CN104723185A - 多自由度板材表面的打磨装置与打磨方法 - Google Patents

多自由度板材表面的打磨装置与打磨方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多自由度板材表面的打磨装置与打磨方法。本发明多自由度板材表面打磨装置，它包括左右两个侧板、传动机构、驱动机构、打磨机构以及升降工作台机构，传动机构、升降工作台机构均固定连接在左右两个侧板的内侧，驱动机构、打磨机构分别与传动机构相连。本发明装置通过各组成机构的调节，实现在X、Y、Z三个方向上的位置调整，且利用铰链机构的自身特点，实现板材表面不同打磨角度的调整。因此，本发明装置可以依据产品的自身特点和打磨需求调整打磨方向，实现板材的多自由度打磨，改善了现有自动打磨机的打磨局限，利用机器自动加工取代人工作业，降低工人劳动强度，提高生产效率，保证产品生产质量。

Description

多自由度板材表面的打磨装置与打磨方法
技术领域
本发明涉及机械制造领域，尤其涉及一种金属板材表面打磨加工装置与打磨加工方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，机械加工领域的生产设备也与时俱进，先进机械加工装备与加工工艺的使用逐步取代人工作业，生产效率得到大幅度提高。在金属板料冲压过程中，由于板料剪切边缘存在毛刺或者棱角，会使冲压件边缘出现裂纹或者缺口，造成由于表面不平整而无法装配，或由于表面凹凸不平而大大降低产品美观度，因此对金属板材表面进行打磨就成了至关重要的工艺环节。由于目前打磨机械的自身局限，大多机器只能在某一固定平面内进行自动打磨，无法根据产品自身结构特点实现板材表面全方位打磨工作，自适应能力较弱。很多企业采用人工打磨方式，生产效率低，产品一致性差，工作环境恶劣，粉尘等污染对工人身体健康的危害性比较大，工人人身安全得不到保证。
发明内容
本发明所要解决的问题是：提供一种多自由度金属板材表面打磨装置与打磨方法，它通过各组成机构的调节，实现在X、Y、Z三个方向上的位置调整，且利用铰链机构的自身特点，实现板材表面不同打磨角度的调整。因此，本发明装置可以依据产品的自身特点和打磨需求调整打磨方向，实现板材的多自由度打磨，改善了现有自动打磨机的打磨局限，利用机器自动加工取代人工作业，降低工人劳动强度，提高生产效率，保证产品生产质量。
本发明一种多自由度板材表面打磨装置，它包括左右两个侧板、传动机构、驱动机构、打磨机构以及升降工作台机构，传动机构、升降工作台机构均固定连接在左右两个侧板的内侧，驱动机构、打磨机构分别与传动机构相连。
其中，传动机构、打磨机构以及升降台机构合在一起形成了位置调节系统，以满足不同外形板材表面的打磨需求，通过加工位置的合理调整可以确保砂轮与板材表面全面接触，实现连续打磨工作：即通过位置调节系统能够实现竖直、水平以及进料方向的位置调整，即X、Y、Z三个方向上的位置调整；且利用铰链机构的自身特点，实现打磨机构在XZ平面不同打磨角度的调整。
传动机构包括左右两个滑动摩擦导轨、丝杠、光杆、移动块、轴承，每个滑动摩擦导轨均由承导件和运动件组成，承导件固定在侧板的内侧，运动件通过导轨与承导件相连，丝杠的两端与设置在左右运动件内的轴承相配合，光杆的两端固定在左右运动件上，丝杠和光杆都垂直于左右侧板且处于同一个水平面内，移动块通过螺纹孔和光孔分别与丝杠、光杆相配合；驱动机构包括三相异步电动机、主动轮、从动轮、皮带，主动轮固定在左侧板内侧，并与三相异步电动机输出端相连；从动轮固定在丝杆左端光滑处并与左运动件的外表面相接触，从动轮和主动轮两者通过皮带形成联动；打磨机构包括移动件、铰链装置、小电机、砂轮，移动件通过导轨与移动块的前面相连，铰链装置一端固定在移动件上，另一端连接小电机，小电机上装有砂轮。
