專利名稱：磨雕加工機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及磨雕加工機(jī)器人，具體地說包含有一種磨削加工機(jī)器人，還有一種可以實(shí)現(xiàn)三維雕刻的機(jī)器人。
背景技術(shù)：
隨著中國(guó)加入世貿(mào)組織，中國(guó)的磨削與雕刻工藝品市場(chǎng)日益緊密地與國(guó)際接軌， 工藝品首飾業(yè)也由原先的單純強(qiáng)調(diào)其本身的價(jià)值向著多元化和個(gè)性化的方向發(fā)展。這就要求工藝品加工的設(shè)備要有很高的柔性。而目前我國(guó)工藝品磨削數(shù)控加工設(shè)備領(lǐng)域幾乎是片空白，而市場(chǎng)上現(xiàn)有的雕刻機(jī)雕刻角度不能變化，這樣就不能滿足復(fù)雜形狀的工藝品雕刻。對(duì)于立體多面等復(fù)雜造型的工藝品，由于缺少先進(jìn)的磨削與雕刻專用加工設(shè)備，很多仍采用手工加工，手工加工勞動(dòng)效率低，人工成本高，極大地影響和制約了工藝品加工業(yè)的發(fā)展。如何克服手動(dòng)加工工藝品磨削與雕刻角度不精準(zhǔn)，生產(chǎn)效率低，環(huán)境惡劣等問題已成為關(guān)鍵。開發(fā)的本實(shí)用新型磨雕加工機(jī)器人，可提高磨削與雕刻加工業(yè)的自動(dòng)化和柔性水平， 提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低勞動(dòng)力成本。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型目的是為了克服目前市場(chǎng)上手動(dòng)加工工藝品切磨角度不精準(zhǔn)，生產(chǎn)效率低，及現(xiàn)有的雕刻機(jī)雕刻角度不能變化等問題而開發(fā)一種具有體積小、耗能小、效率高、 噪聲低等特點(diǎn)的磨雕加工機(jī)器人，將機(jī)器人技術(shù)、數(shù)控技術(shù)應(yīng)用到磨削和雕刻加工行業(yè)中， 以滿足復(fù)雜形狀的磨削和雕刻。本實(shí)用新型為達(dá)到上述目的采取的技術(shù)方案是提供一種磨雕加工機(jī)器人，包括電機(jī)、聯(lián)軸器、磨雕頭夾具、底板、支柱、工控機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制卡，所述的底板通過螺釘與四根支柱連接，底板上通過螺釘固定有左支撐塊與右支撐塊，光軸A、絲杠A通過緊定螺釘及軸承安裝在左支撐塊與右支撐塊上；滑塊A通過螺釘與絲杠螺母A、直線軸承A固定；旋轉(zhuǎn)臺(tái)通過螺釘與下面的滑塊A鏈接，旋轉(zhuǎn)臺(tái)的側(cè)面通過法蘭與回轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)相連，旋轉(zhuǎn)臺(tái)與上支撐塊也通過緊定螺釘與軸承、光軸B和絲杠B兩端連接；滑塊B通過緊定螺釘和錐銷連接支臂，支臂上通過螺釘安裝有俯仰法蘭、分度電機(jī)與編碼器B和磨雕頭夾具，磨雕頭夾具中固定有粘桿和待磨削工件，俯仰法蘭的中心軸還通過螺釘連接俯仰電機(jī)法蘭、俯仰電機(jī)與編碼器A ；在所述的底板上還固定有兩個(gè)軸承座，軸承座中的軸承與磨盤電機(jī)通過兩側(cè)的軸及法蘭連接，磨盤電機(jī)輸出軸通過聯(lián)軸器與磨盤連接；磨盤角度電機(jī)通過鍵與磨盤電機(jī)的法蘭軸連接；運(yùn)動(dòng)控制卡插在工控機(jī)PCI插槽中，通過導(dǎo)線將運(yùn)動(dòng)控制卡與編碼器、交流調(diào)速電機(jī)接口和6臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接。也就是說這種磨雕加工機(jī)器人是通過固定在磨雕頭夾具上的待磨削工件形成與磨盤的相對(duì)位置的變化，完成工件的磨削加工。本實(shí)用新型磨雕加工機(jī)器人，所述的絲杠螺母A與直線軸承A平行安裝到滑塊A 上，絲杠A與光軸A在左支撐塊與右支撐塊的支撐下構(gòu)成水平移動(dòng)副，絲杠螺母B與直線軸承B平行安裝到滑塊B上，絲杠B與光軸B在上支撐塊與旋轉(zhuǎn)臺(tái)的支撐下構(gòu)成豎直移動(dòng)副。