六自由度混聯(lián)式水射流雕刻機器人的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種非金屬制品加工設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種六自由度混聯(lián)式水射流雕刻機器人。
【背景技術(shù)】
[0002]亞克力制品有亞克力板、亞克力塑膠粒、亞克力燈箱、招牌、亞克力浴缸、亞克力人造大理石、亞克力樹脂、乳膠漆等等產(chǎn)品，種類繁多。因?qū)⑺杏赏该魉芰先鏟S、PC等或由劣質(zhì)回收的MMA所制成的板材均統(tǒng)稱為有機玻璃。有時為區(qū)別一般的有機玻璃，也將由高品質(zhì)的純料MMA所制成的PMMA板稱為亞克力板。人們所常見到的亞克力產(chǎn)品系由亞克力粒料、板材或樹脂等原材料經(jīng)由各種不同的加工方法，并配合各種不同材質(zhì)及功能的零配件加以組裝而成的亞克力制品。有機玻璃產(chǎn)品通?？梢苑譃闈沧?、擠出板和模塑料。亞克力板是廣告行業(yè)制作各種廣告用材料，例如:櫥窗、電話亭等的常用材料。亞克力板的硬度較高，難于加工。精確切割、雕刻等加工亞克力板等制品是提高亞克力制品質(zhì)量和精度的關(guān)鍵。亞克力材料有很多種，進口和國產(chǎn)亞克力材料的差距也很大，進口的亞克力材料切割后，切縫很光滑。而有些國產(chǎn)亞克力材料由于含雜質(zhì)太多，切割后會起泡。高速切割亞克力材料時，由于切割產(chǎn)生的切削熱無法及時散失，熔化后的亞克力材料容易粘連在刀具上，導(dǎo)致切縫粗糙，加工精度差。因此，亞克力的切割一般采用低速的機器。即使采用激光切割，其速度一般也不超過3米/分。目前亞克力制品行業(yè)切割、雕刻需求量大，但缺乏有效的切割和雕刻設(shè)備。
[0003]目前，亞克力板材的切割主要采用人工勾刀切割、激光切割機切割、CNC機床以及用木工機械中的開料的鋸片機進行切割。其中，亞克力激光切割機切割，也稱激光雕刻機，設(shè)備不僅僅針對亞克力加工，像廣告行業(yè)的雙色版，PVC版等通用；CNC機床也可以切割的，且切割的范圍較廣，但是成本高；木工機械只能切割規(guī)則的，帶弧形的切割不了。
[0004]為使得加工出來的成品美觀且沒有鋒利的邊緣，通常會對切割后的亞克力板邊緣進行倒角處理。目前，行業(yè)內(nèi)通常的做法是將切割好的亞克力板的邊緣在切割機上打磨形成倒角，這個操作有一定的危險性、效率低且不易打磨出標準、美觀的倒角。對亞克力板材的進一步加工的設(shè)備還有倒角機、鏤銑機和修邊機等，但其存在功能單一和操作復(fù)雜等缺陷。
[0005]串聯(lián)機器人具有結(jié)構(gòu)簡單、工作空間大等優(yōu)點；并聯(lián)機器人具有結(jié)構(gòu)簡單、剛度好、定位精度尚、動態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)良特性，彌補了串聯(lián)機器人的不足，特別適用于尚精度、大載荷且工作空間較小的場合，在機械加工、軍事等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。綜合運用串聯(lián)機器人和并聯(lián)機器人的優(yōu)點，設(shè)計混聯(lián)式的機器人是解決同時需要滿足較高加工精度和較大工作空間的加工設(shè)備的最佳方案。近年來混聯(lián)機器人在各工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用已成為機器人研宄領(lǐng)域的一個熱點，其應(yīng)用也日益廣泛，應(yīng)用領(lǐng)域不斷擴展。