其中，驱动机构是整机的动力来源，其详细工作过程为：三相异步电动机启动，通过联轴器使主动轮旋转，并利用带的传动作用带动从动轮旋转，从动轮带动丝杠旋转，从而实现传动机构和打磨机构的往复运动。
打磨机构通过传动机构可以实现前后移动，即传动机构中的运动件沿着承导件的导轨移动从而实现丝杠、光杆和移动块的前后移动，从而带动打磨机构前后移动（沿X轴方向）；同时，打磨机构通过传动机构可以实现左右移动（沿Y轴方向），传动机构中丝杠的作用是将自身的旋转运动转化为移动块的直线运动，光杆的作用是在打磨过程中保证移动块的位置和平衡，其详细工作过程为：移动块随着丝杠的旋转沿着丝杠左右移动，当移动块的侧面触碰到限位开关时，改变电动机的旋转方向，从而使得从动轮与丝杠反转，移动块反向移动，如此反复，则实现了传动机构的往复直线运动。
打磨机构直接与待加工件接触，其详细工作过程为：移动件沿着移动块的导轨上下移动（沿Z轴方向）可对打磨机构进行上下微调作用；铰链装置可使砂轮依据打磨需要在900范围内任意调节（以Y轴为中心上下900摆动），从而使砂轮对待加工件上具有不同倾斜角度的板材表面进行打磨。依据加工件的需要，调节砂轮的位置，小电机启动带动砂轮实现快速旋转，对加工件进行打磨加工。
在驱动机构与传动机构的共同作用下，砂轮在进行快速旋转打磨的同时，砂轮还进行往复直线运动，从而实现了打磨的自动化。
利用本发明装置进行多自由度板材表面的打磨方法是：采用了灵活的自适应打磨方法，首先根据待加工件的外形特征和待打磨表面的倾斜角度，确定打磨机构左右移动距离（即在Y方向上的移动幅度）和打磨机构在XZ平面上的打磨角度；然后确定加工件在进料方向（即X方向）上的打磨位置，将板材待打磨平面移动到打磨机构的下方位置；接下来调整升降工作台的高度，即在竖直方向上（即Z方向）调整打磨机构，使得砂轮与待加工平面接触；最后利用位置调节系统的微调机构对打磨位置进行微调，使砂轮与板材平面完全接触，选取与确定合理的打磨位置之后，实施打磨工作。
在确定打磨位置之后，启动电机，通过联轴器使主动轮旋转，并利用带的传动作用带动从动轮旋转运动，从动轮则带动丝杠旋转，并结合限位机构从而实现打磨机构的往复运动；位于打磨机构上端的小电机带动砂轮快速旋转，从而对板材表面进行反复打磨。在打磨过程中，根据待加工板材表面的倾斜角度结合进料装置以及液压装置来调整装置在进料方向与竖直方向的速度，使其连续完成打磨工作，即可实现板材的多自由度打磨。
本发明装置通过各组成机构的调节，使得其实现竖直、水平以及进料方向的位置调整（即Z、 X、Y三个方向上的位置调整）；且利用铰链机构的自身结构特点，实现打磨机构不同打磨角度的调整（即以Y轴为中心上下900摆动）。因此，本发明装置可以依据产品的自身特点和打磨需求调整打磨方向，实现板材的多自由度打磨，改善了现有自动打磨机的打磨局限，利用机器自动加工取代人工作业，降低工人劳动强度，工人只需针对产品的需求对打磨机进行位置调节，提高了生产效率，保证了产品的一致性，保证工人的安全。
附图说明
图1是本发明多自由度板材表面打磨装置的组成示意图1；
图2是本发明多自由度板材表面打磨装置的组成示意图2；
图3是本发明中驱动机构示意图；
图4是本发明驱动机构中三相异步电动机的控制电路图；