[0006]所述的電機(jī)是產(chǎn)生動(dòng)力的設(shè)備，共使用了 7臺(tái)電機(jī)，其中有6臺(tái)采用了步進(jìn)電機(jī)， 還采用1臺(tái)交流調(diào)速電機(jī)驅(qū)動(dòng)磨盤轉(zhuǎn)動(dòng)；6臺(tái)步進(jìn)電機(jī)中有5個(gè)電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)機(jī)器人5個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)，有1臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)磨盤擺動(dòng)。電機(jī)與各個(gè)關(guān)節(jié)采用法蘭或左支撐塊與右支撐塊通過螺釘連接，水平移動(dòng)副和豎直移動(dòng)副采用絲杠與直線軸承配合，通過預(yù)緊絲杠使其也能承受一定的彎矩。機(jī)器人的5個(gè)運(yùn)動(dòng)關(guān)節(jié)分別是其1，步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)水平移動(dòng)副作水平運(yùn)動(dòng)；其2，旋轉(zhuǎn)臺(tái)的上面固定豎直移動(dòng)副并在一臺(tái)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)下做豎直運(yùn)動(dòng)；其3，在水平的滑塊A的上方、旋轉(zhuǎn)臺(tái)的側(cè)面串聯(lián)1臺(tái)由回轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)臺(tái)完成機(jī)器人腰部的回轉(zhuǎn)；其4，在豎直運(yùn)動(dòng)的滑塊B上固定支臂，支臂的頭部固定磨雕頭夾具，磨雕頭夾具通過俯仰法蘭與尾部的分度步進(jìn)電機(jī)相連實(shí)現(xiàn)磨雕頭夾具旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，并通過分度步進(jìn)電機(jī)尾部的編碼器以實(shí)現(xiàn)角度反饋；其5，磨雕頭夾具后端的俯仰法蘭的中心軸還通過螺釘連接法蘭、俯仰步進(jìn)電機(jī)與編碼器A，這部分作為機(jī)器人的俯仰關(guān)節(jié)實(shí)現(xiàn)磨雕頭俯仰運(yùn)動(dòng)。而磨盤電機(jī)選用交流調(diào)速電機(jī)，固定在底板上的兩個(gè)軸承座支撐磨盤電機(jī)，磨盤電機(jī)通過聯(lián)軸器與磨盤連接，帶動(dòng)磨盤旋轉(zhuǎn)；磨盤角度電機(jī)通過鍵與磨盤電機(jī)的法蘭軸連接。本實(shí)用新型磨雕加工機(jī)器人，所述的在分度電機(jī)上裝有編碼器B和在俯仰電機(jī)上裝有編碼器A，兩編碼器對(duì)磨雕雕刀的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行反饋，與運(yùn)動(dòng)控制卡、工控機(jī)構(gòu)成半閉環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)。由于編碼器的反饋信息，使磨削工件或雕刀運(yùn)動(dòng)的軌跡能精確地控制。本實(shí)用新型磨雕加工機(jī)器人，所述的底板上還固定有兩個(gè)軸承座，將所述的軸承座中的磨盤電機(jī)及與之連接的聯(lián)軸器與磨盤，換成固定有待雕刻工件的工作臺(tái)，磨頭夾具中安裝上雕刀，構(gòu)成了三維雕刻機(jī)器人。也就是說這種三維雕刻機(jī)器人是通過雕刀形成與固定在工作臺(tái)上的雕刻工件相對(duì)位置的變化，完成工件的雕刻加工。本實(shí)用新型采用工控機(jī)配備了一種高性能的步進(jìn)/伺服電機(jī)多軸運(yùn)動(dòng)控制卡驅(qū)動(dòng)半閉環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)，多軸運(yùn)動(dòng)控制卡是基于PC總線，利用高性能微處理器及大規(guī)?？删幊唐骷?shí)現(xiàn)多個(gè)電機(jī)的多軸協(xié)調(diào)控制，將電機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成各個(gè)關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng)變化，最終形成磨削工件與磨盤的相對(duì)位置的變化或雕刀與固定在工作臺(tái)上的雕刻工件相對(duì)位置的變化，以完成工件的磨削或雕刻加工。