CN105690213A - 五金钳类工具弧面磨削装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种五金钳类工具弧面磨削装置及其方法，弧面磨削装置包括XYZ三轴移动平台以及弧面磨削头机构，所述XYZ三轴移动平台的动力输出端通过悬臂与弧面磨削头机构连接；弧面磨削头机构包括磨削电机、旋转电机以及砂带式弧面磨削机构；所述砂带式弧面磨削机构包括支架、弧面磨削砂带、弧面磨削主动轮、弧面磨削从动轮以及弧面磨削张紧轮。由此可知，本发明所述的弧面磨削头由多自由度联动的驱动机构进行驱动，因此，可以很好地贴合各种弧度的弧面进行高效的磨削工作。

Description

五金钳类工具弧面磨削装置及其方法

技术领域

本发明公开了一种五金钳类工具弧面磨削装置及其方法，属于五金钳类工具的加工生产领域。

背景技术

欧美国家因为文化差异、生活习惯以及社会性服务成本等原因，对各类五金工具的数量和质量的需求不断的增加；金砖四国等新兴高速发展中国家，特别是中国的长期高速发展，使得五金工具的需求呈现持续高速增长的态势。五金钳类工具从原料到成品通常需要锻外形、铣刀口、钻铰链孔、铆钉固定、表面热处理、磨削表面、套皮套等多个步骤才能制成外表光泽坚硬的五金钳类工具。

现在人口红利消耗殆尽的今天，五金工具的加工工艺还是非常的落后，大量依赖人工，加工工艺还是传统手工和部分工艺半自动化的生产相结合的方式，这种生产方式和工艺，对作业人员要求高，培训周期长，作业效率较低，加工环境对工人健康危害较大，而且磨削产生的粉尘，在一定条件下，容易产生爆炸等灾难性安全事故，尤其是这与中国制造业2025和工业4.0标准的要求相距甚远。因此，设计完成一套具有柔性的五金钳类工具自动化磨削装备意义重大。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种五金钳类工具弧面磨削装置，其是五金钳类工具磨削设备的一个弧面磨削工位对应的磨削装置；其弧面磨削头由多自由度联动的驱动机构进行驱动，因此，可以很好地贴合各种弧度的弧面进行高效的磨削工作。

为解决以上的技术目的，本发明将采取如下的技术方案：

一种五金钳类工具弧面磨削装置，包括XYZ三轴移动平台以及弧面磨削头机构，所述XYZ三轴移动平台的动力输出端通过悬臂与弧面磨削头机构连接；弧面磨削头机构包括磨削电机、旋转电机以及砂带式弧面磨削机构；所述砂带式弧面磨削机构包括支架、弧面磨削砂带、弧面磨削主动轮、弧面磨削从动轮以及弧面磨削张紧轮；弧面磨削主动轮、弧面磨削从动轮以及弧面磨削张紧轮呈三角形状布置在支架上，弧面磨削砂带呈三角形状绕在弧面磨削主动轮、弧面磨削从动轮以及弧面磨削张紧轮的外围；旋转电机固定安装在悬臂上，且旋转电机的动力输出端与支架连接；磨削电机固定安装在支架上，且磨削电机的动力输出端与弧面磨削主动轮连接；弧面磨削头机构在XYZ三轴移动平台的动力驱动下，能够在XYZ三轴移动平台确定的三维空间内进行位置调整；支架在旋转电机的动力输出下，能够绕着旋转电机的动力输出端做旋转运动，实现弧面磨削砂带能够紧贴五金钳类工具的弧面磨削加工部位；弧面磨削砂带在磨削电机的动力驱动下，对五金钳类工具的弧面磨削加工部位进行磨削加工。

作为本发明的进一步改进，所述的支架包括固定杆、扭臂；固定杆的一端安装主动轮，固定杆的另一端则安装从动轮，且固定杆的杆体上定位安装有一根定位轴；扭臂的一端与定位轴连接，另一端则安装张紧轮，且定位轴上套接有扭簧，扭簧的两端分别与固定杆、扭臂连接。

