一种超声波切割机器人制造技术

一种超声波切割机器人，属于切割装置技术领域，包括机器人机构和超声波切割主轴机构；所述超声波切割主轴机构安装于机器人机构的末端，机器人机构调节超声波切割主轴机构的位置和方向；所述超声波切割主轴机构包括伺服电机、同步带、超声主轴、上触头、下触头、换能器和变幅杆。本发明专利技术将机器人技术、数控技术、超声波振动加工技术和复合材料加工艺应用到复合材料切割加工行业中，代替复合材料加工的五轴、六轴联动数控机床，以满足复合材料复杂形状的切割、铣削和打孔。 1

An ultrasonic cutting robot

An ultrasonic cutting robot, which belongs to the technical field of the cutting device, including the robot mechanism and the ultrasonic cutting spindle mechanism, the ultrasonic cutting spindle mechanism is installed at the end of the robot mechanism, and the robot mechanism adjusts the position and direction of the ultrasonic cutting spindle mechanism; the ultrasonic cutting spindle mechanism includes the ultrasonic cutting mechanism. Servo motor, synchronous belt, ultrasonic spindle, upper contact, lower contact, transducer and horn. This invention applies robot technology, numerical control technology, ultrasonic vibration processing technology and composite material addition process to composite material cutting and processing industry, instead of five axis and six axis CNC machine tool for composite material to meet the complex shape of complex material cutting, milling and drilling. One

