CN107520747A - 一种恒力浮动装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种恒力浮动装置，包括有径向浮动单元和轴向浮动单元，工作时，轴向浮动单元能够实现轴向的恒力浮动，径向浮动单元能够实现径向的恒力浮动，以实现一种恒力的柔性的打磨加工，其能够很人性化地吸收机械加工的路径与被加工毛坯材料的曲线偏差，使得安装在本发明的打磨器件等可以非常灵活的沿着被加工毛坯表面运转以实现打磨等工艺；同时，还可以结合到自动化设备上，由于本发明的恒力浮动装置，在轴向和径向均具有一定的柔软度，当打磨力太大时，打磨器件等会摆动，还能够解决自动化设备的实时性不够（即动作反应不够快）问题。

Description

一种恒力浮动装置

技术领域

本发明涉及工业自动化设备技术领域，尤其涉及一种恒力浮动装置。

背景技术

在工业生产过程中，打磨是很常见的工序。铸件（如铸铁、铸铝、铸钢）的飞边和浇口以及焊接件中间的焊缝常需要打磨。目前多数是靠人力打磨，费时费力，且现场工作环境差（如粉尘很大），安全事故时有发生，使得打磨工作人员的工作环境相当恶劣。如今，使用机器人或其它自动化设备进行打磨逐渐成为趋势。

现有的机器轴承基本都是刚性轴承，打磨过程中无法实现轴向伸缩，因此无法保证打磨过程中对加工器件施以恒力，对打磨的精度有很大的影响。

传统方式往往在打磨过程中在轴向施力以实现打磨。但由于待打磨器件的表面形状、位置以及打磨方式等不同，因此对打磨工具的径向力的把控也很重要。现有的机器轴承基本都是刚性轴承，少部分能实现恒力收缩的也是在轴向的恒力浮动，而对于径向力，往往只是一些径向的柔性调整，还无法实现径向的恒力，使得一些需要径向恒力的工艺操作难以完成或者完成的效率、完成后工件的精度等都难以达到要求。

目前的打磨装置要么只能实现摆动，要么只能实现轴向伸缩。申请人在先申请的专利（专利号CN201610963759.9）公开了一种柔性打磨装置，能够在较大范围内伸缩和/或摆动，可以自动根据被加工材料的形貌进行柔性打磨。虽然实现了柔性打磨，但是依然没能实现轴向恒力浮动和/或径向恒力浮动，还难以实现轴向和/或径向的恒力打磨。

发明内容

针对以上不足，本发明提供一种恒力浮动装置，能够实现轴向恒力浮动和/或径向恒力浮动，以实现轴向和/或径向的恒力打磨。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种恒力浮动装置，包括有径向浮动单元和轴向浮动单元，所述轴向浮动单元与所述径向浮动单元相连；

所述径向浮动单元包括有气缸筒、活塞、万向轴承、支承筒、承力爪、支撑座和加力爪，所述气缸筒套设于所述活塞外部并与所述活塞形成一个气腔，所述气缸筒上设置有第三进气口，所述第三进气口与所述气腔相连通，所述支撑座固定连接于所述气缸筒的底端；所述万向轴承设置在所述支撑座的中心，所述万向轴承内配套装有与所述万向轴承相匹配的所述支承筒；所述承力爪与所述支承筒固定连接，所述加力爪与所述活塞固定连接，所述承力爪与所述加力爪相接触；

所述轴向浮动单元包括有浮动轴、恒压外缸体、恒压内缸体和浮动活塞：所述恒压内缸体和浮动活塞分别套设于所述浮动轴的外部，所述恒压外缸体套设于所述恒压内缸体和浮动活塞的外部，所述恒压外缸体和恒压内缸体之间形成一腔室，所述浮动活塞一端与所述浮动轴固定连接，另一端位于所述腔室内并将所述腔室分隔为第一腔室和第二腔室，所述恒压外缸体的侧壁上设置有第一进气口和第二进气口，所述第一进气口与所述第一腔室相连通，所述第二进气口与所述第二腔室相连通。

进一步地，所述气缸筒和活塞之间设置有线性轴承。

进一步地，所述气缸筒的一端内侧套设有套筒，所述套筒位于所述气缸筒与所述活塞之间，所述套筒、气缸筒和活塞之间形成所述气腔；所述气缸筒和活塞之间和/或所述套筒和活塞之间设置有线性轴承。

进一步地，所述支承筒一端固定设置有延长筒，所述延长筒、支承筒和浮动轴为空心筒状结构，所述恒压内缸体端面开孔。

进一步地，所述延长筒和/或支承筒和/或轴向浮动单元上设置有配重块用以实现所述延长筒、支承筒、配重块和所述轴向浮动单元以及固定在所述延长筒和支承筒上的外部器件所成的结构的重心与所述万向轴承的中心相重叠。