[0006]高壓水射流切割采用高壓水或高壓水與磨料作為切割介質(zhì)對材料進行切割、雕刻加工，屬于冷切割，其執(zhí)行元件為高壓噴槍，又稱水刀。高壓水射流切割、加工過程中產(chǎn)生的熱量非常少且熱量很快被水流帶走，所以不會造成工件切口附近材料的粘接或氧化，也不會使材料產(chǎn)生變形，也能避免了某些材料有害物質(zhì)的揮發(fā)；水射流切割屬于點切割，對工件的作用力小，且切邊準確、切面干凈光滑；高壓水射流切割沒有粉塵污染，切削很快會被水流帶走，對于亞克力制品、玻璃鋼制品、石棉制品、酚醛夾層材料以及陶瓷制品等材料的切割非常有利；高壓噴槍所使用的噴嘴孔徑很小，使得切口間隙很窄，不僅節(jié)約材料，也易于實現(xiàn)加工精度；此外，切割深度和切割力易于控制，更適合于不同亞克力制品材料的切割和雕刻加工需要。對于切割或加工深度較深或材料較硬的工件需要添加磨料進行切割或雕刻等加工作業(yè)，對于較軟的材料的加工可以不使用磨料。
[0007]綜上所述，設(shè)計一種基于高壓水射流切割原理的混聯(lián)式多自由度雕刻機器人，可解決目前亞克力制品的加工設(shè)備領(lǐng)域存在的技術(shù)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本實用新型的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種集亞克力制品材料下料、切害J、雕刻、鏤銑和修邊等功能于一體的六自由度混聯(lián)式水射流雕刻機器人。
[0009]本實用新型所要解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn)。
[0010]一種六自由度混聯(lián)式水射流雕刻機器人，包括底座、立柱組件、升降裝置、兩自由度搖臂、三自由度并聯(lián)刀架和射流雕刻裝置。其中，在所述的底座內(nèi)設(shè)有水槽，在所述的水槽內(nèi)設(shè)有用于支撐工件的支撐柵板。所述的立柱組件位于底座的一側(cè)上方，包括法蘭座、立柱和旋轉(zhuǎn)頂蓋，所述的法蘭座通過螺釘固定安裝在底座上，且在法蘭座底部的一側(cè)設(shè)有U形缺口，所述的立柱與法蘭座固連，所述的旋轉(zhuǎn)頂蓋位于立柱的頂部且與立柱通過軸承相連接，所述的旋轉(zhuǎn)頂蓋可繞立柱的軸線旋轉(zhuǎn)。所述的兩自由度搖臂安裝在立柱上，且與立柱通過升降裝置相連接。用于驅(qū)動兩自由度搖臂升降的升降裝置包括升降電機、蝸輪蝸桿減速器、卷筒、鋼絲繩、鏈條和改向裝置。其中，所述的升降電機與蝸輪蝸桿減速器安裝在底座上，所述的升降電機與蝸輪蝸桿減速器通過聯(lián)軸器相連接；所述的卷筒固定安裝在具有自鎖功能的蝸輪蝸桿減速器的輸出軸上；所述的鋼絲繩的一端纏繞在卷筒上，且鋼絲繩的末端通過鎖扣固定在卷筒上，鋼絲繩的另一端與鏈條的一端相固連，鏈條的另一端通過吊環(huán)螺釘固定在兩自由度搖臂上，鋼絲繩、鏈條穿掛在改向裝置上。套裝在立柱上的兩自由度搖臂包括懸臂、回轉(zhuǎn)座、內(nèi)罐箍、外罐箍、橫移電機、絲杠、滑座和Ω形導(dǎo)軌。