KUKA机器人高速主轴连接零件设计与仿真

　数字技术

机械工程

ＫＵＫＡ机器人高速主轴连接零件设计与仿真

张　超

（）西安航空职业技术学院，陕西西安７１００８９

摘　要：以ＫＵＫＡ机器人为研究对象，阐述了ＫＵＫＡ机器人在工业中的应用，尤其是在ＣＡＭ加工中的应用。根据Ｃ设计了ＫＵＫＡ机器人与加工主轴的连接零件。通过ＳＡＭ加工的改造要求，ｏｌｉｄ－

从而保证了设计的零件满足强度要求，在变形方面能够Ｗｏｒｋｓ的Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ对连接零件进行静态分析，保证加工精度要求。

关键词：机器人；机械主轴；仿真ＣＡＭ；中图分类号：ＴＰ２４２　　文献标志码：Ａ　

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：，，ＫｅｗｏｒｄｓＲｏｂｏｔＣＡＭ，ＭｅｃｈａｎｉｃａｌｓｉｎｄｌｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｐｙ　

应用范　　ＫＵＫＡ是机器人领域的世界顶尖产品，

围包括点焊、弧焊、码跺、喷涂、浇铸、装配、搬运、包装、激光加工、检测、注塑、水切割等各种自动化作业。ＫＵＫＡ机器人工作灵活可靠，运行精度高。近几年，工业机器人在数控加工方面应用日趋广泛。虽然ＫＵＫＡ机器人在数控加工时刚度不如专用数控机床高，但它的灵活性使得它在板料、生产产品样机及软材料加工方面具有专用数控机床无可比拟的特点。

１　ＫＵＫＡ机器人ＣＡＭ加工

灵活、工作空间小ＫＵＫＡ机器人具有工作自由、

等特点。若机器人属于线性滑轨产品，其工作范围会大大增加。根据这些特点，可以给机器人端增加机械并通过Ｒ加工主轴，ｏｂｏｔＭａｓｔｅｒ等机器人离线编程软　件，轻松实现机器人的Ｃ在雕刻、样机生产ＡＭ加工，等方面可取代传统数控加工，降低生产成本，提高生产效率。ＫＵＫＡ６轴机器人如图１所示。　

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降低了零件的加工成本，增加了收益；从根本上解决了高强度的人力问题，很大程度上减轻了操作者的劳动强度。

参考文献

［］王立平．］关于国产数控机床发展的几点思考［航空制１Ｊ．（）：造技术，２０１０４４５５０．－

［］杨学桐．］发展数控机床功能部件是当务之急［机械工２Ｊ．（）：程师，２００６９３２３５．－

３　结语

数控设备的高效加工在机械加工领域中有着绝对的优势。数控设备建立了数字化制造的工艺规划为制造加工提供了理论基础，同时提高车间资体系，

源利用率，减少工艺规划时间，降低了制造成本。随着时代的发展，在机械加工领域里，数控设备最终将代替普通设备。

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，作者简介：武会婷（女，工程师，主要从事机械加工工１９７７－）

艺方面的研究。

收稿日期：２０１２年０３月０２日

责任编辑　马彤

《新技术新工艺》数字技术与机械工程

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０１２年　第６期　　新技术新工艺　２

，结构上通过增加加强筋连接面的夹角设计为３０°来增加零件强度，侧面通过增加工艺孔来减轻零件增强零件的加工工艺性，如图３所示。质量，

２．２　连接零件的静态分析

为了能够使设计的连接零件有可靠工作状态，，采用Ｓ对连接零件的ｏｌｉｄＷｏｒｋｓ软件中Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ工作状态进行仿真分析。２．２．１　铣削力计算

高速主轴主要用来加工工程塑料、木料、软金属等易切削材料。为了能够相对精确地计算出铣削的将加工对象设置为铝料。转速ｎ＝１最大力，０００　／，／进给量Ｆ＝１ｍ刀具直径Ｄ＝１ｒｍｉｎｍｉｎ，０ｍｍ，

］，立式铣刀。根据文献［计算出切削合力Ｐ。２

０．８６．７２－０．８６　０　

Ｐ＝ＣＰｔＳＢＺＺＤ

０．８６０．７２－０．８６＝１７×１×０．５×１０×１０×２

）＝２８．６３（ｋｇ

图１　ＫＵＫＡ６轴机器人

２　Ａ６轴法兰与高速主轴连接设计

在ＫＵＫＡ机器人的Ａ６轴部分提供了标准法

兰，用户可根据所需功能设计相关的连接零件。本文研究的专业工业机器人高速主轴为ＸＬＳ１２０－２，／。Ｘ转速为２质量为３４０００ｒｍｉｎ，０ｋＬＳ１２０－２安　ｇ装结构及尺寸如图２所示

