機(jī)器人自動(dòng)打磨線

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1、機(jī)器人自動(dòng)打磨線 一、用途說明打磨機(jī)在我們實(shí)際工作中的用途很廣， 它有著體積小，重量輕、 外型美觀、外出安裝時(shí)攜帶方便、操作安全可靠，廣泛用于各大、中、小型 企業(yè)的生產(chǎn)制造領(lǐng)域中。對(duì)諸多的大、中、小型工程的零件在加工過程和對(duì) 零件最終的表面處理無不扮演著極其重要的角色。 如對(duì)各種規(guī)格型號(hào)的板料 開割方孔、開割缺口及機(jī)架、護(hù)邊、軸類等焊接后焊縫的修磨，對(duì)金屬、木 材、混泥土、石材等諸多方面的切割和對(duì)零件表面粗磨和精拋等。為提高工 作效率、縮短制作周期，在時(shí)間上將得到了有效的保障。二、結(jié)構(gòu)說明 1、 主要技術(shù)參數(shù)(1)打磨機(jī)名稱：GWS6-100 (2)輸入功率：670W (3)輸 出功率： 3

2、40W (4)無負(fù)載時(shí)轉(zhuǎn)速： 11000轉(zhuǎn)/ 分。 (5)砂輪片允許最大直徑： 100MM (6)機(jī)體絕緣等級(jí)：E。(7)噪聲分貝值：不得大于 102Db(A). (8) 機(jī)身重量： 約 。2、主要結(jié)構(gòu)( 1 )啟停開關(guān)。( 2)輔助手把。 ( 3)轉(zhuǎn)軸閉 鎖按扭。( 4)砂輪定位套。( 5)防護(hù)防罩、法蘭、緊定螺釘。 ( 6)砂輪托圈。 ( 7)護(hù)手片。( 8)砂輪夾緊螺母。 ( 9)后手把防護(hù)罩。三、相關(guān)附件( 1 ) 砂輪托圈松緊扳手。 ( 2)砂輪夾緊螺母鎖定扳手。 ( 3)地拖線。 ( 4)碳刷、 端子。( 5)鉆石鋸片、打磨片、切割片。 ( 6)環(huán)形鋼絲輪( 7)拋光片( 8)

3、防護(hù)眼鏡。 (9)口罩(防塵護(hù)罩等) 。 (10)專用拆卸、 儀表檢測(cè)等工具。 四、 使用與保養(yǎng) 1 、正確的使用方法( 1 )使用打磨機(jī)前請(qǐng)仔細(xì)檢查保護(hù)罩、輔助 手柄，必須完好無松動(dòng)。 ( 2)裝好砂輪片前注意是否出現(xiàn)有受潮現(xiàn)象和缺角 等現(xiàn)象，并且安裝必須牢靠無松動(dòng)，嚴(yán)禁不用專用工具而用其他外力工具敲 打砂輪夾緊螺母。( 3)使用的電源插座必須裝有漏電開關(guān)裝置，并檢查電源 線有無破損現(xiàn)象。( 4)打磨機(jī)在使用前必須要開機(jī)試轉(zhuǎn)，看打磨片運(yùn)行是否 平穩(wěn)正常，檢查對(duì)碳刷的磨損程度由專業(yè)人員適時(shí)更換，確認(rèn)無誤后方可正 常使用。（5）打磨機(jī)在操作時(shí)的磨切方向嚴(yán)禁對(duì)著周圍的工作人員及一切易 燃易爆危險(xiǎn)

