CN102079058A - 钢板表面磁吸附升降式磨削装置 - Google Patents

Abstract

钢板表面磁吸附升降式磨削装置，属于工业机器人技术领域。该装置包括机架、第一电机、砂轮、砂轮升降机构、垂直导向装置、水平导向装置、末端滑块和吸附单元；机架包括上板和下板，第一电机的输出轴通过传动机构与砂轮相连，砂轮安装在所述的末端滑块上；砂轮升降机构包含一个以上的升降连杆组，每个升降连杆组一端与末端滑块铰接，另一端与水平导向装置铰接。本发明利用砂轮升降机构控制砂轮的升降，即砂轮非作业状态下可置于机架内，砂轮需要进行打磨作业时接触钢板表面，因此具有结构紧凑，体积小等优点，可实现在狭小空间内工作。同时该磨削装置在钢板导磁壁面自由移动，运动灵活，特别适合作为导磁钢板表面焊缝修复和高平整度要求的磨削加工。

Description

钢板表面磁吸附升降式磨削装置

技术领域

本发明涉及一种升降式磨削装置，特别涉及一种钢板表面磁吸附升降式磨削装置的结构设计，属于工业机器人技术领域。

背景技术

磨削装置的自动化在工业实践中越来越受到人们的重视，尤其是在一些难以实施常用磨削工具的场合，需要克服手工使用砂轮铲磨带来的效率低下，作业环境恶劣、维修成本偏高的问题。钢板表面磁吸附升降式磨削装置是一种用来在恶劣、危险、极限情况下，在变曲率导磁壁面上进行打磨作业的一种自动化机械装置，目前在石化工业、核工业、造船业等铁磁性结构的施工中迫切需要此类型的自动磨削装置。

在实际应用中，有些钢板导磁壁面是空间曲面，其表面形貌变化大，凹凸不平，曲率半经较小，且曲率变化范围较大，如水轮机叶片表面。对于在这类表面进行打磨加工，其吸附单元和叶片表面之间的气隙会发生变化，导致吸附力的变化，进而影响磨削装置工作时的稳定性能。另外，由于导磁壁面的凹凸不平，也会对磨削装置的运动性能产生影响，如壁面的凹凸不平可能会使驱动轮悬空，导致驱动失效。因此，对于在表面是复杂空间曲面的导磁壁面上打磨的磨削装置，要求磨削工具可以实现极限空间、良好的运动灵活性，保证在进行磨削打磨工作时，吸附稳定可靠。

国内目前对钢板表面进行修磨时，一般采用工人手持砂轮机进行铲磨，如水轮机叶片，通常需要将叶片从水轮机机组坑内吊出，然后进行相应的焊接、打磨等修复作业。国外的此类装置有基于轨道式的scompi机器人，其手臂串联、造价昂贵，用于焊接打磨修复作业时较为困难，无法实现在钢板表面各个位置空间上的加工。因此，迫切需要适合我国国情的钢板表面磁吸附升降式磨削装置。

申请日为1994年4月14日、申请号为94104010.0的专利文献涉及的“一种随形磨削装置及其用途”，该装置包括设备执行机构和随形磨头，设备执行机构末端接随形磨头，设备执行机构由纵向移动机构、横向移动机构、垂直移动机构、纵向旋转机构、横向旋转机构、垂直旋转机构任意连接组合而成，随形磨头由磨头、磨头驱动电机、磨头架、连杆和油缸等组成，连杆接向油缸供油时，可携带磨头驱动电机绕支点旋转。

该装置的不足之处为：多个移动机构装置复杂、体积庞大、制造成本高，驱动方案复杂，只简单考虑了对随三维变化的曲面的随形磨削。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术的不足之处，提供一种钢板表面磁吸附升降式磨削装置，使其不仅结构简单、运行可靠，成本低，而且能够对变曲率表面实现随形打磨的修复作业，更为重要的是此装置安装在工业机器人机械臂上能够在极限空间内完成打磨过程。

