CN105290925B - 基于工业机器人的调距桨型面砂带磨削装置及其加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于工业机器人的调距桨型面砂带磨削装置及其加工方法，主要解决其数控机床方式加工的高成本、人工修磨带来的加工精度不稳定和低效率及打磨职业危害等问题。本装置主要包括六自由度关节工业机器人、砂带磨削机构装置、回转工作台组成，在机器人末端关节通过法兰连接三角形结构布置的砂带磨削机构装置，电机通过同步带实现砂带驱动轮的高速旋转，气动方式推动涨紧轮实现砂带涨紧，调距桨毛坯工件安装夹持在回转工作台中央，并由伺服电机驱动减速箱输出齿轮啮合回转支承的驱动齿圈实现连续360°回转及分度。本发明结构设计巧妙，磨削刚度较大，通用性强，大大降低了生产成本，具有较好的实用和推广价值。

Description

基于工业机器人的调距桨型面砂带磨削装置及其加工方法

技术领域

本发明属于船用机械制造领域，涉及的是船用调距桨叶型面零件的制造，具体的说，是涉及采用六自由度关节工业机器人对调距桨型面进行砂带磨削装置及其加工实现方法。

背景技术

可调螺距桨作为新型船用推进动力部件的重要核心零件，其零件型面为复杂曲面，该型面制造精度及表面质量的高低将直接影响船舶的水动力推进性能。调距桨通常首先由青铜合金材料铸造成毛坯，因其最终桨叶型面为复杂的水动力曲面形状，还需要对毛坯铸造余量去除材料加工才能完成其精确的面型制造。国内外目前加工调距桨主要采用以下设备和方法：

1)采用五轴联动数控落地铣镗床进行调距桨毛坯单面加工，再翻面装夹后继续进行其余型面铸造余量的材料去除，最后通过操作工人手持砂轮机或者砂带机修磨至最终光滑的型面；

2)采用钳工以铲磨方式结合调距桨叶型面截面样板对比逐渐加工出叶片型面，最后通过手工砂带或砂轮机修磨精整其桨叶型面；

3)采用专用的四轴联动乃至六轴联动的数控砂带磨床直接加工出调距桨叶的型面；

上述单独采用数控砂带磨抛加工或者数控铣削并结合手工修磨的方法的主要是问题是：

1.调距桨的数控加工需采购通用五轴数控落地镗铣床或者专用多轴数控砂带磨床等设备价格昂贵的数控机床才能实施，给调距桨生产厂家和广大船舶用户造成了较大负担，影响了可调距桨这种新型船用推进技术在国内的推广和使用；

2.手工方式的铲磨或打磨调距桨对工人技术要求较高、其劳动负荷大，作业环境恶劣，打磨粉尘污染特别严重，导致调距桨生产效率底下，很难保证稳定的加工质量，另外长期暴露在粉尘工况下打磨容易使人得矽肺等职业病。

发明内容

本发明的目的在于克服上述缺陷，设计一种可实现船用调距桨毛坯的材料去除及表面光整加工的高效智能化加工方法及其实现装置。

为了实现本发明的目的，本发明采用的技术方案如下：

基于工业机器人的调距桨型面砂带磨削装置及其加工方法，包括安装在地面的六自由度关节工业机器人用于实现砂带磨削装置的不同姿态控制，安装在工业机器人对面的由伺服电机驱动相关减速箱带动齿轮啮合实现360°数控回转的工作台，安装在工作台的待加工船用调距桨毛坯零件，安装在工业机器人末端关节的法兰上用于实现砂带磨削运动的机构，在砂带磨削机构上的轮系采用三角形布局方式，主轴驱动电机驱动砂带磨削机构装置中的驱动轮旋转并带动砂带运动，安装在砂带磨削机构中上的气缸推动涨紧轮实现对砂带的涨紧，高速运动的砂带在接触轮处实现与调距桨切触并实现相关的磨削和抛光。

所述数控回转工作台包括底座、设置于工作台端面下面的回转支承驱动齿圈、安装在垫板上的减速箱，减速箱输出端齿轮与回转支承的驱动齿圈啮合，减速箱输入端与伺服电机相连接，从而伺服电机带动减速箱齿轮驱动齿圈实现工作台回转运动。

所述砂带磨削机构装置包括接触轮、涨紧轮及驱动轮构成三角形布局的机械结构，交流电机设置于靠近驱动轮的位置，交流电机输出端与主同步带轮相连，被动同步带轮与砂带驱动轮共轴方式安装在同步轴上，交流电机在同步带传动作用下带动驱动轮高速旋转，设置在气缸铰链支座上的气缸通过气动作用涨紧轮实现砂带涨紧和换带。