4、物品，以免造成不必要的傷害。保持工作場(chǎng)地干凈、整潔。正確 使用，確保人身及財(cái)產(chǎn)安全。（6）使用打磨機(jī)時(shí)要切記不可用力過猛，要徐 徐均勻用力，以免發(fā)生打磨片撞碎的現(xiàn)象切割 V帶，如出現(xiàn)打磨片卡阻現(xiàn)象, 應(yīng)立即將打磨機(jī)提起，以免燒壞打磨機(jī)或因打磨片破碎，造成不安全隱患。 萊茵打磨機(jī)器人 一、打磨任務(wù)簡(jiǎn)介 1焊縫打磨 在工程機(jī)械和容器類等設(shè)備上有很多零件要接焊在一起。例如圖 1就是兩塊平鋼板從兩面焊接在 一起，由人工對(duì)部分焊口進(jìn)行打磨。還有挖掘機(jī)大臂上焊口要部分打磨，汽車車門焊接后要精密 打磨和拋光。 圖1 ：平鋼板間對(duì)焊、壓力容器焊接、工程機(jī)械焊接件 2、 鑄件表面打磨 很多鑄件的

5、實(shí)際幾何尺寸與設(shè)計(jì)值誤差較大，還有料口、冒口和合模線等，如幾噸重的發(fā)電機(jī)組 轉(zhuǎn)動(dòng)葉輪等。要控制砂帶機(jī)把這些多余部分打磨掉，使得鑄件的幾何尺寸盡可能接近其 CAD模型 的尺寸。 圖2 :發(fā)動(dòng)機(jī)葉輪等兩種要打磨拋光鑄件例子 3、 堆焊表面打磨 一些密煉機(jī)轉(zhuǎn)子等關(guān)鍵性零件的整個(gè)外表面要堆焊一層耐磨合金。 在堆焊前要對(duì)外表面進(jìn)行打磨， 去掉多余的鑄鋼，使其幾何尺寸誤差在一定范圍內(nèi)。在堆焊后要對(duì)外表面進(jìn)行打磨和拋光，保證 其幾何尺寸誤差和表面光潔度等滿足設(shè)計(jì)要求。 圖6該零件內(nèi)孔焊合金后需要打磨 圖7該零件橢圓區(qū)域內(nèi)的弧面及斜平面焊后需要打磨 二、 打磨要求及特點(diǎn) 1、 這類要打磨的工

6、件都幾噸重，要吊到打磨對(duì)應(yīng)的工裝上。這就要求打磨機(jī)器人不能影響吊放工 件操作。 2、 工件太重，所以必須采用高效砂帶機(jī)運(yùn)動(dòng)，對(duì)工件表面進(jìn)行打磨。 3、 工件的整個(gè)外表面或至少兩個(gè)面要打磨， 需要帶變位功能的精確定位工裝。有些工裝要能帶動(dòng) 工件精密轉(zhuǎn)動(dòng)，與砂帶機(jī)一起數(shù)控聯(lián)動(dòng)才能完成打磨拋光。 4、 平面的打磨需要三維機(jī)器人就可以，而轉(zhuǎn)軸類需要四軸和五軸機(jī)器人帶動(dòng)砂帶機(jī)打磨面可以轉(zhuǎn) 動(dòng)和擺動(dòng)、實(shí)時(shí)調(diào)整砂帶機(jī)打磨面的法線方向使其與整打磨處工件曲面法線方向相同。 5、 砂帶機(jī)打磨輪及砂帶寬度等的選擇要精確，轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)精度要高，保證適合所要求的打磨面。 6、 通常軸類件的直徑范圍可大于 0 2

7、000mm長(zhǎng)度方向打磨范圍可達(dá) 8000mn以上，所以機(jī)器人的 行程要大，剛性要好，運(yùn)動(dòng)速度要快，精度要高。 7、 有時(shí)要可換打磨工具，如不同尺寸的砂帶機(jī)和不同的打磨工件，檢測(cè)工件等。 8、 要能利用CAM和示教兩種方法生產(chǎn)打磨程序。 三、 推薦方案簡(jiǎn)介 隨著要打磨拋光工件的差異，其打磨機(jī)器人方案和工裝也不同。下面就是幾個(gè)典型的方案： 1、三軸打磨機(jī)器人 本方案是針對(duì)大型平板類件焊口的打磨拋光， 為此計(jì)劃采用如圖8所示的一臺(tái)懸臂式三軸機(jī)器人， 帶動(dòng)砂帶機(jī)對(duì)焊口進(jìn)行打磨拋光。 整體設(shè)備包含： 1、 三軸打磨機(jī)器人1臺(tái)， 2、 桁架一套， 3、 角度位置檢測(cè)傳感器（測(cè)量對(duì)轉(zhuǎn)臺(tái)