。

２．２．２　有限元分析

，选择Ｓ单击ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ工具菜单，ｉｍｕｌａｔｉｏｎ出现如图４所示对话框。在ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ左侧出现如图５所示算例对话框。

图２　ＸＬＳ１２０－２安装结构及尺寸

２．１　连接零件的设计

连接零件安装于机器人端部和高速主轴之间，要求其连接可靠，变形小，质量轻，加工工艺性良好，因此零件材质考虑采用７０７５铝合金。７０７５铝合金强度远高于软钢，是商业用是一种冷处理锻压合金，

途中强度最高的合金之一，具有力学性能良好、易于加工，耐磨性好、抗腐蚀性能、抗氧化性好等特点，主要用于航天航空工业、夹具、机械设备、模具加工、高端铝合金自行车车架等

。

依据高速主轴安装尺寸及安装结构，高速主轴与连接件采用键联接作为定位，用４个Ｔ螺栓和６个Ｍ１０的螺栓作为其固定联接。由于连接件需要扩展机器人的工作范围，故高速主轴连接面与法兰２０　

图３　连接零件

在名称栏输入该算例名称，后点击确定，左侧出现算例树，如图６所示。夹具处单击鼠标右键，出现如图７所示夹具菜单。

按照实际零部件固定情况，在夹具菜单中选择选择固定几何体方式，选零件固定方式。本算例中，

择连接零件与ＫＵＫＡ机器人法兰接触的面及孔为夹紧固定方式，如图８所示。选择夹具固定方式后，接下来对到整个系统施加外部载荷。在算例树中，选择外部载荷，单击鼠标右键，出现如图９所示施加

《新技术新工艺》

数字技术与机械工程

　数字技术外部载荷对话框

。

机械工程

可进一步对该连接零工精度要求。根据分析结果，

件进行优化设计分析。在进一步优化设计过程中，应综合考虑强度和合位移２方面情况，从优化结果中，选择最优的设计方案，使连接零件符合机械设计的多方面要求

。

根据零部件受力情况，在机械加工主轴端部增加外部载荷（为取最大载荷，假定切削合力Ｐ的方，向垂直加工主轴端部）如图１０所示

。

图１２　合位移分析结果

参考文献

［］苏珊．］库卡重载机器人助力汽车前后轴安装［现代零１Ｊ．

图１０　外部载荷

）：部件，２０１０（２２４２５．－

［］陈章燕．］（）：铣削力的计算［机床，２Ｊ．１９７９５１６１９．－［］唐胜国．焊装线在微型车生产中的运用［］机械工人，３Ｊ．（）：２００５１２３９４１．－

［］朱辉杰．Ｃ：］／从仿真分析到设计验证［４ＯＳＭＯＳＪ．ＣＡＤ（）：ＣＡＭ与制造业信息化，２００７６１５１７．－

［］张超．西５ＣＭ超细粉碎机参数化设计系统的研制［Ｄ］．安：西安理工大学，２００７．

［］张卫东，／Ｗ陈科．基于Ｃ６ｏｓｍｏｓｏｒｋｓ的压力机机架设计

］（）：分析［Ｊ．机械设计与制造，２００５１５３５４．－

外部载荷施加完成后，单击图４对话框中的“运，算例进行自动运算。行”

３　结语

通过Ｓ得ｏｌｉｄＷｏｒｋｓ中Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ静态分析，　到连接零件应力分析、合位移、应变分析结果（文中。由图１只列举其中２个）图１该连１、２分析可知，接零件的强度满足要求；最大的合位移量为０．００７即ＫＵＫＡ机器人应用高速机械主轴进行加工ｍｍ，

时，整个系统最大变形量为０符合机械加．００７ｍｍ，

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，作者简介：张超（男，副教授，主要从事机电一体化教１９７５－）

学研究、机电设备改造与设计。

收稿日期：２０１２年０１月１３日

责任编辑　马彤

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图１１　应力分析结果

；电话：ｓｃｅｒａ．ｃｏｍ．ｃｎ０２８－８７７５０１２２，ｊｙ

８７７７７２００。

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