專利名稱：鉆孔末端執(zhí)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及機(jī)器人鉆削領(lǐng)域，更特別地說(shuō)，是指一種適用于工業(yè)機(jī)器人的鉆孔末 端執(zhí)行器。
背景技術(shù)：
孔加工在航空制造中占有重要地位，有文獻(xiàn)報(bào)道在一條機(jī)翼的裝配線上每年約要 鉆削加工4000萬(wàn)個(gè)孔。傳統(tǒng)的人工鈷孔，工作量大，過(guò)程枯燥，鈷孔的效率低，孔 的精度和質(zhì)量難以保證一致性，批量化生產(chǎn)人力和物力成本高。隨著機(jī)器人的位置精 度，負(fù)載能力的提高以及位置和剛度補(bǔ)償技術(shù)的發(fā)展，使得機(jī)器人可作為高效的移動(dòng) 平臺(tái)，再配合鉆孔末端執(zhí)行器，就可以構(gòu)成柔性鈷削系統(tǒng)，提高了生產(chǎn)率，并且體現(xiàn) 出了精益系統(tǒng)的理念。末端執(zhí)行器是鈷削機(jī)器人系統(tǒng)中直接與工件接觸，執(zhí)行鈷孔任 務(wù)的關(guān)鍵部分。由于工件的形式不同，再加上鈷頭的不斷磨損，這就需要末端執(zhí)行器 能實(shí)時(shí)改變切削速度和進(jìn)給量，使得鈷頭處于最佳的工作狀態(tài)。 發(fā)明 內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工業(yè)機(jī)器人用的鈷孔末端執(zhí)行器，該末端執(zhí)行器包括有 主軸單元、進(jìn)給單元、支承單元。主軸單元包括精密主軸頭，主軸電機(jī)及驅(qū)動(dòng)，《R 彈簧夾頭刀柄及刀具，同步帶及帶輪；進(jìn)給單元包括直線滾珠導(dǎo)套及專用軸，絲杠螺 母副，進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng)，同步帶及帶輪；支承單元包括基座，軸座，精密主軸頭支座， 氣缸支座，壓頭管売，壓腳，前板，后板，電磁閥連接板，主軸電機(jī)連接板，限位開 關(guān)連接板。主軸單元實(shí)現(xiàn)鈷頭的切削速度可調(diào)，進(jìn)給單元實(shí)現(xiàn)鉆頭的進(jìn)給速度和進(jìn)給 行程可調(diào)，支承單元保證了末端執(zhí)行器的整體剛度。隨著機(jī)器人的位置精度，負(fù)載能 力的提高以及位置和則度補(bǔ)償?shù)燃夹g(shù)的發(fā)展，使得機(jī)器人可作為一種高效靈活的柔性 平臺(tái)，配以不同的末端執(zhí)行器，就可以構(gòu)成各種不同的柔性加工系統(tǒng)，本發(fā)明結(jié)合機(jī) 器人使用就可以構(gòu)成柔性鈷削系統(tǒng)，可提高鈷孔的效率和精度，改善鈷孔的質(zhì)量，減 少工人的重復(fù)勞動(dòng)。本發(fā)明的一種工業(yè)機(jī)器人用的鈷孔末端執(zhí)行器的優(yōu)點(diǎn)可一次以不同的切削參數(shù) 加工層壓材料或雙金屬材料等由不同材料組成的工件。可實(shí)時(shí)力反饋，用于監(jiān)測(cè)刀具 的磨損狀況，并繪制力隨時(shí)間的變化圖，這有利于優(yōu)化刀具結(jié)構(gòu)和切削參數(shù)。只有在 鈷盲孔和锪孔時(shí)需輸入深度值，鉆通孔無(wú)需輸入進(jìn)給行程數(shù)據(jù)。整體結(jié)構(gòu)緊湊，剛度 好，能保證作用在機(jī)器人上的力恒定。


圖1是本發(fā)明鈷孔末端執(zhí)行器的外部結(jié)構(gòu)圖。
圖2是本發(fā)明支承單元的正視圖。
圖2A是本發(fā)明支承單元的后視圖。
圖2B是本發(fā)明支承單元的分解圖。
圖3是本發(fā)明主軸單元的結(jié)構(gòu)圖。
圖4是本發(fā)明進(jìn)給單元的結(jié)構(gòu)圖。
圖中l(wèi).支承單元101.基座lOla.安裝面102.主軸頭支座
102a.A絲杠孔102b.軸承孔103.A氣缸支座104.B氣缸支座105.壓頭管売
