CN103419111A - 一种工件自动加工系统及工件的表面打磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种工件自动加工系统及工件的表面打磨方法，属于机械技术领域。它解决了现有的打磨抛光机加工精度不统一、工件成型不一致。本工件自动加工系统包括用于对工件进行机加工的加工中心，该加工系统还包括与加工中心相邻的打磨单元，打磨单元上具有机械手和若干打磨机，机械手能将加工中心处已机加工好的工件夹持并输送至打磨机处进行打磨。本工件自动加工系统及工件的表面打磨方法具有自动化程度高、工件成型一致性好、打磨精度高等优点。

Description

一种工件自动加工系统及工件的表面打磨方法

技术领域

本发明属于机械技术领域，涉及一种工件自动加工系统及工件的表面打磨方法。

背景技术

在制造业中，为了保证产品品质和美观感，铸造零件的砂光和加工零件的抛光是零件成型中的重要工序，对于复杂外型零件，尤其是卫浴水龙头，在铸造外形和机加尺寸等方面存在左右偏差、壁厚不一、形位各异等问题，无法利用专用机床进行加工。常规的抛光是利用人工在砂带机和布轮机上进行的，由于抛光摩擦发热并且抛光过程中产生大量的金属粉尘，这种作业环境对人体伤害大，而且由于人工作业的不稳定性，不容易进行抛光深度的准确定位，所以作业效率低，无法充分保证抛光产品的统一性和稳定性。

目前，常用的抛光打磨结构大多过于简单，其难以实现对各种复杂曲面进行多轴多方位多角度研磨。因此，现有的抛光打磨机构无法有效精准加工，其大多仍需要依赖技术人员进行粗略研磨，致使研磨精度失败率很高，难以保证各种工件的抛磨效果。另外，在打磨机领域，由于设备结构的缺陷，通常导致工件定位精度不高，而且抛光工件时通常用手握工件，通过双手摆动工件变换角度，而使得工件的不同部位得到打磨轮的打磨，不仅不方便抛光，而且费时费力。

打磨抛光机是用来加工一些零件打磨抛光，加工不同的零件会有不同的打磨抛光机。如中国专利公开了一种双面抛光机[申请号：201220325319.8；公告号：CN202726687U]，其包括圆盘部分以及设在圆盘部分旁边的外抛磨头部分、外抛砂带头部分，圆盘部分、外抛磨头部分、外抛砂带头部分配合工作，在圆盘部分上放置工件，抛磨头部分、外抛砂带头部分均可对放置在圆盘部分上的工件进行处理。该双面打磨机通过圆盘部分可以使得工件高精度地达到指定位置实现自动抛光，并且工件能够实现自动、快速夹取；而且通过各外抛磨头部分、外抛砂带头部分多轴联动，整机协调统一，能够对各种复杂曲面进行抛光。

然而，上述双面抛光机也存在一些不足之处。首先，该双面抛光机并未配备专门的工件机加工装置，那么工件在打磨抛光前就需要在其他设备上先进行机加工，然后通过工作人员手动将机加工成型后的工件一一放置到圆盘上进行装夹，这不仅浪费了操作人员大量的劳动强度，同时也直接降低了企业的生产效率；而且操作人员无法保证每个工件的装夹角度都保持一致，这就导致每个工件成型后的一致性不够，精度不够统一。

发明内容

本发明的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提出了一种自动化程度高、生产效率及精确度高的工件自动加工系统及工件的表面打磨方法。

本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种工件自动加工系统，包括用于对工件进行机加工的加工中心，其特征在于，该加工系统还包括与加工中心相邻的打磨单元，所述的打磨单元上具有机械手和若干打磨机，所述的机械手能将加工中心处已机加工好的工件夹持并输送至所述的打磨机处进行打磨。

加工中心将工件加工成型好，机械手将工件夹持并输送至与该机械手处于同一打磨单元内的打磨机进行打磨处理，由于一个打磨单元内具有若干打磨机，因此通过这些打磨机能够保证工件在机械手一次装夹的情况下在一个打磨单元内便完成其表面所需的所有打磨工序。

