一种人机隔离自动化铣削整形加工系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种人机隔离自动化铣削整形加工系统及方法，加工系统包括控制系统、视觉系统、桁架机械手、端盖拆卸机、铣削整形加工机及螺纹清理机；加工时，首先控制系统控制桁架机械手将待整形发动机搬运至端盖拆卸机上；其次，控制端盖拆卸机对发动机进行定位锁紧，并拆除两端端盖后控制桁架机械手搬运拆除端盖的发动机至铣削整形加工机对发动机进行铣削加工；最后桁架机械手搬运端面整形结束的发动机至螺纹清理机对发动机两端端面进行清理。首次将人机隔离、全流程自动化、信息化引入到铣削整形加工系统领域中，应用前景非常广阔。

A Man-Machine Isolation Automatic Milling and Shaping Processing System and Method

【技术实现步骤摘要】
一种人机隔离自动化铣削整形加工系统及方法
本专利技术属于自动化加工领域，具体涉及一种人机隔离自动化铣削整形加工系统及方法。
技术介绍
固体推进剂装药整型普遍应用于火工品行业，用于浇注完成的发动机端面整形加工过程。固体推进剂浇注固化成型后，要对其端面及型腔面进行修整，称之为“整形”。随着导弹武器对固体推进剂能量性能要求的不断提高，药型及药面形状也越来越复杂。其次，固体推进剂中应用了各种形式的聚合物材料，对各种因素产生的热应力、摩擦力、冲击力、静电积累等十分敏感，很容易发生爆燃事故。这些因素都使得固体推进剂的整形加工难度系数与危险系数都大大增加。目前，在火工品行业中，复合固体推进剂装药整型工序采用半自动化车床整形和手工切削整形结合的方式进行，大部分产品整形完全依靠手工完成。主要工艺过程是将发动机固定，由1、2名操作人员，沿着已固化脱模后的推进剂内腔，用非金属材料或铍青铜做的简易工具一点点地进行径向、轴向修整，一边修整，一边测量，以近似达到所要求的复杂立体型面。这种用人工修整复杂型面的方法其精度一致性是无法保证的，稍有不慎引起“过切”，就会酿成损失。人工拆端盖，拆卸扭矩无法精确控制，扭矩大小因人而异，不能定量控制，危险系数较高。人工清理，清理过程利用清理刀具将螺纹根部残药刮掉，操作安全性和清理一致性较低。整个整型过程人工控制因素较多，安全程度低。而且，这种整形方法，操作人员与发动机直接接触，存在事故隐患，容易发生爆燃事故，对加工人员造成伤亡。通过对国内外固体推进剂事故进行统计，整形过程事故率高达28％。
技术实现思路
为了提高整形精度及保证整形过程的人员安全，本专利技术提供一种人机隔离自动化铣削整形加工系统，采用全自动化机械整形，工作阶段无人员参与，从而在根本上保证了人员安全。减少了人为因素，也整体降低了整形事故发生率。