8、轉(zhuǎn)動(dòng)停止后所停止的角度）， 4、 打磨砂帶機(jī)1臺(tái)套， 5、控制系統(tǒng)1套, 6、安全防護(hù)網(wǎng)和吸氣排塵屑機(jī)構(gòu) 1套。 圖8:左圖是三軸懸臂式打磨機(jī)器人處于停靠位置圖，右圖是打磨焊縫示意圖。 2、 五軸五聯(lián)動(dòng)機(jī)器人 本方案是針對(duì)轉(zhuǎn)子類件的打磨拋光，為此計(jì)劃采用如圖 9所示的一臺(tái)五軸機(jī)器人，帶動(dòng)砂帶機(jī)對(duì) 毛坯件進(jìn)行打磨和拋光。整體設(shè)備包含： 5D機(jī)器人1臺(tái)，桁架一套，重載臥式旋轉(zhuǎn)平臺(tái) 1臺(tái)套， 打磨砂帶機(jī)1臺(tái)套，精密激光位置檢測(cè)傳感器 1套，安全防護(hù)網(wǎng)和吹吸氣自動(dòng)排塵屑機(jī)構(gòu) 1套。 工作過程是機(jī)器人及砂帶機(jī)處于安全?？课恢?，毛坯件被人工吊放在重載臥式旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上面，重 載臥式旋轉(zhuǎn)平臺(tái)尾部

9、頂尖以一端軸心頂尖孔為基準(zhǔn)把整個(gè)毛坯頂?shù)嚼硐胛恢?。然后人工夾緊毛坯 件，接著機(jī)器人將根據(jù)工序要求對(duì)所要加工面進(jìn)行打磨。根據(jù)不同的打磨和拋光工序需要人工換 上對(duì)應(yīng)的砂帶。完成打磨拋光后機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到安全的停靠位置，人工吊走零件。下面是整套系統(tǒng) 的各個(gè)主要部分介紹： 圖9:懸臂式五軸打磨機(jī)器人方案，通過砂帶機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)可以對(duì)任何曲面打磨拋光。 在圖10中砂帶機(jī)以Z軸中心為軸轉(zhuǎn)動(dòng)和擺動(dòng)。這樣就能保證砂帶機(jī)打磨面與要打磨曲面局部法線 矢量方向相同。重載臥式旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上的轉(zhuǎn)動(dòng)軸叫 A軸，它帶動(dòng)工件轉(zhuǎn)動(dòng)。其中 B軸是砂帶機(jī)以Z 軸為軸心的轉(zhuǎn)動(dòng)軸，在土 180度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)砂帶面。C軸是擺動(dòng)軸，帶動(dòng)砂帶以

10、做俯仰升降運(yùn)動(dòng)。 ABC三個(gè)軸都是由精密伺服電機(jī)（配 19位絕對(duì)值式高分辨率編碼器）和關(guān)節(jié)機(jī)器人專用諧波減速 機(jī)來驅(qū)動(dòng)，定位精度非常高，重復(fù)定位精度高于±。 A軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，BC兩個(gè)軸的聯(lián)動(dòng)就能保證砂帶 機(jī)上砂帶面與要打磨面平行接觸。 X軸是沿A軸方向水平運(yùn)動(dòng)軸，Y軸是與X軸相互垂直的水平運(yùn) 動(dòng)軸，兩個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)就能覆蓋一個(gè)長(zhǎng)方向平面區(qū)域。 Z軸就是帶動(dòng)砂帶機(jī)上下垂直運(yùn)動(dòng)軸。在打 磨拋光過程中這六個(gè)軸可以聯(lián)動(dòng)，也可以是 A軸轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度停止后，其它五軸聯(lián)動(dòng)。 3、 大型龍門式五軸五聯(lián)動(dòng)機(jī)器人 圖10：懸臂式和龍門式工作臺(tái)、定位工裝、吸塵系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)。 四、打磨機(jī)器人主要部件介紹 1