本发明的另一技术目的是提供一种基于上述五金钳类工具弧面磨削装置的方法，包括以下步骤：

步骤一：夹持机构夹持的五金钳类工具到达固定的位置，XYZ三轴移动平台按照给定的控制量到达固定的位置；

步骤二：旋转电机正反转动，z向移动平台的驱动电机驱动弧面磨削头机构上下移动，使得弧面磨削砂带一直贴合着五金钳类工具的待加工弧面磨削面；同时磨削电机转动，弧面磨削砂带磨削五金钳类工具的待加工弧面磨削面；

步骤三：待加工弧面磨削面的弧面磨削完成后，y向移动平台回到最初位置，旋转电机停止工作。

根据上述的技术方案，相对于现有技术，本发明具有如下的有益效果：

本发明采用XYZ三轴移动平台以及旋转电机的配合，可以实现弧面磨削砂带一直贴合着五金钳类工具的待加工弧面磨削面，完成各种弧度的弧面磨削工作；

本发明所述的安装张紧轮的扭臂是可旋转的，并采用扭簧提供回复力来进行张紧轮的位置控制，从而保证弧面磨削砂带始终能够相对于三个橡胶轮（主动轮、从动轮、张紧轮）静止，实现磨削加工的顺利完成。

附图说明：

图1弧面磨削装置总体结构图；

图2弧面磨削装置的结构主视图；

图3弧面磨削装置的结构俯视图；

图4弧面磨削装置的结构侧视图；

图5为五金钳类工具夹持装置结构示意图；

图6为五金钳类工具夹持装置的原理图；

图7为五金钳类工具夹持装置的结构主视图；

图8为五金钳类工具夹持装置的结构侧视图；

图9为五金钳类工具夹持装置的结构俯视图；

图中标号：1、XYZ轴移动平台机构；2、磨削头机构；3、底座；4、梯形丝杠；5、滚珠丝杠螺母；6、联轴器；7、电机；8、导轨；9、悬臂；10、旋转电机；11、磨削电机；12、扭簧；13、扭臂；14、固定杆；15、轮毂橡胶轮；16、砂带；

I-1、水平面内旋转驱动机构；I-2、垂直面内旋转驱动机构；I-3、夹持机构；I-4、垂直面内旋转电机；I-5、固定板；I-6、水平面内旋转驱动轴；I-7、垂直面内驱动电机；I-8、同步带；I-9、同步带轮；I-10、垂直面内旋转驱动轴；I-11、气缸；I-12、中心轴；I-13、驱动块；I-14、滑动板；I-15、直线导轨；I-16、杠杆；I-17、杠杆轴；I-18、弹簧；I-19、夹板。

具体实施方案：

下面结合附图对技术方案的实施作进一步的详细描述：

如图1至4所示，本发明所述的五金钳类工具弧面磨削装置，包括XYZ三轴移动平台以及弧面磨削头机构，所述XYZ三轴移动平台的动力输出端通过悬臂与弧面磨削头机构连接；其中：

所述的XYZ三轴移动平台，包括联动的X向移动平台、Y向移动平台以及Z向移动平台；X向移动平台的动力输出端与Y向移动平台连接，Y向移动平台的动力输出端与Z向移动平台连接，而Z向移动平台的动力输出端则与悬臂连接；X向移动平台、Y向移动平台以及Z向移动平台均包括丝杠安装槽以及安装在丝杠安装槽中的丝杠机构，丝杠机构包括丝杠驱动电机、丝杠以及配合丝杠使用的丝杠螺母；所述X向移动平台的丝杠沿着X方向铺设，X向移动平台的丝杠安装槽安装在基座上，Y向移动平台的丝杠安装槽与X向移动平台的丝杠螺母固定，而Y向移动平台的丝杠沿着Y方向铺设，Z向移动平台的丝杠安装槽与Y向移动平台的丝杠螺母固定，而Z向移动平台的丝杠沿着Z方向铺设；在Z向移动平台的丝杠两侧，分别铺设有一根导轨，每一根导轨均与Z向移动平台的丝杠延伸方向平行；三个移动平台都由电机提供动力，电机正转，丝杠转动，带动平台向正方向运动；电机反转，丝杠转动，带动平台向负方向运动。