本专利技术的技术解决方案是：一种人机隔离自动化铣削整形加工系统，其特征在于：包括控制系统、视觉系统、桁架机械手、端盖拆卸机、铣削整形加工机及螺纹清理机；所述视觉系统用于采集待整形发动机位置信息及端面信息；所述桁架机械手用于精确搬运待搬运对象至目标位置；所述端盖拆卸机用于拆除待整形发动机两端的端盖；所述铣削整形加工机包括铣削主轴刀具，用于对拆除端盖的发动机两端按照要求进行铣削加工；所述螺纹清理机包括清理主轴刀具，用于清理铣削加工后的发动机螺纹缝隙残留药；控制系统中存储加工程序，加工程序在处理器中运行时，实现以下过程：步骤一、根据视觉系统采集的待整形发动机位置信息，控制桁架机械手将待整形发动机搬运至端盖拆卸机上；步骤二、控制端盖拆卸机对发动机进行定位锁紧，并按照设定参数拆除两端端盖；步骤三、控制桁架机械手搬运拆除端盖的发动机至铣削整形加工机，铣削整形加工机对发动机进行定位锁紧，根据视觉系统处理的铣削主轴刀具与待整形发动机端面位置信息，控制铣削整形加工机中的铣削主轴刀具按照图纸要求对发动机两端端面进行铣削加工；步骤四、桁架机械手搬运端面整形结束的发动机至螺纹清理机；螺纹清理机对发动机进行定位锁紧，根据视觉系统处理的清理主轴刀具与待清理发动机端面位置信息，控制螺纹清理机的清理主轴刀具按照图纸要求对发动机两端端面进行清理。进一步地，所述端盖拆卸机包括第二机架、位于第二机架上的第二支撑压紧单元及端盖拆卸单元；所述第二支撑压紧单元包括第二支撑压紧龙门架、相对设置在第二支撑压紧龙门架上的第二压紧块与第二支撑块及带动第二压紧块移动的第二气缸；所述第二支撑压紧龙门架的底部与第二机架配合，在第二支撑压紧龙门架驱动电机的带动下能够沿第二机架长度方向移动；所述第二压紧块内壁与待整形的发动机外壁形状匹配；所述第二支撑块采用V型支撑块；所述第二气缸能够在控制系统的控制下带动第二压紧块移动，锁紧待拆盖发动机；所述端盖拆卸单元包括拆卸龙门架、设置在拆卸龙门架上的气动三爪；所述端盖拆卸单元能够在拆卸X轴电机的带动下沿第二机架长度方向移动；所述气动三爪能够按照控制系统设定的参数在拆卸主轴电机的带动下，运转将端盖拧松拆除。进一步地，第二支撑压紧单元与端盖拆卸单元均为两组，两两相对分别设置在第二机架的上，两组第二支撑压紧单元能够在驱动电机的带动下沿第二机架长度方向相向或相背移动；两组端盖拆卸单元能够在驱动电机的带动下沿第二机架长度方向相向或相背移动；所述步骤一之前还包括：控制系统根据待整形发动机的尺寸，控制驱动电机带动两组第二支撑压紧单元移动，使得待整形发动机两端的支撑位放置在两组第二支撑块上；所述步骤二具体为：2.1)、控制系统控制第二气缸带动第二压紧块移动，锁紧待拆盖发动机；2.2)、控制气动三爪移动至端盖锁紧位置后抱紧端盖，按照设定参数控制拆卸主轴电机运转带动气动三爪将端盖拧松拆除。进一步地，所述端盖拆卸机还包括支撑压紧滑台，第二支撑压紧龙门架的底部通过支撑压紧滑台与第二机架配合，拆卸龙门架的底部通过拆卸滑台与第二机架配合。进一步地，所述铣削整形加工机包括第一机架、位于第一机架上的第一支撑压紧单元、第一刀架龙门单元；所述视觉系统包括第一视觉系统；所述第一支撑压紧单元用于锁紧待整形发动机，且能够在中间支撑压紧电机的带动下沿第一机架长度方向移动；所述第一刀架龙门单元上设置铣削主轴刀具，铣削主轴刀具能够在驱动电机的带动下沿第一机架长度、宽度及高度方向移动；所述第一视觉系统用于采集铣削主轴刀具刀尖与待加工发动机端面位置信息，并将位置信息反馈至控制系统；控制系统根据获取的位置信息控制铣削主轴刀具的驱动电机带动铣削主轴刀具按照图纸要求对发动机端面进行整形加工。