加工中心在使用时装有第四轴，通过第四轴工件可一次装夹并实现360度的翻转，由于工件在加工中心处加工时的位置是保持不变的，因此在实际加工时，可通过在一电子控制系统内输入设计好的程序来对机械手进行精确控制，确保机械手对每个工件的装置及打磨的动作都保持一致，这样本加工系统加工出来的各个工件的精度和整体性就较高。

在上述的工件自动加工系统中，所述打磨单元的数量为2—4个且均布于加工中心四周。由于加工中心对工件的加工数度要快于工件的打磨速度，因此设置2-4个打磨单元不仅能够保证加工中心加工好的工件能够及时进行打磨，保证生产效率，而且又能够进行合理的布局。

在上述的工件自动加工系统中，所述的每个打磨单元上均具有2—4个打磨机。在每个打磨单元中设置2-4个打磨机，通过在各个打磨机上设置不同的打磨精度参数，这样工件通过这些打磨机分别打磨后其表面打磨精度会越来越高。

在上述的工件自动加工系统中，所述的打磨机是砂带打磨机，包括罩壳和位于罩壳内的主动轮、从动轮以及砂带，上述主动轮与一打磨电机相联，上述主动轮和从动轮部分位于罩壳外，上述砂带套在主动轮和从动轮上且位于罩壳外的砂带外侧形成用于对工件进行打磨的打磨部。

打磨电机驱动主动轮转动，并最终使得砂带转动，机械手将工件夹持住并将工件表面与砂带外侧的打磨部相接触而进行打磨。

在上述的工件自动加工系统中，所述同一个打磨单元的打磨机上的砂带磨粒大小依次增大或减小。同一个单元内的打磨机砂带的磨粒大小依次增大或减小，因此砂带的粗细程度不同，将工件在磨粒从大到小的打磨机上分别完成打磨后，工件表面的打磨精度会越来越高。

在上述的工件自动加工系统中，所述的罩壳内还具有能抵靠在砂带打磨部内侧的打磨轮。在同一个工件中，其不同部位表面的曲率不相同。通过打磨轮顶压砂带，使砂带形成与待打磨部位相近曲率的曲面，有利于方便、快速地完成打磨。

在上述的工件自动加工系统中，所述的机械手包括底座、夹持架和夹持臂，所述的夹持架下端轴向固连在底座上且能相对与底座转动，上述夹持臂中部铰接在夹持架上端，所述夹持架上具有能驱动夹持架相对于底座转动后并定位的驱动件一，上述夹持臂前端具有用于夹持工件的夹头，所述夹持臂的后端与夹持架之间具有能驱动夹持臂绕其铰接处摆动后并定位的驱动件二。

当工件在一个打磨机上完成第一次打磨后，可以通过驱动件一使夹持架相对于底座转动至另一个打磨机进行第二次打磨，直至将工件表面打磨至所需的精度。而通过驱动件二可以使夹持臂发生转动，这样可以调整夹持臂的高度，方便打磨。

在上述的工件自动加工系统中，所述的驱动件一包括固连在夹持架上的转动电机和固连在底座上的传动齿轮一，上述转动电机的转轴上固连有传动齿轮二且传动齿轮二与传动齿轮一相啮合。

在上述的工件自动加工系统中，所述的驱动件二包括连杆一、连杆二和固连在夹持架中部的摆动电机，上述连杆一一端与摆动电机的转轴固连，连杆一另一端与连杆二一端相铰接，所述连杆二的另一端与上述夹持臂后端相铰接。

一种工件的表面打磨方法，该方法包括以下步骤：

A、抓取工件：通过机械手将位于加工中心处且已被机加工过的工件夹持，工件被夹持后通过机械手将工件输送至打磨单元处；

B、打磨：所述打磨单元的数量为若干个，上述每个打磨单元上均具有一个独立的机械手，每个打磨单元的机械手有序的从加工中心处夹持已被机加工过的工件并将其输送至对应的打磨单元处，然后通过打磨单元对工件进行打磨作业；

