工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)

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01序言20世紀(jì)50年代戴沃爾提出了工業(yè)機(jī)器人的相關(guān)概念，戴沃爾認(rèn)為可以通過預(yù)先設(shè)定相應(yīng)程序?qū)崿F(xiàn)機(jī)器人的自動(dòng)化運(yùn)轉(zhuǎn)。而工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座為整個(gè)機(jī)器人提供了支承，帶動(dòng)了三軸與四軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。目前機(jī)械制造、電子信息、汽車生產(chǎn)以及軍工等行業(yè)的發(fā)展都需要工業(yè)機(jī)器人的支持和主導(dǎo)，工業(yè)機(jī)器人在整個(gè)現(xiàn)代化工業(yè)領(lǐng)域有著不可替代的作用。因旋轉(zhuǎn)底座的機(jī)械加工方法直接關(guān)系到整個(gè)工業(yè)機(jī)器人的質(zhì)量，故本文重點(diǎn)講述旋轉(zhuǎn)底座的機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)方法。PART

02零件結(jié)構(gòu)分析在工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座機(jī)械加工工藝設(shè)計(jì)前，需要對零件圖樣進(jìn)行分析以達(dá)到設(shè)計(jì)尺寸和精度的要求。由工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座結(jié)構(gòu)（見圖1）可知，旋轉(zhuǎn)底座體積較大，加工較難，但技術(shù)要求比較低。由于工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座表面粗糙度不同，加工方法選擇多樣化，所以需要進(jìn)行粗加工與精加工。零件加工要求為399mm兩側(cè)端面、

φ

480mm外圓的表面粗糙度值Ra=3.2μm，零件其他表面粗糙度值Ra=6.3μm。在加工旋轉(zhuǎn)底座過程中，確定定位基準(zhǔn)，對零件部分端面要進(jìn)行精加工。PART

03毛坯的確定3.1毛坯的類型及選用球墨鑄鐵的力學(xué)性能較好，使用該材料鑄件制造的零部件可以滿足工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座支承力較大的要求，且制造成本較低，因此工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座毛坯材料選用球墨鑄鐵。3.2確定機(jī)械毛坯尺寸及加工余量選擇合適的毛坯形狀及尺寸在零件加工中是極為重要的步驟，若選擇不合適的毛坯形狀或尺寸，可能出現(xiàn)加工余量不足或加工余量過大，浪費(fèi)材料等情況。一般情況下，較精密的機(jī)械加工所要求的加工余量較小，相對不精密的機(jī)械加工所要求的加工余量較大。由圖1可知，橫向最大輪廓尺寸為771.5mm，軸向最大尺寸為806.5mm。選用的毛坯尺寸需大于零件的最大輪廓尺寸，且為保證其精度，需具有一定的加工余量。以在不影響加工出的零件精度的情況下，盡可能地節(jié)省材料為選取毛坯的原則，最終確定毛坯尺寸為直徑783.5mm，厚度818.5mm。a）二維圖

b）三維圖圖1工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座結(jié)構(gòu)示意PART

04擬定加工工藝路線4.1確定定位基準(zhǔn)定位基準(zhǔn)可分為粗加工基準(zhǔn)和精加工基準(zhǔn)。零件開始加工時(shí)，以毛坯面作為定位基準(zhǔn)的稱為粗基準(zhǔn)，以加工面作為定位基準(zhǔn)的稱為精基準(zhǔn)。定位基準(zhǔn)對零件質(zhì)量以及對零件的加工工藝順序有重要影響。粗基準(zhǔn)以底面φ771.5mm圓心為中心，以底面外圓為基準(zhǔn)。當(dāng)以底面外圓為基準(zhǔn)時(shí)，φ370mm的圓心與底面的距離為556.5mm。精基準(zhǔn)以側(cè)端面φ480mm外圓為精基準(zhǔn)，方便另一側(cè)面加工，一次成形，加工期間，毛坯不可移動(dòng)。4.2零件表面加工方法表面加工方法除了保證加工表面的精度和表面粗糙度等質(zhì)量要求外，還須考慮性價(jià)比。由圖1可知工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座零件復(fù)雜程度一般，但需加工表面很多，有左右兩端面、通孔、外圓、12個(gè)M12的螺紋孔及2個(gè)M12的螺紋定位孔。各個(gè)需加工的表面尺寸、形狀及加工要求各不相同，查閱機(jī)械工藝手冊，選擇使用不同的加工方法。4.3零件機(jī)械加工工藝路線機(jī)械加工工藝是指在加工過程中使用某種方式改變生產(chǎn)對象的幾何形狀等來達(dá)到生產(chǎn)對象向半成品或成品過渡的目的。合理的加工工藝路線可以在滿足加工要求的條件下，有效提高生產(chǎn)效率。為了加工旋轉(zhuǎn)底座，需要設(shè)計(jì)工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座加工工藝路線，對于成形的鑄造毛坯進(jìn)行粗加工，首先對底面圓粗加工，去除毛坯余量，將底面用龍門式數(shù)控銑床銑光滑，得到φ771.5mm底面圓，接著以底面為基準(zhǔn)，固定銑床，按照技術(shù)要求，保證底面與φ370mm的圓心的距離為556.5mm，用1710數(shù)控單柱臥式銑床進(jìn)行旋轉(zhuǎn)底座右側(cè)端面粗加工，半精加工和精加工后得到φ480mm的外圓，再進(jìn)行連接連桿座面的粗加工，將連接面銑光滑，轉(zhuǎn)換工作面，進(jìn)行旋轉(zhuǎn)底座左側(cè)端面粗加工、半精加工和精加工后得到φ480mm的外圓，最后再按照圖樣要求，對底面2個(gè)M12定位孔進(jìn)行鉆孔攻螺紋，鉆9個(gè)φ12.5mm的孔，對側(cè)面φ

