一种基于机器人的全自动玻璃钢管道相贯线铣削装置
阅读说明：本技术 一种基于机器人的全自动玻璃钢管道相贯线铣削装置 (Full-automatic FRP pipe says intersecting line milling unit based on robot ) 是由 高伟 徐海洋 倪庆婷 王星淳 张�杰 汤嘉立 岳永海 刘文叶 刘伟 于 2021-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于机器人的全自动玻璃钢管道相贯线铣削装置,包括多轴运动机构和用于铣削切割的铣削机头,以及横轴运动机构、管件运动机构和管件旋转机构,多轴运动机构固定安装于横轴运动机构的表面,管件旋转机构的底面与管件运动机构的输出端固定连接。本发明中,通过设置多轴连臂式铣削机头结构与管件运动结构进行联动式编程控制,分别利用多轴运动机构和管件运动机构调整铣削机头的铣削倾角进行相贯线铣削面的弧线运动铣削以及利用管件运动机构和管件旋转机构进行管件的运动校偏转调整铣削接触面,达到管件和机头的统一,有效提升铣削精度以及进行不同角度相贯面的铣削,提高该铣削机器人的实用性。(The invention discloses a robot-based full-automatic glass steel pipeline intersecting line milling device which comprises a multi-axis movement mechanism, a milling machine head for milling and cutting, a cross axis movement mechanism, a pipe fitting movement mechanism and a pipe fitting rotating mechanism, wherein the multi-axis movement mechanism is fixedly arranged on the surface of the cross axis movement mechanism, and the bottom surface of the pipe fitting rotating mechanism is fixedly connected with the output end of the pipe fitting movement mechanism. According to the milling robot, the multi-axis linkage type milling machine head structure and the pipe fitting movement structure are arranged for linkage type programming control, the multi-axis movement mechanism and the pipe fitting movement mechanism are respectively used for adjusting the milling inclination angle of the milling machine head to perform arc motion milling of an intersecting line milling surface, the pipe fitting movement mechanism and the pipe fitting rotation mechanism are used for performing motion correction deflection adjustment of the pipe fitting to mill a contact surface, the unification of the pipe fitting and the machine head is achieved, the milling precision is effectively improved, milling of intersecting surfaces with different angles is effectively performed, and the practicability of the milling robot is improved.)
技术领域
本发明涉及机床加工技术领域，具体为一种基于机器人的全自动玻璃钢管道相贯线铣削装置。
背景技术
玻璃钢管道制品县有质量轻、耐腐蚀、可设计性好等优点，使其广泛应用于石油、化工、船舶、市政给排水等领域。管道插接形成的相贯结构在庞大复杂的管道系统中普遍存在，因此需要对缠绕成型后的玻璃钢管道进行插接相贯线的切割加工，而玻璃钢管道相贯线且前普遍采用传统的手工方式进行切割加工，手工方式存在切割质量差、精度误差大及加工效率低等缺陷，而且现场工作环境恶劣，劳动强度高，切割产生的粉尘对工人的身体造成极大伤害。
