CN102581739B

CN102581739B - 薄壁胀形管表面抛光方法及其装置

Info

Publication number: CN102581739B
Application number: CN 201210053027
Authority: CN
Inventors: 刘�文; 张海英; 马挺; 马文筝; 李继强; 俞凯逸; 颜新华; 莫伟伟
Original assignee: Ningbo Institute of Technology of ZJU
Current assignee: Lishui Haizhuo Technology Co., Ltd.
Priority date: 2012-03-02
Filing date: 2012-03-02
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2032-03-02
Also published as: CN102581739A

Abstract

本发明公开了一种薄壁胀形管表面抛光方法及其装置，采用自动化控制，大大节省了人力，提升效率，精度较高；且采用低温合金（50°~80°熔点）作为填充介质，固定支撑薄壁胀形管，克服普通填充物无法有效填充的缺点，又结合中频加热的集肤效应，快速熔化低温合金去除填充物，加工成品率高，抛光质量好。且对胀形管进行抛光的过程中，通过抛光装置的定位装置的仿形定位，可实时将定位数据传输至控制系统并进行曲线数据拟合，并根据胀形管外轮廓形状实时计算出抛光头应到达的位置，并在伺服系统的驱动下进行抛光工作，能有效保证胀形管的形状和尺寸精度。该装置的自动化程度高，减小了劳动强度，同时可防止粉末对人体健康的危害。

Description

薄壁胀形管表面抛光方法及其装置

技术领域

本发明涉及胀形管加工领域，特别涉及一种薄壁胀形管表面抛光方法及其装置。

背景技术

对于厚度1mm左右的胀形管，因壁厚较薄、材料脆性大，抛光时常常会因局部受载较大而碎裂；当管狭长或管径较大，夹持时局部载荷较大也会使零件破裂。对于外表面抛光的胀形管，无论内部采用软支撑或硬支撑均无法有效支撑，在抛光过程中，胀形管容易发生变形,废品率高。且对于薄壁胀形管的抛光，现在多采用人工进行抛光，但工人劳动强度大，生产效率较低；其次，人工操作时抛光量难以精确控制，抛光质量不稳定且精度较差；再者，抛光过程中，抛光粉末飞扬，粉尘易进入人体呼吸道和对皮肤危害工人身体健康，且噪音较大，生产环境恶劣，人工生产成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种在在抛光时能够对薄壁胀形管进行更好的夹持，生产效率高、产品精度高、质量稳定、人工成本低的薄壁胀形管表面抛光方法。

本发明解决上述问题所采用的技术方案为：一种薄壁胀形管表面抛光方法，包括以下步骤：

1) 通过控制系统控制取件机械手抓取胀形管，并将工件竖直放置并同轴套合于工作台第一工位的芯轴上；

2）通过浇注系统的浇注口将低温合金填充于胀形管与第一工位处的芯轴之间的间隙，低温合金凝固后将胀形管和芯轴凝固连接成一整体；

3）控制系统控制工作转台转动，将胀形管置于第二工位处；电机带动芯轴旋转，同时

控制系统控制抛光装置上、下移动，对胀形管进行抛光，在抛光的过程中随着工件表面的外轮廓形状不同，根据定位装置的仿形定位，可实时将定位数据传输至控制系统并进行曲线数据拟合，根据工件外轮廓形状实时计算出抛光头的位置，并驱动抛光头到达指定高度进行抛光工作；

4）抛光结束后，控制系统控制工作转台转动，将胀形管置于第三工位处；将中频感应加热线圈套合于胀形管外部，中频感应加热线圈通电后，低温合金在中频磁场的集肤效应作用下表面迅速加热熔化，胀形管和芯轴自动脱离，同时低温合金流入合金回收槽回收；