本實(shí)用新型磨雕加工機(jī)器人具有如下優(yōu)點(diǎn)1、本實(shí)用新型與同類產(chǎn)品相比有著很好的角度控制性能和較高的自動(dòng)化水平，可通過工控機(jī)三維建模自動(dòng)導(dǎo)成加工的軌跡，控制機(jī)器人完成作業(yè)軌跡，并能夠磨削拋光雕刻一體化。本實(shí)用新型在關(guān)鍵的兩關(guān)節(jié)加裝編碼器構(gòu)成反饋，使機(jī)器人關(guān)節(jié)角度更加精確， 同時(shí)能夠六軸聯(lián)動(dòng)加工給定的任意凸曲面，為新型的寶石琢型做好加工基礎(chǔ)，并能雕刻出復(fù)雜形狀的工藝品。2、本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小、耗能小、效率高、噪聲低，使用方便，自動(dòng)化水平較高，能夠減少工人重復(fù)的勞動(dòng)，擺脫傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)作業(yè)，控制精度較高，由于采用編碼器進(jìn)行位置反饋，可使機(jī)器人的加工角度更加精確，可達(dá)到0. 06°。3、本實(shí)用新型磨雕加工機(jī)器人應(yīng)用范圍廣，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)寶石一般刻面的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)磨削拋光加工要求，還能夠六軸聯(lián)動(dòng)磨削任意給定的凸形曲面，給寶石加工業(yè)帶來新的便利，同時(shí)能夠應(yīng)用于復(fù)雜形狀的雕刻。本磨雕加工機(jī)器人可用于開發(fā)新的琢型加工品， 如用于需要精確控制磨削角度的各種工藝品首飾的加工，還可用于需要精確控制磨削拋光曲面的其它工程方面，如用于模具、鏡片、雕刻等機(jī)械加工行業(yè)。
圖1為本實(shí)用新型磨雕加工機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為圖1的俯視示意圖。圖3為工控機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡連接示意圖。圖4為雕刻加工機(jī)器人結(jié)構(gòu)示意圖。上述圖中1步進(jìn)電機(jī)，2上支撐塊，3聯(lián)軸器，4光軸B，5滑塊B，6支臂，7分度電機(jī)，8俯仰法蘭，9磨雕頭夾具，10磨盤，11磨盤角度電機(jī)，12編碼器B，13軸承座，14磨盤交流調(diào)速電機(jī)，15底板，16支柱，17左支撐塊，18滑塊A，19絲杠螺母A，20直線軸承A，21 絲杠B，22光軸A，23絲杠AJ4右支撐塊，25旋轉(zhuǎn)臺(tái)，26俯仰電機(jī)法蘭，27編碼器AJ8 俯仰電機(jī)，四直線軸承B，30絲杠螺母B，31粘桿，32磨削工件，33回轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)，34雕刀， 35雕刻工件，36工作臺(tái)，37編碼器的接口，38運(yùn)動(dòng)控制卡，39工控機(jī)，40電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，41接交流調(diào)速電機(jī)接口。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳述。實(shí)施例1 本實(shí)用新型一種磨雕加工機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，至少包括工控機(jī)、 運(yùn)動(dòng)控制卡、還有采用了 7臺(tái)電機(jī)，其中有2臺(tái)步進(jìn)電機(jī)1、其他如分度電機(jī)7、磨盤角度電機(jī)11、俯仰電機(jī)觀、回轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)33和磨盤電機(jī)14各1臺(tái)，還有聯(lián)軸器3、磨雕頭夾具 9、磨盤10、底板15和支柱16，所述的底板15通過螺釘與四根支柱16連接，左支撐塊17與右支撐塊對(duì)通過螺釘固定在底板上，光軸A 22、絲杠A 23通過緊定螺釘及軸承安裝在左支撐塊與右支撐塊上；滑塊A 18通過螺釘與絲杠螺母A 19、直線軸承A 20固定；旋轉(zhuǎn)臺(tái)25 通過螺釘與下面的滑塊A 