机床冷却系统六自由度机械臂控制机构设计
２０１６年８月
第４４卷第１５期
机床与液压
ＭＡＣＨＩＮＥＴＯＯＬ＆ＨＹＤＲＡＵＬＩＣＳ
Ａｕｇ．２０１６Ｖｏｌ．４４Ｎｏ．１５
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－３８８１．２０１６．１５．００８
收稿日期：２０１５－０５－２３
基金项目：江苏省精密制造工程技术研究开发中心开放基金（ＺＫ１２－０１－０２；ＺＫ１３－０１－０２；ＺＫ１５－０１－０１）；２０１２青蓝工程资
助项目（ＲＳＣ１３－０３）；南京工业职业技术学院科技创新团队立项项目（ＴＫ１３－０１－０１）
作者简介：甄久军（１９７４—），男，硕士，副教授，主要从事气动技术、机电控制技术等方面的科研和教学工作。Ｅ－ｍａｉｌ：
ｚｈｅｎｊｉｕｊｕｎ＠１２６．ｃｏｍ。
机床冷却系统六自由度机械臂控制机构设计
甄久军，宋海潮，王晓勇，徐锋
（南京工业职业技术学院机械工程学院，江苏南京２１００２３）
摘要：六自由度机械臂控制机构包括吸附底座、主体架、机械臂和摆动头。其主体架与吸附底座相连，机械臂一端可
转动地设于主体架下端，另一端与摆动头相连；摆动头包括电机支架、摆动伺服舵机、喷头和摆动机构，喷头通过摆动机构与摆动伺服舵机的输出轴相连。该机构能围绕主轴实现３６０°旋转，避免喷射死角、盲区；同时利用具有多自由度的机械臂，能准确定位喷头位置，提高灵活性和通用性。
关键词：六自由度；机械臂；冷却控制
中图分类号：ＴＧ５４７ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００１－３８８１（２０１６）１５－０２６－４
ＣｏｏｌｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓＤｅｓｉｇｎｏｆＣｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒ６－ＤＯＦ
ＭａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｎＭａｃｈｉｎｅＴｏｏｌｓ
ＺＨＥＮＪｉｕｊｕｎ，ＳＯＮＧＨａｉｃｈａｏ，ＷＡＮＧＸｉａｏｙｏｎｇ，ＸＵＦｅｎｇ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＩｎｄｕｓｔｒｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＮａｎｊｉｎｇＪｉａｎｇｓｕ２１００２３，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｆｏｒｓｉｘｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍ（６－ＤＯＦ）ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｉｎｃｌｕｄｅｓ：ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｂａｓｅ，ｂｏｄｙｆｒａｍｅ，ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ，ａｎｄｓｗｉｎｇｈｅａｄ．Ｂｏｄｙｆｒａｍｅｗａｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｏｔｈｅａｄｓｏｒｐｔｉｏｎｂａｓｅ．Ｏｎｅｅｎｄｏｆｔｈｅｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒｗａｓｕｎｄｅｒｔｈｅｂｏｄｙｆｒａｍｅ，ｒｏｔａｔｉｎｇ，ａｎｄｔｈｅｏｔｈｅｒｅｎｄｗａｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄｗｉｔｈｓｗｉｎｇｈｅａｄ．Ｔｈｅｒｅｗｅｒｅｍｏｔｏｒｂｒａｃｋｅｔ，ｓｗｉｎｇｓｅｒｖｏ，ｎｏｚｚｌｅａｎｄｓｗｉｎｇｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｉｎｔｈｅｓｗｉｎｇｈｅａｄ．Ｔｈｅｎｏｚｚｌｅｗａｓｃｏｎｎｅｃｔｅｄｔｏｔｈｅｓｗｉｎｇｓｅｒｖｏｂｙｔｈｅｓｗｉｎｇｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ．Ｔｈｅｎｏｚｚｌｅｃｏｕｌｄａｃｈｉｅｖｅ３６０°ｒｏｔａｔｉｏｎａｒｏｕｎｄｔｈｅａｘｉｓ，ａｖｏｉｄｄｅａｄａｎｇｌｅａｎｄｂｌｉｎｄｓｐａｃｅ，ａｎｄａｃｃｕｒａｔｅｌｙｌｏｃａｔｅｔｈｅｎｏｚｚｌｅｐｏｓｉｔｉｏｎｄｕｅｔｏｕｓｉｎｇｔｈｅ６－ＤＯＦｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ．Ｉｔｉｓｍｏｒｅｆｌｅｘｉｂｌｅａｎｄｖｅｒｓａｔｉｌｉｅ．
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：６ｄｅｇｒｅｅｏｆｆｒｅｅｄｏｍ；Ｍａｎｉｐｕｌａｔｏｒ；Ｃｏｏｌｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌ
０ 前言
２０世纪以来，激烈的市场竞争推动了机械制造技术为先导的先进制造技术以前所未有的速度和广度向前发展，高生产率和高质量是先进制造技术的两大目标。因此，合理利用资源，污染小、废物少的“绿色制造”技术将成为２１世纪的主流。传统的切削液浇注方式在工作时，切削液主要作用在切屑、工件和刀体上，而最需要冷却和润滑的地方，刀刃与工件、刀刃与切屑的结合部则由于浇注不到位等原因并没有得到很好的冷却和润滑。六自由度机械臂控制机构结合生产实践和一线生产工人的需求，围绕传统的机加工装备绿色加工、清洁生产方向进行优化研究。１ 总体结构设计１．１ 设计目标
针对数控机床冷却系统进行研究，改进冷却系统机械机构和控制方式，使冷却系统成为智能、高效、节能的独立模块，并在现有的条件下，能满足常用的
一切数控机床的基本需求，实现数控机床冷却控制系统模块化。
１．２ 实现方案
针对数控机床冷却方式进行改进，提高冷却效果，增加冷却方式，使冷却液喷射具有针对性、方向性和高效性，达到增强冷却润滑效率、降低温升、减少冷却润滑液用量、防止污染和简化设备结构、一机多用、节省生产场地的目的。１．３ 结构设计
机床冷却系统六自由度机械臂控制机构如图１所示，包括吸附底座、主体架、机械臂和摆动头。吸附底座两端设有磁性表座，主体架与吸附底座相连；机械臂一端可转动地设于主体架下端，另一端与摆动头相连；摆动头包括电机支架、摆动伺服舵机、喷头和摆动机构；电机支架一端与机械臂相连；摆动伺服舵机固定在电机支架上；喷头通过摆动机构与摆动伺服舵机的输出轴相连。