C、下料：打磨单元旁具有储料斗，上述工件在打磨单元处完成打磨处理后，机械手移动至储料斗处且机械手将已打磨处理后的工件松开，使工件进入储料斗内。

工件在夹持前先在加工中心处进行机加工，然后机械手将工件夹持并输送至该机械手所处的打磨单元处进行打磨处理，打磨结束后，机械手再将工件放置于储料斗内。

在上述的工件的表面打磨方法中，所述打磨机为砂带打磨机，包括罩壳和位于罩壳内的主动轮、从动轮、打磨轮以及砂带，上述的主动轮、从动轮和打磨轮均连接在罩壳内，上述主动轮与一打磨电机相联，砂带套在主动轮和从动轮上，所述的打磨轮抵靠在砂带内侧且在砂带的外侧形成弧形曲率的打磨部。在同一个工件中，其不同部位表面的曲率不相同。通过打磨轮顶压砂带，使砂带形成与待抛光部位相近曲率的曲面，有利于方便、快速地完成打磨。

在上述的工件的表面打磨方法中，所述步骤B中每个打磨单元上均具有若干打磨机，所述同一个打磨单元的打磨机上的砂带磨粒大小依次增大或减小，所述的机械手将工件输送其对应的打磨单元中的其中一个打磨机上进行打磨作业后将工件移送至下一个打磨机进行打磨，直至完成打磨工序。砂带磨粒大小依次增大或减小，这样同一个打磨单元中的打磨机上的砂带粗细不同，因此工件通过依次在这些打磨机上完成完整的打磨工序后能够很好地保证工件表面的打磨精度。

在上述的工件的表面打磨方法中，所述的步骤B中具有2—4个打磨单元且它们均布于加工中心四周。加工中心对工件的机加工速度要大于工件的打磨速度，因此通过在加工中心四周均布2-4个打磨单元能够保证经加工中心机加工后的工件能够及时地进行打磨处理，保证工件的生产效率。

与现有技术相比，本工件自动加工系统及工件的表面打磨方法具有以下优点：

1、本工件自动加工系统及工件的表面打磨方法通过加工中心对工件进行机加工，保证每个工件的位置维持不变，这样通过机械手能够准确地对工件进行夹持及打磨，不仅精确度更高，而且可以确保每个工件的加工精度保持一致；

2、本工件自动加工系统及工件的表面打磨方法通过在加工中心均布若干打磨单元，保证经加工中心机加工后的工件能够及时进行打磨处理，提高了工件的生产效率；

3、本工件自动加工系统及工件的表面打磨方法在一个打磨单元内设置若干打磨机，通过在各个打磨机上设置不同位置及大小的打磨部使得工件可以在机械手一次装夹的情况下在同一个打磨单元内的所有打磨机上依次完成其工件表面所需的完整的打磨工序，由于各打磨机上的磨粒大小依次增大或减小，因此工件经打磨后其表面的打磨精度更高，；

4、本工件自动加工系统及工件的表面打磨方法通过加工中心对工件进行机加工器且打磨时是通过机械手对工件进行夹持的，无需工作人员手动操作，只需向电子控制系统内输入控制程序即可，自动化程度高，降低了工作人员的劳动强度。

