CN102059644A - 一种强化研磨智能加工机器人 - Google Patents

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刘晓初
向建化
刘传剑
陶建华
李文雄
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Abstract

一种强化研磨智能加工机器人，其结构包括机架(1)，及设置在机架(1)上用于强化研磨加工三维空间移位的六轴机械手(6)，及设置在机架(1)上用于装夹待加工金属工件(3)的两个工作台(2)，及安装在六轴机械手(6)上用于金属工件(3)强化研磨表面监测的3D影像表面质量监测器(4)，及安装在六轴机械手(6)上并位于3D影像表面质量监测器(4)的右侧用于把强化研磨料喷射到金属工件(3)加工表面上的高压喷头(5)，高压喷头(5)通过柔性连接管(7)与高压喷射装置(8)相连。采用本发明机器人对金属工件表面进行强化研磨加工，不仅实现了加工的自动化，提高了加工效率，而且实现了精度补偿的智能化，保证了加工品质。

Description

一种强化研磨智能加工机器人
技术领域
本发明属于机械表面加工技术领域，具体涉及一种金属工件表面强化研磨智能加工机器人。
背景技术
现代工业化、自动化程度的飞速发展，对机械表面质量提出了更高的要求，表面的质量好坏不仅影响到产品的外观，而且还直接关系到产品甚至整个机械设备的寿命和可靠性，如在航空、航天装备和国防、军事装备中，某个关键零部件的失效就可能导致整个设备不能运行，甚至造成严重的事故和灾难。然而，机械零部件一般需要经过切削(包含车削、铣削、磨削等)加工才能生产出来，在切削加工过程中，由于切削热而不可避免要在机械加工表面产生变质层，可使机械加工表面层硬度下降，而且是拉应力层，易产生疲劳裂纹，从而降低机械零部件特别是关键滑动件(包括轴承、丝杠、导轨等)的疲劳寿命和可靠性；在一般硬切削中，机械加工表面也会出现残余拉应力而且也难于主动控制；在采用液氮作为冷却介质的强冷切削中，其效果依然不够理想，且加工成本也较高；而在采用预应力硬切削方法加工中，虽然这种加工方法可以使机械加工表面产生残余压应力，但是这种基于机械零部件施加预应力进行切削加工的方法，有如下几个问题难以解决：(1)特殊形状及尺寸的工件难以进行预应力切削加工；(2)预应力的施加将使机加工件产生较大的弹塑性变形，难以提高加工精度和表面质量。
为了改善切削加工产生的残余拉应力，提高机械零部件的疲劳寿命，目前广泛使用的是表面强化技术，主要包括：表面覆层、表面改性和表面机械强化。然而，在诸如精密器械、医疗设备等工业中对表面粗糙度又有较高要求时，表面强化后的机械零部件还需要增加一道重要的表面研磨工序，甚至是需要有经验的工程师傅进行手动研磨，不仅加工能力差，劳动强度大，而且不易实现自动化，效率低，加工品质难以保证。
发明内容
本发明的目的是针对上述机械加工易产生有害的表面残余拉应力以及现有表面加工技术不易实现自动化和难以保证加工品质的不足，提供了一种机械表面强化研磨智能加工机器人。
为达到以上目的，本发明采用的方案是：一种强化研磨智能加工机器人，其结构包括机架(1)，及设置在机架(1)上用于强化研磨加工三维空间移位的六轴机械手(6)，及设置在机架(1)上用于装夹待加工金属工件(3)的两个工作台(2)，两个工作台(2)成90°夹角分别位于六轴机械手(6)的前侧和右侧，及安装在六轴机械手(6)上用于金属工件(3)强化研磨表面监测的3D影像表面质量监测器(4)，及安装在六轴机械手(6)上并位于3D影像表面质量监测器(4)的右侧用于把强化研磨料喷射到金属工件(3)加工表面上的高压喷头(5)，高压喷头(5)通过柔性连接管(7)与高压喷射装置(8)相连。
