CN105252389A - 一种机器人砂带磨削机的自动换轮机构 - Google Patents

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朱大虎
郑志伟
张海洋
徐小虎
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丁汉
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Abstract

本发明公开了一种机器人砂带磨削机的自动换轮机构，其包括支撑板、换轮组件和张紧组件，所述换轮组件包括接触轮支架和驱动轮，所述接触轮支架上安装有至少三个不同直径大小的接触轮，各个接触轮顶端与所述接触轮支架中心的距离相等，所述接触轮支架由第一驱动电机提供动力，所述驱动轮由第二驱动电机提供动力，砂带套于所述驱动轮和各个接触轮之上，所述张紧组件包括对应设置于所述砂带上下方的两个张紧气缸，所述两个张紧气缸均连接有一张紧轮，该两个张紧轮均抵靠于所述砂带上，且所述支撑板设置有用于对接触轮支架进行的定位的限位组件。上述自动换轮机构能适合叶片不同曲率部位加工的可达性，兼顾加工效率和磨抛质量。

Description

一种机器人砂带磨削机的自动换轮机构
技术领域
本发明属于机器人砂带磨削技术，尤其涉及一种面向叶片曲率变化的机器人砂带磨削机的自动换轮机构。
背景技术
叶片类复杂曲面零件作为航空发动机、汽轮机、水轮机等能源转换装置的重大关键结构件，对整机工作性能具有决定性的作用，其几何精度和表面质量直接影响能源动力设备的工作效率。作为叶片加工的最后一道工序，传统的手工磨抛从加工效率、型面精度、表面质量、产品质量一致性以及加工环境上已无法满足现有零件加工要求，将逐渐被高柔性、高加工精度的工业机器人砂带磨抛系统取代。
近年来，陆续推出了一些关于机器人磨抛的专利技术，例如：申请号为：201110373591.3，公开日为：2012年6月20日，发明名称为《用于机器人修磨系统的曲面空间曲面加工的在位测量方法》的中国专利；公告号为：CN101738981B,发明名称为《基于机器学习的机器人磨削方法》和公告号为：CN103056759B,发明名称为《一种基于传感器反馈的机器人磨削系统》等专利文献，上述列举的关于机器人磨抛的专利技术，均未考虑叶片型面曲率变化规律，往往需要采用较小直径的接触轮来进行加工，直接导致加工效率低下。
公告号为：CN100579725C,发明名称为《一种通过一维力控制的砂带磨削机》虽然该磨削机采用了直径不同的大小两种规格的接触轮分别磨抛叶片外弧面和内弧面，但实际情况显示，针对不同型号的叶片，现有的两种规格的接触轮仍然无法完成对叶片局部区域曲率变化较大的磨抛加工，导致经常需更换不同尺寸的接触轮，影响加工效率。
因此如何针对曲率变化较大的叶片型面自动选用不同尺寸规格的接触轮进行磨抛，如何根据接触轮直径的变化对应改变磨抛速度提高叶片不同曲率曲面的加工质量是目前本领域技术人员迫切需要解决的难题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种机器人砂带磨削机的自动换轮机构，其能够满足加工的可达性和柔性，并在保证磨削质量的前提下有效提升加工效率，以解决现有技术中砂带磨削机存在的上述问题。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种机器人砂带磨削机的自动换轮机构，其包括支撑板、换轮组件和张紧组件，其中，所述换轮组件和张紧组件设置于所述支撑板的一侧面上，所述换轮组件包括接触轮支架和驱动轮，所述接触轮支架上安装有至少三个不同直径大小的接触轮，各个接触轮顶端与所述接触轮支架中心的距离相等，所述接触轮支架由第一驱动电机提供动力，所述驱动轮由第二驱动电机提供动力，砂带套于所述驱动轮和各个接触轮之上，所述张紧组件包括对应设置于所述砂带上下方的两个张紧气缸，所述两个张紧气缸均连接有一张紧轮，该两个张紧轮均抵靠于所述砂带上以保证换轮过程中砂带不会脱落，且所述支撑板设置有用于对接触轮支架进行的定位的限位组件。