附图说明

图1是本工件自动加工系统及工件的表面打磨方法中加工系统的结构示意图。

图2是本工件自动加工系统及工件的表面打磨方法中打磨机不具有打磨轮时的结构示意图。

图3是本工件自动加工系统及工件的表面打磨方法中打磨机具有打磨轮时的侧视图。

图4是本工件自动加工系统及工件的表面打磨方法中机械手的结构示意图。

图5是本工件自动加工系统及工件的表面打磨方法中机械手内夹头的结构示意图。

图6是本工件自动加工系统及工件的表面打磨方法中打磨机内打磨轮的变换机构的示意图。

图中，1、加工中心；2、机械手；3、打磨机；4、罩壳；5、主动轮；6、从动轮；7、砂带；8、打磨电机；9、打磨轮；10、底座；11、夹持架；12、夹持臂；13、转动电机；14、传动齿轮一；15、连杆一；16、连杆二；17、摆动电机；18、连接套；19、顶杆；20、缺口；21、环形凸肩；22、气缸；23、定位凸头；24、连接支架；25、转换电机。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，一种工件自动加工系统，包括用于对工件进行机加工的加工中心1，该加工系统还包括与加工中心1相邻的打磨单元，打磨单元的数量为3个且均布于加工中心1四周，每个打磨单元周围还具有用于放置加工完的工件的储料斗。打磨单元上具有机械手2和若干打磨机3，每个打磨单元上均具有4个打磨机3。

如图4所示，机械手2能将加工中心1处已机加工好的工件夹持并输送至任一打磨机3处。机械手2包括底座10、夹持架11和夹持臂12，夹持架11下端轴向固连在底座10上且能相对与底座10转动，夹持臂12中部铰接在夹持架11上端，夹持架11上具有能驱动夹持架11相对于底座10转动后并定位的驱动件一，驱动件一包括固连在夹持架11上的转动电机13和固连在底座10上的传动齿轮一14，转动电机13的转轴上固连有传动齿轮二且传动齿轮二与传动齿轮一14相啮合。

夹持臂12的后端与夹持架11之间具有能驱动夹持臂12绕其铰接处摆动后并定位的驱动件二，驱动件二包括连杆一15、连杆二16和固连在夹持架11中部的摆动电机17，连杆一15一端与摆动电机17的转轴固连，连杆一15另一端与连杆二16一端相铰接，连杆二16的另一端与上述夹持臂12后端相铰接。

如图5所示，夹持臂12前端具有用于夹持工件的夹头，夹头包括呈筒状的连接套18以及设置于连接套18内呈柱状的顶杆19，顶杆19与连接套18周向固定，连接套18的前端部以及顶杆19的前端部均呈锥形，顶杆19前端部的锥度大于连接套18前端部的锥度且顶杆19的前端部部分伸出连接套18的前端部。

连接套18的前端部具有若干条沿轴向开设的缺口20，并且在连接套18的前端部沿口外侧具有能够卡住工件的环形凸肩21，顶杆19的内端可以与装于夹持臂12内的气缸22的活塞杆相联，顶杆19的前端部具有三个定位凸头23，在气缸22的活塞杆的作用下顶杆19前端会相对于连接套18的前端口伸出，而且当顶杆19向前伸出时会挤压连接套18的前端部使得其前端口张开，连接套18前端部沿口外侧的环形凸肩21就会卡在工件的内侧壁而将工件牢固地夹持住，而且顶杆19前端的三个定位凸头23通过与工件的内孔相配来保证工件不会相对夹头发生周向转动。

如图2和图3所示，打磨机3为砂带打磨机，包括罩壳4和位于罩壳4内的主动轮5、从动轮6以及砂带7，主动轮5与一打磨电机8相联，主动轮5和从动轮6部分位于罩壳4外，砂带7套在主动轮5和从动轮6上且位于罩壳4外的砂带7外侧形成用于对工件进行打磨的打磨部。罩壳4内还具有能抵靠在砂带7的打磨部内侧的打磨轮9以及打磨轮9的变换机构，同一打磨单元中各个打磨轮9边缘的弧度不相同，而且同一个打磨单元的打磨机3上的砂带7的磨粒大小依次减小。

如图6所示，变换机构包括转换电机25和连接支架24，连接支架24的中部与转换电机25的输出轴固连，连接支架24的周边设有3个可自转的打磨轮9，各个打磨轮9的轮边缘曲面具有不同的曲率，各个打磨轮9分布于以转换电机25输出轴为圆心的同一圆周上，并且可以转动连接支架24至少使各打磨轮9中的一个抵靠于打磨机中砂带7的背部并定位。