11、、控制系統(tǒng)簡(jiǎn)介 為此我們選擇德國(guó)Trimeta公司的（軟件）六軸六聯(lián)動(dòng)高檔數(shù)控系統(tǒng)，其功能上可以與西門子 84 0D相比美，但更開放的高檔控制系統(tǒng)。它具有常見六軸六聯(lián)動(dòng)數(shù)控系統(tǒng)的全部功能。它適合大跨 度龍門機(jī)床兩軸同步控制，具有龍門軸下沉傾斜補(bǔ)償功能， 3D刀具補(bǔ)償，復(fù)合軸功能，多通道功 能和RCTP功能。對(duì)于精密運(yùn)動(dòng)控制可以接收光柵尺和編碼器反饋信號(hào)。 該系統(tǒng)適合高速高精設(shè)備 的控制，能以每秒10000次位置環(huán)PID調(diào)節(jié)周期精密控制確保位置精度。該系統(tǒng)能運(yùn)行來自 CAM 所生成的程序，不僅編程簡(jiǎn)單，而且這個(gè)程序是以被打磨拋光物體的 3D數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，精度高。而 關(guān)節(jié)型機(jī)器人主要靠示

12、教編程，是以目前零件的表面為基準(zhǔn)，偏差大，一致性不好。 圖10六軸六聯(lián)動(dòng)多通道控制系統(tǒng) 1） 示教編程 采用示教方式編程。通過手動(dòng)操作器控制各個(gè)軸獨(dú)立運(yùn)動(dòng)，然后把目前點(diǎn)存起來，自動(dòng)生成打磨 軌跡。這些軌跡由空間直線段和 3D圓弧組成。可以對(duì)生成的程序進(jìn)行圖示和各種編輯， 可以單步 執(zhí)行和連續(xù)運(yùn)行等?？梢园焉a(chǎn)的程序與 CAM生產(chǎn)的程序組合為完整的打磨程序。 2） RCTP編程方式 常見的關(guān)節(jié)機(jī)器人控制系統(tǒng)主要是控制機(jī)器人末端走空間直線和空間曲線，但沒有 RCTP功能。R CTP功能就是刀尖軌跡編程功能， 就是說只要給出要加工物體表面上各個(gè)點(diǎn)的五軸坐標(biāo) （X,Y,Z,A, C）

13、,其中XYZ表達(dá)刀具（這里是砂帶中心）位置，而 AC是刀的方向。那么數(shù)控系統(tǒng)就能自動(dòng)分 析成各個(gè)軸的運(yùn)動(dòng)量。就是說只要從 CAM給出要打磨物體各點(diǎn)上砂帶機(jī)打磨面的 XYZ坐標(biāo)和砂帶 機(jī)的打磨角度（打磨面法線方向）就可以自動(dòng)生產(chǎn)打磨程序。 3） CAM編程方式 有了要打磨物體的3D數(shù)據(jù)模型（IGS格式和STP格式兩種等），再輸入一下打磨相關(guān)的參數(shù)等就 用常見的CAM軟件，如UG自動(dòng)生產(chǎn)打磨拋光運(yùn)動(dòng)軌跡。 對(duì)生產(chǎn)的程序可以編輯，打磨速度可以修 改，可以圖示等。細(xì)節(jié)見生產(chǎn)程序例子及在 Editasc離線仿真運(yùn)行錄像。 4） 力矩和位置方式控制 由于不知道毛刺，飛邊的大小，有些面要采用力矩