本发明实现的技术方案为：将待加工金属工件(3)装夹到强化研磨加工的其中一个工作台(2)上，六轴机械手(6)通过加工指令把高压喷头(5)送达到该金属工件(3)加工区域上方，高压喷射装置(8)通过高压喷头(5)把强化研磨料喷射到金属工件(3)加工表面上对其表面进行强化研磨加工，同时，3D影像表面质量监测器(4)实时反馈金属工件(3)表面加工质量到中央处理器，并与设定的表面质量要求值进行比较，对未达到质量要求的表面实施补偿加工，并且中央处理器根据其比较值通过工程加工优化算法确定高压喷头(5)的喷射角度及高度，直到达到加工要求，此外，在加工上述工件的过程中，可以在另一个工作台(2)上装夹其它金属工件(3)，这样，一个工作台(2)上的工件加工完成后就可以继续加工另一个工作台(2)上的工件，并可以对已加工工件进行拆卸，上述过程如此反复，实现了金属工件表面强化研磨加工的自动化和表面质量控制的智能化。
本发明的有益效果是，采用本发明机器人对金属工件表面进行强化研磨加工，不仅实现了加工的自动化，提高了加工效率，而且实现了精度补偿的智能化，保证了加工品质。
附图说明
图1为强化研磨智能加工机器人总装示意图。
附图中：(1)、机架；(2)、工作台；(3)、金属工件；(4)、3D影像表面质量监测器；(5)、高压喷头；(6)、六轴机械手；(7)、柔性连接管；(8)、高压喷射装置。
具体实施方式
结合附图1，一种强化研磨智能加工机器人，其结构包括机架(1)，及设置在机架(1)上用于强化研磨加工三维空间移位的六轴机械手(6)，及设置在机架(1)上用于装夹待加工金属工件(3)的两个工作台(2)，两个工作台(2)成90°夹角分别位于六轴机械手(6)的前侧和右侧，及安装在六轴机械手(6)上用于金属工件(3)强化研磨表面监测的3D影像表面质量监测器(4)，及安装在六轴机械手(6)上并位于3D影像表面质量监测器(4)的右侧用于把强化研磨料喷射到金属工件(3)加工表面上的高压喷头(5)，高压喷头(5)通过柔性连接管(7)与高压喷射装置(8)相连。其工作流程为：将待加工金属工件(3)装夹到强化研磨加工的其中一个工作台(2)上，六轴机械手(6)通过加工指令把高压喷头(5)送达到该金属工件(3)加工区域上方，高压喷射装置(8)通过高压喷头(5)把强化研磨料喷射到金属工件(3)加工表面上对其表面进行强化研磨加工，同时，3D影像表面质量监测器(4)实时反馈金属工件(3)表面加工质量到中央处理器，并与设定的表面质量要求值进行比较，对未达到质量要求的表面实施补偿加工，并且中央处理器根据其比较值通过工程加工优化算法确定高压喷头(5)的喷射角度及高度，直到达到加工要求，此外，在加工上述工件的过程中，可以在另一个工作台(2)上装夹其它金属工件(3)，这样，一个工作台(2)上的工件加工完成后就可以继续加工另一个工作台(2)上的工件，并可以对已加工工件进行拆卸，上述过程如此反复，实现了金属工件表面强化研磨加工的自动化和表面质量控制的智能化。
应该说明的是，以上实施例仅用于本发明的技术方案，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡对本发明的技术方案进行各种变动和等效替换，而不背离本发明技术方案的原理及范围，均应涵盖在本发明权利要求的范围之中。

Claims (3)

1.一种强化研磨智能加工机器人，其结构包括机架(1)，设置在机架(1)上用于强化研磨加工三维空间移位的六轴机械手(6)，其特征在于其结构还包括设置在机架(1)上用于装夹待加工金属工件(3)的两个工作台(2)，及安装在六轴机械手(6)上用于金属工件(3)强化研磨表面监测的3D影像表面质量监测器(4)，及安装在六轴机械手(6)上并位于3D影像表面质量监测器(4)的右侧用于把强化研磨料喷射到金属工件(3)加工表面上的高压喷头(5)。
2.根据权利1所述的一种强化研磨智能加工机器人，其特征在于所述的两个工作台(2)是成90°夹角分别位于六轴机械手(6)的前侧和右侧。
3.根据权利1所述的一种强化研磨智能加工机器人，其特征在于所述的高压喷头(5)是通过柔性连接管(7)与高压喷射装置(8)相连。
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