王晓晶 尚振东

工业生产中见到的齿轮，表面之所以平整，无毛刺，由于在使用之前，专门进行了修整。通过使用六轴机器人修整齿轮端面倒角，齿顶/齿根加工不完全位置，提高齿轮品质。因齿轮生产大部分为小批量生产，不同齿轮的齿槽宽/齿根圆会有差异，人工修整随意性大，同一齿轮上的齿经过人工修整后会有偏差，影响后续使用寿命和品质。

为提高自动化和标准化，使用机器人和感应器结合，人工输入齿轮直径，齿数齿厚等参数，根据齿轮渐开线走向计算轮齿压力角，对称修整齿廓非工作段。内置打磨程序计算角度及位移偏量数据给机器人，实现机器人自动规划路径打磨修整齿轮。齿轮数据实时输入工控机提供齿轮工艺资料。设计中考虑不同齿轮加工品质不一，可以自由选择是否修整齿根和齿轮端面倒角。

1 机器人打磨齿轮优点

机器人打磨齿轮是以传统的人工打磨为基础，并结合伺服控制系统以及工业机器人技术逐步发展起来的，解决了打磨工人供需紧张、劳动强度大等问题。相比传统的人工打磨方式，采用机器人打磨方式优势明显：（1）机器人关节多，运动灵活，能够完成不同型号齿轮的打磨工作；（2）机器人自动运行，无需人员管理，直接提高了系统自动化程度、生产效率以及企业市场竞争力；（3）机器人重复运动精度高，同批次产品质量稳定；（4）机器人打磨时，工作人员无需长期处于已被打磨噪音污染的环境中，避免了对工人身体造成的伤害；（5）机器人替人，解放了劳动力，降低了劳动强度的同时，为企业解决约生产成本。

2 机器人打磨齿轮工作站的组成

打磨机器人工作站构成如图1所示，主要由RB工业机器人、变位机、打磨主控制箱、RB20机器人控制箱、机器人夹具、待打磨齿轮以及防护栏等组成。其中机器人主要用于完成打磨路线轨迹的行走；机器人控制柜主要用于控制六轴机器人以及外部轴的协调动作，以完成齿轮的打磨工作；机器人夹具主要是用于裝夹打磨刀具，以保证打磨时，处于正常状态；主控制箱上的触摸屏，用于命令输入、实时监测、记录历史数据表格等。

3 系统控制原理

由机器人自动打磨齿轮工作站组成简图1知，借助于示教器完成程序编写后，控制器IPC将按照预先设置好的程序，通过伺服控制系统，分别完成对机器人本体以及外部轴的控制，完成齿轮的打磨。其中，为了保证整个系统的控制精度以及运动精度，伺服电机在执行完相关指令后，通过自身携带的编码器反馈实际运行情况，形成闭环控制。其控制模型原理图2如下：

4 功能要求

基于以上分析，为保证整个齿轮打磨控制系统的的完好运行，实现打磨最优化，控制系统必须要具备自动运行、急停、启停、外部轴运行指示、外部轴故障报警、七轴协调性好及其他功能。具体情况如下：

（1）启停。用于完成系统的启动及停止，一个完整系统不可或缺的组成部分。

（2）急停。主要用于机械臂以及变位机在运动过程中，出现意外事故或者故障时，及时完成停机。

（3）自动运行。启动后，自动完成对齿轮的打磨，提高系统的自动化程度。

（4）故障报警。变位机在回转过程中出现故障，或者机器人在打磨过程中出现撞机的事件，能及时发出报警，提醒相关维护人员进行处理。

（5）运行指示。用于反应第七轴（外部轴）的运行状态。

（6）成套性良好。为了节约时间，加强整个打磨装置的成套性，两个外部轴不仅采用伺服控制系统进行控制，同时要求与机器本体共用一个控制器IPC。

参考文献：

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