CN105500148B - 一种大型曲面磨削自适应打磨装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种大型曲面磨削自适应打磨装置，包括曲面自适应移动机构和力控制打磨工具模块，其特征在于：所述曲面自适应移动机构包括顶盘、圆柱形卡槽、支撑杆和万向轮；顶盘设有支撑杆装配孔、顶端电机装配孔、圆柱形卡槽装配孔，圆柱形卡槽通过螺栓固定于顶盘上，支撑杆一端和万向轮通过螺纹配合连接，支撑杆另一端通过螺栓连接在顶盘的支撑杆装配孔上；所述力控制打磨工具模块包括顶端电机、联轴器、螺杆、螺母、弹簧、力传感器、倾角传感器、三根细杆件、顶部三脚卡盘、底部三脚卡盘、固定板、工作电机和磨具；顶端电机通过螺栓连接在顶盘的顶端电机装配孔上，实现曲面自适应移动机构和力控制打磨工具模块相连接。

Description

一种大型曲面磨削自适应打磨装置
技术领域
本发明涉及机械自主打磨技术领域，具体说是一种大型曲面磨削自适应打磨装置。
背景技术
传统当前曲面打磨行业中，普遍由熟练工人手工完成。手工打磨不仅劳动强度大、费时费力，而且效率低下，很难保证工件形面质量的整体性和一致性；同时作业现场的噪声、粉尘和短纤维也严重影响工人的健康。
现有技术中，大多采用机器人直接夹持磨具进行打磨，工件表面质量虽然很高，但打磨前需要按工件模型和打磨区域示教机器人的运动轨迹。由于工件的定位尺寸都不一致，所以需要重复性示教机器人。这会严重影响打磨的效率。也有机器人的末端机构中有弹簧、阻尼等柔性部件，但曲面的适应能力差，加工质量不高，且难以保证工件形面的整体性和一致性。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种大型曲面磨削自适应打磨装置。该装置具有结构简单、控制容易、加工效率高、大型曲面自适应性好等特点。
本发明解决所述技术问题的技术方案是：设计一种大型曲面磨削自适应打磨装置，包括曲面自适应移动机构和力控制打磨工具模块；
所述曲面自适应移动机构，包括顶盘、圆柱形卡槽、支撑杆和万向轮；其中顶盘设有支撑杆装配孔、顶端电机装配孔、圆柱形卡槽装配孔，圆柱形卡槽通过螺栓固定于顶盘上，支撑杆和万向轮个数都为三个，两两呈120o圆周均布，支撑杆一端和万向轮通过螺纹配合连接，支撑杆另一端通过螺栓连接在顶盘的支撑杆装配孔上；
所述力控制打磨工具模块包括顶端电机、联轴器、螺杆、螺母、弹簧、力传感器、倾角传感器、三根细杆件、顶部三脚卡盘、底部三脚卡盘、固定 板、工作电机和磨具；所述顶部三角卡盘和底部三角卡盘均有三个支脚，两两呈120°圆周分布，顶端电机输出轴通过联轴器与螺杆连接，螺母与螺杆配合，并在螺母下面安装有顶部三脚卡盘和力传感器，顶部三脚卡盘的中心开孔与螺杆过盈配合；三根细杆件两端车螺纹与顶部三脚卡盘、底部三脚卡盘均形成过盈配合，使得顶部三脚卡盘、底部三脚卡盘可沿着细杆件运动；弹簧的两端分别固定在顶部三脚卡盘和底部三脚卡盘上；底部三角卡盘固定在固定板上侧，固定板上侧还安装有倾角传感器，固定板下侧安装着工作电机；工作电机带动磨具旋转进行作业；
所述顶端电机通过螺栓连接在顶盘的顶端电机装配孔上，实现曲面自适应移动机构和力控制打磨工具模块相连接。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
1.本发明装置可适应大型曲面加工。通过万向轮和弹簧结构，使得磨具与工件间保持良好的接触，自适应被打磨工件的表面形状，打磨接触面大，效率高。而三个万向轮的导向作用，使得移动机构可以完成任何方位的移动，从而提高对工件形状的自适应性。
