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工業（yè）機（jī）器人旋轉底座機械（xiè）加工工藝設計

2023-2-21 來源（yuán）：廣東技術（shù）師範大（dà）學機電學院（yuàn）作者：陳芷君楊勇

摘要 : 主要闡述工業機器人旋轉底座機械加工工藝設計問題，包括分析工業機器人旋轉底座零件圖樣，了解旋轉底（dǐ）座的結構、尺寸要求，選（xuǎn）擇合適的毛坯材料，確定零件（jiàn）合理的加工餘量和毛坯尺寸（cùn） ; 選擇旋轉底座的定位基準和（hé）表麵加（jiā）工方法，確定旋轉底座機械加工工藝路線和工序（xù）尺寸 ; 選擇（zé）合適的加工設備和加工刀具（jù）進行零件加工。

關鍵詞:工業機器人;旋轉底座;零件加工;加工工藝

1. 序言

20 世紀 50 年代戴沃爾提出了工業機器（qì）人（rén）的相關概念，戴沃爾認為可以通過預先設定相應（yīng）程序實現機器人（rén）的自動（dòng）化運轉。而工業機器（qì）人旋轉底（dǐ）座為整個機器人提供了支承，帶動了三軸與四軸的旋轉運動。目前機械製造、電子信息、汽車生產以及軍工等行業的發展都需要（yào）工業機器人的支（zhī）持（chí）和主導，工（gōng）業機器人在整個現代化（huà）工業領域有著不（bú）可替代的作用。因旋轉底座的機械加工方法直接關係到整個（gè）工（gōng）業機器人的質量，故（gù）本文重點講述旋轉底座的機（jī）械加工工藝設計方法。

2. 零件結構分析

在（zài）工業機器人旋轉底座機械加工工藝設計前，需要對零件圖樣進行分析以達到設計尺寸和精度的要求。由工業機器人旋轉（zhuǎn）底座（zuò）結構（見圖 1）可（kě）知，旋轉底座體積（jī）較大，加工較（jiào）難，但（dàn）技術要求比較低。由於工業機器（qì）人旋轉底座表麵粗糙度不同，加（jiā）工方法選擇多樣化，所以需要（yào）進（jìn）行粗加工與精加工。零件加工要求為 399+0.1mm兩側端麵、φ480+0.1mm 外圓的表麵粗糙度值Ra=3.2μm，零件其他表麵粗糙度值 Ra=6.3μm。在加工（gōng）旋轉底座過程（chéng）中，確定定位（wèi）基準，對零件（jiàn）部分端麵要進行精加（jiā）工。

圖 1 工業機器人旋轉底座結構（gòu）示意

3.毛坯的確定

3.1 毛坯的類型及選用

球墨鑄（zhù）鐵的力學性能較好，使用該材料（liào）鑄件製造的零（líng）部件可（kě）以滿足工業機器人旋轉底座支承力較大的要（yào）求，且製造成本較低，因此工業機器人旋轉底（dǐ）座毛坯材料（liào）選用球墨鑄鐵。

3.2 確（què）定機械毛坯尺寸及加工餘量

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（de）毛坯形狀或尺寸，可能出現（xiàn）加工餘量不（bú）足或加工餘（yú）量（liàng）過大，浪費材料等（děng）情（qíng）況。一般情況下，較精密的機械加工所要求的加工餘量較（jiào）小，相對不（bú）精密的機械加工所要求的（de）加工餘量較大。

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（máo）坯尺寸需大於（yú）零件的最大輪廓尺寸，且（qiě）為保（bǎo）證其精（jīng）度（dù），需（xū）具有一定的加工（gōng）餘量。以在不影響加工出（chū）的零件精度的情況下，盡可能地節省材料為選取毛坯的原則，最終確定毛坯尺寸為直（zhí）徑 783.5mm，厚度818.5mm。

4. 擬定加工工藝路（lù）線

4.1 確定定位基準

定位基（jī）準可分為粗加工基準和精加工基準。零件開始加工時（shí），以毛坯麵作為定位基準的稱為粗基準，以加工麵（miàn）作為定位基準的（de）稱為精基準。定位基準對零件質量以及對零件的（de）加（jiā）工工藝順（shùn）序有重要影響。