进一步地，所述第一支撑压紧单元包括第一支撑压紧龙门架、相对设置在支撑压紧龙门架上的第一压紧块与第一支撑块及带动第一压紧块移动的第一气缸；所述第一支撑压紧龙门架的底部与第一机架配合，能够在中间支撑压紧电机的带动下沿第一机架长度方向移动；所述第一压紧块内壁与待整形的发动机外壁形状匹配；所述第一支撑块采用V型支撑块；所述第一气缸能够在控制系统的控制下带动第一压紧块移动，锁紧待整形发动机。进一步地，所述第一支撑压紧单元还包括设置在第一支撑压紧龙门架底座上用于收集切削废屑的第一药削收集盒及设置在第一支撑压紧龙门架底座上的第一安全护板；所述第一安全护板上开有尺寸与待整形发动机直径一致的孔，所述第一安全护板位于第一支撑压紧单元与第一刀架龙门单元之间；铣削主轴刀具刀尖采用铍青铜材质制作。进一步地，所述第一刀架龙门单元还包括第一刀架龙门架、第一主轴安装板及第一刀架安装板；所述第一刀架龙门架底部与第一机架配合，在第一X轴电机的带动下沿第一机架长度方向移动；所述第一主轴安装板用于固定铣削主轴刀具；所述第一刀架安装板能够在第一Y轴电机的带动下在第一刀架龙门架上沿第一机架高度方向移动；所述第一主轴安装板能够在第一Z轴电机的带动下在第一刀架安装板上沿第一机架宽度方向移动。进一步地，所述铣削主轴刀具包括铣削主轴电机、铣削主轴减速机、铣削主轴、铣削刀座及刀具；铣削主轴电机输出轴通过铣削主轴减速机与铣削主轴连接，带动铣削主轴转动；所述铣削刀座固定在铣削主轴的输出端，刀具固定在铣削刀座上，所述刀具采用铣刀中的盘铣刀。进一步地，所述第一视觉系统包括第一轴向对刀相机和第一径向对刀相机；所述第一轴向对刀相机设置在第一支撑压紧龙本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种人机隔离自动化铣削整形加工系统，其特征在于：包括控制系统、视觉系统、桁架机械手(1)、端盖拆卸机(2)、铣削整形加工机(3)及螺纹清理机(4)；所述视觉系统用于采集待整形发动机位置信息及端面信息；所述桁架机械手(1)用于精确搬运待搬运对象至目标位置；所述端盖拆卸机(2)用于拆除待整形发动机两端的端盖；所述铣削整形加工机(3)包括铣削主轴刀具(36)，用于对拆除端盖的发动机两端按照要求进行铣削加工；所述螺纹清理机(4)包括清理主轴刀具(44)，用于清理铣削加工后的发动机螺纹缝隙残留药；控制系统中存储加工程序，加工程序在处理器中运行时，实现以下过程：步骤一、根据视觉系统采集的待整形发动机位置信息，控制桁架机械手将待整形发动机搬运至端盖拆卸机上；步骤二、控制端盖拆卸机对发动机进行定位锁紧，并按照设定参数拆除两端端盖；步骤三、控制桁架机械手搬运拆除端盖的发动机至铣削整形加工机，铣削整形加工机对发动机进行定位锁紧，根据视觉系统处理的铣削主轴刀具与待整形发动机端面位置信息，控制铣削整形加工机中的铣削主轴刀具按照图纸要求对发动机两端端面进行铣削加工；步骤四、桁架机械手搬运端面整形结束的发动机至螺纹清理机；螺纹清理机对发动机进行定位锁紧，根据视觉系统处理的清理主轴刀具与待清理发动机端面位置信息，控制螺纹清理机的清理主轴刀具按照图纸要求对发动机两端端面进行清理。...

