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申请/专利权人：厦门大学

摘要：一种基于CAM软件的机器人三维雕铣系统及方法，涉及雕铣加工技术领域，用以解决现有雕铣加工自动化程度低而导致雕铣效率低的问题。本发明的技术要点包括：雕铣系统包括取送料部件、加工部件和上位机；取送料部件包括雕铣机器人和机器人控制器；雕铣机器人与机器人控制器连接并实时通信；加工部件包括粗加工模块、精加工模块和电气控制模块；电气控制模块和机器人控制器连接并实时通信；上位机与机器人控制器连接并实时通信，用于通过基于CAM软件设计的雕铣流程控制取送料部件和加工部件配合完成对待加工件的雕铣操作。本发明能够实现机器人三维雕铣加工自动化，实现高精度精确加工，具有高效、通用性强的优点，适合应用于智慧工厂的车间生产加工。

主权项：1.一种基于CAM软件的机器人三维雕铣系统，其特征在于，包括取送料部件、加工部件和上位机；其中，所述取送料部件包括雕铣机器人4-1和机器人控制器2-2；所述雕铣机器人4-1的机械臂末端的摆动部件上安装有夹爪法兰4-2，所述夹爪法兰4-2连接夹爪气缸4-3，所述夹爪气缸4-3安装有夹爪4-4；所述雕铣机器人4-1与所述机器人控制器2-2连接并实时通信；所述加工部件包括粗加工模块、精加工模块和电气控制模块；所述粗加工模块包括粗加工主轴支架5-1，所述粗加工主轴支架5-1连接粗加工主轴安装件5-2，所述粗加工主轴安装件5-2夹持有粗加工主轴5-3，所述粗加工主轴5-3安装有粗加工铣刀5-4，所述粗加工主轴5-3与所述电气控制模块连接；所述精加工模块包括精加工主轴支架6-1，所述精加工主轴支架6-1连接有精加工主轴安装件6-2，所述精加工主轴安装件6-2夹持有精加工主轴6-3，所述精加工主轴6-3安装有精加工铣刀6-4，所述精加工主轴6-3与所述电气控制模块连接；所述电气控制模块和所述机器人控制器2-2连接并实时通信；所述上位机与所述机器人控制器2-2连接并实时通信，用于通过基于CAM软件设计的雕铣流程控制所述取送料部件和所述加工部件配合完成对待加工件的雕铣操作；所述系统还包括雕铣系统框架1，所述雕铣系统框架1为长方体框架，分为上下两部分，上下两部分之间安装有型材连接板，所述型材连接板上面铺设有平台安装板，所述平台安装板上方分为左右两个区域，一个区域放置所述雕铣机器人4-1，另一个区域并列平行放置所述粗加工模块和所述精加工模块；所述型材连接板下方分为左右两个区域，一个区域放置机器人控制器2-2，另一个区域放置电气控制模块；所述雕铣系统框架1与所述雕铣机器人4-1平行的上部分侧面安装有加工件存放模块，所述加工件存放模块包括多个存放处和存放处上方对应安装的光电传感器，每个光电传感器分别与所述电气控制模块连接；所述电气控制模块包括互相连接的按钮安装板3-2和电控安装板3-1，所述按钮安装板3-2上安装有启动按钮3-3、停止按钮3-4和急停按钮3-5；所述电控安装板3-1上设置有PLC及电气控制电路；所述机器人控制器2-2下方铺设有底部安装板2-1；所述电控安装板3-1两端折弯，且在折弯处设置有安装通孔，电控安装板3-1下方通孔通过螺栓连接安装于底部安装板2-1，电控安装板3-1上方通孔通过型材卡扣件安装于所述型材连接板底部；所述按钮安装板3-2左侧与上侧折弯，且在折弯处设置有安装通孔，按钮安装板3-2左侧通孔通过螺栓连接安装于电控安装板3-1，按钮安装板3-2上侧通孔通过型材卡扣件安装于所述型材连接板底部；所述加工件存放模块包括第一取料件7-1-1、第二取料件7-1-2与第三取料件7-1-3，第一取料件7-1-1、第二取料件7-1-2与第三取料件7-1-3上方与下方设置有安装通孔，第一取料件7-1-1、第二取料件7-1-2与第三取料件7-1-3上方与下方的安装通孔通过型材卡扣件安装于雕铣系统框架1；第一取料件7-1-1、第二取料件7-1-2与第三取料件7-1-3上方分别安装有第一取料传感器7-2-1、第二取料传感器7-2-2与第三取料传感器7-2-3，第一取料传感器7-2-1、第二取料传感器7-2-2与第三取料传感器7-2-3由电控安装板3-1上的电气控制电路供电，并为其提供传感信号；第一取料传感器7-2-1、第二取料传感器7-2-2与第三取料传感器7-2-3为光电传感器；基于CAM软件的机器人三维雕铣系统的三维雕铣方法包括以下步骤：步