2.本发明装置可提前进行接触力预调。通过三根细杆件端部的螺纹结构事先给弹簧一定的变形量，使得预紧接触力大小在设定阈值附近，从而减少接触力的调整时间，提高打磨效率。
3.本发明装置具有一定的接触力控制能力。通过实时检测机构倾角信号以及磨具和工件间的接触力信号进行反馈，通过设定的控制算法改变顶部电机的输出转矩大小和方向，达到接触力的控制，实现相对稳定的打磨接触力，从而较好的保持磨削的型面精度。
4.本发明装置提供一种效率高、且可保持磨削工件型面整体性的打磨方法及其工具，可以降低设备成本，避免曲面干涉，提高加工质量和生产效率，改善劳动条件。
5.本发明装置提供的柔性自适应机构，能降低机器人运动轨迹的示教难度，显著提高实施的工作效率。
附图说明
附图1为本发明大型曲面磨削自适应打磨装置一种实施例的整体结构示意图；
附图2为本发明大型曲面磨削自适应打磨装置一种实施例的自适应移动机构结构示意图；
附图3位本发明大型曲面磨削自适应打磨装置一种实施例的打磨工具模块结构示意图。
图中，1、顶端电机；2、螺母；3、力传感器；4、顶部三脚卡盘；5、细杆件；6、弹簧；7、底部三脚卡盘；8、固定板；9、倾角传感器；10、工作电机；11、磨具；12、联轴器；13、螺杆；14、顶盘；15、支撑杆；16、圆柱形卡槽；17、万向轮。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详述。
本发明设计的一种大型曲面磨削自适应打磨装置(简称装置，参见图1)，包括曲面自适应移动机构和力控制打磨工具模块。
所述曲面自适应移动机构包括顶盘14、圆柱形卡槽16、支撑杆15和万向轮17；其中顶盘14设有支撑杆15装配孔、顶端电机1装配孔、圆柱形卡槽16装配孔，圆柱形卡槽16通过螺栓固定于顶盘14上，支撑杆15和万向轮17个数都为三个，两两呈120o圆周均布，支撑杆15一端和万向轮17通过螺纹配合连接，支撑杆15另一端通过螺栓连接在顶盘14的支撑杆15装配孔上；
所述力控制打磨工具模块包括顶端电机1、联轴器12、螺杆13、螺母2、弹簧6、力传感器3、倾角传感器9、三根细杆件5、顶部三脚卡盘4、底部三脚卡盘7、固定板8、工作电机10和磨具11；其中，顶部三脚卡盘4和底部三脚卡盘7均有三个支脚，两两呈120°圆周分布，顶端电机1输出轴通过联轴器12与螺杆13连接，螺母2与螺杆13配合，并在螺母2下面安装有顶部三脚卡盘4和力传感器3，顶部三脚卡盘4的中心开孔与螺杆13过盈配合；三根细杆件5两端车螺纹与顶部三脚卡盘4、底部三脚卡盘7均形成过盈配合，使得顶部三脚卡盘4、底部三脚卡盘7可沿着细杆件5运动；弹簧6的 两端分别固定在顶部三脚卡盘4和底部三脚卡盘7上；底部三角卡盘7固定在固定板8上侧，固定板8上侧还安装有倾角传感器9，固定板8下侧安装着工作电机10；工作电机10带动磨具11旋转进行作业。
所述顶端电机1通过螺栓13连接在顶盘14的顶端电机1装配孔上，实现曲面自适应移动机构和力控制打磨工具模块相连接。
本发明装置进一步特征在于，所述力控制打磨工具模块中，通过三根细杆件5端部的螺纹结构预先给予弹簧6一定的变形量，粗调打磨接触力大小。
本发明装置进一步特征在于，电机有两个：顶端电机1和工作电机10。顶端电机1采用步进电机，带动砂轮旋转的工作电机10采用变频电机。
本发明装置进一步特征在于，所述螺杆13长度小于弹簧6的长度，且保证在弹簧6压缩时，与底部三脚卡盘7不会发生碰撞。
本发明装置进一步特征在于，所述顶部三脚卡盘4、底部三脚卡盘7两者均和细杆件5为过盈配合，使得两者均可沿着细杆件5自由移动。
