CN110216405A - 截割滚筒集成化制造*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种截割滚筒集成化制造***。本发明主要解决现有截割滚筒制造技术存在的工装复杂和制造精度达不到设计要求的技术问题。本发明的技术方案是：一种截割滚筒集成化制造***，其由设计***、电控***和齿座定位机器人***组成，所述设计***用于截割滚筒设计特征参数的计算，并将计算所得的截割滚筒特征参数输送给电控***；所述电控***依据设计***提供的截割滚筒特征参数精确控制齿座定位机器人***各伺服驱动电机的运动，所述齿座定位机器人***根据电控***的指令执行设计***设计的齿座定位参数，通过齿座定位机器人***中的齿座定位机器人实现将待定位齿座自动放置于截割滚筒的齿座目标位置上。

Description

截割滚筒集成化制造***
技术领域
本发明涉及一种截割滚筒集成化制造***，它属于截割滚筒制造技术领域。
背景技术
截割滚筒安装在煤矿采掘装备前端，用于煤矿巷道或工程隧道的机械化开掘工作，其主要工作是破碎岩石和煤体，建设符合规范的标准巷道或隧洞，是采掘机械的核心工作部件。截割滚筒通常由若干齿座按照一定的空间姿态，沿特殊设计的螺旋线焊接在其表面。截齿安装在齿座的孔中，并直接与煤体或岩体接触，实现破碎煤岩。传统截割滚筒制造技术中通常采用焊接工装对齿座进行空间定位和定向，但使用统计结果显示，这种方式制造的截割滚筒齿座定位精度偏低，以致截齿安装后无法确保空间姿态及齿尖空间位置与设计参数一致，进而最终导致不符合设计参数的截割滚筒寿命严重降低；另外由于不同地质条件对截割滚筒的工作性能要求不同，针对不同煤岩的采掘条件，需要设计和制造相应的截割滚筒移适应高效生产的需求，因此，同一台采掘设备会配置不同类型的多种截割滚筒，不同类型截割滚筒对应不同的焊接工装，而且根据使用结果，可能针对某种特殊的地质条件，对截割滚筒上的个别齿座姿态进行调整，又需要制作新的焊接工装，繁多且结构变化不大的焊接工装对生产管理造成一定的影响。
发明内容
本发明的目的是解决现有截割滚筒制造技术存在的工装复杂和制造精度达不到设计要求的技术问题，提供一种实现齿座高精度定位的截割滚筒集成化制造***。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种截割滚筒集成化制造***，其由设计***、电控***和齿座定位机器人***组成，所述设计***用于截割滚筒设计特征参数的计算，并将计算所得的截割滚筒特征参数输送给电控***；所述电控***依据设计***提供的截割滚筒特征参数精确控制齿座定位机器人***各伺服驱动电机的运动，所述电控***的控制柜上装有显示面板，实现齿座定位过程参数及偏差的显示；所述齿座定位机器人***根据电控***的指令执行设计***设计的齿座定位参数，通过齿座定位机器人***中的齿座定位机器人实现将待定位齿座自动放置于截割滚筒的齿座目标位置上。
进一步地，所述设计***由计算机和装在计算机中的三维设计软件和性能模拟软件组成，所述计算机通过三维设计软件及输入截割滚筒的几何设计参数，从数据库中选取合适的截齿和齿座型号，按照截齿之间的轴向距离或截齿之间对应的圆心角依照设计的螺旋线进行截齿排布设计，获得用于确定截齿和齿座组合体齿尖位置的圆柱坐标系的高度、半径和圆心角3个空间定位参数，以及用于确定截齿空间姿态的倒角、转角和仰角3个定向参数；为避免截齿排布密度较大的截割头小端区域中齿座相互干涉，影响机器人自动定位过程的实现，截齿的3个空间定位参数和3个空间定向参数均依螺旋线进行参数化关联调整或无关联性的相对独立调整；最后根据所选取的截齿和齿座型号计算出齿座定位机器人各执行部件的最终状态参数，为齿座定位机器人自动定位齿座提供执行参数；所述计算机通过性能模拟软件及输入截割滚筒转动速度、移动速度、被截割煤岩的物理机械性能参数的基本参数，依据单个截齿截割破岩的试验数据，实现对整个截割滚筒破岩过程中，参与截割的截齿总数量、产生的扭矩、消耗的功率、在不同方向上产生的反作用力进行分析计算，获得在由煤岩的物理机械性能特征确定的地质条件下的工作性能模拟。