所述弧面磨削头机构，包括磨削电机、旋转电机以及砂带式弧面磨削机构；所述砂带式弧面磨削机构包括支架、弧面磨削砂带、弧面磨削主动轮、弧面磨削从动轮以及弧面磨削张紧轮，其中：弧面磨削主动轮、弧面磨削从动轮以及弧面磨削张紧轮均为轮毂橡胶轮；弧面磨削主动轮、弧面磨削从动轮以及弧面磨削张紧轮呈三角形状布置在支架上，弧面磨削砂带呈三角形状绕在弧面磨削主动轮、弧面磨削从动轮以及弧面磨削张紧轮的外围；旋转电机提供磨削头旋转的动力，固定安装在悬臂上，且旋转电机的动力输出端与支架连接，旋转电机可以正转，可以反转；磨削电机驱动磨削砂带进行弧面磨削，固定安装在支架上，且磨削电机的动力输出端与弧面磨削主动轮连接；磨削电机只能正转。

所述的支架包括固定杆、扭臂；固定杆的一端安装主动轮，固定杆的另一端则安装从动轮，且固定杆的杆体上定位安装有一根定位轴；扭臂的一端与定位轴连接，另一端则安装张紧轮，且定位轴上套接有扭簧，扭簧的两端分别与固定杆、扭臂连接。

悬臂通过连接块与Z向移动平台的丝杠螺母连接；具体地：连接块中部位置与Z向移动平台的丝杠螺母固定，连接块的两端分别与Z向移动平台的丝杠两侧相应的导轨可滑动连接。

如图5至9所示，本发明所述的工件夹持装置，包括用于夹持工件的夹持机构、用于驱动夹持机构在自身垂直面内旋转的垂直面内旋转驱动机构、用于驱动夹持机构在自身水平面内旋转的水平面内旋转驱动机构；所述垂直面内旋转驱动机构，在水平面内旋转驱动机构的动力输出下，带动夹持机构在自身水平面内做旋转运动；所述夹持机构，在垂直面内旋转驱动机构的动力驱动下，在自身垂直面内做旋转运动；所述夹具，在夹具驱动机构的动力驱动下，能够夹持/释放工件。其中：

所述垂直面内旋转驱动机构，如图5、图7所示，包括垂直面内旋转安装座以及安装在垂直面内旋转安装座上的垂直面内垂直面内旋转电机，垂直面内旋转电机的动力输出端通过带轮传动机构驱动沿着夹持机构水平方向放置的垂直面内旋转驱动轴，进而带动夹持安装座旋转。带轮传动机构包括两个同步带轮，一个同步带轮固定在垂直面内旋转电机的输出轴上，另一个同步带轮固定在垂直面内旋转驱动轴上，两个同步带轮之间由同步带相连接，因此，垂直面内驱动电机的转动带动同步带轮转动，通过同步带的作用，带动垂直面内旋转驱动轴转动，最终使得夹持机构转动。

所述水平面内旋转驱动机构，如图5、图7所示，包括水平面内旋转驱动电机，所述水平面内旋转驱动电机的动力输出端通过沿着夹持机构垂直方向放置的水平面内旋转驱动轴与垂直面内旋转安装座连接；且水平面内旋转驱动轴6上安装有固定板，用于将所述的夹持装置固定到旋转装置上，配装成多工位一体化五金钳类工具磨削装置中的工件装夹部分。即垂直面内旋转电机的转动带动垂直面内旋转驱动机构和夹持机构组成的整体转动。垂直面内旋转电机可以正转，可以反转，旋转角度可以调节。

所述夹持机构，如图5、图6、图9所示，包括夹持安装座、安装在夹持安装座上的夹具驱动机构以及与夹具驱动机构的动力输出端连接的夹具；其中：

所述夹具，包括两块夹板，分别为上夹板和下夹板，上夹板和下夹板之间设置有两根以上的导柱，附图中为4根，每一根导柱的一端穿过下夹板后在端部配装盖帽，另一端则穿过上夹板后也在端部配装盖帽；上夹板、下夹板在夹具驱动机构的动力驱动下，均做升降运动，且下夹板与上夹板的运动方向相反，因此，两夹板相向运动时，夹持工件，相背运动时，释放工件。

