機器人銑削系統的組成及銑削系統研究

袁銳強

摘 要：主要針對機器人銑削系統的組成及銑削系統展開了研究，介紹、說明了機器人銑削系統的組成，并對影響銑削系統的因素作了分析，還闡述了汽車儀表盤的切割，以期能為有關方面提供有益的參考和借鑒。

關鍵詞：機器人；銑削系統；銑削用量；電主軸

中圖分類號：TP242 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.14.114

所謂的“銑削”，是以銑刀為刀具加工表面的一種方法。隨著自動化科學技術的不斷發展，機器人技術被逐漸應用到了各行各業中，特別是銑削系統中。因此，為了更好地使機器人技術與銑削系統相結合，我們就需要做好相關的工作。基于此，本文就機器人銑削系統的組成及銑削系統進行研究，相信能給有關方面帶來一定的幫助。

1 機器人銑削系統的組成

1.1 系統的構成

機器人銑削系統主要包括工業機器人、電主軸、轉臺、換刀裝置、排廢料裝置、工裝夾具、安全房、PLC電控柜、真空泵等。工作站布局如圖1所示。

1.2 機器人的選用

機器人的定位精度、操作的可靠性及便利性直接決定了銑削加工的精度和加工節拍。本文設計的工作站采用了工業機器人中應用廣泛的日本FANUC機器人。考慮到加工精度及負載的要求，選取M-20iA型工業機器人，其重復定位精度為±0.08 mm，六軸負載20 kg，運動半徑1 811 mm。

由于機器人的軌跡運行精度要比重復定位精度差，因此，需要對其軌跡運行特性進行測定和研究。將一個數字百分表固定在機器人的六軸上，在水平臺面放置一基準塊，并沿直線做500 mm往復運動來檢測其軌跡精度，機器人在不同方向上的軌跡精度可通過改變測試的方向來獲得。通過實驗可知，機器人在z方向上的軌跡精度以及往復運動的軌跡重合度明顯要好于x方向和y方向。所以，為了獲得更高的銑削精度，機器人的銑削軌跡應主要采用類似于數控加工中固定z軸輪廓銑的軌跡方式來規劃。

1.3 電主軸的選用

具有銑削功能的機器人需要在機器人末端六軸上安裝使銑刀旋轉的執行裝置——電動主軸。由于機器人本身的結構決定了其具有較低的剛度特性，因此，切削加工過程中應盡量減小銑削力的數值，在工藝上需要采用高速銑削加工。

本文采用ECO80系列電主軸。該主軸具有自動換刀及高速旋轉功能，旋轉速度0～40 000 r/min，輸出最大功率3.0 kW，軸向偏心距小于1 μm，振動位移小于1.5 mm/s。

2 影響銑削系統的因素

2.1 銑削用量對銑削力的影響

由于機器人本身的結構決定了其具有較低的剛度特性，因此，實際銑削精度很容易受到銑削力的影響。而影響銑削力的主要因素是銑削用量，比如銑削深度、銑削寬度和進給速度等。一般來說，銑削用量取值越小，銑削力相應地會越小，銑削精度越高。但是，銑削效率也是機器人銑削加工工藝所必須考慮的關鍵因素。因此，必須在同時考慮銑削力和銑削效率的條件下在合理的范圍內優化銑削參數。

為了在銑削過程中保持切割邊緣的美觀性，必須限制銑削用量的取值范圍。例如，在常用的直徑為6 mm銑刀的銑削過程中，銑刀的銑削深度應控制在3 mm以下，以防止在銑削過程中發生卷邊現象。基于同樣的原因，銑削寬度也應控制在3 mm以下，而進給速度應控制在30 mm/s以下。與傳統銑床所不同的是，機器人為6自由度懸臂結構，其可達性大大增強，因此在切割過程中，需要根據切割邊緣的形狀、位置及切割節拍合理規劃機器人的運行軌跡，實現較好的切割效果。

2.2 銑削精度的影響因素

雖然機器人的靈活性是傳統機床不可比擬的，但是與“工業母機”之稱的機床相比較，其加工精度受影響的因素比較多。機器人的運行進度受到負載及其機構的影響一般在0.08 mm左右（以20 kg負載為例），電主軸的旋轉精度0.01 mm左右，工裝夾具及其旋轉或傳送機構的定位精度在0.15～0.2 mm。因此，機器人銑削系統的累積定位精度在0.3 mm左右。對于非精密級的工件，其加工精度完全能滿足加工要求。

3 汽車儀表盤的切割

3.1 工裝夾具的制作

汽車內飾件中的儀表盤如圖2所示。由于其為塑料材質且加工角度比較復雜，加工位置分布廣泛，因此，特別適合采用機器人加工的方式加工。在夾具的設計過程中，一定要考慮其定位的準確性，盡可能地保證重復定位精度達到要求，在必要處采用仿形支撐結構，同時配以真空吸盤將工件固定在切割夾具上。