【技术实现步骤摘要】
一种超声波切割机器人
本专利技术属于切割装置
，具体涉及为一种超声波切割机器人。
技术介绍
在现今生活中，复合材料广泛应用于社会生活中，先进复合材料加工却成为了科学界的难题，工业中一般采用六轴龙门式超声波切割机床，但龙门切割机床存在以下问题：(1)机床结构复杂，生产成本高；(2)对于复杂形状的先进复合材料零件，往往很难加工；(3)机床占地面积大；(4)机床质量大，比较笨重。现阶段机器人加工技术和超声切割技术已经广泛的应用于工业生产制造中，机器人技术和超声切割技术各自具有独特优势，如超声切割技术具有加工各种先进复合材料、加工精度高、加工质量好等的优点，机器人技术具有加工形状复杂，加工效率高等优点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述提到的缺陷和不足，而提供一种超声波切割机器人。本专利技术实现其目的采用的技术方案如下。一种超声波切割机器人，包括机器人机构和超声波切割主轴机构；其特征在于，所述超声波切割主轴机构安装于机器人机构的末端，机器人机构调节超声波切割主轴机构的位置和方向；所述超声波切割主轴机构包括伺服电机、同步带、超声主轴、上触头、下触头、换能器和变幅杆；所述同步带一端连接伺服电机的输出端，另一端连接超声主轴；伺服电机通过同步带带动超声主轴旋转；所述上触头安装于超声主轴底部；所述下触头安装于换能器顶部，下触头与上触头信号连接；所述变幅杆顶部固定安装于换能器底部，所述变幅杆底部可拆卸式安装有圆形刀或尖形刀。所述机器人机构包括回转底座、俯仰大臂、俯仰后臂、俯仰前臂、旋转小臂、俯仰手腕、第一支架和第二支架；所述俯仰大臂底部转动安装于回转底座；所述俯仰大臂顶部与俯仰后臂底部转动连接；所述俯仰前臂底部与俯仰后臂顶部转动连接；所述俯仰前臂顶部与旋转小臂一端转动连接；所述旋转小臂另一端转动连接有俯仰手腕；所述俯仰手腕末端转动安装有第一支架；所述第一支架与第二支架固定连接。俯仰大臂和回转底座之间设置有舵机，舵机内设旋转轴，舵机的旋转轴竖立设置且穿设于俯仰大臂和回转底座。所述回转底座上设置有控制装置；所述第二支架呈三角状；第一支架固定安装于第二支架的顶部；第二支架侧面上方固定安装有电机固定架。所述伺服电机固定安装于电机固定架，伺服电机输出端安装有第一齿轮和第一轴用卡簧；第一轴用卡簧位于第一齿轮和电机固定架之间；所述超声主轴顶端安装有第二齿轮、第二轴用卡簧和导电滑环；所述第二轴用卡簧位于第二齿轮和导电滑环之间；所述导电滑环外壁固定安装于电机固定架，内壁与超声主轴连接。所述同步带一端安装于第一齿轮，另一端安装于第二齿轮；所述同步带配设有张紧装置；所述张紧装置安装于电机固定架。所述电机固定架底部设置有上端盖，所述上端盖底部固定安装有外套筒；外套筒底部安装有下端盖；所述外套筒套设于内套筒外部；所述外套筒和内套筒之间设置有上轴承和下轴承；上轴承和下轴承之间设有轴承套；外套筒安装有风扇。所述内套筒内部安装有换能器；内套筒和换能器之间安装有绝缘套。本专利技术区别于水切割机器人，也不同于激光切割机器人，切削加工原理上更有区别于传统刀具切削的铣削、磨削原理。不同于传统的高速铣钻工艺，超声切割技术的核心是超声切割头，其基本原理是利用一个电子超声发生器，先产生频率在15～30kHz范围内的超声波，然后通过置于超声切割头内的声能－机械能转换的换能器，将原本振幅很小的超声振动转换成同频率的机械振动，再通过变幅杆共振放大，得到足够大的、可以满足切割工件要求的振幅和能量，最后将这部分能量传导至超声切割头顶端的刀具上，对上述复合材料进行切割加工。由于超声波振动切削加工技术与传统金属切削加工相比切削力小、切削温度底，可以让机床设计更为轻量化，本专利技术提供一种超声波振动切削加工机器人，利用机器人来代替传统的多轴联动机床运动方式。这种机器人不仅能灵活地解决多轴联动、制造周期短、成本低，而且在工厂应用时占地面积小、配置灵活多变。通过机器人技术集成，使工业机器人替代传统机床，成为铣削加工的柔性单元和自动化机加工流水线。对于某些多轴铣削加工应用领域而言，采用传统的CNC数控加工中心可能有点小题大做。这其中包括铣削材料,如新产品设计使用的粘土、泡沫或石蜡、木材、塑料等材料的铣削，还有造型设计和快速的原型试验项目以及尺寸公差较低的传统材料。在这样的情况下，使用一个机器人可能要比一台传统加工中心更具优势，大大提高加工范围、加工效率，节省机床采购成本。超声波振动切削机器人将会在复合材料加工领域得到广泛的应用。本机器人更有效、更精确地加工在高端汽车、高铁、兵器、航空、航天、船舶等制造领域得到越来越广泛应用的复合材料，如玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉纤维、预浸纤维材料和各种蜂窝材料、各类泡沫等材料。本超声波切割机器人具有X，Y，Z，α，β，γ六个自由度，超声主轴具有1个旋转自由度γ*。本机器人通过给超声波切割主轴增加1个自由度，给工作台任意增加1-6个自由度，使得超声波切割机器人具有各种组成的7～13轴运动控制，保证圆形刀的加工轨迹，完成对三维曲面进行精密加工，突破了对先进复合材料部件复杂程度的限制，进一步拓展了超声波切割技术的应用范围。伺服电机的作用是：当尖形刀工作时，伺服电机使使主轴转动，产生一个γ*的自由度，实时调整尖形刀的方位；当圆形刀工作，伺服电机连续旋转，实现圆形刀的铣削功能。伺服电机通过同步带让超声主轴转动，为了提高同步带的稳定性，在旁边设有张紧装置，防止同步带打滑，为了防止齿轮上下移动，运用轴用卡簧固定。装置既受到轴向力，有受到纵向力，所以采用向心角接触轴承，使主轴转动，产生一个γ*的自由度；换能器与发生器连接是通过上下触头连接的，为了保证上下触头紧密接触，在上触头上安有弹簧，保证它的紧密性，上触头连接导电滑环，导电滑环保证了圆形刀无消耗旋转，导电滑环连接外部的超声发生器，控制主轴运行。本专利技术目的是为了克服目前蜂窝复合材料芯、碳纤维复合材料制品切边及开孔等加工质量不佳，生产效率低及现有的机床加工曲面时角度不能变化等问题而开发一种体积小、耗能小、效率高、无灰尘污染等特点的超声波振动切削机器人，将机器人技术、数控技术、超声波振动加工技术和复合材料加工艺应用到复合材料切割加工行业中，代替复合材料加工的五轴、六轴联动数控机床，以满足复合材料复杂形状的切割、铣削和打孔。本专利技术与现有技术相比，具有以下几个优点：1.结构简单，只包含一个机器人和超声主轴装置，与现有龙门切割机床相比，减少了机床的AC双摆头结构，所需要的生产成本将会降低2-4倍；2.由于机器人的六个自由度，使得该装置比较灵活，可以加工复杂形状的零件，又因为超声主轴的优越性，使得该装置能加工各种复合材料等；本专利技术与多轴龙门式机床相比具有很好的角度控制性能和较高的自动化水平，可通过工控机三维建模自动导成加工的轨迹，控制机器人完成作业轨迹，并能够切割、铣削和打孔一体化；3.龙门切割机床占地面积大约10平米以上，而该装置占地面积大约几平米，减少了占地面积4.本专利技术的超声波切割机器人中，由于超声切割技术的切割质量优异，切割力小、切割速度快等特点，可使主轴和装备结构设计轻量化。本机器人与传统龙门式机床相比，摆脱了传统机床的设计方法。一是减少设备占地面积。二是可减少重量30～80%。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超声波切割机器人，包括机器人机构和超声波切割主轴机构；其特征在于，所述