夹具驱动机构，如图5、图6、图9所示，包括直线往复移动驱动机构、驱动块以及杠杆机构；其中：

所述驱动块，通过直线导轨可移动地安装在夹持安装座内；直线导轨沿着夹持机构水平方向铺设，驱动块通过滑动板可移动地安装在直线导轨上；所述驱动块，可移动地安装在夹持安装座内；具有两个对称设置的驱动面，分别为倾斜角度等于α的上驱动面和倾斜角度等于-α的下驱动面；附图中，所用的驱动块为楔形驱动块，倾斜角度α为14°；

所述杠杆机构为两组，上夹板配装一组，下夹板配装另一组；两组杠杆机构对称布置在驱动块的两侧；每一组杠杆机构均包括杠杆以及杠杆轴，杠杆轴定位支撑在夹持安装座上，杠杆则通过杠杆轴定位支撑；两组杠杆机构的杠杆之间通过弹性连接件（附图中，所采用的弹性连接件为弹簧）连接，且杠杆的一端与夹板固定，另一端在弹性连接件的回复力作用下始终与驱动块的一个斜面相触；且杠杆与驱动块斜面之间的接触部位设置成圆弧形，则杠杆与驱动块斜面之间的接触为线接触。

所述直线往复移动机构，安装在垂直面内旋转安装座中，其动力输出端与中心轴的一端固定连接，中心轴的另一端则穿过垂直面内旋转驱动轴的内腔后，活动地嵌装在驱动块的驱动孔中，并在弹性连接件的回复力作用下，始终与驱动块的驱动孔相触。附图中，所用的直线往复移动机构为气缸，气缸的活塞轴与中心轴固定。

换句话说，本发明中，中心轴和驱动块不是固定在一起，但驱动块在弹簧的作用下，和中心轴紧紧贴在一起；同时垂直面内旋转驱动轴和中心轴不固定，垂直面内旋转驱动轴转动带动整个夹持机构转动，中心轴不受影响。

本发明所述的夹具在自身垂直面内旋转驱动机构、水平面内旋转驱动电机的联合驱动下，可以使得其所夹持的工件，无论具有何种角度的待磨削弧面，均能够与弧面磨削砂带相对，从而完成相应待磨削弧面的磨削加工；由此可知，本发明所述的弧面磨削设备，适宜于各种类型的五金钳类工具的钳嘴部分的弧面磨削加工；

事实上，本发明所述的弧面磨削设备完成的弧面磨削工艺，仅为五金钳类磨削加工过程中的其中一个工序；通常地，五金钳类工具的钳嘴部分，具有较为复杂的型面，为了获得高质量的加工产品，本发明的研发团队将钳嘴的型面分解成上、下对称的大平面部分、侧部的斜面部份以及端部的弧面部分；由此可知，前述的大平面部分、侧部的斜面部份以及端部的弧面部分并不处于同一平面上，在磨削加工过程中，换面加工时，仅仅依靠较为简单的三维磨削头进给机构的调整是不够的；因此，本发明通过调整工件的位置，来实现各待磨削面磨削加工的连续性，而无需更换夹具或者手动调整磨削面，从而导致加工质量下降（由于五金钳具通常都是对称件，因此，手动更换磨削面，很难保证前后的对称中心一致）；

本发明设计了一种较为巧妙的夹具驱动机构，其采用气缸提供动力，然后通过楔形斜面进行动力传递，最终采用一杠杆实现夹板的升降，由此可知，本发明只需要一个动力源，即能够实现上下两块夹板相向运动或者相背运动，减少动力源引入，节约成本；本发明采用楔形斜面进行动力传递，面接触可以有效地保证传递的可靠性。

弧面磨削头机构在XYZ三轴移动平台的动力驱动下，能够在XYZ三轴移动平台确定的三维空间内进行位置调整；支架在旋转电机的动力输出下，能够绕着旋转电机的动力输出端做旋转运动，实现弧面磨削砂带能够紧贴五金钳类工具的弧面磨削加工部位；弧面磨削砂带在磨削电机的动力驱动下，对五金钳类工具的弧面磨削加工部位进行磨削加工。