【技术特征摘要】
1.一种人机隔离自动化铣削整形加工系统，其特征在于：包括控制系统、视觉系统、桁架机械手(1)、端盖拆卸机(2)、铣削整形加工机(3)及螺纹清理机(4)；所述视觉系统用于采集待整形发动机位置信息及端面信息；所述桁架机械手(1)用于精确搬运待搬运对象至目标位置；所述端盖拆卸机(2)用于拆除待整形发动机两端的端盖；所述铣削整形加工机(3)包括铣削主轴刀具(36)，用于对拆除端盖的发动机两端按照要求进行铣削加工；所述螺纹清理机(4)包括清理主轴刀具(44)，用于清理铣削加工后的发动机螺纹缝隙残留药；控制系统中存储加工程序，加工程序在处理器中运行时，实现以下过程：步骤一、根据视觉系统采集的待整形发动机位置信息，控制桁架机械手将待整形发动机搬运至端盖拆卸机上；步骤二、控制端盖拆卸机对发动机进行定位锁紧，并按照设定参数拆除两端端盖；步骤三、控制桁架机械手搬运拆除端盖的发动机至铣削整形加工机，铣削整形加工机对发动机进行定位锁紧，根据视觉系统处理的铣削主轴刀具与待整形发动机端面位置信息，控制铣削整形加工机中的铣削主轴刀具按照图纸要求对发动机两端端面进行铣削加工；步骤四、桁架机械手搬运端面整形结束的发动机至螺纹清理机；螺纹清理机对发动机进行定位锁紧，根据视觉系统处理的清理主轴刀具与待清理发动机端面位置信息，控制螺纹清理机的清理主轴刀具按照图纸要求对发动机两端端面进行清理。2.根据权利要求1所述的人机隔离自动化铣削整形加工系统，其特征在于：所述端盖拆卸机(2)包括第二机架(21)、位于第二机架(21)上的第二支撑压紧单元(22)及端盖拆卸单元(23)；所述第二支撑压紧单元(22)包括第二支撑压紧龙门架(221)、相对设置在第二支撑压紧龙门架上的第二压紧块(222)与第二支撑块(223)及带动第二压紧块(222)移动的第二气缸(224)；所述第二支撑压紧龙门架(221)的底部与第二机架(21)配合，在第二支撑压紧龙门架驱动电机的带动下能够沿第二机架长度方向移动；所述第二压紧块(222)内壁与待整形的发动机外壁形状匹配；所述第二支撑块(223)采用V型支撑块；所述第二气缸(224)能够在控制系统的控制下带动第二压紧块(222)移动，锁紧待拆盖发动机；所述端盖拆卸单元(23)包括拆卸龙门架(231)、设置在拆卸龙门架(231)上的气动三爪(232)；所述端盖拆卸单元(23)能够在拆卸X轴电机(234)的带动下沿第二机架(21)长度方向移动；所述气动三爪(232)能够按照控制系统设定的参数在拆卸主轴电机(233)的带动下，运转将端盖拧松拆除；第二支撑压紧单元(22)与端盖拆卸单元(23)均为两组，两两相对分别设置在第二机架的上，两组第二支撑压紧单元能够在驱动电机的带动下沿第二机架长度方向相向或相背移动；两组端盖拆卸单元能够在驱动电机的带动下沿第二机架长度方向相向或相背移动；所述步骤一之前还包括：控制系统根据待整形发动机的尺寸，控制驱动电机带动两组第二支撑压紧单元移动，使得待整形发动机两端的支撑位放置在两组第二支撑块上；所述步骤二具体为：2.1)、控制系统控制第二气缸带动第二压紧块移动，锁紧待拆盖发动机；2.2)、控制气动三爪移动至端盖锁紧位置后抱紧端盖，按照设定参数控制拆卸主轴电机(233)运转带动气动三爪将端盖拧松拆除。3.根据权利要求2所述的人机隔离自动化铣削整形加工系统，其特征在于：所述端盖拆卸机(2)还包括支撑压紧滑台(24)与拆卸滑台(25)，第二支撑压紧龙门架(221)的底部通过支撑压紧滑台(24)与第二机架(21)配合，拆卸龙门架(231)的底部通过拆卸滑台(25)与第二机架(21)配合。4.