106.壓腳107.A連接板跳前板181.B絲杠孔182.B通孔
183.A通孔109.側(cè)板191.A腰形孔192.B腰形孔lll.A軸座
112.B軸座113.C軸座114.D軸座121.A光軸122.B光軸
123.C光軸124.D光軸2.主軸單元201.A電機(jī)202.主動(dòng)同步帶輪
203.從動(dòng)同步帶輪204.同步帶205.B連接板3.進(jìn)給單元
301.B電機(jī)302.主動(dòng)同步帶輪303.從動(dòng)同步帶輪
304.同步帶305.后板306.絲杠307.螺母
ll.A行程開關(guān)12.B行程開關(guān)13.A氣缸14.B氣缸15.力傳感器
16.電磁閥17.A節(jié)流閥18.B節(jié)流閥19.C節(jié)流閥20.D節(jié)流閥
21.主軸頭22.刀具23.刀柄
具體實(shí)施例方式
下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
參見圖1所示，本發(fā)明的一種工業(yè)機(jī)器人用的鉆孔末端執(zhí)行器，該鈷孔末端執(zhí)
行器包括有支承單元1、主軸單元2和進(jìn)給單元3;進(jìn)給單元3的后板305上連接 有支承單元1的四根光軸(A光軸121、 B光軸122、 C光軸123、 D光軸124)， 主軸單元2安裝在支承單元1的主軸頭支座102上。參見圖2、圖2A、圖2B所示，支承單元1包括有基座101、四個(gè)軸座(A軸 座lll、 B軸座112、 C軸座113、 D軸座114)、四根光軸(A光軸121、 B光軸
122、 C光軸123、 D光軸124)、兩個(gè)氣缸支座(A氣缸支座103、B氣缸支座104)、 主軸頭支座102、 A連接板107、前板108。
主軸頭支座102的下方中心設(shè)有一個(gè)A絲杠孔102a，A絲杠孔102a的四周設(shè) 有四個(gè)軸承孔102b， A絲杠孔102a用于絲杠306穿過(guò)，四個(gè)軸承孔102b分別用 于A光軸121、 B光軸122、 C光軸123、 D光軸124穿過(guò)，主軸頭支座102上 安裝有主軸單元2的主軸頭21。
前板108安裝在基座101的安裝面101a的左端,前板108上的壓頭管殼105 用于在加工中起到排屑的作用，前板108上的壓腳106用于安裝力傳感器15 (該 力傳感器15用于檢測(cè)兩個(gè)氣缸輸出的壓緊力，壓緊力是作用到工具上的)。前板108 上設(shè)有四個(gè)A通孔183、 一個(gè)B通孔182、 一個(gè)B絲杠孔181，四個(gè)A通孔183 設(shè)置在B絲杠孔181的四周；在前板108的外側(cè)設(shè)有壓頭管殼105、壓腳106， 壓頭管殼105設(shè)在壓腳106的端部；B絲杠孔181內(nèi)安裝有絲杠軸承，該絲杠軸承 套接在絲杠306的左端上；四個(gè)A通孔183供A光軸121、 B光軸122、 C光軸
123、 D光軸124通過(guò)。B通孔182用于刀柄23的穿過(guò)。
A軸座lll、 B軸座112、 C軸座113、 D軸座114分別安裝在基座101的安 裝面101a的四個(gè)角上，且該四個(gè)軸座為兩兩平行布局；A軸座111與B軸座112 相對(duì)放置，C軸座113與D軸座114相對(duì)放置；A光軸121與D光軸124平行安 裝在A軸座111與D軸座114之間，且A光軸121與D光軸124的一端安裝在后 板305上，A光軸121與D光軸124另一端安裝在前板108上；B光軸122與C 光軸123平行安裝在B軸座112與C軸座113之間，且B光軸122與C光軸123 的一端安裝在后板305上，B光軸122與C光軸123另一端安裝在前板108上。
A氣缸支座103與B氣缸支座104相對(duì)放置，安裝在基座101的安裝面101a 上，且位于C軸座113、 D軸座114的內(nèi)側(cè)；A氣缸支座103上安裝有A氣缸13， B氣缸支座104上安裝有B氣缸14， A氣缸支座103與B氣缸支座104的頂端安 裝有A連接板107， A連接板107上安裝有電磁閥16。在本發(fā)明中，A氣缸13、 B氣缸14提供壓力給工件。側(cè)板109設(shè)置在基座101的安裝面101a—側(cè)邊上，側(cè)板109上開有A腰孔 191、 B腰孔192， A腰孔191用于A行程開關(guān)11在孔內(nèi)運(yùn)動(dòng)，B腰孔192用于 B行程開關(guān)12在孔內(nèi)運(yùn)動(dòng)。A行程開關(guān)11與B行程開關(guān)12用于限制主軸單元2 向左或向右運(yùn)動(dòng)的最大間距。
