機器人自動打磨線

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1、機器人自動打磨線 一、用途說明打磨機在我們實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)制造領域中。對諸多的大、中、小型工程的零件在加工過程和對 零件最終的表面處理無不扮演著極其重要的角色。 如對各種規(guī)格型號的板料 開割方孔、開割缺口及機架、護邊、軸類等焊接后焊縫的修磨，對金屬、木 材、混泥土、石材等諸多方面的切割和對零件表面粗磨和精拋等。為提高工 作效率、縮短制作周期，在時間上將得到了有效的保障。二、結構說明 1、 主要技術參數(shù)(1)打磨機名稱：GWS6-100 (2)輸入功率：670W (3)輸 出功率： 3

2、40W (4)無負載時轉(zhuǎn)速： 11000轉(zhuǎn)/ 分。 (5)砂輪片允許最大直徑： 100MM (6)機體絕緣等級：E。(7)噪聲分貝值：不得大于 102Db(A). (8) 機身重量： 約 。2、主要結構( 1 )啟停開關。( 2)輔助手把。 ( 3)轉(zhuǎn)軸閉 鎖按扭。( 4)砂輪定位套。( 5)防護防罩、法蘭、緊定螺釘。 ( 6)砂輪托圈。 ( 7)護手片。( 8)砂輪夾緊螺母。 ( 9)后手把防護罩。三、相關附件( 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、防護眼鏡。 (9)口罩(防塵護罩等) 。 (10)專用拆卸、 儀表檢測等工具。 四、 使用與保養(yǎng) 1 、正確的使用方法( 1 )使用打磨機前請仔細檢查保護罩、輔助 手柄，必須完好無松動。 ( 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，嚴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裝置，并檢查電源 線有無破損現(xiàn)象。( 4)打磨機在使用前必須要開機試轉(zhuǎn)，看打磨片運行是否 平穩(wěn)正常，檢查對碳刷的磨損程度由專業(yè)人員適時更換，確認無誤后方可正 常使用。（5）打磨機在操作時的磨切方向嚴禁對著周圍的工作人員及一切易 燃易爆危險

4、物品，以免造成不必要的傷害。保持工作場地干凈、整潔。正確 使用，確保人身及財產(chǎn)安全。（6）使用打磨機時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, 應立即將打磨機提起，以免燒壞打磨機或因打磨片破碎，造成不安全隱患。 萊茵打磨機器人 一、打磨任務簡介 1焊縫打磨 在工程機械和容器類等設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，由人工對部分焊口進行打磨。還有挖掘機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 ：平鋼板間對焊、壓力容器焊接、工程機械焊接件 2、 鑄件表面打磨 很多鑄件的

5、實際幾何尺寸與設計值誤差較大，還有料口、冒口和合模線等，如幾噸重的發(fā)電機組 轉(zhuǎn)動葉輪等。要控制砂帶機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)動機葉輪等兩種要打磨拋光鑄件例子 3、 堆焊表面打磨 一些密煉機轉(zhuǎn)子等關鍵性零件的整個外表面要堆焊一層耐磨合金。 在堆焊前要對外表面進行打磨， 去掉多余的鑄鋼，使其幾何尺寸誤差在一定范圍內(nèi)。在堆焊后要對外表面進行打磨和拋光，保證 其幾何尺寸誤差和表面光潔度等滿足設計要求。 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 1、 這類要打磨的工

6、件都幾噸重，要吊到打磨對應的工裝上。這就要求打磨機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運動，對工件表面進行打磨。 3、 工件的整個外表面或至少兩個面要打磨， 需要帶變位功能的精確定位工裝。有些工裝要能帶動 工件精密轉(zhuǎn)動，與砂帶機一起數(shù)控聯(lián)動才能完成打磨拋光。 4、 平面的打磨需要三維機器人就可以，而轉(zhuǎn)軸類需要四軸和五軸機器人帶動砂帶機打磨面可以轉(zhuǎn) 動和擺動、實時調(diào)整砂帶機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、 砂帶機打磨輪及砂帶寬度等的選擇要精確，轉(zhuǎn)動和擺動精度要高，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長度方向打磨范圍可達 8000mn以上，所以機器人的 行程要大，剛性要好，運動速度要快，精度要高。 7、 有時要可換打磨工具，如不同尺寸的砂帶機和不同的打磨工件，檢測工件等。 8、 要能利用CAM和示教兩種方法生產(chǎn)打磨程序。 三、 推薦方案簡介 隨著要打磨拋光工件的差異，其打磨機器人方案和工裝也不同。下面就是幾個典型的方案： 1、三軸打磨機器人 本方案是針對大型平板類件焊口的打磨拋光， 為此計劃采用如圖8所示的一臺懸臂式三軸機器人， 帶動砂帶機對焊口進行打磨拋光。 整體設備包含： 1、 三軸打磨機器人1臺， 2、 桁架一套， 3、 角度位置檢測傳感器（測量對轉(zhuǎn)臺

