、第三转动部，且所述第三旋转电机水平设置，所述第三基座纵向设置并与所述第二转动部相连，所述第三转动部安装在所述第三基座上并由所述第三旋转电机传动，所述第三旋转电机驱动所述第三转动部相对于第三基座所在的纵向面旋转运动。

3.如权利要求2所述的恒扭矩的机器人伺服钻铣***，其特征在于，

所述电主轴内设有打刀缸，且所述打刀缸为油气混合缸，并通过进油完成松刀动作，进气完成回位拉刀动作；

所述电主轴内还开设有迷宫吹气通道、中心进气口、打刀缸回位进气口、以及用以穿设电源线和编码器线的通孔，且所述迷宫吹气通道吹气的进气气压为0.1Mpa，所述中心吹气口的气压为0.5Mpa，所述打刀缸回位进气口气压0.5Mpa。

4.如权利要求3所述的恒扭矩的机器人伺服钻铣***，其特征在于，所述打刀缸还配设有6.25倍*50CC的打刀缸增压器，所述打刀缸增压器与所述打刀缸的松刀进油孔管路相连，且所述打刀缸增压器安装于所述第二基座上。

5.如权利要求2或4所述的恒扭矩的机器人伺服钻铣***，其特征在于，所述主轴连接组件包括相连的六轴法兰盘和主轴连接件，且所述主轴连接件通过六轴法兰盘与所述传动连接臂相连，所述电主轴安装在所述主轴连接件上。

6.如权利要求5所述的恒扭矩的机器人伺服钻铣***，其特征在于，所述电主轴上安装有BT30刀柄，并配置有三种刀具进行铣削，分别为16mm立铣刀、8mm球头刀、以及4mm球头刀。