现有玻璃钢管道相贯线铣削仍使用传统CNC铣削机器人操作，无专用相贯线铣削设备，为实现复杂面、复杂相贯曲线的铣削多采用四轴、五轴甚至更为复杂的CNC自动机器人进行铣削加工，而四轴、五轴铣削机床控制操作复杂，导致编程算法复杂化容错率低，且设备结构复杂成本高额，在30度倾角以下相贯面加工中常由于管件表面铣削角度刁钻而无法一次成型，需要人工进行管件的位置重调并重新校准，从而严重影响产品加工质量和加工效率，存在一定缺陷。
有鉴于此，针对现有的问题予以研究改良，提供一种基于机器人的全自动玻璃钢管道相贯线铣削装置，来解决目前存在的无法使用小角度等复杂相贯面的铣削以及工作效率低无法一次成型的问题，旨在通过该技术，达到解决问题与提高实用价值性的目的。
发明内容
本发明旨在解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。
为此，本发明所采用的技术方案为：一种基于机器人的全自动玻璃钢管道相贯线铣削装置，包括多轴运动机构以及用于铣削切割的铣削机头，还包括：横轴运动机构、管件运动机构和管件旋转机构，所述多轴运动机构固定安装于横轴运动机构的表面，所述管件旋转机构的底面与管件运动机构的输出端固定连接，所述横轴运动机构、管件运动机构、管件旋转机构和多轴运动机构的输入端电性连接有PLC控制器；所述横轴运动机构包括平移滑轨、平移驱动电机和运动基座，所述运动基座滑动安装于平移滑轨的表面且运动基座的底面固定连接有位于平移滑轨表面的驱动齿条，所述平移滑轨底面的两端固定安装有支撑机脚，所述支撑机脚的一侧固定安装有平移驱动电机，所述平移驱动电机的输出端与驱动齿条的底面传动啮合；所述管件运动机构包括固定架以及固定于固定架上方的第一管件平移组件和第二管件平移组件，所述第二管件平移组件的顶面设有连接座，所述第一管件平移组件和第二管件平移组件的结构相同且布置方向相互垂直，所述第一管件平移组件和第二管件平移组件之间通过连接座进行连接，所述管件旋转机构固定于第一管件平移组件的顶面；所述管件旋转机构包括支撑托板、弹性夹块和偏转舵机，所述弹性夹块滑动安装于支撑托板的两端，所述偏转舵机固定于支撑托板的一端且偏转舵机的输出端固定套接有驱动滚轮。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述多轴运动机构包括第一轴座、第二连臂和第三连臂，所述第一轴座、第二连臂和第三连臂结构相同且均包括有连臂舵机和运动臂，所述第一轴座和第二连臂的一端固定连接，所述第二连臂的输出端于第三连臂的一端固定连接，所述第三连臂的输出端设有机头座，所述铣削机头固定于机头座的表面且位于管件旋转机构的正上方。
通过采用上述技术方案，多轴运动机构为现有技术中三轴式CNC机器臂结构，通过PLC控制器的编程进行多向轴运动，引导铣削机头与工件表面进行贴合接触铣削工件，三轴式机器臂结构简单易于操控。
进一步的，所述第一轴座的输出端固定连接有定轴座，所述定轴座的底面设有360°偏转电机，且所述偏转电机与运动基座的顶面固定连接，分别利用定轴座和进行该机械操作臂的固定以及铣削机头的安装，利用多轴运动机构进行铣削机头的运动引导。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述运动基座的底面设有均匀设有若干滑轮，所述滑轮的相对内侧与平移滑轨的两侧滑动抵接，所述运动基座与平移滑轨的表面呈水平布置，所述驱动齿条为金属齿条结构且平移驱动电机的输出端固定套接有与驱动齿条底面相互啮合的驱动齿。
通过采用上述技术方案，利用运动基座底面滑轮提高运动基座的稳定性保持运动基座、多轴运动机构平移运动中的连贯性，避免出现运动进量的计算差值，通过平移驱动电机进行运动基座和多轴运动机构的平移运动可在管件不同部位进行连续铣削，进行多孔铣削操作。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述第一管件平移组件和第二管件平移组件均包括有丝杆定导架、导向杆和运动丝杆以及固定于运动丝杆两端的运动端架，所述运动端架的一侧固定安装有丝杆电机，所述丝杆电机的输出端固定连接有贯穿运动端架表面的运动丝杆，所述丝杆定导架的表面开设有与运动丝杆相适配的螺纹套孔，所述丝杆定导架的底面与连接座的表面固定连接。
通过采用上述技术方案，分别利用第一管件平移组件和第二管件平移组件驱动管件旋转机构和管件进行二维平面内的纵横向运动，更好的配合多轴运动机构和铣削机头进行铣削进量控制，简化多轴运动机构的运动算法，提高容错率。
进一步的，所述第二管件平移组件的丝杆定导架固定于固定架的表面，所述第一管件平移组件的丝杆定导架顶面与支撑托板的底面固定连接。