8、轉(zhuǎn)動停止后所停止的角度）， 4、 打磨砂帶機1臺套， 5、控制系統(tǒng)1套, 6、安全防護網(wǎng)和吸氣排塵屑機構 1套。 圖8:左圖是三軸懸臂式打磨機器人處于?？课恢脠D，右圖是打磨焊縫示意圖。 2、 五軸五聯(lián)動機器人 本方案是針對轉(zhuǎn)子類件的打磨拋光，為此計劃采用如圖 9所示的一臺五軸機器人，帶動砂帶機對 毛坯件進行打磨和拋光。整體設備包含： 5D機器人1臺，桁架一套，重載臥式旋轉(zhuǎn)平臺 1臺套， 打磨砂帶機1臺套，精密激光位置檢測傳感器 1套，安全防護網(wǎng)和吹吸氣自動排塵屑機構 1套。 工作過程是機器人及砂帶機處于安全?？课恢?，毛坯件被人工吊放在重載臥式旋轉(zhuǎn)平臺上面，重 載臥式旋轉(zhuǎn)平臺尾部

9、頂尖以一端軸心頂尖孔為基準把整個毛坯頂?shù)嚼硐胛恢?。然后人工夾緊毛坯 件，接著機器人將根據(jù)工序要求對所要加工面進行打磨。根據(jù)不同的打磨和拋光工序需要人工換 上對應的砂帶。完成打磨拋光后機器人運動到安全的?？课恢茫斯さ踝吡慵?。下面是整套系統(tǒng) 的各個主要部分介紹： 圖9:懸臂式五軸打磨機器人方案，通過砂帶機的轉(zhuǎn)動和擺動可以對任何曲面打磨拋光。 在圖10中砂帶機以Z軸中心為軸轉(zhuǎn)動和擺動。這樣就能保證砂帶機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)平臺上的轉(zhuǎn)動軸叫 A軸，它帶動工件轉(zhuǎn)動。其中 B軸是砂帶機以Z 軸為軸心的轉(zhuǎn)動軸，在土 180度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動砂帶面。C軸是擺動軸，帶動砂帶以

10、做俯仰升降運動。 ABC三個軸都是由精密伺服電機（配 19位絕對值式高分辨率編碼器）和關節(jié)機器人專用諧波減速 機來驅(qū)動，定位精度非常高，重復定位精度高于±。 A軸的轉(zhuǎn)動，BC兩個軸的聯(lián)動就能保證砂帶 機上砂帶面與要打磨面平行接觸。 X軸是沿A軸方向水平運動軸，Y軸是與X軸相互垂直的水平運 動軸，兩個軸的運動就能覆蓋一個長方向平面區(qū)域。 Z軸就是帶動砂帶機上下垂直運動軸。在打 磨拋光過程中這六個軸可以聯(lián)動，也可以是 A軸轉(zhuǎn)動一個角度停止后，其它五軸聯(lián)動。 3、 大型龍門式五軸五聯(lián)動機器人 圖10：懸臂式和龍門式工作臺、定位工裝、吸塵系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)。 四、打磨機器人主要部件介紹 1

11、、控制系統(tǒng)簡介 為此我們選擇德國Trimeta公司的（軟件）六軸六聯(lián)動高檔數(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)動數(shù)控系統(tǒng)的全部功能。它適合大跨 度龍門機床兩軸同步控制，具有龍門軸下沉傾斜補償功能， 3D刀具補償，復合軸功能，多通道功 能和RCTP功能。對于精密運動控制可以接收光柵尺和編碼器反饋信號。 該系統(tǒng)適合高速高精設備 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)能運行來自 CAM 所生成的程序，不僅編程簡單，而且這個程序是以被打磨拋光物體的 3D數(shù)據(jù)為基礎，精度高。而 關節(jié)型機器人主要靠示

12、教編程，是以目前零件的表面為基準，偏差大，一致性不好。 圖10六軸六聯(lián)動多通道控制系統(tǒng) 1） 示教編程 采用示教方式編程。通過手動操作器控制各個軸獨立運動，然后把目前點存起來，自動生成打磨 軌跡。這些軌跡由空間直線段和 3D圓弧組成?？梢詫ι傻某绦蜻M行圖示和各種編輯， 可以單步 執(zhí)行和連續(xù)運行等?？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 常見的關節(jié)機器人控制系統(tǒng)主要是控制機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點的五軸坐標 （X,Y,Z,A, C）