图5是本发明中传动机构示意图；
图6是本发明中丝杠的安装示意图；
图7是本发明中打磨机构示意图；
图8是本发明中铰链示意图；
图9是本发明中升降工作台示意图；
图10是本发明的升降工作台中液压系统的控制图。
具体实施方式
从附图可知，本发明一种多自由度板材表面打磨装置，它包括左右两个侧板9、传动机构、驱动机构、打磨机构以及升降工作台机构，传动机构、升降工作台机构均固定连接在左右两个侧板9的内部，驱动机构、打磨机构分别与传动机构相连。
其中，传动机构包括左右两个滑动摩擦导轨11、丝杠13、光杆14、移动块15、轴承16，每个滑动摩擦导轨11均分为承导件11-1和运动件11-2，承导件11-1固定在侧板9的内侧，运动件11-2通过导轨与承导件11-1相连，丝杠13的两端与设置在左右运动件11-2内的轴承16相配合，光杆14的两端固定在左右运动件11-2上，丝杠13和光杆14都垂直于左右侧板9且处于同一个水平面内，移动块15通过螺纹孔和光孔分别与丝杠13、光杆14相配合。
作为本发明的一种优选方式，传动机构还包括两个限位开关12，分别固定在左右运动件11-2上，与丝杠13分处于光杆14的两侧。
作为本发明的一种优选方式，传动机构的左右承导件11-1的侧面设置有刻度尺，从而保证左右运动件11-2移动时位置的一致性。
传动机构依靠滑动摩擦导轨11可以实现前后移动（沿X轴方向），即运动件11-2沿着承导件11-1的导轨移动从而实现丝杠13、光杆14和移动块15的前后移动，从而带动其上的打磨机构实现前后移动；同时，传动机构实现了打磨机构的左右移动（沿Y轴方向），丝杠13的作用是将自身的旋转运动转化为移动块15的直线运动，光杆14的作用是在打磨过程中保证移动块15的位置和平衡，其详细工作过程为：移动块15随着丝杠13的旋转沿着丝杠13左右移动，当移动块15的侧面触碰到限位开关12时，改变电动机5的旋转方向，从而使得从动轮7与丝杠13反转，移动块15随之反向移动，如此反复，则实现了传动机构的往复直线运动。
其中，驱动机构包括三相异步电动机5、主动轮6、从动轮7、皮带10，主动轮6固定在左侧板9的内侧，与三相异步电动机5的输出端相连，从动轮7固定在丝杆13左端光滑处并与左运动件11-2的外表面相接触，从动轮7和主动轮6两者通过皮带10形成联动。
为了保证从动轮7能带动丝杠13同步转动，即从动轮7与丝杠13两者之间不会产生相对的转动，所以从动轮7与丝杆13之间为过盈过合，或者通过平键连接。
作为本发明的一种优选方式，驱动机构还包括张紧轮8，张紧轮8固定在左侧板9的内侧，与主动轮6、从动轮7通过皮带10形成三角形联动。
驱动机构的作用是为整机提供动力来源，其详细工作过程为：三相异步电动机5启动，通过联轴器使主动轮6旋转，并利用带10的传动作用带动从动轮7以及张紧轮8的旋转运动，从动轮7则带动丝杠13旋转，从而实现传动机构的往复运动。
其中，打磨机构包括移动件17、铰链装置18、小电机19、砂轮20，移动件17通过导轨与移动块15的前面相连，铰链装置18一端固定在移动件17上，另一端连接小电机19，小电机19上装有砂轮20。
作为本发明的一种优选方式，铰链装置18的转动件与固定件之间通过螺栓固定。这样，当砂轮20角度调整好后通过螺栓进行锁死，以保证调整后的角度固定不变以及工作的稳定性。