14、控制方式進(jìn)給。就是說機(jī)器人控制系統(tǒng)保證被 打磨件以一定的力壓向砂帶機(jī)。避免不知毛刺飛邊尺寸而浪費(fèi)時(shí)間或進(jìn)給太快發(fā)生危險(xiǎn)。工作時(shí) 被打磨工件會(huì)快速運(yùn)動(dòng)到砂帶機(jī)及開始打磨。打磨的壓力可事先設(shè)置好。在快打磨結(jié)束前一種采 用力矩控制方式來進(jìn)給。在力矩控制方式下如果料口小進(jìn)給速度快，否則進(jìn)給速度慢。 當(dāng)主要部分打磨完就剩下根部時(shí)就要精確控制，這時(shí)轉(zhuǎn)給位置控制方式慢速進(jìn)給到打磨完。 5） 自動(dòng)測(cè)量功能 用一個(gè)高速輸入口輸入探針，或通過串口把測(cè)量的高度值直接記錄下來。同時(shí)記錄下目前 XYZABC 各種軸對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值，這樣就能得到物體的 3D數(shù)據(jù)。利用該數(shù)量可以快速產(chǎn)生打磨程序。 如果采 用精密激光3

15、D測(cè)量?jī)x，每秒能測(cè)量 3000個(gè)點(diǎn)，很快就能完成一個(gè)零件主要位置的測(cè)量。這些測(cè) 量值也可以用于指導(dǎo)打磨的結(jié)果，判斷打磨的狀態(tài)及給出后續(xù)要打磨的量。 2、 力傳感器 計(jì)劃安裝力傳感器，以避免空打磨和打磨量太少來浪費(fèi)時(shí)間，以避免打磨量太大會(huì)對(duì)設(shè)備造成損 失的問題。我們采用力矩控制方式和額外的力傳感器（安裝在砂帶機(jī)上）。 圖11:力傳感器裝在電主軸上。 3、 重載臥式旋轉(zhuǎn)平臺(tái) 其結(jié)構(gòu)類似于大型臥式車床，由高精度主軸箱轉(zhuǎn)軸，手動(dòng)鎖緊卡盤（也可以選擇液壓），帶頂桿 的尾座，兩組托輪，主軸箱側(cè)頂緊機(jī)構(gòu)等組成。由松下 2KW司服電機(jī)配德國(guó)產(chǎn)減速機(jī)組來驅(qū)動(dòng)工 件轉(zhuǎn)動(dòng)。減速機(jī)組的第一級(jí)是一臺(tái)蝸輪蝸

16、桿減速機(jī)， 蝸輪蝸桿減速機(jī)的輸出驅(qū)動(dòng)下兩級(jí)齒輪減速， 總減速比大約900。這樣減速機(jī)組的總體效率大于 30%其額定輸出扭矩大于 2700Nm就能精確 驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)，可以正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)及停止。伺服電機(jī)帶有抱閘，轉(zhuǎn)動(dòng)一個(gè)角度就可以精確停止及抱 緊，也可以聯(lián)系慢慢轉(zhuǎn)動(dòng)，參與插補(bǔ)。該軸作為一個(gè)數(shù)控軸一 A軸，由機(jī)器人控制系統(tǒng)控制，與 其它四個(gè)軸一起組成五軸五聯(lián)動(dòng)設(shè)備。 在主軸的輸出端安裝一個(gè) 17位高分辨率編碼器，每轉(zhuǎn)可以 分為13萬分以上。如果工件轉(zhuǎn)動(dòng)直徑為 1500mm那么周長(zhǎng)為4713mm編碼器對(duì)應(yīng)園周面上分辨 率高于。重載臥式旋轉(zhuǎn)平臺(tái)的額定承受負(fù)載能力大于 10噸。由于尾座和兩組托輪的位