骤一、取料上位机发送取料指令至机器人控制器，机器人控制器发送获取取料位置的指令至PLC，PLC根据接收的光电传感器发出的信号判断放置毛坯的存放处位置，并将所述存放处位置发送至机器人控制器，机器人控制器转发所述存放处位置至雕铣机器人；所述雕铣机器人上夹爪张开，前往所述存放处位置，在到达所述存放处位置后，夹爪抓取毛坯并回到起始位置；步骤二、粗加工上位机发送包含加工路径的粗加工指令至机器人控制器，机器人控制器发送启动粗加工指令至PLC，PLC控制接通粗加工主轴供电线路且断开精加工主轴供电线路，并设置粗加工速度参数，启动粗加工主轴；机器人控制器按照所述加工路径控制雕铣机器人对毛坯进行粗加工；机器人控制器发送停止粗加工指令至PLC，PLC控制粗加工主轴停止；同时机器人控制器控制雕铣机器人回到起始位置；步骤三、精加工上位机发送包含加工路径的精加工指令至机器人控制器，机器人控制器发送启动精加工指令至PLC，PLC控制接通精加工主轴供电线路且断开粗加工主轴供电线路，并设置精加工速度参数，启动精加工主轴；机器人控制器按照所述加工路径控制雕铣机器人对毛坯进行精加工；机器人控制器发送停止精加工指令至PLC，PLC控制精加工主轴停止；同时机器人控制器控制雕铣机器人回到起始位置；步骤四、放料上位机发送放料指令至机器人控制器，机器人控制器发送获取放料位置的指令至PLC，PLC根据接收的光电传感器发出的信号判断空闲的存放处位置，并将所述存放处位置发送至机器人控制器，机器人控制器转发所述存放处位置至雕铣机器人；所述雕铣机器人前往所述存放处位置，在到达所述存放处位置后，夹爪张开放回加工完的工件并回到起始位置；粗加工或精加工中所述加工路径由上位机中CAM软件设计生成，生成的步骤包括：基于输入的刀具数据生成对应的粗加工坐标系和精加工坐标系，所述刀具数据包括铣刀长度和直径；基于雕铣机器人的运动坐标系和加工坐标系之间的坐标关系，根据对刀要求以及刀具数据计算获得雕铣机器人所夹持的毛坯底端的坐标位置，从而生成待加工毛坯及其坐标；基于已有的路径设置选择创建刀路，所述路径设置包括对边界、样式、切削方向、公差的选择设置，从而生成加工路径；粗加工或精加工中所述加工路径由上位机中CAM软件设计生成，生成的步骤包括：1平面加工分层：对于用户给定的步进深度，通过上位机算法将毛坯与最终模型按所述步进深度分解为多层二维平面；比较：将多层二维平面中的每一层的毛坯与最终模型进行对应比较，将毛坯各层二维平面图形减去最终模型各层二维平面图形，所得到的各层二维平面图形是毛坯多于最终模型的部分，即所需雕铣的部分；平面图形转换为路径点：对于用户给定的切削深度，通过对所得二维平面图形的轮廓按照所述切削深度进行偏移，得到各层的雕铣路径，并将该路径离散化，获得逐个路径点；坐标系转换：上述所得的雕铣路径点的定义是：以所加工平面中心点为原点，垂直于加工平面向外的方向为Z轴正方向建立参考坐标系，在该参考坐标系下各雕铣路径点的相对坐标；通过坐标系转换后所得到的点的定义：以机器人基础坐标系为参考坐标系，机器人末端中心点的移动路径点；机器人姿态确定：待加工面垂直于刀具，并使得机器人加工姿态与原点姿态差异最小；2回转体加工确定回转轴：回转轴垂直于机器人第六轴平面，即机械臂末端平面；分层：对于用户给定的步进深度，通过上位机算法将毛坯与最终模型按所述步进深度分解为多层二维平面；各层平面垂直于回转轴；确定路径点：提取各层二维平面图形的轮廓，该轮廓即为加工路径，并将此路径离散化，获得逐个路径点；机器人姿态固定：机器人第六轴平面与平台平面平行，即回转轴平面与平台平面垂直；3侧壁加工确定需要进行侧壁加工的表面；定义坐标系：以所加工平面中心点为原点，垂直于加工平面向外的方向为Z轴正方向建立参考坐标系；机器人加工姿态：工件加工表面与加工刀具平行；求投影路径：将毛坯与最终模型在XOZ平面上进行投影，将毛坯各层二维投影平面图形减去最终模型投影二维平面图形，所得到的二维平面图形是所需雕铣的部分，该部分轮廓即为的雕铣路径，并将此路径离散化，获得逐个路径点；4一般曲面加工通过上位机对整体模型进行解析，将整体模型分解为多个曲面，并将每个曲面分解为许多个间隔十分紧密的点，通过上位机计算模型经过该点的切平面，通过对机器人姿态的控制，使得铣刀在经过该点时始终垂直于所述切平面进行雕铣加工。

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