本发明的技术方案如下：

钢板表面磁吸附升降式磨削装置，其特征在于：该装置包括机架、第一电机、砂轮、砂轮升降机构、垂直导向装置、水平导向装置、末端滑块和吸附装置；所述机架包括上板和下板，所述第一电机的输出轴通过传动机构与砂轮相连，砂轮安装在所述的末端滑块上；所述砂轮升降机构包含一个以上的升降连杆组，每个升降连杆组一端与末端滑块铰接，另一端与水平导向装置铰接；所述水平导向装置包括第二电机、丝杠、设置在丝杠上的第一螺母块和第二螺母块、水平导向件、第一水平移动块第二水平移动；所述的第一水平移动块和第二水平移动块的一端分别与水平导向件连接，另一端与所述的第一螺母块和第二螺母块连接，第一螺母块和第二螺母块旋向相反；所述垂直导向装置至少包括一个垂直导向件，垂直导向件固定在机架上，所述的末端滑块沿垂直导向件上下滑动；所述吸附装置与机架下板固接，在机架下板上安装支撑万向轮。

本发明所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置，其特征在于：所述的升降连杆组采用X形连杆，X形连杆包括两根铰接成X形的杆件，两根杆件的一端分别与末端滑块固定连接，两根杆件的另一端分别与水平导向装置中的第一水平移动块和第二水平移动块铰接。

本发明所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置，其特征在于：所述的升降连杆组采用V形连杆，V形连杆包括两根铰接成V形的杆件，两根杆件的末端与末端滑块固定连接，两根杆件的另一端分别与水平导向装置中的第一水平移动块和第二水平移动块铰接。

本发明所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置，其特征在于：所述的升降连杆组采用X+V形连杆，X+V形连杆包括两根铰接成X形的杆件和两根铰接成V形的杆件，杆件的上端与水平导向装置中的水平移动块铰接，杆件的下端与末端滑块连接。

本发明所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置，其特征在于：X+V形连杆中X形的杆件在V形的杆件上面或在V形的杆件下面。

本发明所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置，其特征在于：所述机架采用筒体、框架体或组合封闭结构。

本发明所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置，其特征在于：所述的垂直导向件和水平导向件采用导向轴、线性滑轨、平面导轨、线性滑道、滚珠直线导轨或线性滑台。

本发明所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置，其特征在于：所述的吸附装置含有三个吸附单元，每个吸附单元由两块永磁体和一块轭铁组成乙型磁路；吸附单元上两块永磁体磁极按行和列交叉布置，即相邻磁极的极性相反。

本发明与现有技术相比，具有以下优点和显著进步：

①砂轮由升降机构控制可实现升降，即砂轮非作业状态下可置于机架内，砂轮需要进行打磨作业时接触钢板表面。②机架体积小，垂直导向装置、砂轮、水平导向装置、第一电机、第二电机、砂轮升降机构、砂轮更换装置均置于机架内，使得磨削装置结构紧凑，可实现在极限狭小空间内的运动。③磨削装置与本体的连接极为方便，既可手持磨削装置进行修复作业，亦可连接在工业机器人末端实现在极限狭小空间内的磨削加工。④磨削装置在钢板导磁壁面自由移动，运动灵活，可自由控制砂轮打磨焊缝的方向，实现砂轮在不同位置实现位置变动，与现有手持砂轮机打磨焊缝的过程几乎无异。⑤打磨工具在回转机构中的定位由本设计发明的左右回转主轴夹持，既保证了加工时的稳定可靠性，又能实现打磨工具破损时的灵活更换。⑥吸附单元用永磁非接触吸附方案，有效克服了磨削装置吸附能力和运动灵活性间的矛盾：磨削装置底部采用三个万向滚珠移动机构，运动灵活性好，可绕磨削装置中心转向，最小转向半经为0；本发明所采用的非接触永磁吸附装置在具有强吸附能力，可有效地抵消砂轮磨削时的法向切削力，由于和导磁壁面之间是非接触的，减小了磨削装置在极限狭小空间内的运行阻力，在保证磨削装置打磨加工稳定可靠性的同时，使该装置具有优良的运动灵活性。