本发明装置进一步特征在于，所述万向轮17采用偏心轮式万向轮或者滚珠式万向轮。
本发明装置进一步特征在于，所述磨具11采用杯形砂轮或砂盘。
本发明大型曲面磨削自适应打磨装置能实现大曲面工件的自适应以及完成打磨力的调节，实现对曲面的恒力打磨。
本发明打磨装置的工作原理和过程是：
(1)曲面自适应移动机构中，三个万向轮17可实现三点共面，通过三个点确定一个尽量贴合工件曲面的最小的平面。而三个万向轮17的导向作用，使得移动机构可以完成任何方位的移动，完成对工件的自适应性。(2)力控制打磨工具模块中，通过顶端电机1输出转矩通过螺杆13带动相配合的螺母2以及安装在螺母伤的顶部三脚卡盘7、力传感器3沿着圆柱形卡槽16的轴线方向压缩弹簧6，使得安装在固定板8下侧的磨具11产生法向磨削力。通过实时检测机构倾角传感器9信号以及磨具11和工件间的接触力信号进行反馈，通过设定的控制算法改变顶部电机1的输出转矩大小和方向，达到对接触力的控制，实现相对稳定的打磨接触力。(3)在力控制打磨工具模块中， 通过三根细杆件5端部的螺纹结构预先压缩弹簧6，产生一定的变形量，粗调打磨接触力，从而减少接触力的调整时间，提高工作效率。
本发明装置未述及之处适用于现有技术。
上面结合附图对本发明的实施例做了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出的各种变化，也应视为本申请权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种大型曲面磨削自适应打磨装置，包括曲面自适应移动机构和力控制打磨工具模块，其特征在于：
所述曲面自适应移动机构包括顶盘、圆柱形卡槽、支撑杆和万向轮；所述顶盘设有支撑杆装配孔、顶端电机装配孔、圆柱形卡槽装配孔，圆柱形卡槽通过螺栓固定于顶盘上，支撑杆和万向轮各为三个，两两呈120°圆周均布，支撑杆一端和万向轮通过螺纹配合连接，支撑杆另一端通过螺栓连接在顶盘的支撑杆装配孔上；
所述的力控制打磨工具模块包括顶端电机、联轴器、螺杆、螺母、弹簧、力传感器、倾角传感器、三根细杆件、顶部三脚卡盘、底部三脚卡盘、固定板、工作电机和磨具；所述顶部三角卡盘和底部三角卡盘均有三个支脚，两两呈120°圆周分布，顶端电机输出轴通过联轴器与螺杆连接，螺母与螺杆配合，并在螺母下面安装有顶部三脚卡盘和力传感器，顶部三脚卡盘的中心开孔与螺杆间隙配合；三根细杆件两端车螺纹与顶部三脚卡盘、底部三脚卡盘均形成间隙配合，使得顶部三脚卡盘、底部三脚卡盘可沿着细杆件运动；弹簧的两端分别固定在顶部三脚卡盘和底部三脚卡盘上；底部三角卡盘固定在固定板上侧，固定板上侧还安装有倾角传感器，固定板下侧安装着工作电机，工作电机带动磨具旋转进行作业；所述螺杆长度小于弹簧的长度，且保证在弹簧压缩时和底部三脚卡盘不会发生碰撞；
所述顶端电机通过螺栓连接在顶盘的顶端电机装配孔上，实现曲面自适应移动机构和力控制打磨工具模块相连接。
2.如权利要求1所述大型曲面磨削自适应打磨装置，其特征在于所述力控制打磨工具模块中，通过三根细杆件端部的螺纹结构预先给予弹簧一定的变形量，粗调打磨接触力大小。
3.如权利要求1所述大型曲面磨削自适应打磨装置，其特征在于所述顶端电机采用步进电机，带动磨具旋转进行作业的工作电机采用变频电机。
4.如权利要求1所述大型曲面磨削自适应打磨装置，其特征在于所述万向轮采用偏心轮式万向轮或者滚珠式万向轮。
5.如权利要求1所述大型曲面磨削自适应打磨装置，其特征在于所述磨具采用杯形砂轮或砂盘。
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