參見圖3所示，主軸單元2包括有A電機(jī)201、主動(dòng)同步帶輪202、從動(dòng)同步 帶輪203、同步帶204、 B連接板205、主軸頭21、 ER彈簧夾頭刀柄23、刀具 22;
A電機(jī)201、主軸頭21安裝在B連接板205的一側(cè)，A電機(jī)201的輸出軸穿 過(guò)B連接板205上的一通孔后與主動(dòng)同步帶輪202連接，主軸頭21的主軸一端穿 過(guò)B連接板205上的另一通孔后與從動(dòng)同步帶輪203連接，主動(dòng)同步帶輪202與 從動(dòng)同步帶輪203之間套接有同步帶204，主軸頭21的主軸另一端連接有刀柄23， 刀柄23上連接有刀具22。
在本發(fā)明中，在A電機(jī)201的驅(qū)動(dòng)下，使與主軸頭21連接的刀具22完成切削 運(yùn)動(dòng)，即刀具22的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。刀具22的切削速度可調(diào)是通過(guò)A電機(jī)201的伺服驅(qū)
動(dòng)器中的速度控制實(shí)現(xiàn)的。
參見圖4所示，進(jìn)給單元3包括有B電機(jī)301、主動(dòng)同步帶輪302、從動(dòng)同步 帶輪303、同步帶304、后板305、絲杠306、螺母307;
B電機(jī)301安裝在后板305上，B電機(jī)301的輸出軸穿過(guò)后板305上的一通 孔后與主動(dòng)同步帶輪302連接，絲杠306的右端穿過(guò)后板305上的另一通孔后與從 動(dòng)同步帶輪303連接，主動(dòng)同步帶輪302與從動(dòng)同步帶輪303之間套接有同步帶 304，絲杠306上套接有螺母307，絲杠306的左端安裝在前板108的絲杠孔181 內(nèi)。
在本發(fā)明中，通過(guò)同步帶304、絲杠螺母副(絲杠306與螺母307的組合)將 B電機(jī)301的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹鬏S頭21的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)(向左運(yùn)動(dòng))。刀具22的進(jìn)給速 度和進(jìn)給行程可調(diào)是通過(guò)B電機(jī)301的伺服驅(qū)動(dòng)器中的位置控制實(shí)現(xiàn)的。在孔加工 完成后，進(jìn)給單元3向右運(yùn)動(dòng)，使得主軸單元2復(fù)位至初始位置下。進(jìn)給單元3向 左、向右的行程間距可以通過(guò)A行程開關(guān)11與B行程開關(guān)12在側(cè)板109上的腰 孔長(zhǎng)度來(lái)調(diào)節(jié)。在本發(fā)明中，力傳感器15、 A行程開關(guān)11、 B行程開關(guān)12可以形成傳感單元， 當(dāng)工件被壓緊在壓頭管殼105上時(shí)，反作用力經(jīng)壓腳106分流，力傳感器15就可 以檢測(cè)到壓緊力，當(dāng)鈷削開始的時(shí)候，切削力作用在前板108上，進(jìn)而作用在壓腳 106上，此力和壓緊力方向相反，引起壓腳106上的力變化，進(jìn)而被力傳感器15 捕獲，就可以實(shí)時(shí)的得到壓腳106上的力變化，這些數(shù)據(jù)可以用來(lái)判別刀具22是否 磨鈍，是否斷裂，還可以用來(lái)優(yōu)化刀具22設(shè)計(jì)及切削參數(shù)。A行程開關(guān)11、 B行 程開關(guān)12主要用來(lái)限制主軸單元2的行程，當(dāng)氣缸活塞達(dá)到前限位時(shí)，使A氣缸 13、 B氣缸14即時(shí)縮回，用來(lái)防止壓頭管殼105離工件的距離在超過(guò)設(shè)定的行程 時(shí)壓向工件。B行程開關(guān)12用來(lái)防止超程，A行程開關(guān)11除用來(lái)防止超程，還作 為原點(diǎn)開關(guān)使用。