本发明中所述的总控制台负责控制五台电机，控制电机转动的角度与正反转。通过对于待磨削的五金钳类工具的形状的输入，对应的控制程序控制五个电机的转动，实现五轴联动，XYZ轴移动平台移动到合适的位置，z轴移动平台和旋转电机相配合，使整个磨削头机构的砂带紧贴五金钳类工具的圆弧表面，磨削电机一直转动，带动砂带磨削五金钳类工具的圆弧表面。

使用上述的弧面磨削装置进行弧面磨削时，包括以下步骤：

步骤一：夹持机构夹持的五金钳类工具到达固定的位置，XYZ三轴移动平台按照给定的控制量到达固定的位置；

步骤二：旋转电机正反转动，z向移动平台的驱动电机驱动弧面磨削头机构上下移动，使得弧面磨削砂带一直贴合着五金钳类工具的待加工弧面磨削面；同时磨削电机转动，弧面磨削砂带磨削五金钳类工具的待加工弧面磨削面；

步骤三：待加工弧面磨削面的弧面磨削完成后，y向移动平台回到最初位置，旋转电机停止工作。

本发明的工作原理是：五金钳类工具由夹持机构固定，圆弧面对准磨削头机构，磨削头机构在XYZ轴移动平台的带动下，移动到合适的位置，圆弧面挤压磨削头机构，使得砂带紧紧贴合圆弧表面。z轴移动平台和旋转电机相配合，使整个磨削头机构的砂带紧贴五金钳类工具的圆弧表面，磨削电机一直转动，带动砂带磨削五金钳类工具的圆弧表面。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述技术手段所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种五金钳类工具弧面磨削装置，包括XYZ三轴移动平台、弧面磨削头机构以及工件夹持装置，其特征在于，所述XYZ三轴移动平台的动力输出端通过悬臂与弧面磨削头机构连接；弧面磨削头机构包括磨削电机、旋转电机以及砂带式弧面磨削机构；所述砂带式弧面磨削机构包括支架、弧面磨削砂带、弧面磨削主动轮、弧面磨削从动轮以及弧面磨削张紧轮；弧面磨削主动轮、弧面磨削从动轮以及弧面磨削张紧轮呈三角形状布置在支架上，弧面磨削砂带呈三角形状绕在弧面磨削主动轮、弧面磨削从动轮以及弧面磨削张紧轮的外围；旋转电机固定安装在悬臂上，且旋转电机的动力输出端与支架连接；磨削电机固定安装在支架上，且磨削电机的动力输出端与弧面磨削主动轮连接；弧面磨削头机构在XYZ三轴移动平台的动力驱动下，能够在XYZ三轴移动平台确定的三维空间内进行位置调整；支架在旋转电机的动力输出下，能够绕着旋转电机的动力输出端做旋转运动，实现弧面磨削砂带能够紧贴五金钳类工具的弧面磨削加工部位；弧面磨削砂带在磨削电机的动力驱动下，对五金钳类工具的弧面磨削加工部位进行磨削加工。

2.根据权利要求1所述的五金钳类工具弧面磨削装置，其特征在于，工件夹持装置包括用于夹持工件的夹持机构、用于驱动夹持机构在自身垂直面内旋转的垂直面内旋转驱动机构、用于驱动夹持机构在自身水平面内旋转的水平面内旋转驱动机构；其中：

所述夹持机构，包括夹持安装座、安装在夹持安装座上的夹具驱动机构以及与夹具驱动机构的动力输出端连接的夹具；

所述垂直面内旋转驱动机构，包括垂直面内旋转安装座以及安装在垂直面内旋转安装座上的垂直面内旋转电机，垂直面内旋转电机的动力输出端与夹持安装座连接；

所述水平面内旋转驱动机构，包括水平面内旋转驱动电机，所述水平面内旋转驱动电机的动力输出端与垂直面内旋转安装座连接；

所述垂直面内旋转驱动机构，在水平面内旋转驱动机构的动力输出下，带动夹持机构在自身水平面内做旋转运动；

所述夹持机构，在垂直面内旋转驱动机构的动力驱动下，在自身垂直面内做旋转运动；

所述夹具，在夹具驱动机构的动力驱动下，能够夹持/释放工件；

所述工件，在水平面内旋转驱动机构、垂直面内旋转驱动机构以及夹具驱动机构的联合驱动下，调整工件的待加工磨削面。

3.根据权利要求1所述的五金钳类工具弧面磨削装置，其特征在于，述夹具包括两块夹板，分别为上夹板和下夹板，上夹板和下夹板之间设置有两根以上的导柱，导柱的一端穿过下夹板后在端部配装盖帽，另一端则穿过上夹板后也在端部配装盖帽；上夹板、下夹板在夹具驱动机构的动力驱动下，均做升降运动；且下夹板与上夹板的运动方向相反。