18鏈接，旋轉(zhuǎn)臺(tái)的側(cè)面通過自帶的法蘭與回轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)33相連，旋轉(zhuǎn)臺(tái)與上支撐塊2也通過緊定螺釘與軸承、光軸B 4和絲杠B 21兩端連接；滑塊B 5 通過緊定螺釘和與直線軸承B 29、絲杠螺母B 30、支臂6連接，支臂6上通過螺釘安裝有分度電機(jī)7與俯仰法蘭8和磨雕頭夾具9及編碼器B 12 ；俯仰法蘭8的中心軸還通過螺釘連接法蘭沈、俯仰電機(jī)觀及編碼器A 27 ；底板15上還固定有兩個(gè)軸承座13，磨盤電機(jī)14通過法蘭及兩側(cè)的軸與軸承座13中的軸承連接，磨盤電機(jī)14輸出軸通過聯(lián)軸器3與磨盤10 連接；磨盤角度電機(jī)11通過鍵與磨盤電機(jī)14的法蘭軸連接。本實(shí)用新型中運(yùn)動(dòng)控制卡38、工控機(jī)39及6個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器40的連接關(guān)系參見圖3，運(yùn)動(dòng)控制卡38插在工控機(jī)39的機(jī)箱主板的PCI插槽上，運(yùn)動(dòng)控制卡通過一端的接線端子與6臺(tái)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的信號(hào)輸入端及交流調(diào)速電機(jī)接口 41、兩個(gè)編碼器的接口 37 相連；交流調(diào)速電機(jī)接口 41、兩個(gè)編碼器的接口 37的另一端分別與交流調(diào)速電機(jī)及編碼器相連，步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器40的輸出端與6臺(tái)步進(jìn)電機(jī)相連。圖中箭頭代表信號(hào)傳遞的方向。本實(shí)用新型的磨雕加工機(jī)器人，其工作過程是先將待的磨削工件32固定在粘桿 31上，然后由工控機(jī)39建模，并生成控制軌跡指令傳給運(yùn)動(dòng)控制卡38，運(yùn)動(dòng)控制卡通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)器40驅(qū)動(dòng)5個(gè)關(guān)節(jié)步進(jìn)電機(jī)和磨盤角度電機(jī)11，以及通過交流調(diào)速電機(jī)接口 41驅(qū)動(dòng)磨盤交流調(diào)速電機(jī)14，并且通過在關(guān)鍵的分度電機(jī)7和俯仰電機(jī)觀上裝有的兩個(gè)編碼器 B 12和編碼器A 27進(jìn)行位置反饋，構(gòu)成半閉環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)，使之能夠方便精確地控制磨削角度，并且控制磨盤電機(jī)14無(wú)級(jí)調(diào)速帶動(dòng)磨盤10轉(zhuǎn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)粗磨、細(xì)磨、拋光的工藝要求。 即通過固定在磨雕頭夾具9、粘桿31上的磨削工件形成與磨盤的相對(duì)位置的變化，完成工件的磨削加工。實(shí)施例2 本實(shí)用新型一種磨雕加工機(jī)器人，如圖4所示，只是將實(shí)施例1中的安裝在軸承座13中的磨盤交流調(diào)速電機(jī)14及與之相連的聯(lián)軸器3、磨盤10換成工作臺(tái)36， 在磨頭夾具9裝上雕刀34，同時(shí)將雕刻工件35固定到工作臺(tái)36上，其余結(jié)構(gòu)不變，就構(gòu)成了三維雕刻機(jī)器人。這種三維雕刻機(jī)器人為具有六自由度的雕刻機(jī)器人，雕刻角度可以精確變化，相對(duì)于以往的雕刻機(jī)加工更靈活，能夠加工的形狀更豐富。這種三維雕刻機(jī)器人與實(shí)施例1中的機(jī)器人，結(jié)構(gòu)和工作方式均不同，這種雕刻機(jī)器人是通過雕刀形成與固定在工作臺(tái)上的雕刻工件相對(duì)位置的變化，完成工件的雕刻加工。本實(shí)用新型磨雕加工機(jī)器人，兩種結(jié)構(gòu)能很方便地進(jìn)行更換，做到磨和雕雙用。本實(shí)用新型機(jī)器人的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小、耗能小、效率高、噪聲低，使用方便，加工角度精確，可達(dá)到0. 06°。本磨雕加工機(jī)器人應(yīng)用范圍廣，也可用于模具、鏡片、雕刻等機(jī)械加工行業(yè)，市場(chǎng)前景良好。
