一种自动钻铣系统及方法、钻铣生产线技术方案

本发明专利技术公开了一种自动钻铣系统及方法、钻铣生产线，涉及机电加工技术领域，可应用于诸如铣削加工中心和/或机器人自动钻铣系统对诸如铝制待加工工件的加工过程中，即通过利用诸如3D扫描等侦测技术实现对机器人轨迹的在线侦测和补偿，进而实现对待加工工件的精准加工。

Automatic drilling and milling system and method, drilling and milling production line

The invention discloses a system and method for automatic drilling and milling, drilling and milling production line, relates to the field of mechanical processing technology, can be used in applications such as milling machining center and / or robot automatic drilling and milling system such as aluminum workpiece machining process, which is realized by on-line detection and compensation of robot trajectory using detection technology such as 3D scanning, thus achieving accurate machining of workpiece to be machined.

【技术实现步骤摘要】
一种自动钻铣系统及方法、钻铣生产线
本专利技术涉及机电加工
，尤其涉及一种自动钻铣系统及方法、钻铣生产线。
技术介绍
随着社会自动化、信息化的快速发展，制造业对机械制造和装配技术的要求越来越趋向于高质量、高效率、低成本，而柔性化和信息化则为满足上述要求的重要标志之一，尤其是在诸如飞机、汽车等行业中，由于其所采用的诸如铝制结构件孔的加工已经从传统的手工钻铣发展到专用自动钻铣系统和铣削加工中心，甚至已经实现了机器人自动钻铣系统来完成诸如铝制结构件的钻铣削加工。铣削加工中心是当前较为通用的加工方式，其虽然能够实现高精度的加工，但其也存在诸多缺陷，如：1)受铣削加工中心本身加工范围限制，其只能加工中小型零件，无法实现对大型诸如铝制结构件的加工操作；2)对于复杂曲面零部件，必须采用五轴加工中心，且加工效率极低；3)成本投入大，为了兼容更大尺寸的零部件加工，往往需要大型加工中心，甚至大型龙门式加工中心；4)占地面积大，不利于配合其他自动化设备实现自动化生产线；5)柔性和灵活性均较差，且需要特定定制的工装夹具来实现不通过工件的加工。鉴于机器人具有诸如高灵活性、可达性、可以配合各种终端实现不同工艺的钻削和铣削等优点，且结合快换系统，还能方便实现柔性加工，进而使得机器人自动钻削系统成为未来颇具潜力的加工方式。但是，由于机器人自身刚度的不足，其在加工操作过程中会造成振动和变形等缺陷，进而使得加工精度无法得到有效保证，尤其是批量生产时，其加工精度则会更差，致使产品的废品率较高，从而增加了生产成本。例如，当前的机器人自动钻削系统的主体一般包括：机器人及控制系统、控制处理单元、专用钻削执行终端及外围设备等部分，而专用钻削执行终端被固定于机器人的第六轴，并以头部工装夹具方式进行安装，即整个钻削过程由专用钻削执行终端来完成，而由于机器人自身刚性的不足，会使得机器人自动钻削系统存在以下不足之处：1)机器人只能起到搬运作用，即由于机器人只完成对待加工孔的定位操作，使得本系统中仅能体现机器人的搬运功能，而无法彰显及充分利用机器人的诸如灵活性等优势；2)专用钻削执行端削弱整个自动铣削系统的刚度，即钻削工艺由专用钻削执行终端完成，迫使钻削执行终端必须集成伺服系统(提供钻削的轴向进给)和以及预压紧装置(提供压紧力，主要用以削弱加工中的振动，提高加工精度)等部件，进而大幅度增加了机器人头部工装部分的尺寸和质量，其会进一步的削弱整个自动钻削系统的刚度；3)无法完成诸如腰孔铣削等操作，使得功能受限；由于专用钻削执行终端仅配置钻削轴向进给伺服，进而使得需要另两个方向进给运动的腰孔加工成为不可能，进而限制了新功能的开发和应用；4)预压紧装置无法适应工件壁厚变化，造成新的加工误差；这主要是由于遵照一般加工过程的顺序，在钻削开始之前，机器人需以预定姿态运动到预定位置，而集成于专用钻削执行终端的预压紧装置自动与加工工件接触并施加压紧力(事先预设)后，才能开始钻削；而由于压紧力势所造成工件的变形，其会降低加工精度，且由于压紧力为预设压紧力，进而使得其无法适应工件各钻孔位置壁厚差异，最终会造成局部孔，进而会进一步的降低加工精度；5)离线补偿；即由于当前机器人自动钻削系统均采用外部的测量设备进行机器人钻孔的误差补偿，来确保加工精度达到要求，但这种补偿方式是一次性补偿，其存在极大的不确定性，例如：由于测量只针对特定样件，其无法消除工件间的尺寸差别，也无法消除不同工件定位到工装上的定位误差；而由于长期生产造成的系统误差无法消除，只有等到出现不合格件，才能去修正误差，进而还会造成误时误工等生产成本的增加；6)无法消除机器人刚度不足所产生的误差；这是由于机器人刚度不足所造成的误差补偿量不是固定值或者成线性变化的，离线补偿方式反而会造成部分孔的过度补偿，造成加工误差，所以当前系统无法对机器人刚度不足所产生的误差完全消除；7)经济性和柔性较差；这是由于专用钻削执行终端是属于专用定制设备，其本身的定制费用，以及其大质量造成的机器人的负载加大等所产生的费用都使其经济性变差，而且对于占和大比例且精度要求相对低的孔而言，专用钻削执行终端显得多余；另外，自动钻削系统受专用钻削执行终端的限制，对同一工件的不同孔组需采用不同的工序，甚至需要更换执行终端才能完成，降低加工效率和柔性；同时，自动钻削系统对诸如腰孔等无法兼容加工，而且造成机器人运动范围受限，降低其柔性。
技术实现思路
针对上述存在的问题，本专利技术提供一种自动钻铣系统及方法、钻铣生产线，可应用于诸如铣削加工中心和/或机器人自动钻铣系统对诸如铝制待加工工件的加工过程中，即通过利用诸如3D扫描等侦测技术实现对机器人轨迹的在线侦测和补偿，进而实现对待加工工件的精准加工。为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：一种自动钻铣系统，可应用于对固定在加工台上的待加工工件进行钻/铣削操作，所述系统包括：机器人，设置于临近所述加工台的位置处；钻铣模块，与所述机器人连接；扫描检测模块，设置于临近所述加工台的位置处；在线补偿处理模块，分别与所述机器人和所述扫描检测模块通信连接；其中，所述机器人作为对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作的定位主体和/或进给主体，以驱使所述钻铣模块对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作；并且所述扫描检测模块获取并发送所述钻铣模块对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作时的加工位置信息至所述在线补偿处理模块，所述在线补偿处理模块接收并根据所述加工位置信息实时调整所述机器人的定位和/或进给参数，以修正所述钻铣模块对所述待加工工件进行的所述钻/铣削操作。作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣系统中：所述钻铣模块还分别与所述扫描监测模块和所述在线补偿处理模块连接；其中，所述扫描检测模块获取并发送所述钻铣模块对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作时实际切削参数信息至所述在线补偿处理模块，所述在线补偿处理模块接收并根据所述实际切削参数信息实时调整所述钻铣模块的切削参数，以修正所述钻铣模块对所述待加工工件进行的所述钻/铣削操作。作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣系统中所述扫描检测模块包括：扫描设备，设置于所述加工台的上方，并与所述在线补偿处理模块连接，以获取并发送固定在所述加工台上的待加工工件进行所述钻/铣削操作时的所述加工位置信息至所述在线补偿处理模块；以及传感设备，设置于所述钻铣模块上，并与所述在线补偿处理模块连接，以获取并发送所述钻铣模块进行所述钻/铣削操作时的所述实际切削参数信息至所述在线补偿处理模块；其中，所述在线补偿处理模块对接收的所述加工位置信息和所述实际切削参数信息进行分析处理后，输出补偿信息至所述机器人和所述钻铣模块，以对所述待加工工件进行的所述钻/铣削操作进行修正。作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣系统中所述扫描设备包括：白光扫描仪或3D相机，以获取并发送固定在所述加工台上的待加工工件进行所述钻/铣削操作时的加工图像数据至所述在线补偿处理模块；其中，所述加工图像数据包含有进行所述钻/铣削操作的位置处的位置信息，所述在线补偿处理模块根据所述加工图像数据获取所述加工位置信息。作为一个优选的实施例，上述的自动钻铣系统中所述传感设备包括：力学传感器和旋转编码器，以获取并发送所述钻铣模块进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自动钻铣系统，其特征在于，应用于对固定在加工台上的待加工工件进行钻/铣削操作，所述系统包括：机器人，设置于临近所述加工台的位置处；钻铣模块，与所述机器人连接；扫描检测模块，设置于临近所述加工台的位置处；在线补偿处理模块，分别与所述机器人和所述扫描检测模块通信连接；其中，所述机器人作为对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作的定位主体和/或进给主体，以驱使所述钻铣模块对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作；并且所述扫描检测模块获取并发送所述钻铣模块对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作时的加工位置信息至所述在线补偿处理模块，所述在线补偿处理模块接收并根据所述加工位置信息实时调整所述机器人的定位和/或进给参数，以修正所述钻铣模块对所述待加工工件进行的所述钻/铣削操作。

【技术特征摘要】
1.一种自动钻铣系统，其特征在于，应用于对固定在加工台上的待加工工件进行钻/铣削操作，所述系统包括：机器人，设置于临近所述加工台的位置处；钻铣模块，与所述机器人连接；扫描检测模块，设置于临近所述加工台的位置处；在线补偿处理模块，分别与所述机器人和所述扫描检测模块通信连接；其中，所述机器人作为对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作的定位主体和/或进给主体，以驱使所述钻铣模块对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作；并且所述扫描检测模块获取并发送所述钻铣模块对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作时的加工位置信息至所述在线补偿处理模块，所述在线补偿处理模块接收并根据所述加工位置信息实时调整所述机器人的定位和/或进给参数，以修正所述钻铣模块对所述待加工工件进行的所述钻/铣削操作。2.如权利要求1所述的自动钻铣系统，其特征在于，所述系统中：所述钻铣模块还分别与所述扫描监测模块和所述在线补偿处理模块连接；其中，所述扫描检测模块获取并发送所述钻铣模块对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作时实际切削参数信息至所述在线补偿处理模块，所述在线补偿处理模块接收并根据所述实际切削参数信息实时调整所述钻铣模块的切削参数，以修正所述钻铣模块对所述待加工工件进行的所述钻/铣削操作。3.如权利要求2所述的自动钻铣系统，其特征在于，所述系统中所述扫描检测模块包括：扫描设备，设置于所述加工台的上方，并与所述在线补偿处理模块连接，以获取并发送固定在所述加工台上的待加工工件进行所述钻/铣削操作时的所述加工位置信息至所述在线补偿处理模块；以及传感设备，设置于所述钻铣模块上，并与所述在线补偿处理模块连接，以获取并发送所述钻铣模块进行所述钻/铣削操作时的所述实际切削参数信息至所述在线补偿处理模块；其中，所述在线补偿处理模块对接收的所述加工位置信息和所述实际切削参数信息进行分析处理后，输出补偿信息至所述机器人和所述钻铣模块，以对所述待加工工件进行的所述钻/铣削操作进行修正。4.如权利要求3所述的自动钻铣系统，其特征在于，所述扫描设备包括：白光扫描仪或3D相机，以获取并发送固定在所述加工台上的待加工工件进行所述钻/铣削操作时的加工图像数据至所述在线补偿处理模块；其中，所述加工图像数据包含有进行所述钻/铣削操作的位置处的位置信息，所述在线补偿处理模块根据所述加工图像数据获取所述加工位置信息。5.如权利要求3所述的自动钻铣系统，其特征在于，所述传感设备包括：力学传感器和旋转编码器，以获取并发送所述钻铣模块进行所述钻/铣削操作时的所述实际切削参数信息至所述在线补偿处理模块。6.如权利要求1～5中任意一项所述的自动钻铣系统，其特征在于，所述实际切削参数信息包括所述钻铣模块进行所述钻/铣削操作时的切削力、切削速度和进给量。7.如权利要求3所述的自动钻铣系统，其特征在于，所述系统中所述钻铣模块包括：伺服电主轴，分别与所述机器人和所述传感设备机械连接；刀柄/刀具，与所述伺服电主轴机械连接；以及所述伺服电主轴与所述在线补偿处理模块通信连接，所述传感设备与所述刀柄/刀具连接；其中，所述伺服电主轴驱动所述刀柄/刀具对所述待加工工件进行所述钻/铣削操作，所述在线补偿处理模块通过所述伺服电主轴实时调整所述刀柄/刀具进行的所述钻/铣削操作。8.如权利要求7所述的自动钻铣系统，其特征在于，所述系统中所述在线补偿处理模块包括：工控机，分别与传感设备、所述扫描设备和所述机器人通信连接；PMC/PLC设备，分别与所述工控机、所述伺服电主轴和所述机器人通信连接；其中，所述补偿信息包括刀具位置补偿量、刀具姿态补偿量、钻削速度和切削力；所述工控机对从所述扫描设备获取的所述位置加工信息和从所述传感设备获取的所述实际切削参数信息进行分析处理后，输出所述刀具位置补偿量和所述刀具姿态补偿量至所述机器人，并通过所述PMC/PLC设备输出所述钻削速度和所述切削力至所述伺服电主轴，以对所述待加工工件进行的所述钻/铣削操作进行修正。9.如权利要求8所述的自动钻铣系统，其特征在于，所述系统还包括：机器人控制器，分别与所述机器人、所述工控机和所述PMC/PLC设备连接；其中，所述补偿信息还包括补偿加工位置信息，所述PMC/PLC设备根据从所述工控机接收的所述补偿加工位置信息并通过所述机器人控制器来控制所述机器人对所述钻/铣削操作的位置进行修正。10.如权利要求1所述的自动钻铣系统，其特征在于，所述系统中：所述待加工工件为铝制结构件。11.一种钻铣生产线，其特征在于，所述生成线包括：上料子生成线、至少一个钻铣子生成线和去毛刺加工子生成线，且所述钻铣子生成线包括如权利要求1～10中任意一项所述的自动钻铣...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴钰屾，黄万永，陆晨，齐党进，钱晖，童梁，
申请(专利权)人：上海发那科机器人有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31