变换机构使用时，将其安装在砂带7的内侧，砂带7传动，此时仅能对普通的工件表面进行打磨处理。针对工件表面特别的待打磨曲面，操作人员可根据待加工工件需要打磨的表面的曲率来选择相应的打磨轮9，再通过转换电机25的工作带动连接支架24以及设置在连接支架24周边的打磨轮9绕转换电机25输出轴向砂带7方向转动。与砂带7相抵靠的打磨轮9的外侧超出原砂带7位置，砂带7紧压在打磨轮9外侧上，并在砂带7正面形成与打磨轮9外侧的打磨曲面相同的形状，此时通过传动的砂带7即可对工件表面进行打磨。

该变换机构还包括控制器、与该控制器相连接的接近开关及数量与打磨轮9相同的感应块，接近开关设置于转换电机25外侧，而感应块则一一对应地固连于打磨轮9上，当感应块随打磨轮9转动至砂带7的背部且与接近开关相对的位置时，接近快关会接收到感应块的信号并发送给控制器，控制器就会根据该信号控制转换电机25停止工作并定位。

利用本工件自动加工系统对工件进行加工时，加工中心1上装有第四轴，通过第四轴工件可一次性装夹而且能够360度翻转。加工中心1会先对工件进行机加工，然后通过夹持臂12上的夹头对机加工好的工件进行夹持，然后夹持架11带动夹持臂12转动至与其处于同一个打磨单元中的打磨机3进行打磨，由于同一个打磨单元内具有4个打磨机3，且每个打磨机3的砂带7的磨粒大小依次减小，因此当工件在第一台打磨机3上完成表面所有的打磨工序后，再移至下一台打磨机3上完成所有的打磨工序，由于各打磨机3的砂带7的磨粒大小依次减小，因此经各台打磨机3分别完成一次工件表面完整的打磨工序后，工件表面的打磨精度就会越来越高，等工件完成打磨后再通过夹持臂12将工件放置于储料斗内。

由于加工中心1对工件的机加工速度要快于打磨机3对工件的打磨速度，因此本加工系统中为加工中心1配备3个加工单元，这样可以保证加工中心1机加工好的工件可以马上进行打磨处理，很好地保证了生产效率，而且由于工件在加工中心1处加工时的位置都是保持不动的，因此只需利用一电子控制系统对机械手2进行控制，向电子控制系统内输入设定好的程序，保证夹持臂12每次夹持工件的动作都相同，这样就能够确保每个工件成型后的形状都相同，即工件的加工精确度更高，整体性更好。

本工件的表面打磨方法包括以下步骤：

A、抓取工件：通过机械手2将位于加工中心1处且已被机加工过的工件夹持，工件被夹持后通过机械手2将工件输送至打磨单元处；

B、抛光：打磨单元的数量为3个，3个打磨单元均布于加工中心1周围，每个打磨单元上均具有一个独立的机械手2以及4个打磨机3，打磨机3为砂带打磨机，打磨机3包括罩壳4和位于罩壳4内的主动轮5、从动轮6、打磨轮9以及砂带7，主动轮5、从动轮6和打磨轮9均连接在罩壳4内，主动轮5与一打磨电机8相联，砂带7套在主动轮5和从动轮6上，打磨轮9抵靠在砂带7内侧且在砂带7的外侧形成弧形曲率的打磨部，同一个打磨单元的打磨机上的砂带磨粒大小依次减小。

在打磨时，机械手2先将工件输送至与该机械手2对应的打磨单元中砂带7的磨粒最大的打磨机3上进行第一次打磨，工件表面完成所有打磨工序后，机械手2再将工件输送至下一个砂带7的磨粒较小的打磨机3上进行第二次打磨，并同样在该打磨机3上完成工件表面的所有打磨工序，然后依照上面的步骤，直至机械手2将工件在该打磨单元内砂带7的磨粒最小的打磨机3完成打磨，这样便完成了对工件的打磨处理，经磨粒从大到小的打磨机3依次进行打磨后，工件表面能够具有较好的打磨精度；