權(quán)利要求1.一種磨雕加工機(jī)器人，包括電機(jī)、聯(lián)軸器、磨雕頭夾具、底板、支柱、工控機(jī)和運(yùn)動(dòng)控制卡，其特征在于所述的底板通過螺釘與四根支柱連接，底板上通過螺釘固定有左支撐塊與右支撐塊，光軸A、絲杠A通過緊定螺釘及軸承安裝在左支撐塊與右支撐塊上；滑塊A通過螺釘與絲杠螺母A、直線軸承A固定；旋轉(zhuǎn)臺(tái)通過螺釘與下面的滑塊A鏈接，旋轉(zhuǎn)臺(tái)的側(cè)面通過法蘭與回轉(zhuǎn)臺(tái)步進(jìn)電機(jī)相連，旋轉(zhuǎn)臺(tái)與上支撐塊也通過緊定螺釘與軸承、光軸B和絲杠B兩端連接；滑塊B通過緊定螺釘和錐銷連接支臂，支臂上通過螺釘安裝有俯仰法蘭、 分度電機(jī)與編碼器B和磨雕頭夾具，磨雕頭夾具中固定有粘桿和待磨削工件，俯仰法蘭的中心軸還通過螺釘連接俯仰電機(jī)法蘭、俯仰電機(jī)與編碼器A ；在所述的底板上還固定有兩個(gè)軸承座，軸承座中的軸承與磨盤電機(jī)通過兩側(cè)的軸及法蘭連接，磨盤電機(jī)輸出軸通過聯(lián)軸器與磨盤連接；磨盤角度電機(jī)通過鍵與磨盤電機(jī)的法蘭軸連接；運(yùn)動(dòng)控制卡插在工控機(jī) PCI插槽中，通過導(dǎo)線將運(yùn)動(dòng)控制卡與編碼器、交流調(diào)速電機(jī)接口和6臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨雕加工機(jī)器人，其特征在于所述的絲杠螺母A與直線軸承A平行安裝到滑塊A上，絲杠A與光軸A在左支撐塊與右支撐塊的支撐下構(gòu)成水平移動(dòng)副，絲杠螺母B與直線軸承B平行安裝到滑塊B上，絲杠B與光軸B在上支撐塊與旋轉(zhuǎn)臺(tái)的支撐下構(gòu)成豎直移動(dòng)副。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨雕加工機(jī)器人，其特征在于所述的在分度電機(jī)上裝有編碼器B和在俯仰電機(jī)上裝有編碼器A，兩編碼器對(duì)磨雕雕刀的運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行反饋，與運(yùn)動(dòng)控制卡、工控機(jī)構(gòu)成半閉環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磨雕加工機(jī)器人，其特征在于所述的底板上還固定有兩個(gè)軸承座，將所述的軸承座中的磨盤電機(jī)及與之連接的聯(lián)軸器與磨盤，換成固定有待雕刻工件的工作臺(tái)，磨頭夾具中安裝上雕刀，構(gòu)成了三維雕刻機(jī)器人。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種磨雕加工機(jī)器人，包括工控機(jī)、運(yùn)動(dòng)控制卡、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、編碼器、絲杠、直線軸承、磨盤、聯(lián)軸器、底板與支架。本機(jī)器人由工控機(jī)建模，并生成控制指令傳給運(yùn)動(dòng)控制卡驅(qū)動(dòng)和控制各個(gè)關(guān)節(jié)變量及磨盤角度，通過安裝的兩個(gè)編碼器進(jìn)行位置反饋，構(gòu)成半閉環(huán)步進(jìn)系統(tǒng)，方便精確地控制磨削角度，并控制磨盤電機(jī)無(wú)級(jí)調(diào)速以實(shí)現(xiàn)粗磨、細(xì)磨、拋光的工藝要求。本機(jī)器人有兩種結(jié)構(gòu)，一種用于磨削與拋光的加工，另一種用于雕刻，兩種結(jié)構(gòu)能很方便地進(jìn)行更換，做到磨和雕雙用。本機(jī)器人結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小、耗能小、效率高、噪聲低，使用方便，自動(dòng)化水平和控制精度較高，可用于磨雕、模具、鏡片、機(jī)械加工等行業(yè)，市場(chǎng)前景良好。
文檔編號(hào)B44B1/00GK201941484SQ201120012060
公開日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者王沖, 饒建華 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢)