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　　五軸四軸混和機(jī)器人在雷射噴丸中的應(yīng)用領(lǐng)域

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　　先進(jìn)制造 ◇ 系列技術(shù)講座

　　1月11日13:30-17:00 2023 Ansys中國機(jī)器人行業(yè)眾所周知研討會

　　導(dǎo)讀: 為的是對每一根部的主要足部都能展開噴丸處置，就明確要求對整體扇葉展開繁雜的體育運(yùn)動。一般來說至少是對其展開五軸五協(xié)同體育運(yùn)動，最好是四軸六LX1體育運(yùn)動，這樣才能實現(xiàn)洛濟(jì)的平庸噴丸。

　　一、引言

雷射噴丸能用來增加零件的氣壓及消除應(yīng)力，主要用于航空策動機(jī)扇葉等。一般來說噴丸要對整座物體的龍闊展開，也有對整座面展開噴丸。對單個策動機(jī)根部類零件的噴丸相當(dāng)比較簡單。但對整座扇葉的每一根部都展開噴丸時就比較難，雷射的發(fā)射角固定，而要對扇葉展開轉(zhuǎn)動和位移來保證雷射能打在根部表面平庸邊線。為的是對每一根部的主要足部都能展開噴丸處置，就明確要求對整體扇葉展開繁雜的體育運(yùn)動。一般來說至少是對其展開五軸五協(xié)同體育運(yùn)動，最好是四軸六LX1體育運(yùn)動，這樣才能實現(xiàn)洛濟(jì)的平庸噴丸。為的是滿足上面的噴丸明確要求，長春巴伐利亞機(jī)器人開發(fā)了兩臺五軸五協(xié)同機(jī)器人和一系列六分量優(yōu)選機(jī)器人。他們選用了高檔，開放式四軸機(jī)械式掌控技術(shù)。幾臺五軸五協(xié)同機(jī)器人掌控系統(tǒng)已經(jīng)連續(xù)可信運(yùn)行了五年，六分量優(yōu)選機(jī)器人運(yùn)行也非常相對平穩(wěn)，可信。本文簡單介紹五軸LX1機(jī)器人和四軸LX1機(jī)器人。

　　二、五軸LX1機(jī)器人

根據(jù)使用者對機(jī)器人氣壓高，阻抗大，體育運(yùn)動精度高等明確要求及人工裝卸零件的方便快捷性和光路明確要求，他們設(shè)計了兩款五軸LX1機(jī)器人。它們的結(jié)構(gòu)原理上相同，主要由兩個龍門式兩軸座標(biāo)機(jī)器人和兩個勒維岡縣共同組成。由于阻抗重，座標(biāo)機(jī)器人的Z軸選用了如圖2所示的雙Z軸滾珠軸承紅腺并行驅(qū)動力。

　　座標(biāo)機(jī)器人的四個直線體育運(yùn)動軸除了選用防塵防水的鋼帶防護(hù)，里面的全部零件都不怕水，能保證機(jī)器人長期組織工作。圖3中的機(jī)器人是巴伐利亞機(jī)電五年前交付給使用者，運(yùn)回維護(hù)保養(yǎng)的五軸協(xié)同機(jī)器人。

　　圖1是由兩個眾所周知的3D桁架座標(biāo)機(jī)器人和下肢機(jī)器人的四個末端下肢共同組成的優(yōu)選六分量機(jī)器人。

　　圖2是要馬上發(fā)貨的五軸LX1機(jī)器人。

　　圖3是無故障組織工作了五年，回廠保養(yǎng)的五軸協(xié)同機(jī)器人。

五軸協(xié)同機(jī)器人的第四個軸是安裝在Z軸下端，以Z軸為軸心的勒維岡縣，叫A軸。A軸主要由高精度溝通交流轉(zhuǎn)換器和逆向間歇小于0.5角分的緊密減速機(jī)共同組成。A軸帶動勒維岡縣B以水平面為軸轉(zhuǎn)動。B軸也主要由高精度溝通交流轉(zhuǎn)換器和逆向間歇小于0.5角分的密切減速機(jī)共同組成。

　　三、五軸協(xié)同機(jī)器人的掌控技術(shù)及電箱

由于五軸協(xié)同機(jī)器人的Z軸選用雙Z軸滾珠軸承紅腺并行驅(qū)動力方式，共計選用了6臺轉(zhuǎn)換器電機(jī)。他們選用了長春巴伐利亞機(jī)器人公司自己開發(fā)的，基于ARM的PDP8軸LX1掌控技術(shù)。為的是雙Z軸的嚴(yán)格并行，在FPGA里面兩路轉(zhuǎn)換器電機(jī)邊線環(huán)掌控訊號由同一路掌控訊號掌控。如圖4所示，該P(yáng)DP8軸LX1掌控技術(shù)帶CAN總線,RS485USB和調(diào)制解調(diào)器USB，支持Modbus串行。能鏈接常見的觸摸屏和工控機(jī)。所有IO口帶短路保護(hù)及擴(kuò)展，還能很方便快捷搭建成主從時式分布式掌控技術(shù)。該掌控掌控系統(tǒng)是巴伐利亞機(jī)器人十多年開發(fā)積累的，已在織布機(jī)的電送點卷，包裝機(jī)和火焰切割機(jī)上批量連續(xù)可信組織工作多年的PDP掌控系統(tǒng)。該掌控系統(tǒng)有是兩個高度開放的掌控技術(shù)，能方便快捷修改，增添功能，及使用者自己二次開發(fā)。

