CN102179746A - 一种基于气压砂轮的机器人光整加工系统 - Google Patents

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计时鸣
应申舜
金明生
袁巧玲
张利
蔡东海
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Abstract

一种基于气压砂轮的机器人光整加工系统，包括气压砂轮光整工具，所述气压砂轮光整工具安装在工作台上方，并与所述工作台上的加工工件接触；所述气压砂轮光整工具连接在控制其移动和旋转的机器人上；所述机器人与控制其运动的机器人控制柜连接，所述机器人控制柜上连接有自动控制机器人运动的计算机控制与处理模块和手动控制机器人运动的示教编程器，所述工作台与控制其转数的所述计算机控制与处理模块连接；所述气压砂轮光整工具包括第一模块，所述第一模块包括橡胶气囊和粘合在所述橡胶气囊上的磨料，所述橡胶气囊安装在气囊保持架上；所述气囊保持架与所述旋转主轴连接，所述旋转主轴与给第一模块提供所需旋转动力和气囊压力的第二模块连接。

Description

一种基于气压砂轮的机器人光整加工系统
技术领域
本发明涉及一种机械技术领域的基于气压砂轮的机器人光整加工系统。
背景技术
工业机器人抛光具有柔性大、加工方式和范围灵活、容易与传感器和驱动器耦合形成闭环控制的特点，可满足抛光工艺作用力小，工艺去除量低，精度不高的要求，非常适合于大型模具型腔的表面光整加工。机器人辅助抛光系统的自动化生产特性，还有利于解决模具自由曲面手工抛光熟练劳动力短缺、抛光效率低、工作单调耗时以及抛光质量一致性难以得到保证等问题，是实现模具自由曲面抛光加工自动化是有效的途径之一。
很多学者对机器人辅助抛光系统进行了研究。如华中科技大学韩光超、张海鸥、袁楚明等系统研究了基于游离磨料的机器人抛光工艺、模具曲面机器人智能抛光系统以及机器人模具抛光自由曲面刀具轨迹的生成。浙江工业大学国家自然基金的资助下，研究了应用于模具自由曲面的新型气囊抛光技术。这些研究显著地提高了模具自由曲面抛光自动化加工程度，然而，这些研究大都采用游离磨料的抛光工具，由于游离磨料自身的局限性，使得这些抛光系统还存在旋转速度较低、磨削力较小等缺点。
发明内容
为提高现有基于游离磨料的机器人辅助气囊抛光系统的加工效果和效率，本发明提供了一种有效提高机器人辅助抛光效率的基于气压砂轮的机器人光整加工系统。
本发明的技术方案：
一种基于气压砂轮的机器人光整加工系统，其特征在于：包括气压砂轮光整工具，所述气压砂轮光整工具安装在工作台上方，并与所述工作台上的加工工件接触；所述气压砂轮光整工具连接在控制其移动和旋转的机器人上；所述机器人与控制其运动的机器人控制柜连接，所述机器人控制柜上连接有自动控制机器人运动的计算机控制与处理模块和手动控制机器人运动的示教编程器，所述工作台与控制工作台上转轴转数的所述计算机控制与处理模块连接；
所述气压砂轮光整工具包括第一模块和第二模块，所述第一模块包括橡胶气囊和粘合在所述橡胶气囊上的磨料，所述橡胶气囊安装在气囊保持架上；所述气囊保持架与所述旋转主轴连接，所述旋转主轴与给第一模块提供所需旋转动力和气囊压力的第二模块连接。
进一步，所述工作台上配设有液体冷却循环系统。
进一步，所述气压砂轮光整工具安装在所述机器人的执行末端。
进一步，所述橡胶气囊是可更换模块，其通过金属固定环安装在气囊保持架上。
进一步，所述机器人控制柜外接电源电缆，所述示教编程器通过示教编程器电缆与机器人控制柜连接，所述机器人通过供电电缆与机器人控制柜连接。
本发明中的机器人具有六自由度，可基于示教模式或编程控制，在三维空间内移动和旋转。作为一种优选方案，采用MOTOMAN-HP20机器人。
所述工作台可以固定工件，亦可控制工件旋转，旋转速度由伺服电动机的输入电压进行调节。此外，工作台配有的液体冷却循环系统，在光整作业模具表面温度过高时可选择使用。
所述气压砂轮光整工具的气压可控的柔性橡胶气囊，其内部的压力根据被抛曲面的曲率变化和局部材料去除深度进行调节。橡胶气囊外附着一定粒度的磨粒，作为光整加工工作面。气囊内部气压使得气压砂轮光整工具表面具有一定的柔性，可与模具曲面很好地贴合。
所述气压砂轮光整工具的设计基于模块化理念。第一模块是易拆卸模块，方便磨损件或破损件的更换，特别是抛光布的更换。同时，通过改变第一模块各部件的尺寸设计参数来改变球形橡胶气囊的直径大小， 以适应曲率和光整加工效率变化的需求。所述气压砂轮光整工具的特点：由电动机直接驱动、模块化设计、气压调节响应快、工具与曲面工件接触面积大、柔性接触具有缓振作用、光整工具与机器人固接后易于实现位置和姿态的控制。
本发明不仅能基于示教模式或编程控制自动光整加工平面或自由曲面，而且在光整加工过程中能方便地改变光整工具的旋转速度和橡胶气囊内部压力。
本发明的技术构思为：将一定粒度的磨粒，粘合在气压砂轮光整工具的橡胶气囊外侧，计算机控制与处理模块通过机器人控制柜控制机器人，进而带动机器人执行末端的气压砂轮光整工具以一定的姿态、进给速度和行走轨迹在工件表面运动，实现气囊光整加工效果；一系列线缆保证整个系统的供电和信息传输；计算机控制与处理模块通过设置气压砂轮光整工具不同的气囊内部压力、光整工具与工件不同的接触深度、光整工具不同的姿态、进给速度和行走轨迹，最终获取理想的工件表面加工质量和光整加工效率。
本发明的有益效果在于：由于磨料以较大的粘合力固结在橡胶气囊上，使得光整工具以较大速度旋转而不至于将磨料甩出去，并且在与工件刀位点产生较大的磨削力，可有效提高机器人辅助抛光的效果和效率。
附图说明
图1是本发明整体结构示意图。
图2是本发明气压砂轮光整工具的结构示意图。
具体实施方式
参照图1、图2，一种基于气压砂轮的机器人光整加工系统，包括气压砂轮光整工具10，所述气压砂轮光整工具10安装在工作台7上方，并与所述工作台7上的加工工件8接触；所述气压砂轮光整工具10连接在控制其移动和旋转的机器人9上；所述机器人9与控制其运动的机器人控制柜2连接，所述机器人控制柜2上连接有自动控制机器人9运动的计算机控制与处理模块6和手动控制机器人9运动的示教编程器3，所述工作台7与控制工作台7上转轴转数的所述计算机控制与处理模块6连接；
所述气压砂轮光整工具10包括第一模块和第二模块，所述第一模块包括橡胶气囊101和粘合在所述橡胶气囊101上的磨料102，所述橡胶气囊101安装在气囊保持架103上；所述气囊保持架103与所述旋转主轴104连接，所述旋转主轴104与给第一模块提供所需旋转动力和气囊压力的第二模块连接。
所述工作台7上配设有液体冷却循环系统。
所述气压砂轮光整工具10安装在所述机器人9的执行末端。
所述橡胶气囊101是可更换模块，其通过金属固定环105安装在气囊保持架103上。
所述机器人控制柜2外接电源电缆1，所述示教编程器3通过示教编程器电缆4与机器人控制柜2连接，所述机器人9通过供电电缆5与机器人控制柜2连接。
本发明中的机器人9具有六自由度，可基于示教模式或编程控制，在三维空间内移动和旋转。作为一种优选方案，采用MOTOMAN-HP20机器人。
所述工作台7可以固定工件，亦可控制工件旋转，旋转速度由伺服电动机的输入电压进行调节。此外，工作台7配有的液体冷却循环系统，在光整作业模具表面温度过高时可选择使用。
所述气压砂轮光整工具10的气压可控的柔性橡胶气囊101，其内部的压力根据被抛曲面的曲率变化和局部材料去除深度进行调节。橡胶气囊101外附着一定粒度的磨粒102，作为光整加工工作面。气囊内部气压使得气压砂轮光整工具10表面具有一定的柔性，可与模具曲面很好地贴合。
所述气压砂轮光整工具10的设计基于模块化理念。第一模块是易拆卸模块，方便磨损件或破损件的更换，特别是抛光布的更换。同时，通过改变第一模块各部件的尺寸设计参数来改变球形橡胶气囊的直径大小， 以适应曲率和光整加工效率变化的需求。所述气压砂轮光整工具10的特点：由电动机直接驱动、模块化设计、气压调节响应快、工具与曲面工件接触面积大、柔性接触具有缓振作用、光整工具与机器人固接后易于实现位置和姿态的控制。
本发明不仅能基于示教模式或编程控制自动光整加工平面或自由曲面，而且在光整加工过程中能方便地改变光整工具的旋转速度和橡胶气囊内部压力。
本发明的技术构思为：将一定粒度的磨粒102，粘合在气压砂轮光整工具10的橡胶气囊101外侧，计算机控制与处理模块6通过机器人控制柜2控制机器人9，进而带动机器人9执行末端的气压砂轮光整工具10以一定的姿态、进给速度和行走轨迹在工件表面运动，实现气囊光整加工效果；一系列线缆保证整个系统的供电和信息传输；计算机控制与处理模块6通过设置气压砂轮光整工具不同的气囊内部压力、光整工具与工件不同的接触深度、光整工具不同的姿态、进给速度和行走轨迹，最终获取理想的工件表面加工质量和光整加工效率。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (5)