5）控制系统控制取件机械手抓取抛光后的胀形管，并放置到成品收集箱中完成抛光工作。

作为优选，本发明一种薄壁胀形管表面抛光方法，它还包括：在步骤3）的抛光过程中，通过对抛光位置进行强制风冷，防止抛光过程中摩擦生热熔化低温合金。

作为优选，本发明一种薄壁胀形管表面抛光方法，它还包括：在步骤4）的中频感应加热线圈的加热温度为高于低温合金的熔点温度5~10℃，以保证低温合金完全熔化并脱落。

本发明要解决的另一个问题是，提供一种自动化程度高，操作方便的一种薄壁胀形管表面抛光方法所采用的装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种薄壁胀形管表面抛光方法所采用的装置，包括均由控制系统控制的工作台、依次设于工作台、周围的取件机械手、浇注装置、用于给胀形管进行抛光的抛光装置、带动抛光装置上下运动的第一升降机构和中频感应加热线圈，所述的工作台的中心轴由第一电机驱动转动，所述的第一电机与所述的控制系统电连接，所述的工作台上沿周向对称设有竖直设置有三根芯轴，每根芯轴的下方仅安装有与控制系统电连接且驱动芯轴转动的电机，所述的取件机械手可转动连接于第一机架上；浇注时，所述的浇注装置的浇注口置于芯轴的正上方；加热时，所述的中频感应加热线圈套合于胀形管的外部，所述的中频感应加热线圈的一端安装有用于驱动中频感应加热线圈上、下运动的第二升降机构，所述的中频感应加热线圈的电源开关与所述的控制系统电连接。

所述的抛光装置包括对称设于抛光头周围的四定位装置及用于驱动抛光头运动的驱动装置，每个定位装置均包括与抛光头平行设置的导杆、弹簧、安装块、用于与工件表面相接触的两滚轮及位置传感装置；所述的导杆的上部活动套合于所述的安装座的安装孔内，所述的弹簧套合安装于所述的导杆下部的外圆周，且所述的弹簧的一端抵于安装座的下表面，所述的弹簧的另一端抵于所述的导杆的下部的挡块，所述的两滚轮平行设置的且分别可转动连接于安装块的两侧，安装块通过转轴铰接于所述的导杆下端；所述的位置传感装置包括直线位移传感器和角位移传感器，所述的直线位移传感器安装于所述的导杆上，所述的角位移传感器安装于所述的转轴上，所述的直线位移传感器和角位移传感器均与所述的控制系统电连接；所述的导杆的上部设有用于对导杆进行轴向限位的限位凸台，所述的安装座的安装孔内设有用于与所述的限位凸台相配合限位槽。

所述的用于驱动抛光头运动的驱动装置是指用于驱动抛光头转动的主电机和用于驱动抛光头上、下运动的伺服电机，所述的抛光头与所述的主电机的输出轴相连接；所述的伺服电机的输出轴连接有丝杠螺母机构，所述的主电机安装于丝杠螺母机构的螺母上，所述的主电机和伺服电机均与所述的控制系统电连接。

所述的每根芯轴的下部均设有合金回收槽，所述的合金回收槽的一端与芯轴与胀形管之间的空隙相连通，所述的合金回收槽的另一端与回收管道相连通；可以对低温和金进行回收，节省成本。所述的每根芯轴的外圆周面上均设有多个凸包。可以有效防止芯轴在旋转中打滑。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明采用自动化控制，大大节省了人力，提升效率，精度较高；且采用低温合金（50°~80°熔点）作为填充介质，固定支撑薄壁胀形管，克服普通填充物无法有效填充的缺点，又结合中频加热的集肤效应，快速熔化低温合金去除填充物，加工成品率高，抛光质量好。且对胀形管进行抛光的过程中，通过抛光装置的定位装置的仿形定位，可实时将定位数据传输至控制系统并进行曲线数据拟合，并根据胀形管外轮廓形状实时计算出抛光头应到达的位置，并在伺服系统的驱动下进行抛光工作，能有效保证胀形管的形状和尺寸精度。该装置的自动化程度高，减小了劳动强度，同时可防止粉末对人体健康的危害。

作为优选，所述的第一升降机构由设置在第三机架的导轨上部的第一气缸和与所述的第一气缸的活塞杆相连接且与所述的第三机架的导轨滑配合的第一滑块组成，所述的抛光头与第一滑块固定连接；所述的第二升降机构由设置在第四机架的导轨上部的第二气缸和与所述的第二气缸的活塞杆相连接且与所述的第四机架的导轨滑配合的第二滑块组成，所述的中频感应加热线圈的一端通过横向设置的安装臂与所述的第二滑块固定连接。