特别地，所述限位组件包括限位销和限位气缸，所述限位气缸驱动限位销插入接触轮支架内进行定位。
特别地，所述第一驱动电机和第二驱动电机均固定于所述支撑板上相对设置有换轮组件和张紧组件的另一侧面上。
特别地，所述接触轮支架由三个呈放射状排布的支脚组成，每个支脚上设置有一个接触轮，相邻两个接触轮之间的夹角均为120°。
特别地，所述各个接触轮的表面均开设有斜槽，该设计能有效增强砂带的切入能力，加大磨粒的自锐性并使砂带和接触轮间有充分的变形空间，起到柔性作用。
特别地，所述两个张紧轮设置于所述驱动轮与接触轮支架之间的位置上，且所述两个张紧轮均抵靠于所述砂带的外表面上，所述砂带向其内表面方向产生形变。
本发明的有益效果为，与现有技术相比所述机器人砂带磨削机的自动换轮机构适用于如航空发动机叶片、汽轮机叶片、水轮机叶片等复杂曲面型面的磨削加工，具有以下优点：
1)换轮部分安装有至少三个不同直径大小的接触轮，能适合叶片不同曲率部位加工的可达性，兼顾加工效率和磨抛质量；
2)换轮部分结构设计能保证接触轮旋转后顶端能与叶片表面完全贴合；
3)换轮时，限位组件打开，然后接触轮支架旋转一定角度，旋转过程中，两个张紧轮自动调节张紧力，能保证砂带不脱落；
4)当砂带磨损严重无法再进行加工时，调整张紧轮，便于取下已磨损砂带。
附图说明
图1是本发明具体实施方式1提供的机器人砂带磨削机的自动换轮机构的正视图；
图2是本发明具体实施方式1提供的机器人砂带磨削机的自动换轮机构的后视图；
图3是本发明具体实施方式1提供的机器人砂带磨削机的自动换轮机构的接触轮与叶片发生干涉的原理图；
图4是本发明具体实施方式1提供的机器人砂带磨削机的自动换轮机构的接触轮与叶片发生干涉的又一原理图。
图中：
1、支撑板；2、接触轮支架；3、驱动轮；4、接触轮；5、第一驱动电机；6、第二驱动电机；7、砂带；8、张紧气缸；9、张紧轮；10、限位销；11、限位气缸；12、叶片；13、目标点。
具体实施方式
下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
请参阅图1和图2所示，本实施例中，一种机器人砂带磨削机的自动换轮机构包括支撑板1、接触轮支架2、驱动轮3和张紧组件，所述接触轮支架2和驱动轮3设置于所述支撑板1的一侧面上，所述接触轮支架2由三个呈放射状排布的支脚组成，每个支脚上设置有一个接触轮4，共计三个接触轮4，该三个接触轮4的直径大小不同，各个接触轮4顶端与所述接触轮支架2中心的距离相等，用于保证接触轮4旋转后顶端能与叶片表面完全贴合，相邻两个接触轮4之间的夹角均为120°，所述接触轮支架2由第一驱动电机5提供动力，所述驱动轮3由第二驱动电机6提供动力，所述第一驱动电机5和第二驱动电机6均固定于所述支撑板1上相对设置有接触轮支架2、驱动轮3和张紧组件的另一侧面上。砂带7套于所述驱动轮3和各个接触轮4之上，各接触轮4表面均开设有斜槽，该设计能有效增强砂带7的切入能力，加大磨粒的自锐性并使砂带7和接触轮4间有充分的变形空间，起到柔性作用；直径最大的接触轮4参与磨抛叶片曲率较小的型面，能有效提高加工效率，直径最小的接触轮4参与磨抛叶片曲率较大的型面，能有效保证加工质量。