1. 一种基于气压砂轮的机器人光整加工系统，其特征在于：包括气压砂轮光整工具，所述气压砂轮光整工具安装在工作台上方，并与所述工作台上的加工工件接触；所述气压砂轮光整工具连接在控制其移动和旋转的机器人上；所述机器人与控制其运动的机器人控制柜连接，所述机器人控制柜上连接有自动控制机器人运动的计算机控制与处理模块和手动控制机器人运动的示教编程器，所述工作台与控制工作台上转轴转数的所述计算机控制与处理模块连接；
所述气压砂轮光整工具包括第一模块和第二模块，所述第一模块包括橡胶气囊和粘合在所述橡胶气囊上的磨料，所述橡胶气囊安装在气囊保持架上；所述气囊保持架与所述旋转主轴连接，所述旋转主轴与给第一模块提供所需旋转动力和气囊压力的第二模块连接。
2. 根据权利要求1所述的一种基于气压砂轮的机器人光整加工系统，其特征在于：所述工作台上配设有液体冷却循环系统。
3. 根据权利要求1或2所述的一种基于气压砂轮的机器人光整加工系统，其特征在于：所述气压砂轮光整工具安装在所述机器人的执行末端。
4. 根据权利要求3所述的一种基于气压砂轮的机器人光整加工系统，其特征在于：所述橡胶气囊是可更换模块，其通过金属固定环安装在气囊保持架上。
5. 根据权利要求4所述的一种基于气压砂轮的机器人光整加工系统，其特征在于：所述机器人控制柜外接电源电缆，所述示教编程器通过示教编程器电缆与机器人控制柜连接，所述机器人通过供电电缆与机器人控制柜连接。
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