C、下料：打磨单元旁具有储料斗，工件在打磨单元处完成打磨处理后，机械手2移动至储料斗处且机械手2将已打磨处理后的工件松开，使工件进入储料斗内。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种工件自动加工系统，包括用于对工件进行机加工的加工中心（1），其特征在于，该加工系统还包括与加工中心（1）相邻的打磨单元，所述的打磨单元上具有机械手（2）和若干打磨机（3），所述的机械手（2）能将加工中心（1）处已机加工好的工件夹持并输送至所述的打磨机（3）处进行打磨。

2.根据权利要求1所述的工件加工系统，其特征在于，所述的打磨单元的数量为2—4个且均布于加工中心（1）四周。

3.根据权利要求2所述的工件加工系统，其特征在于，所述的每个打磨单元上均具有2—4个打磨机（3）。

4.根据权利要求3所述的工件加工系统，其特征在于，所述的打磨机（3）是砂带打磨机，包括罩壳（4）和位于罩壳（4）内的主动轮（5）、从动轮（6）以及砂带（7），上述主动轮（5）与一打磨电机（8）相联，上述主动轮（5）和从动轮（6）部分位于罩壳（4）外，上述砂带（7）套在主动轮（5）和从动轮（6）上且位于罩壳（4）外的砂带（7）外侧形成用于对工件进行打磨的打磨部。

5.根据权利要求4所述的工件加工系统，其特征在于，所述的同一个打磨单元的打磨机（3）上的砂带（7）磨粒大小依次增大或减小。

6.根据权利要求4所述的工件加工系统，其特征在于，所述的罩壳（4）内还具有能抵靠在砂带（7）打磨部内侧的打磨轮（9）。

7.根据权利要求1或2或3或4或5或6所述的工件加工系统，其特征在于，所述的机械手（2）包括底座（10）、夹持架（11）和夹持臂（12），所述的夹持架（11）下端轴向固连在底座（10）上且能相对与底座（10）转动，上述夹持臂（12）中部铰接在夹持架（11）上端，所述夹持架（11）上具有能驱动夹持架（11）相对于底座（10）转动后并定位的驱动件一，上述夹持臂（12）前端具有用于夹持工件的夹头，所述夹持臂（12）的后端与夹持架（11）之间具有能驱动夹持臂（12）绕其铰接处摆动后并定位的驱动件二。

8.一种工件的表面打磨方法，该方法包括以下步骤：

A、抓取工件：通过机械手（2）将位于加工中心（1）处且已被机加工过的工件夹持，工件被夹持后通过机械手（2）将工件输送至打磨单元处；

B、打磨：所述打磨单元的数量为若干个，上述每个打磨单元上均具有一个独立的机械手（2），每个打磨单元的机械手（2）有序的从加工中心（1）处夹持已被机加工过的工件并将其输送至对应的打磨单元处，然后通过打磨单元对工件进行打磨作业；

C、下料：打磨单元旁具有储料斗，上述工件在打磨单元处完成打磨处理后，机械手（2）移动至储料斗处且机械手（2）将已打磨处理后的工件松开，使工件进入储料斗内。

9.根据权利要求8所述的工件的表面打磨方法，其特征在于，所述的打磨机为砂带打磨机，包括罩壳（4）和位于罩壳（4）内的主动轮（5）、从动轮（6）、打磨轮（9）以及砂带（7），上述的主动轮（5）、从动轮（6）和打磨轮（9）均连接在罩壳（4）内，上述主动轮（5）与一打磨电机（8）相联，砂带（7）套在主动轮（5）和从动轮（6）上，所述的打磨轮（9）抵靠在砂带（7）内侧且在砂带（7）的外侧形成弧形曲率的打磨部。

10.根据权利要求9所述的工件的表面打磨方法，其特征在于，所述的步骤B中每个打磨单元上均具有若干打磨机（3），所述同一个打磨单元的打磨机（3）上的砂带（7）磨粒大小依次增大或减小，所述的机械手（2）将工件输送其对应的打磨单元中的其中一个打磨机（3）上进行打磨作业后将工件移送至下一个打磨机（3）进行打磨，直至完成打磨工序。

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