鈷孔末端執(zhí)行器工作流程描述電磁閥16接通，A氣缸13和B氣缸14活塞 桿伸出推動(dòng)前板108,帶動(dòng)主軸單元和進(jìn)給單元一起做直線運(yùn)動(dòng)，其速度調(diào)節(jié)是通過(guò) A氣缸13上的D節(jié)流閥20和B氣缸上的C節(jié)流閥19實(shí)現(xiàn)的。壓頭管殼105壓 緊在工件上，反作用力經(jīng)壓腳106分流，力傳感器15就可以檢測(cè)到壓緊力，當(dāng)壓緊 力達(dá)到某一設(shè)定值后，A電機(jī)201驅(qū)動(dòng)主軸頭21中的主軸旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)與其連接刀具 22的切削運(yùn)動(dòng)，同時(shí)B電機(jī)301驅(qū)動(dòng)絲杠螺母副，實(shí)現(xiàn)主軸頭21的直線運(yùn)動(dòng)，即 刀具22的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。當(dāng)工件被鈷透后，A電機(jī)201停止旋轉(zhuǎn)，刀具22隨即停止切 削運(yùn)動(dòng)，然后B電機(jī)301反轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)絲杠螺母副，使刀具22退出工件，并完成刀 具22的歸零運(yùn)動(dòng)。當(dāng)收到歸零信號(hào)后，電磁閥16接通，氣缸活塞桿縮回，帶動(dòng)前 板后退，使壓頭管殼離開工件，其速度調(diào)節(jié)是通過(guò)A氣缸13上的A節(jié)流閥17和B 氣缸上的B節(jié)流閥18實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)活塞縮回到起始位置后，發(fā)出信號(hào)告知控制系統(tǒng)本 孔已加工完畢，可以對(duì)下一個(gè)孔進(jìn)行加工。
權(quán)利要求
1、一種鉆孔末端執(zhí)行器，其特征在于該鉆孔末端執(zhí)行器包括有支承單元(1)、主軸單元(2)和進(jìn)給單元(3)；進(jìn)給單元(3)的后板(305)上連接有支承單元(1)的A光軸(121)、B光軸(122)、C光軸(123)、D光軸(124)的一端，主軸單元(2)安裝在支承單元(1)的主軸頭支座(102)上；支承單元(1)包括有基座(101)、A軸座(111)、B軸座(112)、C軸座(113)、D軸座(114)、A光軸(121)、B光軸(122)、C光軸(123)、D光軸(124)、A氣缸支座(103)、B氣缸支座(104)、主軸頭支座(102)、A連接板(107)、前板(108)；A軸座(111)、B軸座(112)、C軸座(113)、D軸座(114)分別安裝在基座(101)的安裝面(101a)的四個(gè)角上，A光軸(121)與D光軸(124)平行安裝在A軸座(111)與D軸座(114)之間，且A光軸(121)與D光軸(124)的一端安裝在后板(305)上，A光軸(121)與D光軸(124)另一端安裝在前板(108)上；B光軸(122)與C光軸(123)平行安裝在B軸座(112)與C軸座(113)之間，且B光軸(122)與C光軸(123)的一端安裝在后板(305)上，B光軸(122)與C光軸(123)另一端安裝在前板(108)上；A氣缸支座(103)與B氣缸支座(104)相對(duì)放置，安裝在基座(101)的安裝面(101a)上，且位于C軸座(113)、D軸座(114)的內(nèi)側(cè)；A氣缸支座(103)上安裝有A氣缸(13)，B氣缸支座(104)上安裝有B氣缸(14)，A氣缸支座(103)與B氣缸支座(104)的頂端安裝有A連接板(107)，A