本发明专利技术公开了一种应用于飞机辅助装配的工业机器人切削加工系统及方法。包括：六轴关节型工业机器人，机器人控制器，操作面板、高速电主轴，工具装夹工装，工具快换器，靶标安装法兰和激光跟踪仪。采用高速切削技术，通过先钻孔，再铣扩孔，最后铰孔的工艺方法和制孔过程，提高制孔孔径精度，同时采用精加工铰孔也可控制切削力；通过先粗铣、再精铣，且精铣时切深不超过０．１５ｍｍ，可保证加工平面的平面度。利用这种工业机器人切削加工系统可实现铝合金等软金属钻孔、扩孔、铰孔、锪窝、铣面、切割等多种切削加工。本发明专利技术集成普通工业机器人、高速电主轴及快换工具等，可解决飞机装配领域雷达罩安装孔面的精加工、蒙皮切割等作业任务中的切削加工问题。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于工业机器人应用领域，涉及一种应用于飞机辅助装配的工业机 器人切削加工系统及方法。
技术介绍
飞机装配过程复杂，劳动量大。目前，世界上航空业发达国家的飞机装配 技术已从简单机械化、自动化装配转向数字化、柔性化装配，柔性装配是飞机 装配技术的重要发展方向。工业机器人由于其高度的柔性、较小的安装空间需 求和可编程控制等特点已逐渐扩大其在飞机柔性装配系统中的应用，比如对铝 合金零部件进行对接处局部轻切削修配加工、自动化钻铆等。与数控加工中心、FMC等其它加工设备相比，工业机器人应用于切削加工 领域具有成本低、自动化程度高、柔性好、安装空间小等优点，能方便地实现 切削加工工具头在空间的各种位姿(位置和姿态)，可以满足自由曲面法向钻孔 等复杂加工的要求，而且利用工业机器人还可以在同一系统中完成多项不同的 作业任务，比如飞机辅助装配(取件、定位)、钻铆加工、系统件搬运和定位等。与数控机床相比，尽管工业机器人存在刚性不足、关节之间有一定间隙等 缺点，但是对于加工精度要求不是很高的应用场合，仍可通过采取适当措施提 高加工精度和质量，比如，文献"Flexible Force Control for Accurate Low-Cost Robot Drilling" (Tomas Olsson， etal.， IEEE International Conference on Robotics and Automation, Roma, 2007: p.4770-4775)提出通过切削力反馈控制的方法将 ABB IRB2400型机器人应用于O4铝合金的制孔加工中，加工孔的形状和位置 精度达至U O.lmm。文献"High-speed cutting for extruded aluminum alloys using robot" (Shimizu Kazunori， Shinichi Matsuoka, Yamazaki Nobuyuki， Oki Yoshinari， Journal of Japan Institute of Light Metals， 1998,48(12): p.603-607)提出通过使用小 直径端铣刀和高速电主轴的方法，将铝合金铣削加工中切削力降低到机床加工 时的50-70%，而且激振频率远大于机器人机械臂自振频率，减小了切削加工中 机器人的振动。文献"End Milling for Articulated Robot Application: 3rd Report, Improvement of Machining Accuracy by Robot Calibration" (Shimse Keiichi, Tanabe Naohisa， Hirao Masatoshi, Yasui Takeshi, Transactions of the Japan Society of Mechanical Engineers, 1995,61(581): p.259-265)报道了通过机器人校准的方法， 提高了关节型机器人应用于端铣的加工精度(O.lmm)。文献"Developmentand control towards a parallel water hydraulic weld/cut robot for machining processes in ITER vacuum vessel" (Huapeng Wu， PekkaPessi， etal.， Fusion Engineering and Design,2005: p.625-631)，提出了并联机器人的方案，利用并联机构刚度大、响 应速度快和环境适应性强等特点设计了并联机器人，将其应用于焊接及水切割 加工中。