粗（cū）基（jī）準以（yǐ）底麵 φ 771.5mm 圓心為中心，以底麵外（wài）圓為基準。當以（yǐ）底麵外圓為基準時，φ370mm 的圓心與底（dǐ）麵的距離為 556.5mm。精（jīng）基（jī）準以側端麵φ480+0.1mm外圓為精基準，方便（biàn）另一側（cè）麵加（jiā）工，一（yī）次成形，加工期間，毛坯不可移動。

4.2 零件表（biǎo）麵加工方法

表（biǎo）麵加工方法除了保證（zhèng）加工表麵的精（jīng）度和表麵（miàn）粗糙度等質量要求外，還須考慮性價比。由圖 1 可知工業機（jī）器人旋轉（zhuǎn）底座零件（jiàn）複（fù）雜程度一般（bān），但需加工表麵很多，有左右兩端麵、通孔、外圓（yuán）、12 個 M12 的螺紋孔及 2 個（gè） M12 的螺紋（wén）定位孔。各個需加工的表麵尺寸、形狀及（jí）加工（gōng）要求各不（bú）相同，查閱機械工藝手冊（cè），選擇使用不同的加工方法。

4.3 零件機（jī）械加工工（gōng）藝路線（xiàn）

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對象的幾何形狀等來達到生產對象向半成品或成品過渡的目的（de）。合理的加工工（gōng）藝路線可以在滿足（zú）加工要求（qiú）的（de）條件（jiàn）下，有效提高生產效率（lǜ）。為了加工旋轉底座，需要（yào）設計工（gōng）業機器人旋轉底座（zuò）加工工藝路（lù）線，對於成形的鑄造毛坯進行粗（cū）加工，首先對底麵圓粗加工，去除毛坯餘量，將底麵用龍門式數控銑床銑光滑，得到 φ771.5mm 底麵圓，接著以底麵為基準，固定銑床，按照技術要求，保證底麵與 φ370mm 的圓心的距離為 556.5mm，用 1710 數控單柱臥式銑床進行旋轉底座右側端麵（miàn）粗加工，半精加（jiā）工和精加工後（hòu）得到 φ480mm 的外圓，再進行連接連杆座麵的粗加工，將連接麵銑光滑，轉換（huàn）工作麵，進行旋轉底座左側端麵粗加工、半精加（jiā）工和精加（jiā）工後得到 φ480+0.1mm 的外圓，最（zuì）後再按照圖樣要求，對底麵 2 個 M12 定位孔進行鑽孔攻螺紋，鑽 9個（gè） φ12.5mm 的孔（kǒng），對側麵 φ 370mm 的圓均布12 個 M12 鑽孔攻螺紋，對連接連杆座麵鑽 2 個φ 20mm 的孔，完成工業機器（qì）人（rén）旋轉底（dǐ）座的加工，具體加工工藝路線見（jiàn）表 1。

表 1 機器人旋轉底座的加工工藝路線

5. 確（què）定（dìng）工序（xù）尺寸

在加工過程中，確定零件的加工工藝路線後，首（shǒu）先應確定機（jī）械加工餘量，再確定工（gōng）序尺寸，接著再進一步安排各個工序的具體內容。旋轉底座需在銑床上進行多次加（jiā）工。將之前所確定的機械（xiè）加工總餘量分布在每個工序當中，然後由後往前對工序尺寸（cùn）進行計算。工業（yè）機器人（rén）旋轉底座（zuò）加工

參數見表 2。

表 2 工業（yè）機器人旋轉底座（zuò）加工參數

在零件圖樣（yàng）中，工業機器人旋轉底座的軸向尺寸公差未標注，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（de）計算方（fāng）法。在此零件中，毛坯的長（zhǎng）度減去旋轉底（dǐ）座的軸向尺寸等（děng）於加（jiā）工總餘量，即818.5-806.5=12（mm）。