17、置（在軸心 方向）可調(diào)節(jié)，所以能裝夾工件的長(zhǎng)度范圍： 1000mm?4000mm允許裝夾工件的最大轉(zhuǎn)動(dòng)直徑為 1 600mm主軸的轉(zhuǎn)速范圍： ?+轉(zhuǎn)/分，工件轉(zhuǎn)動(dòng)直徑為1500mni時(shí)對(duì)應(yīng)的線速度為196mm秒。按 照我公司以前配織布機(jī)電子送徑系統(tǒng)減速比的經(jīng)驗(yàn)，可以把減速比加大到 2000:1。 圖12:轉(zhuǎn)子類件定位轉(zhuǎn)動(dòng)工裝結(jié)構(gòu)示意圖 4、 砂帶機(jī) 選擇正確的砂帶能大幅提高打磨效率及打磨質(zhì)量。為此我們選擇世界頂級(jí)產(chǎn)品，德國(guó) VSM公司的 砂帶。砂帶機(jī)我們請(qǐng)一專業(yè)公司為我們?cè)O(shè)計(jì)。同一砂帶機(jī)可以更換不同的砂帶，來完成初打磨， 精打磨和拋光操作。 圖13:機(jī)器人配套砂帶機(jī)例子 5、

18、 精密測(cè)量傳感器（作為選項(xiàng)）： 零件自身尺寸有誤差，放置到工裝上角度也無法精確確定。所以在打磨前先測(cè)量一下工件的相對(duì) 位置，以便校對(duì)工件位置偏差。也可以采用精密激光測(cè)距儀來精確測(cè)量打磨精度。這里采購(gòu)德國(guó) 圖14:采用精密激光測(cè)距儀來測(cè)量要打磨位置及打磨過程中的打磨質(zhì)量（選配）。 6、機(jī)器人防護(hù)機(jī)構(gòu)： 1、 物理級(jí)防護(hù)網(wǎng)和機(jī)床式防護(hù)罩， 2、 傳感器信號(hào)互鎖，確保每步以傳感器信號(hào)為基準(zhǔn)， 3、 安全鎖，急停按鈕，蜂鳴器，工作狀態(tài)指示燈等安全措施， 4、 光電安全幕墻，確保人機(jī)安全， 5、 軟件限位，軟件位置互鎖等。 6、 安全培訓(xùn)和全面細(xì)致的安全操作手冊(cè) 7、 更換其它型號(hào)打

19、磨件 定位工裝要設(shè)計(jì)成能適應(yīng)貴公司幾乎全部的軸類件（待具體化），然后選擇對(duì)應(yīng)的打磨程序就可 以。 8、 電控箱等電器部分 1、 數(shù)控系統(tǒng)： 德國(guó)Trimeta公司產(chǎn)品，詳見前面介紹或聯(lián)系供方。 2、 安全與環(huán)保 設(shè)備整體安全考慮包括：雙手啟動(dòng)、設(shè)備防護(hù)罩、緊急停止開關(guān)、警示標(biāo)識(shí)等，根據(jù)不同的單元 選擇適當(dāng)?shù)陌踩桨浮? 擰緊單元采用雙手操作，減少意外事故的發(fā)生幾率。 設(shè)置的緊急停止按鈕，方便人員在緊急情況下的處理，按下緊急停止按鈕時(shí)，設(shè)備切斷相應(yīng)單元 的控制電源、氣源。 設(shè)備應(yīng)有良好可靠的接地，采用防漏電裝置 設(shè)備與人接觸的部分采用倒角，保證設(shè)備使用舒適安全。 通過傳感器等檢測(cè)元件對(duì)全線進(jìn)行監(jiān)控，出現(xiàn)故障時(shí)停機(jī)等待人工處理。 設(shè)計(jì)考慮噪聲與人機(jī)工程，設(shè)計(jì)選型兼顧考慮器件的環(huán)保性能。 3、系統(tǒng)其它部分 控制系統(tǒng)電箱里采用的主要低壓元件均采用著名公司產(chǎn)品，氣動(dòng)元件、光電開關(guān)、行程開關(guān)等均 采用國(guó)際知名產(chǎn)品。 電控柜內(nèi)裝有冷卻風(fēng)機(jī)及維修用電源插座。