根据权利要求1所述的人机隔离自动化铣削整形加工系统，其特征在于：所述铣削整形加工机(3)包括第一机架(31)、位于第一机架(31)上的第一支撑压紧单元(32)与第一刀架龙门单元(33)；所述视觉系统包括第一视觉系统；所述第一支撑压紧单元(32)用于锁紧待整形发动机，且能够在中间支撑压紧电机(317)的带动下沿第一机架(31)长度方向移动；所述铣削主轴刀具(36)设置在第一刀架龙门单元(33)上，铣削主轴刀具(36)能够在驱动电机的带动下沿第一机架(31)长度、宽度及高度方向移动；所述第一视觉系统用于采集铣削主轴刀具(36)刀尖与待加工发动机端面位置信息，并将位置信息反馈至控制系统；控制系统根据获取的位置信息控制铣削主轴刀具的驱动电机带动铣削主轴刀具按照图纸要求对发动机端面进行整形加工；所述第一支撑压紧单元(32)包括第一支撑压紧龙门架(321)、相对设置在第一支撑压紧龙门架(321)上的第一压紧块(322)、第一支撑块(323)及带动第一压紧块(322)移动的第一气缸(324)；所述第一支撑压紧龙门架(321)的底部与第一机架(31)配合，能够在中间支撑压紧电机(317)的带动下沿第一机架(31)长度方向移动；所述第一压紧块(322)内壁与待整形的发动机外壁形状匹配；所述第一支撑块(323)采用V型支撑块；所述第一气缸(324)能够在控制系统的控制下带动第一压紧块(322)移动，锁紧待整形发动机；所述第一支撑压紧单元(32)还包括设置在第一支撑压紧龙门架(321)底座上用于收集切削废屑的第一药削收集盒(325)及设置在第一支撑压紧龙门架(321)底座上的第一安全护板(326)；所述第一安全护板(326)上开有尺寸与待整形发动机直径一致的孔，所述第一安全护板(326)位于第一支撑压紧单元(32)与第一刀架龙门单元(33)之间；铣削主轴刀具(36)刀尖采用铍青铜材质制作；所述第一刀架龙门单元(33)还包括第一刀架龙门架(331)、第一主轴安装板(332)及第一刀架安装板(333)；所述第一刀架龙门架(331)底部与第一机架(31)配合，在第一X轴电机的带动下沿第一机架(31)长度方向移动；所述第一主轴安装板(332)用于固定铣削主轴刀具(36)；所述第一主轴安装板(332)能够在第一Y轴电机(335)的带动下在第一刀架安装板(333)上沿第一机架(31)宽度方向移动；所述第一刀架安装板(333)能够在第一Z轴电机(334)的带动下在第一刀架龙门架(331)上沿第一机架(31)高度方向移动；所述铣削主轴刀具(36)包括铣削主轴电机(361)、铣削主轴减速机(362)、铣削主轴(363)、铣削刀座(364)及刀具；铣削主轴电机(361)输出轴通过铣削主轴减速机(362)与铣削主轴(363)连接，带动铣削主轴(363)转动；所述铣削刀座(364)固定在铣削主轴(363)的输出端，刀具固定在铣削刀座(364)上，所述刀具采用铣刀中的盘铣刀。5.根据权利要求4所述的人机隔离自动化铣削整形加工系统，其特征在于：所述第一视觉系统包括第一轴向对刀相机(34)和第一径向对刀相机(35)；所述第一轴向对刀相机(34)设置在第一支撑压紧龙门架(321)上；所述第一径向对刀相机(35)设置在第一刀架龙门架(331)上；所述第一轴向对刀相机(34)用于对待整形发动机轴向边缘和铣削主轴刀具(36)边缘进行拍照，并根据采集到的照片信息计算发动机轴向边缘和铣削主轴刀具边缘的距离信息，反馈给控制系统；所述第一径向对刀相机(35)用于对待整形发动机端面进行拍照，并根据采集的照片信息计算待整形发动机实际圆心坐标及直径信息，反馈给控制系统；第一支撑压紧单元(32)与第一刀架龙门单元(33)均为两组，两两相对分别设置在第一机架(31)的上，两组第一支撑压紧单元能够在中间支撑压紧电机(317)的带动下沿第一机架长度方向相向或相背移动；两组第一刀架龙门单元能够在第一X轴电机的带动下沿第一机架长度方向相向或相背移动；所述步骤三具体为：3.1)根据待整形发动机尺寸，控制系统控制两组第一支撑压紧单元沿第一机架长度方向相向或相背移动，使得待整形发动机的两端放置在两组第一支撑块上；3.2)...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚佳，李飞，杨晓春，刘岗，张红升，张鹏，李靖，李瑞峰，宋炜，张立强，
申请(专利权)人：西安航天精密机电研究所，
类型：发明
国别省市：陕西,61