其中，所述的回轉(zhuǎn)座套在立柱上，回轉(zhuǎn)座可沿著立柱上下滑移或繞著立柱轉(zhuǎn)動，在回轉(zhuǎn)座的一側(cè)設(shè)有鎖緊手輪；懸臂與回轉(zhuǎn)座固連，在懸臂的頂部設(shè)有加強板，在懸臂的外端設(shè)有尾支板，所述的尾支板與懸臂通過螺釘相連接；所述的橫移電機安裝在懸臂內(nèi)，且靠近回轉(zhuǎn)座，橫移電機用于驅(qū)動絲杠轉(zhuǎn)動，進而驅(qū)動滑座沿著Ω形導(dǎo)軌滑移；所述的絲杠位于懸臂內(nèi)，其一端與橫移電機通過聯(lián)軸器相連接，其另一端與尾支板通過軸承相連接；所述的Ω形導(dǎo)軌有兩根，對稱固定安裝在懸臂的兩側(cè)；所述的滑座套裝在懸臂上，滑座與絲杠通過螺紋相連接，所述的滑座與Ω形導(dǎo)軌通過直線軸承相連接；所述的內(nèi)罐箍與回轉(zhuǎn)座固連，所述的外罐箍與內(nèi)箍箍通過螺栓相連接。所述的三自由度并聯(lián)刀架位于滑座的下方，且與滑座通過螺釘相連接。所述的射流雕刻裝置包括高壓泵站、儲砂罐、過濾器、噴槍和水箱。其中，所述的高壓泵站安裝在底座上，用于為噴槍提供高壓水；所述的儲砂罐通過內(nèi)罐箍、外罐箍固定在回轉(zhuǎn)座上，將儲砂罐與懸臂對稱布置在回轉(zhuǎn)座的兩側(cè)，可減小回轉(zhuǎn)座與立柱之間的摩擦阻力以及立柱的傾覆力矩；所述的過濾器的進水口通過管路與底座的水槽相連接，過濾器的出水口通過管路與水箱相連接，過濾器將水槽里的水過濾后輸送到水箱中，以供高壓泵站循環(huán)使用；所述的高壓泵站的進水口通過管路與水箱相連接，高壓泵站的出水口通過高壓軟管與噴槍相連接，作為切割或雕刻等作業(yè)執(zhí)行元件的噴槍安裝在三自由度并聯(lián)刀架的底部。
[0011]所述的改向裝置包括萬向定滑輪、鏈輪座、第一鏈輪和第二鏈輪。其中，所述的萬向定滑輪位于法蘭座內(nèi)，且與底座通過螺釘相連接；所述的鏈輪座固定安裝在旋轉(zhuǎn)頂蓋上；所述的第一鏈輪、第二鏈輪安裝在鏈輪座上；鏈條與第一鏈輪、第二鏈輪保持嚙合。
[0012]在所述的滑座的兩側(cè)設(shè)有弧形滑套，在滑座的中部設(shè)有管狀螺母，所述的弧形滑套通過直線軸承與Ω形導(dǎo)軌相連接，所述的管狀螺母與兩自由度搖臂中的絲杠通過螺紋相連接。
[0013]所述的三自由度并聯(lián)刀架包括三葉固定架、第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈、運動架、電動回轉(zhuǎn)臺和角度調(diào)節(jié)器。其中，作為三自由度并聯(lián)刀架的定平臺的三葉固定架通過螺釘固定在滑座的下方；所述的第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈的兩端并聯(lián)連接在三葉固定架和運動架之間，且第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈的結(jié)構(gòu)完全相同；所述的運動架作為三自由度并聯(lián)刀架的動平臺；所述的電動回轉(zhuǎn)臺安裝在運動架上，所述的噴槍固定安裝在電動回轉(zhuǎn)臺的下方，且與電動回轉(zhuǎn)臺通過鉸鏈及角度調(diào)節(jié)器相連接。從機構(gòu)學(xué)的角度，三自由度并聯(lián)刀架中的三葉固定架、第一支鏈、第二支鏈、第三支鏈和運動架構(gòu)成一個3-UPU結(jié)構(gòu)的并聯(lián)機構(gòu)，再串聯(lián)一個起轉(zhuǎn)動副作用的電動回轉(zhuǎn)臺便構(gòu)成一個3-UPU-R結(jié)構(gòu)的混聯(lián)機構(gòu)。其中符號U表不萬向節(jié)，符號P表不移動副，符號R表不轉(zhuǎn)動副。
[0014]所述的角度調(diào)節(jié)器由左螺母、雙頭螺桿、右螺母組成，用于調(diào)節(jié)噴槍相對電動回轉(zhuǎn)臺的角度。所述的左螺母