【技术特征摘要】
1.一种超声波切割机器人，包括机器人机构和超声波切割主轴机构；其特征在于，所述超声波切割主轴机构安装于机器人机构的末端，机器人机构调节超声波切割主轴机构的位置和方向；所述超声波切割主轴机构包括伺服电机（201）、同步带（203）、超声主轴（205）、上触头（207）、下触头（208）、换能器（209）和变幅杆（217）；所述同步带（203）一端连接伺服电机（201）的输出端，另一端连接超声主轴（205）；伺服电机（201）通过同步带（203）带动超声主轴（205）旋转；所述上触头（207）安装于超声主轴（205）底部；所述下触头（208）安装于换能器（209）顶部，下触头（208）与上触头（207）信号连接；所述变幅杆（217）顶部固定安装于换能器（209）底部，所述变幅杆（217）底部可拆卸式安装有圆形刀（219）或尖形刀（220）。2.如权利要求1所述的一种超声波切割机器人，其特征在于，所述机器人机构包括回转底座（102）、俯仰大臂（103）、俯仰后臂（104）、俯仰前臂（105）、旋转小臂（106）、俯仰手腕（107）、第一支架（108）和第二支架（109）；所述俯仰大臂（103）底部转动安装于回转底座（102）；所述俯仰大臂（103）顶部与俯仰后臂（104）底部转动连接；所述俯仰前臂（105）底部与俯仰后臂（104）顶部转动连接；所述俯仰前臂（105）顶部与旋转小臂（106）一端转动连接；所述旋转小臂（106）另一端转动连接有俯仰手腕（107）；所述俯仰手腕（107）末端转动安装有第一支架（108）；所述第一支架（108）与第二支架（109）固定连接。3.如权利要求2所述的一种超声波切割机器人，其特征在于，俯仰大臂（103）和回转底座（102）之间设置有舵机，舵机内设旋转轴，舵机的旋转轴竖立设置且穿设于俯仰大臂（...

【专利技术属性】
技术研发人员：张云电，严明，康凯，张宇，
申请(专利权)人：杭州辉昂科技有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33