进一步地，所述万向轴承内设置有限位块，所述限位块使得所述万向轴承只能进行径向的摆动。

进一步地，所述浮动轴和恒压内缸体之间设有直线导向机构，所述直线导向机构使得所述浮动轴和恒压内缸体之间只能进行轴向的直线运动。

进一步地，所述直线导向机构包括：设于所述浮动轴的外表面上的第一滑槽、设于所述恒压内缸体的内表面且与所述第一滑槽位置相对的第二滑槽以及设于所述第一滑槽和第二滑槽内的多个滚动体。

进一步地，所述第一滑槽和第二滑槽为圆形滑槽。

进一步地，所述恒力浮动装置还包括用于测量所述活塞位移量的位移传感器和/或用于测量所述浮动轴位移量的位移传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明公开了一种恒力浮动装置，包括有径向浮动单元和轴向浮动单元，工作时，轴向浮动单元能够实现轴向的恒力浮动，径向浮动单元能够实现径向的恒力浮动，以实现一种恒力的柔性的打磨加工，其能够很人性化地吸收机械加工的路径与被加工毛坯材料的曲线偏差，使得安装在本发明的打磨器件等可以非常灵活的沿着被加工毛坯表面运转以实现打磨等工艺；同时，还可以结合到自动化设备上，由于本发明的恒力浮动装置，在轴向和径向均具有一定的柔软度，当打磨力太大时，打磨器件等会摆动，还能够解决自动化设备的实时性不够（即动作反应不够快）问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明中优选的实施例的结构示意图（剖视图）；

图2为配重块的装配示意图。

其中，图中所示标记为：1：气缸筒；2：活塞；3：万向轴承；4：支承筒；5：承力爪；6：支撑座；7：加力爪；8：气腔；9：第三进气口；10：套筒；11：浮动轴；12：恒压外缸体；13：恒压内缸体；14：浮动活塞；15：第一腔室；16：第二腔室；17：第一进气口；18：第二进气口；19：线性轴承；20：延长筒；21：配重块；22：滚动体；23：位移传感器；24：限位块；25：打磨头。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中 ，需要说明的是，术语“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参照图1，本发明提出一种恒力浮动装置，包括有径向浮动单元和轴向浮动单元，轴向浮动单元与径向浮动单元相连；

径向浮动单元包括有气缸筒1、活塞2、万向轴承3、支承筒4、承力爪5、支撑座6和加力爪7，气缸筒1套设于活塞2外部并与活塞2形成一个气腔8，气缸筒1上设置有第三进气口9，第三进气口9与气腔8相连通，支撑座6固定连接于气缸筒1的底端；万向轴承3设置在支撑座6的中心，万向轴承3内配套装有与万向轴承3相匹配的支承筒4；承力爪5与支承筒4固定连接，加力爪7与活塞2固定连接，承力爪5与加力爪7相接触；

轴向浮动单元包括有浮动轴11、恒压外缸体12、恒压内缸体13和浮动活塞14：恒压内缸体13和浮动活塞14分别套设于浮动轴11的外部，恒压外缸体12套设于恒压内缸体13和浮动活塞14的外部，恒压外缸体12和恒压内缸体13之间形成一腔室，浮动活塞14一端与浮动轴11固定连接，另一端位于腔室内并将腔室分隔为第一腔室15和第二腔室16，恒压外缸体12的侧壁上设置有第一进气口17和第二进气口18，第一进气口17与第一腔室15相连通，第二进气口18与第二腔室16相连通。

在本优选的实施例中，请参照图1，支承筒4与浮动轴11固定连接。当然，在其他优选的实施例中，径向浮动单元和轴向浮动单元的位置可以前后互换，或者轴向浮动单元的端面（浮动轴11的一端或者恒压内缸体13的一端或者两者所连接物体）与径向浮动单元的侧面连接，或者径向浮动单元的端面（支承筒4的一端面）与轴向浮动单元的侧面连接。

工作时，轴向浮动单元或者外部的打磨头25等安装于支承筒4上，轴向浮动单元或者外部的打磨头25等所受径向力（设为F1）使得支承筒4绕万向轴承3的转动中心摆动偏向一侧。F1所产生的摆动力矩M1=F1×L1（L1为力臂）。气腔8内有气体，活塞2承受气体压力（设为F2），F2传递给加力爪7并作用于承力爪5，阻止支承筒4绕万向轴承3的转动中心摆动。F2产生的阻力矩M2=F2×L2（L2为力臂）。当M1=M2时，浮动装置受力平衡，万向轴承3不摆动，此时F1= F2×L2 / L1。浮动装置摆动的过程中，若摆动幅度不大，L1、L2变化也不大，在工程上可认为是恒力浮动。同时，通过调节气腔8内的气压大小也能调节装置径向恒力的大小。径向浮动单元，能使打磨压力始终恒定，以实现径向的恒力浮动打磨加工。能够很人性化地吸收机械加工的路径与被加工毛坯材料的曲线偏差，使得安装在本发明的打磨器件等可以非常灵活的沿着被加工毛坯表面运转以实现打磨等工艺。