进一步地，所述电控***为PLC控制器，PLC控制器与齿座定位机器人***中的竖直运动驱动电机、水平运动驱动电机、左右旋转驱动电机、上下翻转驱动电机、转角驱动电机和仰角驱动电机电气连接。
进一步地，所述齿座定位机器人***包括由竖直运动驱动电机和竖直导轨构成的竖直滑动导轨，由水平滑轨和水平运动驱动电机构成的水平滑动导轨、悬臂支架、翻转机构、机器人手臂关节、十字接头、连接座和机架，所述悬臂支架设在机架一边的顶面上，所述翻转机构设在悬臂支架上，所述连接座装在机架另一边的顶面上，所述竖直滑动导轨未设置竖直运动驱动电机的一端装在连接座上，所述竖直导轨装在十字接头设置的竖直滑动导轨孔中，所述水平滑轨装在十字接头设置的水平滑动导轨孔中，所述机器人手臂关节装在水平滑轨未设置水平运动驱动电机一端的头部以便于为截齿自动定位。
进一步地，所述翻转机构包括安装转盘、回转小齿轮、回转大齿轮、左右旋转驱动电机、上下翻转驱动电机、翻转小齿轮、翻转大齿轮、翻转销轴、翻转半圆轮、连接板和电机座，所述翻转大齿轮和翻转半圆轮通过翻转销轴装在悬臂支架的悬臂上，所述安装转盘装在翻转大齿轮和翻转半圆轮上，所述回转大齿轮通过轴装在安装转盘的底面中心，所述连接板设在翻转大齿轮和翻转半圆轮之间并位于安装转盘的下方，所述左右旋转驱动电机装在连接板上，所述回转小齿轮装在左右旋转驱动电机的转轴上且与回转大齿轮相啮合，所述电机座装在悬臂支架内并位于翻转大齿轮的旁边，所述上下翻转驱动电机装在电机座上，所述翻转小齿轮装在上下翻转驱动电机的轴上并与翻转大齿轮相啮合。
本发明的有益效果是：
本发明采用上述技术方案，能极大的缩短产品设计周期，提高截割滚筒制造精度；从设计到制造截割滚筒的耗时相对传统方式耗时降低接近3个数量级。通过机器人装置进行截割滚筒齿座的定位布置所能达到的精度是传统制造方法所无法达到的。因此，与背景技术相比，本发明具有制造精度高和生产周期短的优点。
附图说明
图1是本发明的示意图；
图2是本发明PLC控制器的原理图；
图3是本发明齿座定位机器人***的结构示意图；
图4是本发明翻转机构的结构示意图；
图中：1-设计***，2-电控***，3-显示面板，4-齿座定位机器人***，5-截割滚筒，6-待定位齿座，7-悬臂支架，8-安装转盘，9-机器人手臂关节，10-竖直导轨，11-十字接头，12-水平滑轨，13-水平运动驱动电机，14-连接座，15-竖直运动驱动电机，16-转角驱动电机，17-仰角驱动电机，18-机架，19-翻转机构，20-上下翻转驱动电机，21-翻转小齿轮，22-翻转大齿轮，23-翻转销轴，24-左右旋转驱动电机，25-回转大齿轮，26-回转小齿轮，27-翻转半圆轮，28-连接板，29-电机座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
如图1所示，本实施例中的一种截割滚筒集成化制造***，其由设计***1、电控***2和齿座定位机器人***4组成，所述设计***1用于截割滚筒设计特征参数的计算，并将计算所得的截割滚筒特征参数输送给电控***2；所述电控***2依据设计***1提供的截割滚筒特征参数精确控制齿座定位机器人***4各伺服驱动电机的运动，所述电控***2的控制柜上装有显示面板3，实现齿座定位过程参数及偏差的显示；所述齿座定位机器人***4根据电控***2的指令执行设计***1设计的齿座定位参数，通过齿座定位机器人***4中的齿座定位机器人实现将待定位齿座6自动放置于截割滚筒5的齿座目标位置上。
进一步地，所述设计***1由计算机和装在计算机中的三维设计软件和性能模拟软件组成，所述计算机通过三维设计软件及输入截割滚筒的几何设计参数，从数据库中选取合适的截齿和齿座型号，按照截齿之间的轴向距离或截齿之间对应的圆心角依照设计的螺旋线进行截齿排布设计，获得用于确定截齿和齿座组合体齿尖位置的圆柱坐标系的高度、半径和圆心角3个空间定位参数，以及用于确定截齿空间姿态的倒角、转角和仰角3个定向参数；为避免截齿排布密度较大的截割头小端区域中齿座相互干涉，影响机器人自动定位过程的实现，截齿的3个空间定位参数和3个空间定向参数均依螺旋线进行参数化关联调整或无关联性的相对独立调整；最后根据所选取的截齿和齿座型号计算出齿座定位机器人各执行部件的最终状态参数，为齿座定位机器人自动定位齿座提供执行参数；所述计算机通过性能模拟软件及输入截割滚筒转动速度、移动速度、被截割煤岩的物理机械性能参数的基本参数，依据单个截齿截割破岩的试验数据，实现对整个截割滚筒破岩过程中，参与截割的截齿总数量、产生的扭矩、消耗的功率、在不同方向上产生的反作用力进行分析计算，获得在由煤岩的物理机械性能特征确定的地质条件下的工作性能模拟。