目前，工业机器人的制孔、铣面、钻铆、切割等加工方法已经在汽车、 航空制造等领域得到了应用。然而，现有的工业机器人切削加工方法及装备，功能比较单一，加工精度 一般都在0.1mm左右，并不能满足现代飞机装配中对接处局部轻切削加工的加 工精度要求(比如孔径达到0.04mm的精度要求)。应用于飞机装配中雷达罩安装孔、面加工的机器人切削加工系统，还未见 技术层面的报导。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的不足，提供一种应用于飞机辅助装配的工 业机器人切削加工系统及方法。应用于飞机辅助装配的工业机器人切削加工系统包括工业机器人切削加工 装置、激光跟踪仪，工业机器人切削加工装置包括操作面板、机器人控制器、 六轴关节型串联工业机器人、靶标安装法兰、工具快换器、工具装夹工装、高 速电主轴，六轴关节型串联工业机器人末端依次设有靶标安装法兰、工具快换 器、工具装夹工装、高速电主轴。所述六轴关节型串联工业机器人由机器人控制器进行驱动和控制，操作面 板和机器人控制器之间进行通讯，进行机器人切削加工流程控制和状态监控。 对机器人工具抓取、切削加工定位的初始路径、路径规划及机器人运动指令的 生成,在操作面板上设有专门的离线编程系统，将从CAD/CAM系统输出的APT 源文件转换成机器人的运动指令。所述靶标安装法兰周向上均匀地分布着6个靶标安装孔，针对机器人不同 末端位姿的测量，选定不同的安装孔安装至少3个激光跟踪仪靶标。工具快换 器由机器人端和工具端两部分组成，由气动控制两部分的连接与分离完成工具 头的自动抓取。工具装夹工装和安装于机器人末端法兰的工具快换器通过十字 键相连接，工具装夹工装设有上下两个夹紧面，将高速电主轴夹紧于工具装夹 工装中心空腔，并通过止口进行定位。所述激光跟踪仪，对机器人末端的位姿进行检测，并根据检测结果对机器 人切削加工工作位姿进行校正。应用于飞机辅助装配的工业机器人切削加工方法是对铝合金航空材料进行钻孔、扩孔、锪窝、铣面、切割多种切削加工，采用4000rpm 12000rpm高速 切削技术，抑制加工切削力对机器人的影响，通过先钻孔，再铣扩孔，最后铰 孔的工艺方法和制孔过程，提高制孔孔径精度和表面光洁度，加工平面时，通 过先粗铣、再精铣工艺，精铣切深不超过0.15mm，可以保证加工平面的平面度 达到0.05mm/200mmX200mm平面。本专利技术可以实现对铝合金等软金属进行制孔(钻孔、扩孔、铰孔)、锪窝、 铣面、切割等多种切削加工功能。整个系统可应用于飞机自动化、柔性装配生 产线中，完成飞机装配中对接面的局部精加工如雷达罩安装孔面的精加工、蒙 皮切割等作业任务。本专利技术使用普通的工业机器人及高速电主轴，即可实现切削加工功能及达 到加工精度要求，且可以实现多种切削加工功能。 附图说明图1为本专利技术实施例工业机器人切削加工系统的构成图2为本专利技术实施例的一个组成部分靶标安装法兰；图3为本专利技术实施例的一个组成部分工具快换器的结构图4 (a)为本专利技术实施例的组成部分工具装夹工装主视图4 (b)为本专利技术实施例的组成部分工具装夹工装左视图5为切削加工离线编程系统；图6为本专利技术实施例所加工出的弧形锯齿蒙皮；图中操作面板l、机器人控制器2、六轴关节型串联工业机器人3、靶标 安装法兰4、工具快换器5、工具装夹工装6、高速电主轴7、激光跟踪仪8、工 具快换器机器人端9、工具快换器工具端IO。 具体实施例方式下面结合附图对本专利技术本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种应用于飞机辅助装配的工业机器人切削加工系统，其特征在于包括工业机器人切削加工装置、激光跟踪仪（８），工业机器人切削加工装置包括操作面板（１）、机器人控制器（２）、六轴关节型串联工业机器人（３）、靶标安装法兰（４）、工具快换器（５）、工具装夹工装（６）、高速电主轴（７），六轴关节型串联工业机器人（３）末端依次设有靶标安装法兰（４）、工具快换器（５）、工具装夹工装（６）、高速电主轴（７）。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：柯映林，杨卫东，姚宝国，董辉跃，秦龙刚，贾叔仕，刘刚，
申请(专利权)人：浙江大学，成都飞机工业集团有限责任公司，
类型：发明
国别省市：86[中国|杭州]
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