打磨机构直接与待加工件接触，其详细工作过程为：移动件17沿着移动块15的导轨上下移动（沿Z轴方向）可对打磨机构进行上下微调作用；铰链装置18可使砂轮20依据打磨需要在900范围内任意调节（以Y轴为中心上下900摆动），从而使砂轮20对待加工件上具有不同倾斜角度的斜面进行打磨。依据加工件的需要，调节砂轮20的位置，小电机19启动带动砂轮20实现快速旋转，对加工件进行打磨加工。
其中，升降工作台机构处于打磨机构的下方，它包括滚珠工作台1、左右支撑机构2、液压机构、底框4，底框4的左右两端分别固定在左右侧板9上，左右支撑机构2均由上下两个“X”型件铰接构成，且左右两个铰接处通过连杆相连，支撑机构2下端固定在底框4上，上端固定连接滚珠工作台1，液压机构中的液压缸3缸端固定在底框4上，杆端支撑在支撑机构2上。
本发明装置通过升降工作台机构、滑动摩擦导轨、移动件与移动块的导轨、铰链结合起来调整砂轮位置，最终根据加工件自身特点确定合适的打磨加工位置。打磨加工位置确定之后，就可以进入自动打磨阶段，自动打磨是两部分的独立工作的结合：第一部分是驱动机构与传动机构相结合的线路控制部分，具体运动过程为：三相异步电动机5启动，通过联轴器使主动轮6旋转，并利用带10的传动作用带动从动轮7以及张紧轮8的旋转运动，从动轮7旋转使得与从动轮7一体的丝杠13旋转，丝杠13旋转带动移动块15的平移运动，当到达指定位置，触及限位开关12，三相异步电动机5反转，驱动机构改变原来的转动方向，从而使得从动轮7与丝杠13反转，移动块15反向平移，如此反复，便可使打磨机构进行往复运动；第二部分是打磨加工部分，具体运动过程为：小电机19启动带动砂轮20实现快速旋转，实现对工件的打磨加工，由于驱动机构与传动机构的共同作用，砂轮20在进行快速旋转打磨的同时还在进行往复直线运动，从而实现了打磨的自动化。如此，本发明通过打磨位置调整部分、线路控制部分和打磨加工部分三者相互配合，最终实现工件的自动打磨工作。
图4所示为本发明驱动装置中三相异步电动机的控制电路图，图中主回路采用两个接触器，即正转接触器KM1与反转接触器KM2。当接触器KM1的三对主触头接通时，三相电源的相序按U-V-W接入电动机，电动机正转。当接触器KM1的三对主触头断开，接触器KM2的三对主触头接通时，三相电源的相序按W-V-U接入电动机，电动机就向相反的方向转动。在正向启动过程中，按下起动按钮SB2，接触器KM1线圈通电，与SB2并联的KM1的辅助常开触点闭合，以保证KM1线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM1的主触点持续闭合，电动机连续正向运转。停止过程中，按下停止按钮SB1，接触器KM1线圈断电，与SB2并联的KM1的辅助触点断开，以保证KM1线圈持续失电，串联在电动机回路中的KM1的主触点持续断开，切断电动机定子电源，电动机停转。在反转启动过程中，按下起动按钮SB3，接触器KM2线圈通电，与SB3并联的KM2的辅助常开触点闭合，以保证KM2线圈持续通电，串联在电动机回路中的KM2的主触点持续闭合，电动机连续反向运转。本发明装置中，以限位开关12来控制三相异步电动机5的正反转，若三相异步电动机5正转，打磨机构发生平移运动，到达指定位置后触及限位开关12，使得SB2断开SB3闭合，三相异步电动机5改变旋转方向，从正转变为逆转，于是打磨机构反向移动。如此反复，就会持续不断的完成往复运动。