加工 φ480+0.1mm 外圓時，因其尺寸精度和（hé）表麵粗糙度（dù）要（yào）求較高，選用 φ63mm 銑刀進行粗銑、半（bàn）精銑和精銑工序。根據對圖1的分析和計算，φ480 mm 的外圓軸向加工餘量為 21.2mm，粗銑和半精銑分別去除 20mm 和 1mm，再精銑去除 0.2mm。

399+0.1mm 兩側端麵的尺寸精度和表麵粗糙度要求同（tóng）樣（yàng）較高，要完成粗銑、半精銑、精銑（xǐ） 3道工序以達到其要求，399+0.1mm 兩側端麵的軸向加工餘量為 11.2mm，首先粗（cū）銑去除10mm，再經過（guò）半精銑去除 1mm，最後精銑去除 0.2mm。

6. 選擇加工設備與刀具（jù）

旋轉底座為對（duì）稱（chēng）零件並且尺寸較大，完成零件加工需（xū）要兩步，分別為銑削和鑽削。為保證零件的加工效率，需使用 1 台龍門式數控銑床和 1台 1710 數控單柱臥式銑床完成旋轉底座的加工，旋轉座底麵圓使（shǐ）用龍門式數控（kòng）銑床和 φ 100mm銑刀銑光滑，再用 1710 數控單柱臥（wò）式銑床和（hé）φ63mm 銑刀完成其他加工麵的（de）加（jiā）工，完成零件加工麵的加工後（hòu），根據孔（kǒng）直徑（jìng）的大小，分別選擇 φ10.5mm鑽頭和φ 12.5mm鑽頭對零（líng）件進行鑽孔，即完成整體工業機器（qì）人旋轉底座的加工製（zhì）造。

7. 零件加工

按照上述工序及工藝方法加（jiā）工出工業機器人旋轉底（dǐ）座零件，使用量具檢測，其（qí）公差尺寸在零件圖樣所標注的範（fàn）圍內，達到尺寸要求和加工（gōng）精度（dù）要求（qiú），為合格品零件。工業機器人旋轉底座零件（jiàn）實物如圖 2 所示。

圖 2 工業機（jī）器人旋轉底座實物

8. 零件加工難點及解（jiě）決方法（fǎ）

工（gōng）業機器人旋轉底座體積較大，加工過程中存在以下難點 : 一是尋找基準水平點較麻煩，其解決方法是按加工（gōng）要求每次需用千分表進行水平找正，找正完成後進（jìn）行後續加工 ; 二是（shì）球墨鑄鐵鑄件表（biǎo）麵相對粗糙，容易造成空刀銑削，其解（jiě）決方法是（shì）在（zài）加工過程中，刀具（jù）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（biǎo）麵相對光滑 ; 三是零件加工過程中需要多次（cì）裝夾，影響零件表麵精度，其解決方法是在裝夾過程（chéng）中（zhōng）使用（yòng）專用夾具定位，再使用千分表測量基（jī）準水平點進行加工。

9. 結束語

針對工業機器人旋（xuán）轉底座體積較大，零件加工（gōng）較難的特點，本（běn）文對工業機器人旋轉底（dǐ）座加工設計工藝路（lù）線（xiàn），旋轉底座加工工藝包括分析工業機器人旋轉底座（zuò）零件圖樣，了（le）解旋轉底座（zuò）的結構、尺寸要求，選擇合適的毛（máo）坯材料，確定合理的毛坯尺寸和加工餘量，從而達到工業機器人旋轉底座的加工要求，減少材料損耗，提高生產效率，選擇旋轉底座的定位基準和表麵加工（gōng）方法，從而確定旋轉底座機械加工工藝路線和（hé）工序尺寸，選擇合適的加工（gōng）設備和（hé）切削刀具進行加工（gōng）。經測量，旋轉底座的公差尺寸在標準範圍內，零件合格。本文設計的工業機器人旋轉底（dǐ）座機械加工工藝滿足市場對旋轉底座的結構和功能要求，能夠有效解決（jué）現有的加工技術問題，提高生產效率，促進工業機器人的發展。

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