機(jī)器人銑削系統(tǒng)的組成及銑削系統(tǒng)研究

袁銳強(qiáng)

摘 要：主要針對(duì)機(jī)器人銑削系統(tǒng)的組成及銑削系統(tǒng)展開了研究，介紹、說明了機(jī)器人銑削系統(tǒng)的組成，并對(duì)影響銑削系統(tǒng)的因素作了分析，還闡述了汽車儀表盤的切割，以期能為有關(guān)方面提供有益的參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：機(jī)器人；銑削系統(tǒng)；銑削用量；電主軸

中圖分類號(hào)：TP242 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.114

所謂的“銑削”，是以銑刀為刀具加工表面的一種方法。隨著自動(dòng)化科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器人技術(shù)被逐漸應(yīng)用到了各行各業(yè)中，特別是銑削系統(tǒng)中。因此，為了更好地使機(jī)器人技術(shù)與銑削系統(tǒng)相結(jié)合，我們就需要做好相關(guān)的工作?；诖?，本文就機(jī)器人銑削系統(tǒng)的組成及銑削系統(tǒng)進(jìn)行研究，相信能給有關(guān)方面帶來一定的幫助。

1 機(jī)器人銑削系統(tǒng)的組成

1.1 系統(tǒng)的構(gòu)成

機(jī)器人銑削系統(tǒng)主要包括工業(yè)機(jī)器人、電主軸、轉(zhuǎn)臺(tái)、換刀裝置、排廢料裝置、工裝夾具、安全房、PLC電控柜、真空泵等。工作站布局如圖1所示。

1.2 機(jī)器人的選用

機(jī)器人的定位精度、操作的可靠性及便利性直接決定了銑削加工的精度和加工節(jié)拍。本文設(shè)計(jì)的工作站采用了工業(yè)機(jī)器人中應(yīng)用廣泛的日本FANUC機(jī)器人?？紤]到加工精度及負(fù)載的要求，選取M-20iA型工業(yè)機(jī)器人，其重復(fù)定位精度為±0.08 mm，六軸負(fù)載20 kg，運(yùn)動(dòng)半徑1 811 mm。

由于機(jī)器人的軌跡運(yùn)行精度要比重復(fù)定位精度差，因此，需要對(duì)其軌跡運(yùn)行特性進(jìn)行測定和研究。將一個(gè)數(shù)字百分表固定在機(jī)器人的六軸上，在水平臺(tái)面放置一基準(zhǔn)塊，并沿直線做500 mm往復(fù)運(yùn)動(dòng)來檢測其軌跡精度，機(jī)器人在不同方向上的軌跡精度可通過改變測試的方向來獲得。通過實(shí)驗(yàn)可知，機(jī)器人在z方向上的軌跡精度以及往復(fù)運(yùn)動(dòng)的軌跡重合度明顯要好于x方向和y方向。所以，為了獲得更高的銑削精度，機(jī)器人的銑削軌跡應(yīng)主要采用類似于數(shù)控加工中固定z軸輪廓銑的軌跡方式來規(guī)劃。

1.3 電主軸的選用

具有銑削功能的機(jī)器人需要在機(jī)器人末端六軸上安裝使銑刀旋轉(zhuǎn)的執(zhí)行裝置——電動(dòng)主軸。由于機(jī)器人本身的結(jié)構(gòu)決定了其具有較低的剛度特性，因此，切削加工過程中應(yīng)盡量減小銑削力的數(shù)值，在工藝上需要采用高速銑削加工。

本文采用ECO80系列電主軸。該主軸具有自動(dòng)換刀及高速旋轉(zhuǎn)功能，旋轉(zhuǎn)速度0～40 000 r/min，輸出最大功率3.0 kW，軸向偏心距小于1 μm，振動(dòng)位移小于1.5 mm/s。

2 影響銑削系統(tǒng)的因素

2.1 銑削用量對(duì)銑削力的影響

由于機(jī)器人本身的結(jié)構(gòu)決定了其具有較低的剛度特性，因此，實(shí)際銑削精度很容易受到銑削力的影響。而影響銑削力的主要因素是銑削用量，比如銑削深度、銑削寬度和進(jìn)給速度等。一般來說，銑削用量取值越小，銑削力相應(yīng)地會(huì)越小，銑削精度越高。但是，銑削效率也是機(jī)器人銑削加工工藝所必須考慮的關(guān)鍵因素。因此，必須在同時(shí)考慮銑削力和銑削效率的條件下在合理的范圍內(nèi)優(yōu)化銑削參數(shù)。

為了在銑削過程中保持切割邊緣的美觀性，必須限制銑削用量的取值范圍。例如，在常用的直徑為6 mm銑刀的銑削過程中，銑刀的銑削深度應(yīng)控制在3 mm以下，以防止在銑削過程中發(fā)生卷邊現(xiàn)象?；谕瑯拥脑?，銑削寬度也應(yīng)控制在3 mm以下，而進(jìn)給速度應(yīng)控制在30 mm/s以下。與傳統(tǒng)銑床所不同的是，機(jī)器人為6自由度懸臂結(jié)構(gòu)，其可達(dá)性大大增強(qiáng)，因此在切割過程中，需要根據(jù)切割邊緣的形狀、位置及切割節(jié)拍合理規(guī)劃機(jī)器人的運(yùn)行軌跡，實(shí)現(xiàn)較好的切割效果。

2.2 銑削精度的影響因素

雖然機(jī)器人的靈活性是傳統(tǒng)機(jī)床不可比擬的，但是與“工業(yè)母機(jī)”之稱的機(jī)床相比較，其加工精度受影響的因素比較多。機(jī)器人的運(yùn)行進(jìn)度受到負(fù)載及其機(jī)構(gòu)的影響一般在0.08 mm左右（以20 kg負(fù)載為例），電主軸的旋轉(zhuǎn)精度0.01 mm左右，工裝夾具及其旋轉(zhuǎn)或傳送機(jī)構(gòu)的定位精度在0.15～0.2 mm。因此，機(jī)器人銑削系統(tǒng)的累積定位精度在0.3 mm左右。對(duì)于非精密級(jí)的工件，其加工精度完全能滿足加工要求。

3 汽車儀表盤的切割

3.1 工裝夾具的制作

汽車內(nèi)飾件中的儀表盤如圖2所示。由于其為塑料材質(zhì)且加工角度比較復(fù)雜，加工位置分布廣泛，因此，特別適合采用機(jī)器人加工的方式加工。在夾具的設(shè)計(jì)過程中，一定要考慮其定位的準(zhǔn)確性，盡可能地保證重復(fù)定位精度達(dá)到要求，在必要處采用仿形支撐結(jié)構(gòu)，同時(shí)配以真空吸盤將工件固定在切割?yuàn)A具上。