通过采用上述技术方案，通过连接座进行两组不同方向丝杆结构的连接，从而进行管件的自由二维平面运动。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述支撑托板顶面的两端开设有夹持槽轨，所述弹性夹块的数量为四个且两两一组呈对称分布于两端的夹持槽轨内部，每组弹性夹块的相对内侧设有拉伸弹簧，所述拉伸弹簧呈拉伸状态。
通过采用上述技术方案，利用拉伸弹簧拉动两端的弹性夹块相互靠近对管件进行夹持固定，定位管件放置点位。
本发明在一较佳示例中可以进一步配置为：所述弹性夹块的内侧设有弧形卡槽，且弧形卡槽的表面嵌入安装有滚珠，所述驱动滚轮为橡胶材质构件，所述驱动滚轮的外周与弹性夹块弧形卡槽的底面位于同一水平高度。
通过采用上述技术方案，在弹性夹块的夹持下通过滚珠与管件表面的活动抵接以及驱动滚轮的运动传动，使得管件可在控制下进行角度旋转，进行不同角度面的铣削，弥补多轴运动机构运动的局限性，进行任意管件不同点位角度的相贯面铣削，提高设备实用性。
本发明所取得的有益效果为：
1.本发明中，通过设置多轴连臂式铣削机头结构与管件运动结构进行联动式编程控制，分别利用多轴运动机构和管件运动机构调整铣削机头的铣削倾角进行相贯线铣削面的弧线运动铣削以及利用管件运动机构和管件旋转机构进行管件的运动校偏转调整铣削接触面，达到管件和机头的统一，有效提升铣削精度以及进行不同角度相贯面的铣削，提高该铣削机器人的实用性。
2.本发明中，利用管件运动机构和管件旋转机构进行管件的主动式运动，裸露以及调整管件相贯连接面，以弥补多轴臂铣削机器人的运动局限性，从而便于对同一管件的不同表面进行铣削，一次成型无需人工调整，实现整个铣削操控的自动化，无需重复校准，提高工作效率。
3.本发明中，采用可调式管件支撑结构，利用弹性夹块对管件表面进行相对运动夹持并在铣削过程中通过偏转舵机驱动驱动滚轮进行管件的旋转运动，使多轴运动机构的运动轨迹简单化有利于降低编程控制算法复杂度，从而提高整个设备工作的稳定性。
附图说明
图1为本发明一个实施例的整体结构示意图；
图2为本发明一个实施例的横轴运动机构结构示意图；
图3为本发明一个实施例的管件运动机构和管件旋转机构安装结构示意图；
图4为本发明一个实施例的管件运动机构结构示意图；
图5为本发明一个实施例的第一管件平移组件结构示意图；
图6为本发明一个实施例的管件旋转机构结构示意图；
图7为本发明一个实施例的多轴运动机构结构示意图。
附图标记：
100、横轴运动机构；110、平移滑轨；120、平移驱动电机；130、运动基座；111、支撑机脚；112、驱动齿条；
200、管件运动机构；210、固定架；220、第一管件平移组件；230、第二管件平移组件；240、连接座；221、丝杆定导架；222、导向杆；223、运动丝杆；224、运动端架；225、丝杆电机；
300、管件旋转机构；310、支撑托板；320、弹性夹块；330、偏转舵机；311、夹持槽轨；331、驱动滚轮；
400、多轴运动机构；410、第一轴座；420、第二连臂；430、第三连臂；411、连臂舵机；412、运动臂；413、定轴座；431、机头座；
500、铣削机头。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。
下面结合附图描述本发明的一些实施例提供的一种基于机器人的全自动玻璃钢管道相贯线铣削装置。
结合图1-7所示，本发明提供的一种基于机器人的全自动玻璃钢管道相贯线铣削装置，包括多轴运动机构400以及用于铣削切割的铣削机头500，还包括：横轴运动机构100、管件运动机构200和管件旋转机构300，多轴运动机构400固定安装于横轴运动机构100的表面，管件旋转机构300的底面与管件运动机构200的输出端固定连接，横轴运动机构100、管件运动机构200、管件旋转机构300和多轴运动机构400的输入端电性连接有PLC控制器；横轴运动机构100包括平移滑轨110、平移驱动电机120和运动基座130，运动基座130滑动安装于平移滑轨110的表面且运动基座130的底面固定连接有位于平移滑轨110表面的驱动齿条112，平移滑轨110底面的两端固定安装有支撑机脚111，支撑机脚111的一侧固定安装有平移驱动电机120，平移驱动电机120的输出端与驱动齿条112的底面传动啮合；管件运动机构200包括固定架210以及固定于固定架210上方的第一管件平移组件220和第二管件平移组件230，第二管件平移组件230的顶面设有连接座240，第一管件平移组件220和第二管件平移组件230的结构相同且布置方向相互垂直，第一管件平移组件220和第二管件平移组件230之间通过连接座240进行连接，管件旋转机构300固定于第一管件平移组件220的顶面；管件旋转机构300包括支撑托板310、弹性夹块320和偏转舵机330，弹性夹块320滑动安装于支撑托板310的两端，偏转舵机330固定于支撑托板310的一端且偏转舵机330的输出端固定套接有驱动滚轮331。