370mm的圓均布12個(gè)M12鉆孔攻螺紋，對連接連桿座面鉆2個(gè)φ20mm的孔，完成工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座的加工，具體加工工藝路線見表1。表1機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座的加工工藝路線PART

05確定工序尺寸在加工過程中，確定零件的加工工藝路線后，首先應(yīng)確定機(jī)械加工余量，再確定工序尺寸，接著再進(jìn)一步安排各個(gè)工序的具體內(nèi)容。旋轉(zhuǎn)底座需在銑床上進(jìn)行多次加工。將之前所確定的機(jī)械加工總余量分布在每個(gè)工序當(dāng)中，然后由后往前對工序尺寸進(jìn)行計(jì)算。工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座加工參數(shù)見表2。表2工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座加工參數(shù)在零件圖樣中，工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座的軸向尺寸公差未標(biāo)注，說明其軸向尺寸精度要求較小，部分工序尺寸和公差用不到工藝尺寸鏈的計(jì)算方法。在此零件中，毛坯的長度減去旋轉(zhuǎn)底座的軸向尺寸等于加工總余量，即818.5?806.5=12（mm）。加工φ480mm外圓時(shí)，因其尺寸精度和表面粗糙度要求較高，選用φ

63mm銑刀進(jìn)行粗銑、半精銑和精銑工序。根據(jù)對圖1的分析和計(jì)算，φ480mm的外圓軸向加工余量為21.2mm，粗銑和半精銑分別去除20mm和1mm，再精銑去除0.2mm。399mm兩側(cè)端面的尺寸精度和表面粗糙度要求同樣較高，要完成粗銑、半精銑、精銑3道工序以達(dá)到其要求，399mm兩側(cè)端面的軸向加工余量為11.2mm，首先粗銑去除10mm，再經(jīng)過半精銑去除1mm，最后精銑去除0.2mm。PART

06選擇加工設(shè)備與刀具旋轉(zhuǎn)底座為對稱零件并且尺寸較大，完成零件加工需要兩步，分別為銑削和鉆削。為保證零件的加工效率，需使用1臺(tái)龍門式數(shù)控銑床和1臺(tái)1710數(shù)控單柱臥式銑床完成旋轉(zhuǎn)底座的加工，旋轉(zhuǎn)座底面圓使用龍門式數(shù)控銑床和φ100mm銑刀銑光滑，再用1710數(shù)控單柱臥式銑床和φ63mm銑刀完成其他加工面的加工，完成零件加工面的加工后，根據(jù)孔直徑的大小，分別選擇φ10.5mm鉆頭和φ12.5mm鉆頭對零件進(jìn)行鉆孔，即完成整體工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座的加工制造。

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07零件加工按照上述工序及工藝方法加工出工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座零件，使用量具檢測，其公差尺寸在零件圖樣所標(biāo)注的范圍內(nèi)，達(dá)到尺寸要求和加工精度要求，為合格品零件。工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座零件實(shí)物如圖2所示。a）加工前

b）加工后

c）噴漆后圖2工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座實(shí)物

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08零件加工難點(diǎn)及解決方法工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座體積較大，加工過程中存在以下難點(diǎn)：一是尋找基準(zhǔn)水平點(diǎn)較麻煩，其解決方法是按加工要求每次需用千分表進(jìn)行水平找正，找正完成后進(jìn)行后續(xù)加工；二是球墨鑄鐵鑄件表面相對粗糙，容易造成空刀銑削，其解決方法是在加工過程中，刀具需從鑄件凸起的最高位置慢慢加工到最低位置，或者提高鑄鐵模具的精度要求，使鑄件表面相對光滑；三是零件加工過程中需要多次裝夾，影響零件表面精度，其解決方法是在裝夾過程中使用專用夾具定位，再使用千分表測量基準(zhǔn)水平點(diǎn)進(jìn)行加工。PART

09結(jié)束語針對工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座體積較大，零件加工較難的特點(diǎn)，本文對工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座加工設(shè)計(jì)工藝路線，旋轉(zhuǎn)底座加工工藝包括分析工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座零件圖樣，了解旋轉(zhuǎn)底座的結(jié)構(gòu)、尺寸要求，選擇合適的毛坯材料，確定合理的毛坯尺寸和加工余量，從而達(dá)到工業(yè)機(jī)器人旋轉(zhuǎn)底座的加工要求，減少材料損耗，提高生產(chǎn)效率，