本发明的升降工作台中液压系统的控制图如图10所示，液压系统采用泵—液压缸传动实现升降台的正常工作。升降台上升：电动机带动液压泵22转动，液压泵提供油液经管路到达三位四通电磁阀24，当其左位通电，电磁阀24处于左位工作状态，油液经过单向阀25到达单向顺序阀27，继而进入液压缸3无杆腔，从而使液压缸上升，在其推力的作用下，滚珠工作台1上升，最后油液回到油箱28。升降台停止：当升降工作台上升到预定高度时，使三位四通电磁换向阀24处于中位状态，此时液压缸油路被切断，活塞停止运动，从而工作台处于停止状态；同时，单向顺序阀27关闭，油液不能回到油箱28，从而活塞不能下移，起到保护作用，即升降工作台不会因重力和载荷的共同作用迅速下落产生冲击而发生意外事故。升降台下降：将三位四通电磁阀24 的右位通电，换向阀处于右位工作状态，油液进入液压缸3有杆腔，从而使液压缸下降，在其推力的作用下，滚珠工作台1下降。当工作台下降到预定位置时，使三位四通电磁阀24处于中位状态，此时液压缸油路被切断，活塞停止运动，从而平台处于停止状态。同时，由于有杆腔里的油液进入单向顺序阀27 中的顺序阀，然后进入回油路节流调速的调速阀26，最后油液回到油箱28；此时液压缸的背压是一种阻尼力，不但有限速作用，且对运动部件的振动也有抑制作用，有利于提高执行元件的运动平稳性，从而实现升降工作台的运动平稳性。过滤器21的作用是保证不让油箱28里的灰尘等杂质进入液压元件中，溢流阀23的作用是当液压系统压力大时，油液从溢流阀23回到油箱28中，不会损坏液压元件。
利用本发明装置进行板材表面打磨采用的打磨方法是：首先根据待加工件的外形特征和待打磨平面的倾斜角度，通过打磨机构沿丝杆运动确定打磨机构左右移动距离（即在Y方向上的移动幅度）以及通过调整铰链装置确定打磨机构在XZ平面上的打磨角度；其次，确定加工件在进料方向（即X方向）上的合适打磨位置，即将待打磨板材移动到打磨机构的下方位置；接下来调整升降工作台的高度（即Z方向上的移动），使加工件处于打磨机构的下方，使得砂轮与待加工平面接触；最后，利用位置调节系统的微调机构进行位置的微调：包括传动机构通过运动件沿承导件运动以实现X方向上的微调和打磨机构通过移动件在移动块的运动以实现Z方向上的微调，从而使砂轮与打磨平面完全接触。在选取与确定合理的打磨位置之后，启动电机，进入打磨阶段升降工作台机构起到粗调的作用，工作时，依据不同加工件与不同板材表面的打磨需要，通过调节升降工作台可对工件的打磨位置进行大体的定位。
本发明装置通过各组成机构的调节，使得其实现竖直、水平以及进料方向的位置调整（即Z、 X、Y三个方向上的位置调整）；且利用铰链机构的自身结构特点，实现打磨机构不同打磨角度的调整（即以Y轴为中心上下900摆动）。因此，本发明装置可以依据产品的自身特点和打磨需求调整打磨方向，实现板材的多自由度打磨，改善了现有自动打磨机的打磨局限，利用机器自动加工取代人工作业，降低工人劳动强度，工人只需针对产品的需求对打磨机进行位置调节，提高了生产效率，保证了产品的一致性，保证了工人的安全。因此本发明板材表面打磨装置很方便地把打磨工序增添到生产流水线中，取代人工作业，提高生产效率，保证了产品质量。

Claims (10)

1.一种多自由度板材表面的打磨装置，其特征在于：它包括左右两个侧板（9）、传动机构、驱动机构、打磨机构以及升降工作台机构，传动机构、升降工作台机构均固定连接在左右两个侧板（9）的内部，驱动机构、打磨机构分别与传动机构相连，以完成对板材表面的往复打磨工作。
2.根据权利要求1所述的打磨装置，其特征在于：所述的传动机构、打磨机构以及升降台机构合在一起形成了位置调节系统，以满足不同外形板材表面的打磨需求，通过加工位置的合理调整可以确保砂轮与板材表面全面接触，实现连续打磨工作：即通过位置调节系统能够实现竖直、水平以及进料方向的位置调整，即X、Y、Z三个方向上的位置调整；且利用铰链机构的自身特点，实现打磨机构在XZ平面不同打磨角度的调整。