如图2所示，所述电控***2为PLC控制器，PLC控制器与齿座定位机器人***4中的竖直运动驱动电机15、水平运动驱动电机13、左右旋转驱动电机24、上下翻转驱动电机20、转角驱动电机16和仰角驱动电机17电气连接。PLC控制器通过控制相应的电机，能够实现各定位和定向动作的单步调试或协同动作。即所述竖直运动驱动电机15实现机器人手臂关节9的升降运动，所述水平运动驱动电机13实现机器人手臂关节9的前后运动，所述左右旋转驱动电机24实现安装转盘8绕自身轴线左右旋转，所述上下翻转驱动电机20实现安装转盘8上下翻转，所述转角驱动电机16实现机器人手臂关节9绕水平滑轨12移动方向的轴线旋转，所述仰角驱动电机17实现机器人手臂关节9绕仰角驱动电机输出轴线旋转。
如图3所示，所述齿座定位机器人***4包括由竖直运动驱动电机15和竖直导轨10构成的竖直滑动导轨，由水平滑轨12和水平运动驱动电机13构成的水平滑动导轨、悬臂支架7、翻转机构19、机器人手臂关节9、十字接头11、连接座14和机架18，所述悬臂支架7设在机架18一边的顶面上，所述翻转机构19设在悬臂支架7上，所述连接座14装在机架18另一边的顶面上，所述竖直滑动导轨未设置竖直运动驱动电机15的一端装在连接座14上，所述竖直导轨10装在十字接头11设置的竖直滑动导轨孔中，所述水平滑轨12装在十字接头8设置的水平滑动导轨孔中，所述机器人手臂关节9装在水平滑轨12未设置水平运动驱动电机13一端的头部以便于为截齿自动定位。
如图4所示，所述翻转机构19包括安装转盘8、回转小齿轮26、回转大齿轮25、左右旋转驱动电机24、上下翻转驱动电机20、翻转小齿轮21、翻转大齿轮22、翻转销轴23、翻转半圆轮27、连接板28和电机座29，所述翻转大齿轮22和翻转半圆轮27通过翻转销轴23装在悬臂支架1的悬臂上，所述安装转盘8装在翻转大齿轮22和翻转半圆轮27上，所述回转大齿轮25通过轴装在安装转盘8的底面中心，所述连接板28设在翻转大齿轮29和翻转半圆轮27之间并位于安装转盘8的下方，所述左右旋转驱动电机24装在连接板28上，所述回转小齿轮26装在左右旋转驱动电机24的转轴上且与回转大齿轮19相啮合，所述电机座29装在悬臂支架7内并位于翻转大齿轮22的旁边，所述上下翻转驱动电机20装在电机座29上，所述翻转小齿轮28装在上下翻转驱动电机20的轴上并与翻转大齿轮29相啮合。
截割滚筒5固定在安装转盘8上，安装转盘8通过左右旋转驱动电机24带动回转小齿轮26转动，回转小齿轮26和回转大齿轮25啮合，实现安装转盘8及截割滚筒5能绕其几何中心轴线左右旋转。上下翻转驱动电机20带动翻转小齿轮21转动，翻转小齿轮21和翻转大齿轮22啮合，实现安装转盘8上的截割滚筒5随安装转盘8绕翻转销轴23轴线的上下翻转，实现对确定齿座姿态的2个旋转自由度控制。
在竖直运动驱动电机15的作用下，水平滑轨12和十字接头11能够沿竖直导轨10实现升降移动，在水平运动驱动电机13的作用下，水平滑轨12能够实现前后移动，机器人手臂关节9能随水平滑轨12和竖直导轨10移动，实现对确定齿座姿态的2个直线运动自由度的控制。待定位齿座6安装在机器人手臂关节9上，在转角驱动电机16和仰角驱动电机17的联合作用下，能实现对确定齿座姿态其余2个自由度的控制。各驱动电机同时执行相应的动作以缩短齿座定位的时间消耗，齿座定位过程采用沿同一螺旋线从滚筒大端向小端依次对各齿座进行定位，以提高截割滚筒制造效率。

Claims (5)