所述法兰用于连接工业机器人末端关节与砂带磨削机构装置，设置于砂带磨削机构装置上的法兰连接板通过法兰与工业机器人第六轴关节执行末端用螺栓相连接，从而实现工业机器人多关节联动合成完成砂带磨削机构装置在空间不同位置和姿态的连续磨削轨迹运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明采用在工业机器人上集成数控转台和砂带磨削机构方式实现进行调距桨毛坯的磨削成形加工，与采购通用五轴数控落地镗铣床或者专用多轴数控砂带磨床等设备相比不仅结构简单，可维修性较好，而且机器人成本较为低廉，工艺灵活，通用性较强，大大降低了调距桨生产成本；

(2)本发明采用三角形布置方式的砂带磨削机构与专用多轴数控砂带磨床平行轮系布置的磨削机构相比具有更好的力学稳定性和磨削刚度，克服了平行轮系布置中过渡压轮易快速磨损导致砂带偏转蹋边的技术缺陷，提高了砂带磨削材料去除率和加工精度；

(3)本发明采用在工业机器人上用示教模式或者离线模式实现调距桨毛坯的磨削加工编程，与数控机床加工编程方式相比不仅方式更灵活简便，特别是示教加工大大降低了调距桨加工编程难度，缩短了辅助时间，提高调距桨的制造效率；

(4)本发明采用工业机器人实现调距桨毛坯的磨削加工，相比人工打磨方式，不仅磨削精度与加工质量稳定性都具有较大提高，更消除了工人得矽肺的职业危害；

(5)本发明采用工业机器人实现调距桨毛坯的磨削加工，工业机器人本身自带的强大通讯接口极大方便了调距桨机加工车间制造资源智能化网络管理的建设，有效提升了船用螺旋桨制造工厂的信息化生产技术水平。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的俯视图。

图3为本发明的A-A向局部视图。

图4为本发明的砂带磨削机构装置的原理示意图。

图5为本发明的砂带磨削机构装置的主视图。

图6为本发明的砂带磨削机构装置的俯视图。

图7为本发明的砂带磨削机构装置的B-B向局部视图。

图8为本发明的砂带磨削机构装置的轴侧视图。

图9为本发明的调距桨型面砂带磨削轨迹运动示意图。

图10为本发明的调距桨型面砂带磨削过程的主姿态示意图。

图11为本发明的调距桨型面砂带磨削过程的俯视姿态示意图。

图12为本发明的加工方法实现的流程图。

其中，附图标记所对应的名称：1-六自由度关节工业机器人，2-调距桨毛坯零件，3-回转工作台，4-回转支承，5-齿轮，6-伺服电机，7-底座，8-砂带磨削机构装置，9-垫板，10-接触轮，11-驱动轮，12-同步轴，13-主同步带轮，14-气缸铰链支座，15-Z1向滚珠丝杆，16-盖板，17-法兰连接板，18-交流电机，19-同步带，20-法兰安装孔，21-气缸，22-减速箱，23-法兰，24-涨紧轮，25-砂带，26-被动同步带轮，27-驱动齿圈，28-气阀开关。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。本发明的实施方式包括但不限于下列实施例。

如图1、图2、图3所示，为本发明基于工业机器人的调距桨型面砂带磨削装置的一个优选实例的主视、侧视及A-A向视图。其主要包括安装在地面的六自由度关节工业机器人1通过多关节联合运动合成用于控制砂带磨削机构装置8的不同轨迹姿态，设置在工业机器人工作空间内并由伺服电机6驱动相关减速箱22带动齿轮啮合驱动齿圈27实现360°转动的数控驱动的回转工作台3，安装固定在数控回转工作台上的待加工船用调距桨毛坯零件2，设置在工业机器人末端第六轴关节的法兰23连接用于实现磨削材料去除功能的砂带磨削机构装置，在砂带磨削机构装置上的轮系采用三角形布局方式，交流电机18驱动砂带磨削机构装置中的砂带驱动轮11旋转并带动砂带25运动，安装在砂带磨削机构装置中上的气缸21推动砂带涨紧轮24实现对砂带的涨紧，砂带通过在砂带接触轮10处实现与调距桨毛坯型面切触，高速运动的砂带上涂覆的磨料通过强力的摩擦、耕犁及切削等磨削作用去除调距桨工件表面材料进而实现其型面的磨削和抛光。