附图说明

图1是本发明提供的钢板表面磁吸附升降式磨削装置的实施例的正面外观图。

图2是图1的右视图。

图3是本实施例的水平导向装置示意图。

图4是本实施例的砂轮安装在末端滑块上的示意图。

图5是本实施例的吸附单元、支撑轮安装在下板上的示意图。

图6是本实施例的吸附单元采用的乙型磁路示意图。

图7、图8是本实施例在钢板叶片表面极限的凹凸两位置应用的三维示意图。

在图1至图8中：

1-机架，           11-上板，            12-下板，

2-垂直导向装置，   21-垂直导向件，      3-砂轮升降机构，

31-X形连杆，       32-V形连杆，         41-轭铁，

42-永磁体，        5-支撑万向轮，       6-砂轮，

7-末端动块，       71-砂轮电机连接架，  72-砂轮电机支撑架，

73-砂轮第一半轴，  74-砂轮第二半轴，    8-第二电机，

9-第一电机，       10-水平导向装置，    101-水平导向件，

102-法兰直线轴承， 104-第一螺母块，     105-第二螺母，

106-丝杠，         106a-第一水平移动快，106b-第二水平移动快

下面结合附图及实施例进一步详细介绍本发明的具体结构和工作原理。

本发明所述钢板表面磁吸附升降式磨削装置的结构如图1、图2和图3所示，该装置包括机架1、第一电机9、砂轮6、砂轮升降机构3、垂直导向装置2、水平导向装置10、末端滑块7和吸附单元4；所述机架包括上板11和下板12，所述第一电机9的输出轴通过传动机构与砂轮6相连，砂轮安装在所述的末端滑块7上；所述砂轮升降机构3包含一个以上的升降连杆组，每个升降连杆组一端与末端滑块铰接，另一端与水平导向装置铰接；所述水平导向装置包括第二电机8、丝杠106、设置在丝杠上的第一螺母块104和第二螺母块105、水平导向件101、第一水平移动块106a和第二水平移动块106b；所述的第一水平移动块和第二水平移动块的一端分别与水平导向件101连接，另一端与所述的第一螺母块和第二螺母块连接；第一螺母块和第二螺母块旋向相反；所述垂直导向装置2至少包括一个垂直导向件21，垂直导向件固定在机架上；所述的末端滑块沿垂直导向件上下滑动；所述吸附单元与机架下板固接，在机架下板上安装支撑万向轮5。

本发明所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置中，机架采用中空组合封闭框架结构，实施例中垂直导向装置采用四根垂直导向杆，四根垂直导向杆分别连接上板和下板，四根垂直导向杆和其直线轴承套接在末端滑块上。从而构成一个封闭空间，用以容纳本装置的其他机构，使该装置体积足够小，能够在狭小空间内实施打磨作业。如同图1和图2所示。

本发明所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置中，水平导向装置由丝杠106、第一螺母104、第二螺母105、第一水平移动块106a、第二水平移动块106b和含有法兰直线轴承102的一个水平导向杆组成。丝杠是两端左右螺纹的30度梯形丝杠，第二电机8通过同步带带动丝杠转动，驱动第一、第二螺母水平移动，带动第一水平移动块和第二水平移动块水平运动，拉动升降连杆组运动，带动末端滑块上下升降。图3是其组成示意图。

本发明所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置中，砂轮升降机构3包含一个以上的升降连杆组，每个升降连杆组一端与末端滑块铰接，另一端与水平导向装置铰接，以实现砂轮上下升降。升降连杆组可以采用X形连杆、V形连杆或X+V形连杆。X形连杆包括两根铰接成X形的杆件，两根杆件的一端分别与末端滑块固定连接，两根杆件的另一端分别与水平导向装置中的第一水平移动块和第二水平移动块铰接。V形连杆包括两根铰接成V形的杆件，两根杆件的末端与末端滑块固定连接，两根杆件的另一端分别与水平导向装置中的第一水平移动块和第二水平移动块铰接。X+V形连杆包括两根铰接成X形的杆件和两根铰接成V形的杆件，杆件的上端与水平导向装置中的水平移动块铰接，杆件的下端与末端滑块7连接。在X+V形连杆中，X形的杆件在V形的杆件上面或在V形的杆件下面(图其中是X形连杆在上，V形连杆在下)。通过连杆组升降杆拉动末端滑块大位移的上下升降。

本发明所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置中，末端滑块中含有砂轮第一半轴73及砂轮第二半轴74，砂轮第一半轴和砂轮第二半轴以孔轴定位，内外螺纹连接夹持砂轮，第一、第二半轴和端部的滚动轴承连接在末端滑块上，砂轮更换时只需松开螺纹连接即可。图4是组成的示意图。