在该实施例中，多轴运动机构400包括第一轴座410、第二连臂420和第三连臂430，第一轴座410、第二连臂420和第三连臂430结构相同且均包括有连臂舵机411和运动臂412，第一轴座410和第二连臂420的一端固定连接，第二连臂420的输出端于第三连臂430的一端固定连接，第三连臂430的输出端设有机头座431，铣削机头500固定于机头座431的表面且位于管件旋转机构300的正上方。
具体的，多轴运动机构400为现有技术中三轴式CNC机器臂结构，通过PLC控制器的编程进行多向轴运动，引导铣削机头500与工件表面进行贴合接触铣削工件，三轴式机器臂结构简单易于操控。
进一步的，第一轴座410的输出端固定连接有定轴座413，定轴座413的底面设有360°偏转电机，且偏转电机与运动基座130的顶面固定连接，分别利用定轴座413和机头座431进行该机械操作臂的固定以及铣削机头的安装，利用多轴运动机构400进行铣削机头500的运动引导。
在该实施例中，运动基座130的底面设有均匀设有若干滑轮，滑轮的相对内侧与平移滑轨110的两侧滑动抵接，运动基座130与平移滑轨110的表面呈水平布置，驱动齿条112为金属齿条结构且平移驱动电机120的输出端固定套接有与驱动齿条112底面相互啮合的驱动齿。
具体的，利用运动基座130底面滑轮提高运动基座130的稳定性保持运动基座130、多轴运动机构400平移运动中的连贯性，避免出现运动进量的计算差值，通过平移驱动电机120进行运动基座130和多轴运动机构400的平移运动可在管件不同部位进行连续铣削，进行多孔铣削操作。
在该实施例中，第一管件平移组件220和第二管件平移组件230均包括有丝杆定导架221、导向杆222和运动丝杆223以及固定于运动丝杆223两端的运动端架224，运动端架224的一侧固定安装有丝杆电机225，丝杆电机225的输出端固定连接有贯穿运动端架224表面的运动丝杆223，丝杆定导架221的表面开设有与运动丝杆223相适配的螺纹套孔，丝杆定导架221的底面与连接座240的表面固定连接。
具体的，分别利用第一管件平移组件220和第二管件平移组件230驱动管件旋转机构300和管件进行二维平面内的纵横向运动，更好的配合多轴运动机构400和铣削机头500进行铣削进量控制，简化多轴运动机构400的运动算法，提高容错率。
进一步的，第二管件平移组件230的丝杆定导架221固定于固定架210的表面，第一管件平移组件220的丝杆定导架221顶面与支撑托板310的底面固定连接。
具体的，通过连接座240进行两组不同方向丝杆结构的连接，从而进行管件的自由二维平面运动，利用管件运动机构200进行管件的运动校偏转调整铣削接触面，达到管件和机头的统一，有效提升铣削精度以及进行不同角度相贯面的铣削。
在该实施例中，支撑托板310顶面的两端开设有夹持槽轨311，弹性夹块320的数量为四个且两两一组呈对称分布于两端的夹持槽轨311内部，每组弹性夹块320的相对内侧设有拉伸弹簧，拉伸弹簧呈拉伸状态。
具体的，利用拉伸弹簧拉动两端的弹性夹块320相互靠近对管件进行夹持固定，定位管件放置点位，通过偏转舵机330带动驱动滚轮331进行管件的旋转运动，使多轴运动机构400的运动轨迹简单化有利于降低编程控制算法复杂度，从而提高整个设备工作的稳定性。
在该实施例中，弹性夹块320的内侧设有弧形卡槽，且弧形卡槽的表面嵌入安装有滚珠，驱动滚轮331为橡胶材质构件，驱动滚轮331的外周与弹性夹块320弧形卡槽的底面位于同一水平高度。
具体的，在弹性夹块320的夹持下通过滚珠与管件表面的活动抵接以及驱动滚轮331的运动传动，使得管件可在控制下进行角度旋转，进行不同角度面的铣削，弥补多轴运动机构400运动的局限性，进行任意管件不同点位角度的相贯面铣削，提高设备实用性，一次成型无需人工调整，实现整个铣削操控的自动化，无需重复校准，提高工作效率。
在本发明中,术语“多个”则指两个或两个以上,除非另有明确的限定。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解,例如，“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;“相连”可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，当元件被称为“装配于”、“安装于”、“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
在本说明书的描述中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且,描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,本领域的普通技术人员可以理解，在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
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