　　四、組織工作過程

由于雷射束的方向是不能改變的，必須掌控被噴丸的工件如此精確相對平穩(wěn)體育運(yùn)動，保證雷射束在要被噴丸處置的區(qū)域，按明確要求的拋物線和次序噴丸。為此選用微創(chuàng)方式組織工作，各軸間能同時協(xié)同和獨立體育運(yùn)動。雷射掌控系統(tǒng)能放出兩個幾乎沒有任何能量的雷射點，他們稱為參考雷射點。參考雷射點的方位與噴丸的雷射束完全一樣。微創(chuàng)時，先全手動體育運(yùn)動使參考雷射點照到要被噴丸處置的拋物線上，然后確認(rèn)該點為有效點。微創(chuàng)時操能用全手動操作器在被噴丸零件邊上邊看看掌控體育運(yùn)動。但所致安全考慮，操作員也能借助于高分辨率高清晰的視頻監(jiān)控掌控系統(tǒng)來掌控參考雷射點在零件上的邊線。掌控系統(tǒng)手動記錄下這些有效點相關(guān)聯(lián)機(jī)器人各種軸的邊線，然后上位機(jī)app手動生產(chǎn)噴丸體育運(yùn)動拋物線，手動強(qiáng)化各軸在各點的體育運(yùn)動分量，使體育運(yùn)動過程相對平穩(wěn)高速。能對噴丸拋物線展開圖示，局部放大，強(qiáng)化噴丸次序，刪去等操作。

　　如果能得到被噴丸零件的3DCAD數(shù)據(jù)，給出噴丸信息后，借助于CAM軟件能手動生成體育運(yùn)動拋物線。但一般來說所致保密等原因，一般來說是得不得相關(guān)聯(lián)的3DCAD數(shù)據(jù)。

　　五、四軸LX1機(jī)器人

對于繁雜的整體扇葉等選用四軸協(xié)同機(jī)器人會更方便快捷。圖4是優(yōu)選四軸協(xié)同機(jī)器人的結(jié)構(gòu)形式之一，它由四個直線體育運(yùn)動軸，兩個勒維岡縣和一個擺動軸共同組成。其中四個直線體育運(yùn)動軸是眾所周知的桁架型座標(biāo)機(jī)器人，也能是圖2中所以的龍門式三維座標(biāo)機(jī)器人。在上下體育運(yùn)動的Z軸下端帶動兩個旋轉(zhuǎn)軸，旋轉(zhuǎn)軸帶動兩個擺動軸，擺動軸末端再帶動兩個旋轉(zhuǎn)軸。最末端的旋轉(zhuǎn)軸帶動手爪。由于兩個旋轉(zhuǎn)軸和兩個擺動軸其實就是下肢機(jī)器人的末端四個體育運(yùn)動軸，所以四軸混和機(jī)器人就是兩軸座標(biāo)機(jī)器人加上下肢機(jī)器人的四個最末端體育運(yùn)動軸組合而成。根據(jù)實際應(yīng)用領(lǐng)域需要，優(yōu)選機(jī)器人的直線體育運(yùn)動軸也能是二維的XY軸結(jié)構(gòu)或XZ軸結(jié)構(gòu)，也能是龍門式結(jié)構(gòu)。其各直線體育運(yùn)動軸的行程及承載能力能按明確要求去做。而兩個勒維岡縣和兩個擺動軸共同組成也能按需要僅選擇兩個勒維岡縣，如從生產(chǎn)線把箱體碼垛到托盤上，也能是兩個勒維岡縣和兩個擺動軸及其他組合。

　　圖4：優(yōu)選四軸協(xié)同機(jī)器人示意圖

　　六、四軸協(xié)同機(jī)器人的掌控技術(shù)

　　四軸協(xié)同數(shù)控掌控系統(tǒng)是兩個高度開放，功能強(qiáng)大的數(shù)控掌控系統(tǒng)。其掌控軸數(shù)最多能達(dá)64軸，它能是單通道數(shù)控掌控系統(tǒng)，也能設(shè)置為機(jī)械式數(shù)控掌控系統(tǒng)。能以脈沖方式，總線通信方式和模擬量方式掌控體育運(yùn)動軸和主軸，強(qiáng)大開放的PLC功能能按使用者明確要求來配置。其軟件功能非常豐富，包含有幾乎任何常見的G代碼和M功能。操作界面人性化及按使用者明確要求來定制。掌控系統(tǒng)插補(bǔ)周期短，可視化PID調(diào)節(jié)功能高效簡單。而且還能擴(kuò)展增加電子凸輪來實現(xiàn)活塞車等功能特種車銑功能。

