[实用新型]开放式现场型六自由度串并联加工机器人

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种加工机器人。

背景技术

在机械制造领域，为保证机械零件的加工精度，加工机床通常需要较高的结构刚度和传动刚度，以抵御加工过程中由于切削力和工件重量而引起的变形，从而减小尺寸测量误差和提高加工精度。传统上的加工机床普遍采用基于直角坐标系的串联结构，具有工作范围大，灵活性好等特点，但为提高精度和刚性，不得不将床身、导轨等制造得宽大厚实，由此导致了活动范围和灵活性能的下降。因此，传统的机械加工机床通常都具有比较笨重的结构，以达到机床高刚度的要求，这种笨重的结构也导致了以下几种局限性的存在：加工范围和加工精度受限，机床价格昂贵，加工费用很高。

近年来，并联机床的出现部分地解决了机床结构笨重复杂、价格高等问题。并联机床是基于空间并联机构Stewart平台原理，在近年才出现的一种新概念机床，是并联机器人机构与机床结合的产物。它克服了传统机床串联机构刀具只能沿固定导轨进给、刀具作业自由度偏低、设备加工灵活性和机动性不够等固有缺陷，可实现多坐标联动数控加工。

1993年美国德州自动化与机器人研究院研制出可完成铣、磨、钻、镗、抛光和高能束的多功能并联加工机械手，它是现代并联机床的雏形，它标志着机床的发展进入了一个崭新的阶段。1994年美国芝加哥国际机床博览会上，第一次展出了基于Stewart结构的数控机床样品，引起巨大轰动。此后，许多大学和企业加入到并联机床的应用研究开发之中，如美国Giddings & Lewis公司、Ingersold公司、Hexel公司，德国的Siemens公司、Mikromant公司等。

1995年5月EMO米兰展览会上，意大利Comau公司、日本日立精机展出了基于Stewart结构的并联机器人。

1996年SGI公司开发出UNIX平台下Stewart机床设计造型三维CAD软件包。同年，日本本田工机公司在丰田技术展览会上展出了E1本第一台Stewart机床，用于铸锻模具的高速加工。

1997年汉诺威国际机床展览会上展出了10余件Stewart机床样品，并首次进行金属工件铣削，Stewart机床又向商品化迈进了一步。在此次展览会上，在概念上将传统机床与新兴的Stewart机床从结构上划分为串联机床与并联机床，是人类对机床机构认识概念上的突破，Stewart机床专用功能部件，如球铰、虎克铰、导轨、滚珠丝杠、控制器等的专业研究开发生产迅速崛起。

瑞典Noes Robotics公司由于采用了并联加串联的方案，从低层次应用做起，逐步积累经验和财力，向高层次应用发展，以及采用了三杆中央的中心管等措施，其并联机床产品早已进入实用，至今已创好几百台的销售业绩。该公司展出的Tricept845加工中心，其体积定位精度达到±50μm，重复定位精度达±10μm，这两个指标距离传统机床虽还有较大的差距，但对并联机床已属重大的突破，具有实用价值。其进给速度已达90m/min，加速度已达2g，主轴功率为30～45Kw，20000～45000rpm，采用瑞士IBAG公司电主轴、Siemens840D数控系统和Heidenhain的测量系统。该加工中心采用模块化结构。三杆结构组件有0°、45°、90°三种布局可任选(即分别组成卧式、倾斜45°和立式加工中心)。

德国Fraunhofer机床和成型技术研究所开发的KL型机床适于模具的高速加工，其主要技术参数为：

工作台：630mm×630mm，X、Y、Z行程均为630mm，两个转动自由度范围为30°，主轴最高速度为3000rpm，功率为16Kw，腿的最大进给速度为30m/min，加速度为10m/s2。

德国Index的美国分公司将并联机床用于车床，生产出了V100型三杆并联机构的“倒立车”(即主轴和工件在上作X、Y轴运动，而刀具在下不动，可回转换刀，但不作任何直线运动的立式车床，我国习称为“倒立车”)。它具有如下优点：①外形紧凑。车床不象加工中心，工件相对刀具的移动范围较小，克服了并联机构空间有效利用率低的弱点。②车床一般只需两个自由度(X和Y轴)，现用三杆几何机构，可以获得X、Y、Z三个自由度，冗余的一个自由度可用作自由上下料用。另外，为了增加刚度，Index采用两根杆起一根杆作用的双杆机构，与我国天津第一机床总厂结构类似。V100安装5英寸卡盘，其主要技术参数为：电主轴转速为8000rpm，功率为26.48Kw，X、Y、Z行程分别为450mm、150mm、175mm，可自动上下料。