如图4、图5、图6、图7、图8所示，为本发明的砂带磨削机构装置的原理示意图、主视图、俯视图、B-B向局部视图及轴测视图。主要包括砂带接触轮10、砂带涨紧轮24及砂带驱动轮11构成三角形方式的机械结构布局，交流电机18设置于靠近砂带驱动轮的位置，交流电机输出端与主同步带轮13相连，被动同步带轮26与砂带驱动轮通过共轴方式设置在同步轴12上，交流电机通过同步带19带动砂带驱动轮高速旋转，安装在气缸铰链支座14上的气缸21通过持续地气动作用推动涨紧轮24实现砂带25涨紧，通过气阀开关30切换方式气缸失气后涨紧轮松开即可方便进行砂带更换。

如图9所示，为本发明的调距桨型面砂带磨削轨迹运动示意图。主要是通过用工业机器人的示教模式完成安装在数控回转工作台上调距桨的型面加工示教操作，按照自上而下连续进退刀轨迹路径规划顺次进行位置和姿态数据的示教点生成并存储与机器人控制器，或者通过离线模式导入调距桨型面设计数据，在调距桨型面上按照自上而下连续的路径轨迹实施计算机辅助编程，并生成工业机器人各个关节坐标控制程序，并传输至机器人控制器，最终实现调距桨毛坯的机器人方式磨削加工编程。

如图10、图11所示，为本发明的调距桨型面砂带磨削过程的主姿态示意图、俯视姿态示意图。主要是显示了在磨削调距桨毛坯过程中在其型面某点位置时刻的砂带磨削装置姿态的不同投影示意。

如图12所示，上述基于工业机器人的调距桨型面砂带磨削加工实现方法，包括以下步骤：

(1)工业机器人启动，对刀并设定机器人工作状态下的各项参数；

(2)在回转工作台上进行调距桨工件毛坯的安装；

(3)通过选择示教或者离线方式完成调距桨工件砂带磨削的机器人编程；

(4)更换不同粒度砂带后继续完成调距桨型面粗磨、精磨及抛光加工工序；

(5)从工作台卸下并对调距桨型面进行精度检测等后续辅助工序处理。

按照上述实施例，便可较佳地实现本发明。值得说明的是，基于上述设计原理的前提下，为解决同样的技术问题，即使在本发明所公开的结构基础上做出的一些无实质性的改动或润色，所采用的技术方案的实质仍然与本发明一样，故其也应当在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.基于工业机器人的调距桨型面砂带磨削装置，其特征在于，包括安装在地面的六自由度关节工业机器人(1)，用于实现砂带磨削机构装置(8)的不同姿态控制，设置在工业机器人工作空间内并由伺服电机(6)驱动相关减速箱(22)带动齿轮对啮合实现360°数控驱动的回转工作台(3)，安装固定在工作台上的待加工船用调距桨毛坯零件(2)，设置在工业机器人末端关节的法兰(23)上用于实现磨削材料去除功能的砂带磨削机构装置，设置在砂带磨削机构装置上的轮系采用三角形方式的机械结构布局，交流电机(18)驱动砂带磨削机构装置中的驱动轮(11)旋转并带动砂带(25)高速运动，在砂带磨削机构装置中设置的气缸(21)可推动涨紧轮(24)实现对砂带的涨紧，高速运动的砂带在接触轮(10)处实现与调距桨毛坯型面切触并实现工件表面的磨削和抛光。

2.根据权利要求1所述的基于工业机器人的调距桨型面砂带磨削装置，其特征在于，所述回转工作台包括底座(7)、安装在工作台端面下面的回转支承(4)上设置的驱动齿圈(27)、安装在垫板(9)上的减速箱(22)，减速箱输出端的齿轮(5)与回转支承的驱动齿圈啮合，减速箱输入端与伺服电机(6)相连接，从而伺服电机带动减速箱输出端的齿轮(5)与驱动齿圈啮合运动实现回转工作台(3)的转动。

3.根据权利要求1所述的基于工业机器人的调距桨型面砂带磨削装置，其特征在于，所述砂带磨削机构装置包括接触轮(10)、涨紧轮(24)及驱动轮(11)构成三角形布局的机械结构，交流电机(18)设置于靠近砂带驱动轮的位置，交流电机输出端与主同步带轮(13)相连，被动同步带轮(26)与砂带驱动轮共轴方式安装在同步轴(12)上，交流电机通过同步带(19)传动作用带动砂带驱动轮高速旋转，设置在气缸铰链支座(14)上的气缸(21)通过气压推动气缸活塞杆顶住涨紧轮(24)实现对砂带(25)涨紧的作用。