作为优选，所述的浇注装置可转动连接于第二机架上，所述的第二机架上安装有用于驱动浇注装置转动的电机。这样，在浇注低温和金完成后，控制系统可以控制电机旋转一定的角度将浇注装置撤出，不影响下一次取件。

作为优选，它还包括与气源相通的风冷管，所述的风冷管的出风口置于所述的抛光头的正上方。这样，可以在抛光过程中对工件进行风冷，防止抛光过程中温升过高。

附图说明

图1 为本发明薄壁胀形管表面抛光方法所采用的装置的结构示意图。

图2 为本发明中芯轴与胀形管相配合的结构示意图。

图3为本发明中抛光装置的结构示意图。

图4为本发明中抛光装置的定位装置的结构示意图。

图5为本发明中抛光装置的结构简图。

图1-5中： 1工作台、2取件机械手、3第一机架、4浇注口、5芯轴、5.1凸包、5.2合金回收槽、6第一气缸、7第三机架的导轨、8第一滑块、9第二气缸、10第四机架的导轨、11第二滑块、12安装臂、13第一电机、14中频感应加热线圈、15第二机架、16胀形管、17伺服电机、18主电机、19安装座、19.1限位槽、20导杆、20.1挡块、20.2限位凸台、20.3第一导杆、20.4第二导杆、20.5第三导杆、20.6第四导杆、21弹簧、22安装块、23滚轮、24转轴、25抛光头。

下面结合附图对本发明的实施例作进一步描述。

如图1-5所示，一种薄壁胀形管表面抛光方法，包括以下步骤：

一种薄壁胀形管表面抛光方法所采用的装置，包括均由控制系统控制的工作台1、依次设于工作台1、周围的取件机械手2、浇注装置、用于给胀形管16进行抛光的抛光装置、带动抛光装置上下运动的第一升降机构和中频感应加热线圈14，所述的工作台1的中心轴由第一电机13驱动转动，所述的第一电机13与所述的控制系统电连接，所述的工作台1上沿周向对称设有竖直设置有三根芯轴5，每根芯轴5的下方仅安装有与控制系统电连接且驱动芯轴5转动的电机，所述的取件机械手2可转动连接于第一机架3上；浇注时，所述的浇注装置的浇注口4置于芯轴5的正上方；加热时，所述的中频感应加热线圈14套合于胀形管16的外部，所述的中频感应加热线圈14的一端安装有用于驱动中频感应加热线圈14上、下运动的第二升降机构，所述的中频感应加热线圈14的电源开关与所述的控制系统电连接。

所述的抛光装置包括对称设于抛光头25周围的四定位装置及用于驱动抛光头25运动的驱动装置，每个定位装置均包括与抛光头25平行设置的导杆20、弹簧21、安装块22、用于与工件表面相接触的两滚轮23及位置传感装置；所述的导杆20的上部活动套合于所述的安装座19的安装孔内，所述的弹簧21套合安装于所述的导杆20下部的外圆周，且所述的弹簧21的一端抵于安装座19的下表面，所述的弹簧21的另一端抵于所述的导杆20的下部的挡块20.1，所述的两滚轮23平行设置的且分别可转动连接于安装块22的两侧，安装块22通过转轴24铰接于所述的导杆20下端；所述的位置传感装置包括直线位移传感器和角位移传感器，所述的直线位移传感器安装于所述的导杆20上，所述的角位移传感器安装于所述的转轴24上，所述的直线位移传感器和角位移传感器均与所述的控制系统电连接；所述的导杆20的上部设有用于对导杆20进行轴向限位的限位凸台20.2，所述的安装座19的安装孔内设有用于与所述的限位凸台20.2相配合限位槽19.1。

所述的用于驱动抛光头运动的驱动装置是指用于驱动抛光头25转动的主电机18和用于驱动抛光头25上、下运动的伺服电机17，所述的抛光头25与所述的主电机18的输出轴相连接；所述的伺服电机17的输出轴连接有丝杠螺母机构，所述的主电机18安装于丝杠螺母机构的螺母上，所述的主电机18和伺服电机17均与所述的控制系统电连接。驱动抛光头运动的驱动装置设于第一滑块的内腔，图1中未示出。