4.根据权利要求1所述的五金钳类工具弧面磨削装置，其特征在于，所述夹具驱动机构，包括直线往复移动驱动机构、驱动块以及杠杆机构；其中：

所述驱动块，可移动地安装在夹持安装座内；具有两个对称设置的驱动面，分别为倾斜角度等于α的上驱动面和倾斜角度等于-α的下驱动面；

所述杠杆机构为两组，上夹板配装一组，下夹板配装另一组；两组杠杆机构对称布置在驱动块的两侧；每一组杠杆机构均包括杠杆以及杠杆轴，杠杆轴定位支撑在夹持安装座上，杠杆则通过杠杆轴定位支撑；两组杠杆机构的杠杆之间通过弹性连接件连接，且杠杆的一端与夹板固定，另一端在弹性连接件的回复力作用下始终与驱动块的驱动面相触；

所述直线往复移动机构，安装在垂直面内旋转安装座中，其动力输出端与中心轴的一端固定连接，中心轴的另一端则穿过垂直面内旋转驱动轴的内腔后，活动地嵌装在驱动块的驱动孔中，并在弹性连接件的回复力作用下，始终与驱动块的驱动孔相触。

5.根据权利要求1所述的五金钳类工具弧面磨削装置，其特征在于，所述的支架包括固定杆、扭臂；固定杆的一端安装主动轮，固定杆的另一端则安装从动轮，且固定杆的杆体上定位安装有一根定位轴；扭臂的一端与定位轴连接，另一端则安装张紧轮，且定位轴上套接有扭簧，扭簧的两端分别与固定杆、扭臂连接。

6.根据权利要求1所述的五金钳类工具弧面磨削装置，其特征在于，所述的XYZ三轴移动平台包括联动的X向移动平台、Y向移动平台以及Z向移动平台；X向移动平台的动力输出端与Y向移动平台连接，Y向移动平台的动力输出端与Z向移动平台连接，而Z向移动平台的动力输出端则与悬臂连接。

7.根据权利要求6所述的五金钳类工具弧面磨削装置，其特征在于，X向移动平台、Y向移动平台以及Z向移动平台均包括丝杠安装槽以及安装在丝杠安装槽中的丝杠机构，丝杠机构包括丝杠驱动电机、丝杠以及配合丝杠使用的丝杠螺母。

8.根据权利要求7所述的五金钳类工具弧面磨削装置，其特征在于，所述悬臂通过连接块与Z向移动平台的丝杠螺母连接；连接块中部位置与Z向移动平台的丝杠螺母固定，Z向移动平台的丝杠安置槽在其丝杠安装部位的两侧平行地分别铺设有一条导轨，连接块的两端分别与相应的导轨可滑动连接。

9.根据权利要求1所述的五金钳类工具弧面磨削装置，其特征在于，弧面磨削主动轮、弧面磨削从动轮以及弧面磨削张紧轮均为轮毂橡胶轮。

10.一种基于权利要求1所述的五金钳类工具弧面磨削装置的方法，包括以下步骤：

步骤一：夹持机构夹持的五金钳类工具到达固定的位置，XYZ三轴移动平台按照给定的控制量到达固定的位置；

步骤二：旋转电机正反转动，z向移动平台的驱动电机驱动弧面磨削头机构上下移动，使得弧面磨削砂带一直贴合着五金钳类工具的待加工弧面磨削面；同时磨削电机转动，弧面磨削砂带磨削五金钳类工具的待加工弧面磨削面；

步骤三：待加工弧面磨削面的弧面磨削完成后，y向移动平台回到最初位置，旋转电机停止工作。