13、,其中XYZ表達刀具（這里是砂帶中心）位置，而 AC是刀的方向。那么數(shù)控系統(tǒng)就能自動分 析成各個軸的運動量。就是說只要從 CAM給出要打磨物體各點上砂帶機打磨面的 XYZ坐標和砂帶 機的打磨角度（打磨面法線方向）就可以自動生產(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的參數(shù)等就 用常見的CAM軟件，如UG自動生產(chǎn)打磨拋光運動軌跡。 對生產(chǎn)的程序可以編輯，打磨速度可以修 改，可以圖示等。細節(jié)見生產(chǎn)程序例子及在 Editasc離線仿真運行錄像。 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、控制方式進給。就是說機器人控制系統(tǒng)保證被 打磨件以一定的力壓向砂帶機。避免不知毛刺飛邊尺寸而浪費時間或進給太快發(fā)生危險。工作時 被打磨工件會快速運動到砂帶機及開始打磨。打磨的壓力可事先設置好。在快打磨結束前一種采 用力矩控制方式來進給。在力矩控制方式下如果料口小進給速度快，否則進給速度慢。 當主要部分打磨完就剩下根部時就要精確控制，這時轉(zhuǎn)給位置控制方式慢速進給到打磨完。 5） 自動測量功能 用一個高速輸入口輸入探針，或通過串口把測量的高度值直接記錄下來。同時記錄下目前 XYZABC 各種軸對應的坐標值，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測量儀，每秒能測量 3000個點，很快就能完成一個零件主要位置的測量。這些測 量值也可以用于指導打磨的結果，判斷打磨的狀態(tài)及給出后續(xù)要打磨的量。 2、 力傳感器 計劃安裝力傳感器，以避免空打磨和打磨量太少來浪費時間，以避免打磨量太大會對設備造成損 失的問題。我們采用力矩控制方式和額外的力傳感器（安裝在砂帶機上）。 圖11:力傳感器裝在電主軸上。 3、 重載臥式旋轉(zhuǎn)平臺 其結構類似于大型臥式車床，由高精度主軸箱轉(zhuǎn)軸，手動鎖緊卡盤（也可以選擇液壓），帶頂桿 的尾座，兩組托輪，主軸箱側(cè)頂緊機構等組成。由松下 2KW司服電機配德國產(chǎn)減速機組來驅(qū)動工 件轉(zhuǎn)動。減速機組的第一級是一臺蝸輪蝸

16、桿減速機， 蝸輪蝸桿減速機的輸出驅(qū)動下兩級齒輪減速， 總減速比大約900。這樣減速機組的總體效率大于 30%其額定輸出扭矩大于 2700Nm就能精確 驅(qū)動主軸轉(zhuǎn)動，可以正轉(zhuǎn)，反轉(zhuǎn)及停止。伺服電機帶有抱閘，轉(zhuǎn)動一個角度就可以精確停止及抱 緊，也可以聯(lián)系慢慢轉(zhuǎn)動，參與插補。該軸作為一個數(shù)控軸一 A軸，由機器人控制系統(tǒng)控制，與 其它四個軸一起組成五軸五聯(lián)動設備。 在主軸的輸出端安裝一個 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)動直徑為 1500mm那么周長為4713mm編碼器對應園周面上分辨 率高于。重載臥式旋轉(zhuǎn)平臺的額定承受負載能力大于 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度范圍： 1000mm?4000mm允許裝夾工件的最大轉(zhuǎn)動直徑為 1 600mm主軸的轉(zhuǎn)速范圍： ?+轉(zhuǎn)/分，工件轉(zhuǎn)動直徑為1500mni時對應的線速度為196mm秒。按 照我公司以前配織布機電子送徑系統(tǒng)減速比的經(jīng)驗，可以把減速比加大到 2000:1。 圖12:轉(zhuǎn)子類件定位轉(zhuǎn)動工裝結構示意圖 4、 砂帶機 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產(chǎn)品，德國 VSM公司的 砂帶。砂帶機我們請一專業(yè)公司為我們設計。同一砂帶機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:機器人配套砂帶機例子 5、

18、 精密測量傳感器（作為選項）： 零件自身尺寸有誤差，放置到工裝上角度也無法精確確定。所以在打磨前先測量一下工件的相對 位置，以便校對工件位置偏差。也可以采用精密激光測距儀來精確測量打磨精度。這里采購德國 圖14:采用精密激光測距儀來測量要打磨位置及打磨過程中的打磨質(zhì)量（選配）。 6、機器人防護機構： 1、 物理級防護網(wǎng)和機床式防護罩， 2、 傳感器信號互鎖，確保每步以傳感器信號為基準， 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，確保人機安全， 5、 軟件限位，軟件位置互鎖等。 6、 安全培訓和全面細致的安全操作手冊 7、 更換其它型號打

19、磨件 定位工裝要設計成能適應貴公司幾乎全部的軸類件（待具體化），然后選擇對應的打磨程序就可 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 設備整體安全考慮包括：雙手啟動、設備防護罩、緊急停止開關、警示標識等，根據(jù)不同的單元 選擇適當?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，設備切斷相應單元 的控制電源、氣源。 設備應有良好可靠的接地，采用防漏電裝置 設備與人接觸的部分采用倒角，保證設備使用舒適安全。 通過傳感器等檢測元件對全線進行監(jiān)控，出現(xiàn)故障時停機等待人工處理。 設計考慮噪聲與人機工程，設計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，氣動元件、光電開關、行程開關等均 采用國際知名產(chǎn)品。 電控柜內(nèi)裝有冷卻風機及維修用電源插座。