所述的每根芯轴5的下部均设有合金回收槽5.2，所述的合金回收槽5.2的一端与芯轴5与胀形管16之间的空隙相连通，所述的合金回收槽5.2的另一端与回收管道相连通；所述的每根芯轴5的外圆周面上均设有多个凸包。

所述的第一升降机构由设置在第三机架的导轨7上部的第一气缸6和与所述的第一气缸6的活塞杆相连接且与所述的第三机架的导轨7滑配合的第一滑块8组成，所述的抛光装置安装于第一滑块8上；所述的第二升降机构由设置在第四机架的导轨10上部的第二气缸9和与所述的第二气缸9的活塞杆相连接且与所述的第四机架的导轨10滑配合的第二滑块11组成，所述的中频感应加热线圈14的一端通过横向设置的安装臂12与所述第二滑块11固定连接。

所述的浇注装置可转动连接于第二机架15上，所述的第二机架15上安装有用于驱动浇注装置转动的电机。

它还包括与气源相通的风冷管，所述的风冷管的出风口置于所述的抛光头25的正上方。

如图5所示，在抛光的过程中，胀形管随着芯轴转动，随着胀形管表面的高度不同，各导杆在弹簧的作用下伸缩，各滚轮均与工件表面相接触，并沿工件表面的轮廓滚动，即可通过沿对角线设置的第一导杆和第三导杆上的直线位移传感器和设于用于安装滚轮的安装块的转轴上的角位移传感器实时采集各滚轮的角度和高度变化的数值（X1、σ1）、（X2、σ2），通过计算机进行曲线数据拟合，并通过求均值得出抛光头顶点的理论高度F?，同时，通过第二导杆和第四导杆上的直线位移传感器和设于用于安装滚轮的安装块的转轴上的角位移传感器实时采集各滚轮的角度和高度变化的数值（Y1、ρ1）、（Y2、ρ2），通过计算机进行曲线数据拟合，并通过求均值得出抛光头顶点的理论高度F??，并通过求均值得出抛光头顶点的理论高度F。这时，通过控制系统控制伺服电机启动并通过丝杠螺母机构的升降功能带动主电机上升或下降，使得抛光头到达该高度F，并同时通过控制系统控制主电机带动抛光头转动，对工件上的飞边进行去除并抛光。

在本具体实施例中所使用的取件机械手为现有技术常用的机械手，具体结构包括上下伸缩臂、前后伸缩臂、机械爪、用于驱动机械爪上下移动的第一气缸、用于驱动上下伸缩臂上下运动的第二气缸和用于驱动前后伸缩臂前后移动的第三气缸，上下伸缩臂和前后伸缩臂相互垂直设置且上下伸缩臂的末端可转动连接于机架上，且由设于机架上的第一电机驱动上下伸缩臂臂的转动，机械爪和第一气缸均设置在安装座上，安装座可转动连接于前后伸缩臂的末端，且由第二电机驱动安装座的转动。且第一气缸、第二气缸、第三气缸均通过气管与控制系统相连接，且第一电机和第二电机均与控制系统电连接。

以上仅就本发明的最佳实施例作了说明，但不能理解为是对权利要求的限制。本发明不仅局限于以上实施例，其具体结构允许有变化；如：浇注装置还可位于第一工位处的芯轴的正上方，并通过气缸或丝杠螺母机构等升降机构带动浇注装置上下运动。凡在本发明独立权利要求的保护范围内所作的各种变化均在本发明保护范围内。

Claims

1.一种薄壁胀形管表面抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)通过控制系统控制取件机械手抓取胀形管，并将工件竖直放置并同轴套合于工作台第一工位的芯轴上；

3）控制系统控制工作转台转动，将胀形管置于第二工位处；电机带动芯轴旋转，同时控制系统控制抛光装置上、下移动，对胀形管进行抛光；在抛光的过程中随着工件表面的外轮廓形状不同，根据定位装置的仿形定位，可实时将定位数据传输至控制系统并进行曲线数据拟合，根据工件外轮廓形状实时计算出抛光头的位置，并驱动抛光头到达指定高度进行抛光工作；

2.根据权利要求1所述的薄壁胀形管表面抛光方法，其特征在于：在步骤3）的抛光过程中，通过对抛光位置进行强制风冷，防止抛光过程中摩擦生热熔化低温合金。

3.根据权利要求1所述的薄壁胀形管表面抛光方法，其特征在于：在步骤4）的中频感应加热线圈的加热温度为高于低温合金的熔点温度5～10℃，以保证低温合金完全熔化并脱落。