所述张紧组件包括对应设置于所述砂带7上下方的两个张紧气缸8，所述两个张紧气缸8均连接有一张紧轮9，所述两个张紧轮9设置于所述驱动轮3与接触轮支架2之间的位置上，且所述两个张紧轮9均抵靠于所述砂带7的外表面上，所述砂带7向其内表面方向产生形变，以保证换轮过程中砂带不会脱落。
所述支撑板1设置有用于对接触轮支架2进行的定位的限位组件，所述限位组件包括限位销10和限位气缸11，所述限位气缸11驱动限位销10插入接触轮支架2内已对接触轮支架2进行定位。
当换轮时，限位销10通过限位气缸11打开，然后第一驱动电机5带动接触轮支架2旋转120°，使得另外2个接触轮达到预设位置；换轮过程中，张紧气缸8推动并协调各张紧轮9运动，在自动调节的张紧力的配合下保证砂带7不脱落下来，而张紧力的控制可以通过控制比例阀调节通气量；此外，当砂带7磨损严重无法再进行加工时，张紧气缸8向后移动并带动张紧轮9向后以减小张紧力，最后取下已磨损砂带。
请参阅图3和图4所示，本实施例中，由于小接触轮的尺寸是按照叶片12表面的最大曲率选取的，其半径应小于叶片12表面的最小曲率半径，因此理论上小直径接触轮可以加工叶片表面的所有区域。但是为了提高加工效率，应尽可能多的使用大直径接触轮进行磨抛。某表面区域如果能够使用大直径轮进行磨抛，则必须要满足两个条件：1)、目标点处的曲率半径大于大直径接触轮的半径；2)、接触轮不能与叶片的其它部位发生干涉。
如果不满足上述条件1)：将会发生图3所示接触轮4与目标点13不能接触的情况，使得目标点13处不能被磨抛反而会磨到其它部分。结果将会导致图示目标点13处的铣削刀痕残留，而相邻区域由于多次磨抛使得磨抛量过大，甚至会导致叶片12报废。
上述条件2)是指不能出现图4所示的情况，此时虽然在目标点13处曲率较小砂带能够与叶片12型面良好接触，但是由于接触轮4尺寸较大而与叶片12的其它部位发生干涉。
以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述事例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种机器人砂带磨削机的自动换轮机构，其包括支撑板、换轮组件和张紧组件，其特征在于，所述换轮组件和张紧组件设置于所述支撑板的一侧面上，所述换轮组件包括接触轮支架和驱动轮，所述接触轮支架上安装有至少三个不同直径大小的接触轮，各个接触轮顶端与所述接触轮支架中心的距离相等，所述接触轮支架由第一驱动电机提供动力，所述驱动轮由第二驱动电机提供动力，砂带套于所述驱动轮和各个接触轮之上，所述张紧组件包括对应设置于所述砂带上下方的两个张紧气缸，所述两个张紧气缸均连接有一张紧轮，该两个张紧轮均抵靠于所述砂带上，所述支撑板设置有用于对接触轮支架进行的定位的限位组件。
2.根据权利要求1所述的机器人砂带磨削机的自动换轮机构，其特征在于，所述限位组件包括限位销和限位气缸，所述限位气缸驱动限位销插入接触轮支架内进行定位。
3.根据权利要求1所述的机器人砂带磨削机的自动换轮机构，其特征在于，所述第一驱动电机和第二驱动电机均固定于所述支撑板上相对设置有换轮组件和张紧组件的另一侧面上。
4.根据权利要求1所述的机器人砂带磨削机的自动换轮机构，其特征在于，所述接触轮支架由三个呈放射状排布的支脚组成，每个支脚上设置有一个接触轮，相邻两个接触轮之间的夹角均为120°。
5.根据权利要求1所述的机器人砂带磨削机的自动换轮机构，其特征在于，所述各个接触轮的表面均开设有斜槽。
6.根据权利要求1所述的机器人砂带磨削机的自动换轮机构，其特征在于，所述两个张紧轮设置于所述驱动轮与接触轮支架之间的位置上，且所述两个张紧轮均抵靠于所述砂带的外表面上，所述砂带向其内表面方向产生形变。
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