　　主要功能：

　　1）測量功能

五軸機(jī)床含兩個擺動/旋轉(zhuǎn)軸，兩個軸的轉(zhuǎn)動中心點坐標(biāo)及與四個直線軸間的夾角統(tǒng)必須精確獲取。通過測量手動計算出這些數(shù)據(jù)。

　　2）中心點掌控功能（RCTP）

　　五軸加工中心所用的程序由CAD/CAM軟件產(chǎn)生，大多數(shù)掌控系統(tǒng)的程序是基于中心點編寫的程序。但當(dāng)換刀時中心點邊線變了，就要重新生成程序，非常不方便快捷。而基于刀尖中心點編程，即物體表面3D邊線（X,Y,Z）和該點的刀尖方向（A,B）的編程就僅與被加工的物體幾何尺寸有關(guān)，而與長度和機(jī)床結(jié)構(gòu)沒有關(guān)系。RCTP功能就是把基于物體表面3D邊線（X,Y,Z）和該點的刀尖方向（A,B）的程序手動分解成各軸的體育運(yùn)動。

3）該掌控系統(tǒng)能適合組織工作臺上帶有兩個旋轉(zhuǎn)軸，或加工上(主軸)帶兩個擺動軸，或組織工作臺上帶有兩個旋轉(zhuǎn)軸，而加工上(主軸)帶兩個擺動軸結(jié)構(gòu)形式的五軸機(jī)床。4）3D補(bǔ)償功能保證在加工過程中換刀時軟件手動計算補(bǔ)償半經(jīng)變化帶來的拋物線邊線變化。該功能避免了換不同半徑的時要重新生成加工程序。5）傾斜軸功能保證了機(jī)床的X,Y和Z軸間能是任意角度，而該功能手動換算出編程時相互垂直的X,Y和Z軸。還能克服X...組織工作臺上帶有兩個旋轉(zhuǎn)軸，或加工上(主軸)帶兩個擺動軸，或組織工作臺上帶有兩個旋轉(zhuǎn)軸，而加工上(主軸)帶兩個擺動軸結(jié)構(gòu)形式的五軸機(jī)床。

　　4）3D補(bǔ)償功能保證在加工過程中換刀時軟件手動計算補(bǔ)償半經(jīng)變化帶來的拋物線邊線變化。該功能避免了換不同半徑的時要重新生成加工程序。

5）傾斜軸功能保證了機(jī)床的X,Y和Z軸間能是任意角度，而該功能手動換算出編程時相互垂直的X,Y和Z軸。還能克服X,Y和Z空裝配誤差，起到軟件補(bǔ)償功能。

　　6）該掌控系統(tǒng)包含有機(jī)械式多軸掌控技術(shù)，能掌控特殊復(fù)合機(jī)床，實現(xiàn)一次裝夾多工序全手動加工。她能使特種復(fù)合加工中心及生產(chǎn)線實現(xiàn)高效高精密加工。

　　七、結(jié)論

　　這類四軸協(xié)同優(yōu)選機(jī)器人本質(zhì)上是來自一些應(yīng)用領(lǐng)域需要，綜合了座標(biāo)機(jī)器人的下肢機(jī)器人的優(yōu)點，具有下面的主要優(yōu)點：

　　1、極大擴(kuò)展了組織工作空間，X軸的組織工作行程能達(dá)到100米長，Y軸能達(dá)到10米。

　　2、承載能力更強(qiáng)，特殊結(jié)構(gòu)可達(dá)2400Kg。

3、組織工作精度更高，座標(biāo)機(jī)器人部分能選用精密滾珠軸承絲杠傳動，重復(fù)定位精度可達(dá)0.01mm，甚至更高。

　　4、結(jié)構(gòu)形式多樣性，直接坐標(biāo)機(jī)器人能按需要選擇龍門式、桁架式、壁掛式等。同時能增減旋轉(zhuǎn)軸和翻轉(zhuǎn)軸，構(gòu)成五到八分量機(jī)器人。

　　5、能替代下肢機(jī)器人，完成打磨倒角，焊接，上下料額碼垛搬運(yùn)等任務(wù)。

　　6、成本低，掌控簡單，易于維護(hù)。

　　上面是其主要的優(yōu)點，在打磨倒角，機(jī)床上下料，大型零件焊接，碼垛搬運(yùn)等組織工作中有下肢機(jī)器人無法比擬的優(yōu)點。能在幾乎所有的應(yīng)用領(lǐng)域中取代下肢機(jī)器人。

　　( 文章來源：互聯(lián)網(wǎng) )

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