本发明所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置中，吸附装置采用三个吸附单元组成，三个吸附单元连接在中空机架的下板上，三个吸附单元构成边长相等的等边三角形，砂轮居于此等边三角形的中心，保证了打磨作业时的稳定性。图5是其连接组成的示意图。

本发明所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置中，在移动装置运动时，磨削装置可绕磨削装置中心转向。三吸附单元含有三个支撑万向轮5，减小了运行阻力，提高了运动灵活性。图5是吸附单元和球形万向轮连接的示意图。

本发明所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置中，每个吸附单元由两块永磁体42和一块轭铁41组成，轭铁和永磁体磁极按照图6所示方式排列构成乙型磁路；吸附单元上两块永磁体磁极按行和列交叉布置，即相邻磁极的极性相反。永磁体采用沿高度方向磁化的圆环形永磁体，永磁体可采用高性能永磁材料如NdFeB等制造，轭铁采用纯铁或低碳钢(如Q235等)制造。

吸附装置上各吸附单元上的两个永磁体磁极的极性互不相同。永磁体尺寸根据吸附单元磁路的耦合情况来确定，本实施例所示的圆环形永磁体的尺寸Φ55mm×Φ24mm×10mm(外径×内径×厚度)，圆环形轭铁尺寸为Φ60mm×Φ24mm×10mm(外径×内径×厚度)。对图5所示吸附装置进行了试制，在磨削装置和导磁壁面(钢板)间的气隙为8mm时，可提供约300N的吸附力，每一吸附单元提供约为100N的吸附力。

Claims (8)

1.钢板表面磁吸附升降式磨削装置，其特征在于：该装置包括机架(1)、第一电机(9)、砂轮(6)、砂轮升降机构(3)、垂直导向装置(2)、水平导向装置(10)、末端滑块(7)和吸附装置；所述机架包括上板(11)和下板(12)，所述第一电机的输出轴通过传动机构与砂轮相连，砂轮安装在所述的末端滑块上；所述砂轮升降机构包含一个以上的升降连杆组(13)，每个升降连杆组一端与末端滑块铰接，另一端与水平导向装置铰接；所述水平导向装置包括第二电机(8)、丝杠(106)、设置在丝杠上的第一螺母块(104)和第二螺母块(105)、水平导向件(101)、第一水平移动块(107a)和第二水平移动块(107b)；所述的第一水平移动块和第二水平移动块的一端分别与水平导向件(101)连接，另一端与所述的第一螺母块和第二螺母块连接，第一螺母块和第二螺母块旋向相反；所述垂直导向装置至少包括一个垂直导向件(21)，垂直导向件固定在机架上；所述的末端滑块沿垂直导向件上下滑动；所述吸附装置与机架下板固接，在机架下板上安装支撑万向轮(5)。

2.如权利要求1所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置，其特征在于：所述的升降连杆组采用X形连杆，X形连杆包括两根铰接成X形的杆件，两根杆件的一端分别与末端滑块固定连接，两根杆件的另一端分别与水平导向装置中的第一水平移动块和第二水平移动块铰接。

3.如权利要求1所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置，其特征在于：所述的升降连杆组采用V形连杆，V形连杆包括两根铰接成V形的杆件，两根杆件的末端与末端滑块固定连接，两根杆件的另一端分别与水平导向装置中的第一水平移动块和第二水平移动块铰接。

4.如权利要求1所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置，其特征在于：所述的升降连杆组采用X+V形连杆，X+V形连杆包括两根铰接成X形的杆件和两根铰接成V形的杆件，杆件的上端与水平导向装置中的水平移动块铰接，杆件的下端与末端滑块连接。

5.如权利要求4所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置，其特征在于：X+V形连杆中X形的杆件在V形的杆件上面或在V形的杆件下面。

6.权利要求1～4任一权利要求所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置，其特征在于：所述机架采用筒体、框架体或组合封闭结构。

7.权利要求1～4所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置，其特征在于：所述的垂直导向件和水平导向件采用导向轴、线性滑轨、平面导轨、线性滑道、滚珠直线导轨或线性滑台。

8.权利要求1～4所述的钢板表面磁吸附升降式磨削装置，其特征在于：所述的吸附装置含有三个吸附单元，每个吸附单元由两块永磁体和一块轭铁组成乙型磁路；吸附单元上两块永磁体磁极按行和列交叉布置，即相邻磁极的极性相反。

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