連接板(107)上安裝有電磁閥(16)；側(cè)板(109)設(shè)置在基座(101)的安裝面(101a)一側(cè)邊上，側(cè)板(109)上開有A腰孔(191)、B腰孔(192)；主軸單元(2)包括有A電機(jī)(201)、主動(dòng)同步帶輪(202)、從動(dòng)同步帶輪(203)、同步帶(204)、B連接板(205)、主軸頭(21)、ER彈簧夾頭刀柄(23)；A電機(jī)(201)、主軸頭(21)安裝在B連接板(205)的一側(cè)，A電機(jī)(201)的輸出軸穿過(guò)B連接板(205)上的一通孔后與主動(dòng)同步帶輪(202)連接，主軸頭(21)的主軸一端穿過(guò)B連接板(205)上的另一通孔后與從動(dòng)同步帶輪(203)連接，主動(dòng)同步帶輪(202)與從動(dòng)同步帶輪(203)之間套接有同步帶(204)，主軸頭(21)的主軸另一端連接有刀柄(23)，刀柄(23)上連接有刀具(22)；進(jìn)給單元(3)包括有B電機(jī)(301)、主動(dòng)同步帶輪(302)、從動(dòng)同步帶輪(303)、同步帶(304)、后板(305)、絲杠(306)、螺母(307)；B電機(jī)(301)安裝在后板(305)上，B電機(jī)(301)的輸出軸穿過(guò)后板(305)上的一通孔后與主動(dòng)同步帶輪(302)連接，絲杠(306)的右端穿過(guò)后板(305)上的另一通孔后與從動(dòng)同步帶輪(303)連接，主動(dòng)同步帶輪(302)與從動(dòng)同步帶輪(303)之間套接有同步帶(304)，絲杠(306)上套接有螺母(307)，絲杠(306)的左端安裝在前板(108)的絲杠孔(181)內(nèi)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷孔末端執(zhí)行器，其特征在于通過(guò)同步帶(304)、絲 杠螺母副將B電機(jī)(301)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)變?yōu)橹鬏S頭(21)的進(jìn)給運(yùn)動(dòng)。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的鈷孔末端執(zhí)行器，其特征在于在A電機(jī)(201)的驅(qū)動(dòng) 下，使與主軸頭(21)連接的刀具(22)完成切削運(yùn)動(dòng)，即刀具(22)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種工業(yè)機(jī)器人用的鉆孔末端執(zhí)行器，該末端執(zhí)行器包括有主軸單元、進(jìn)給單元、支承單元。主軸單元包括精密主軸頭，主軸電機(jī)及驅(qū)動(dòng)，ER彈簧夾頭刀柄及刀具，同步帶及帶輪；進(jìn)給單元包括直線滾珠導(dǎo)套及專用軸，絲杠螺母副，進(jìn)給電機(jī)及驅(qū)動(dòng)，同步帶及帶輪；支承單元包括基座，軸座，精密主軸頭支座，氣缸支座，壓頭管殼，壓腳，前板，后板，電磁閥連接板，主軸電機(jī)連接板，限位開關(guān)連接板。主軸單元實(shí)現(xiàn)鉆頭的切削速度可調(diào)，進(jìn)給單元實(shí)現(xiàn)鉆頭的進(jìn)給速度和進(jìn)給行程可調(diào)，支承單元保證了末端執(zhí)行器的整體剛度。本發(fā)明結(jié)合機(jī)器人使用就可以構(gòu)成柔性鉆削系統(tǒng)，可提高鉆孔的效率和精度，改善鉆孔的質(zhì)量，減少工人的重復(fù)勞動(dòng)。
文檔編號(hào)B23B47/00GK101417348SQ20081022714
公開日2009年4月29日 申請(qǐng)日期2008年11月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月24日
發(fā)明者宗光華, 強(qiáng) 戰(zhàn), 杰 梁, 畢樹生 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)