4.一种实施权利要求1所采用的装置，其特征在于：包括均由控制系统控制的工作台（1）、依次设于工作台（1）、周围的取件机械手（2）、浇注装置、用于给胀形管（16）进行抛光的抛光装置、带动抛光装置上下运动的第一升降机构和中频感应加热线圈（14），所述的工作台（1）的中心轴由第一电机（13）驱动转动，所述的第一电机（13）与所述的控制系统电连接，所述的工作台（1）上沿周向对称设有竖直设置有三根芯轴（5），每根芯轴（5）的下方仅安装有与控制系统电连接且驱动芯轴（5）转动的电机，所述的取件机械手（2）可转动连接于第一机架（3）上；浇注时，所述的浇注装置的浇注口（4）置于芯轴（5）的正上方；加热时，所述的中频感应加热线圈（14）套合于胀形管（16）的外部，所述的中频感应加热线圈（14）的一端安装有用于驱动中频感应加热线圈（14）上、下运动的第二升降机构，所述的中频感应加热线圈（14）的电源开关与所述的控制系统电连接。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述的抛光装置包括对称设于抛光头（25）周围的四定位装置及用于驱动抛光头（25）运动的驱动装置，每个定位装置均包括与抛光头（25）平行设置的导杆（20）、弹簧（21）、安装块（22）、用于与工件表面相接触的两滚轮（23）及位置传感装置；所述的导杆（20）的上部活动套合于安装座（19）的安装孔内，所述的弹簧（21）套合安装于所述的导杆（20）下部的外圆周，且所述的弹簧（21）的一端抵于安装座（19）的下表面，所述的弹簧（21）的另一端抵于所述的导杆（20）的下部的挡块（20.1），所述的两滚轮（23）平行设置的且分别可转动连接于安装块（22）的两侧，安装块（22）通过转轴（24）铰接于所述的导杆（20）下端；所述的位置传感装置包括直线位移传感器和角位移传感器，所述的直线位移传感器安装于所述的导杆（20）上，所述的角位移传感器安装于所述的转轴（24）上，所述的直线位移传感器和角位移传感器均与所述的控制系统电连接；所述的导杆（20）的上部设有用于对导杆（20）进行轴向限位的限位凸台（20.2），所述的安装座（19）的安装孔内设有用于与所述的限位凸台（20.2）相配合限位槽（19.1）。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的用于驱动抛光头运动的驱动装置是指用于驱动抛光头（25）转动的主电机（18）和用于驱动抛光头（25）上、下运动的伺服电机（17），所述的抛光头（25）与所述的主电机（18）的输出轴相连接；所述的伺服电机（17）的输出轴连接有丝杠螺母机构，所述的主电机（18）安装于丝杠螺母机构的螺母上，所述的主电机（18）和伺服电机（17）均与所述的控制系统电连接。

7.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述的每根芯轴（5）的下部均设有合金回收槽（5.2），所述的合金回收槽（5.2）的一端与芯轴（5）与胀形管（16）之间的空隙相连通，所述的合金回收槽（5.2）的另一端与回收管道相连通；所述的每根芯轴（5）的外圆周面上均设有多个凸包。

8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于：所述的第一升降机构由设置在第三机架的导轨（7）上部的第一气缸（6）和与所述的第一气缸（6）的活塞杆相连接且与所述的第三机架的导轨（7）滑配合的第一滑块（8）组成，所述的抛光装置安装于第一滑块（8）上；所述的第二升降机构由设置在第四机架的导轨（10）上部的第二气缸（9）和与所述的第二气缸（9）的活塞杆相连接且与所述的第四机架的导轨（10）滑配合的第二滑块（11）组成，所述的中频感应加热线圈（14）的一端通过横向设置的安装臂（12）与所述第二滑块（11）固定连接。

9.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：所述的浇注装置可转动连接于第二机架（15）上，所述的第二机架（15）上安装有用于驱动浇注装置转动的电机。

10.根据权利要求4所述的装置，其特征在于：它还包括与气源相通的风冷管，所述的风冷管的出风口置于所述的抛光头（25）的正上方。