3.根据权利要求1所述的打磨装置，其特征在于：传动机构包括左右两个滑动摩擦导轨（11）、丝杠（13）、光杆（14）、移动块（15）、轴承（16），每个滑动摩擦导轨（11）均由承导件（11-1）和运动件（11-2）组成，承导件（11-1）固定在侧板（9）的内侧，运动件（11-2）通过导轨与承导件（11-1）相连，丝杠（13）的两端与设置在左右运动件（11-2）内的轴承（16）相配合，光杆（14）的两端固定在左右运动件（11-2）上，丝杠（13）和光杆（14）都垂直于左右侧板（9）且处于同一个水平面内，移动块（15）通过螺纹孔和光孔分别与丝杠（13）、光杆（14）相配合；驱动机构包括三相异步电动机（5）、主动轮（6）、从动轮（7）、皮带（10），主动轮（6）固定在左侧板（9）的内侧，与三相异步电动机（5）的输出端相连，从动轮（7）固定在丝杆（13）左端光滑处并与左运动件（11-2）的外表面相接触，从动轮（7）和主动轮（6）两者通过皮带（10）形成联动；打磨机构包括移动件（17）、铰链装置（18）、小电机（19）、砂轮（20），移动件（17）通过导轨与移动块（15）的前面相连，铰链装置（18）一端固定在移动件（17）上，另一端连接小电机（19），小电机（19）上装有砂轮（20）。
4.根据权利要求1或2所述的打磨装置，其特征在于：从动轮（7）与丝杠（13）两者之间不会产生相对的转动，即从动轮（7）与丝杠（13）之间为过盈过合或者通过平键连接。
5.根据权利要求1或2所述的打磨装置，其特征在于：传动机构的左右承导件（11-1）的侧面设置有刻度尺。
6.根据权利要求1、2、4所述的打磨装置，其特征在于：传动机构还包括两个限位开关（12），分别固定在左右运动件（11-2）上，与丝杠（13）分处于光杆（14）的两侧。
7.根据权利要求1或2所述的打磨装置，其特征在于：驱动机构还包括张紧轮（8），张紧轮（8）固定在左侧板（9）的内侧，与主动轮（6）、从动轮（7）通过皮带（10）形成三角形联动。
8.根据权利要求1或2所述的打磨装置，其特征在于：铰链装置（18）的转动件与固定件之间通过螺栓固定。
9.根据权利要求1或2所述的打磨装置，其特征在于：升降工作台机构处于打磨机构的下方，它包括滚珠工作台（1）、左右支撑机构（2）、液压机构、底框（4），底框（4）的左右两端分别固定在左右侧板（9）上，左右支撑机构（2）均由上下两个“X”型件铰接构成，且左右两个铰接处通过连杆相连，支撑机构（2）下端固定在底框（4）上，上端固定连接滚珠工作台（1），液压机构中的液压缸（3）缸端固定在底框（4）上，杆端支撑在支撑机构（2）上。
10.一种多自由度板材表面的打磨方法，其特征在于：采用了灵活的自适应打磨方法，首先根据待加工件的外形特征和待打磨表面的倾斜角度，确定打磨机构左右移动距离（即在Y方向上的移动幅度）和打磨机构在XZ平面上的打磨角度；然后确定加工件在进料方向（即X方向）上的打磨位置，将板材待打磨平面移动到打磨机构的下方位置；接下来调整升降工作台的高度，即在竖直方向上（即Z方向）调整打磨机构，使得砂轮与待加工平面接触；最后利用位置调节系统的微调机构对打磨位置进行微调，使砂轮与板材平面完全接触，选取与确定合理的打磨位置之后，实施打磨工作。
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