1.一种截割滚筒集成化制造***，其特征在于：它由设计***(1)、电控***(2)和齿座定位机器人***(4)组成，所述设计***(1)用于截割滚筒设计特征参数的计算，并将计算所得的截割滚筒特征参数输送给电控***(2)；所述电控***(2)依据设计***1提供的截割滚筒特征参数精确控制齿座定位机器人***(4)各伺服驱动电机的运动，所述电控***(2)的控制柜上装有显示面板(3)，实现齿座定位过程参数及偏差的显示；所述齿座定位机器人***(4)根据电控***(2)的指令执行设计***(1)设计的齿座定位参数，通过齿座定位机器人***(4)中的齿座定位机器人实现将待定位齿座(6)自动放置于截割滚筒(5)的齿座目标位置上。
2.根据权利要求1所述的一种截割滚筒集成化制造***，其特征在于：所述设计***(1)由计算机和装在计算机中的三维设计软件和性能模拟软件组成，所述计算机通过三维设计软件及输入截割滚筒的几何设计参数，从数据库中选取合适的截齿和齿座型号，按照截齿之间的轴向距离或截齿之间对应的圆心角依照设计的螺旋线进行截齿排布设计，获得用于确定截齿和齿座组合体齿尖位置的圆柱坐标系的高度、半径和圆心角3个空间定位参数，以及用于确定截齿空间姿态的倒角、转角和仰角3个定向参数；为避免截齿排布密度较大的截割头小端区域中齿座相互干涉，影响机器人自动定位过程的实现，截齿的3个空间定位参数和3个空间定向参数均依螺旋线进行参数化关联调整或无关联性的相对独立调整；最后根据所选取的截齿和齿座型号计算出齿座定位机器人各执行部件的最终状态参数，为齿座定位机器人自动定位齿座提供执行参数；所述计算机通过性能模拟软件及输入截割滚筒转动速度、移动速度、被截割煤岩的物理机械性能参数的基本参数，依据单个截齿截割破岩的试验数据，实现对整个截割滚筒破岩过程中，参与截割的截齿总数量、产生的扭矩、消耗的功率、在不同方向上产生的反作用力进行分析计算，获得在由煤岩的物理机械性能特征确定的地质条件下的工作性能模拟。
3.根据权利要求1所述的一种截割滚筒集成化制造***，其特征在于：所述电控***(2)为PLC控制器，PLC控制器与齿座定位机器人***(4)中的竖直运动驱动电机、水平运动驱动电机、左右旋转驱动电机、上下翻转驱动电机、转角驱动电机和仰角驱动电机电气连接。
4.根据权利要求1所述的一种截割滚筒集成化制造***，其特征在于：所述齿座定位机器人***(4)包括由竖直运动驱动电机(15)和竖直导轨(10)构成的竖直滑动导轨，由水平滑轨(12)和水平运动驱动电机(13)构成的水平滑动导轨、悬臂支架(7)、翻转机构(19)、机器人手臂关节(9)、十字接头(11)、连接座(14)和机架(18)，所述悬臂支架(7)设在机架(18)一边的顶面上，所述翻转机构(19)设在悬臂支架(7)上，所述连接座(14)装在机架(18)另一边的顶面上，所述竖直滑动导轨未设置竖直运动驱动电机(15)的一端装在连接座(14)上，所述竖直导轨(10)装在十字接头(11)设置的竖直滑动导轨孔中，所述水平滑轨(12)装在十字接头(8)设置的水平滑动导轨孔中，所述机器人手臂关节(9)装在水平滑轨(12)未设置水平运动驱动电机(13)一端的头部以便于为截齿自动定位。
5.根据权利要求4所述的一种截割滚筒集成化制造***，其特征在于：所述翻转机构(19)包括安装转盘(8)、回转小齿轮(26)、回转大齿轮(25)、左右旋转驱动电机(24)、上下翻转驱动电机(20)、翻转小齿轮(21)、翻转大齿轮(22)、翻转销轴(23)、翻转半圆轮(27)、连接板(28)和电机座(29)，所述翻转大齿轮(22)和翻转半圆轮(27)通过翻转销轴(23)装在悬臂支架(1)的悬臂上，所述安装转盘(8)装在翻转大齿轮(22)和翻转半圆轮(27)上，所述回转大齿轮(25)通过轴装在安装转盘(8)的底面中心，所述连接板(28)设在翻转大齿轮(29)和翻转半圆轮(27)之间并位于安装转盘(31)的下方，所述左右旋转驱动电机(24)装在连接板(28)上，所述回转小齿轮(26)装在左右旋转驱动电机(24)的转轴上且与回转大齿轮(19)相啮合，所述电机座(29)装在悬臂支架(7)内并位于翻转大齿轮(22)的旁边，所述上下翻转驱动电机(20)装在电机座(29)上，所述翻转小齿轮(28)装在上下翻转驱动电机(20)的轴上并与翻转大齿轮(29)相啮合。
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