工作时，通过轴向浮动单元的第一进气口17或者第二进气口18向第一腔室15或者第二腔室16内充气，当通过第一进气口17向第一腔室15内充气时，浮动活塞14受气流作用向第二腔室16方向移动，由于浮动活塞14与浮动轴11固定连接，因此浮动活塞14带动浮动轴11一起运动，浮动轴11处于伸出的状态。当第一腔室15输入的气流一定时，浮动活塞14受力一定，因此通过浮动活塞14传递给浮动轴11的力是恒定的，即所说的轴向恒力浮动。当通过第二进气口18向第二腔室16内充气时，浮动活塞14受气流作用向第一腔室15方向移动，浮动活塞14带动浮动轴11一起运动，浮动轴11处于缩入的状态。当第二腔室16输入的气流一定时，浮动活塞14受力一定，因此通过浮动活塞14传递给浮动轴11的力也是恒定的。值得注意的是，由于浮动活塞14可在恒压外缸体12和恒压内缸体13形成的腔室内活动，因此第一腔室15和第二腔室16的界线并没有明显的界定。另外，还值得注意的是，浮动活塞14与恒压外缸体12并不一定是完全绝密的，因此当第一进气口17向第一腔室15内充气时，气体也可通过浮动活塞14与恒压外缸体12之间的缝隙以及第二进气口18排出；当第二进气口18向第二腔室16内充气时，气体也可通过浮动活塞14与恒压外缸体12之间的缝隙以及第一进气口17排出。通过上述的设置，可实现在轴向恒力浮动，这个恒力，可以是工作时对工件恒定下压的力，也可以是对工件恒定上拉的力，不管是哪种恒力，都能实现对加工器件的轴向恒力作用，从而起到恒力作用、保护器件、提高精度的目的。

综上，由于本发明的恒力浮动装置，在轴向和径向均具有一定的柔软度，当打磨力太大时，打磨器件等会摆动，还能够解决自动化设备的实时性不够（即动作反应不够快）问题。

在优选的实施例中，请参照图1，气缸筒1的一端内侧套设有套筒10，套筒10位于气缸筒1与活塞2之间，套筒10、气缸筒1和活塞2之间形成气腔8。套筒10的设置可以气缸筒1和活塞2的调整，如气缸筒1和活塞2致密性的调整、气缸筒1和活塞2相互作用力的调整以及气缸筒1和活塞2相互运动关系的调整等。进一步地，请参照图1，气缸筒1和活塞2之间和套筒10和活塞2之间设置有线性轴承19。当支承筒4承受径向力时，万向轴承3摆动，在承力爪5、加力爪7作用下，活塞2会对气缸筒1和套筒10施以一定的侧向力，该侧向力与活塞2与气缸筒1和套筒10的互相运动轨迹并不平行，因此会使得活塞2与气缸筒1之间以及活塞2与套筒10之间容易造成磨损，不利于装置的使用。线性轴承19可以用来承受侧向力，降低活塞2与气缸筒1之间以及活塞2与套筒10之间的磨损，利于活塞2与气缸筒1和套筒10的互相运动。

在优选的实施例中，请参照图1，支承筒4一端设置固定设置有延长筒20，延长筒20有助于安装、固定外部器件。延长筒20、支承筒4和浮动轴11为空心筒状结构，恒压内缸体13端面的中心开孔。在具体实施时，延长筒20、恒压外缸体12或恒压内缸体13上根据使用需求可能会安装、固定有外部器件，如动力源、打磨头25等。延长筒20、支承筒4和浮动轴11为空心筒状结构，恒压内缸体13端面的中心开孔，可将这些外部器件分别安置于两头，如将动力源安装于延长筒20一端，打磨头25安装于恒压外缸体12或恒压内缸体13一端，此时动力源的输出轴可通过延长筒20、支承筒4、浮动轴11和恒压内缸体13中空的内部延伸至恒压外缸体12或恒压内缸体13一端，给恒压外缸体12或恒压内缸体13上的打磨头25等提供动力。当然，外部器件也可以集中安装固定于恒压外缸体12或恒压内缸体13一头即将动力源、打磨头25等全部安装于恒压外缸体12或恒压内缸体13一头。

本发明在具体使用时会以不同的角度使用，因此延长筒20和支承筒4以及延长筒20和支承筒4上安装的各种器件（如轴向浮动单元、动力源、打磨头25以及安装这些器件所必需的零部件等）所具有的重力可能会对支承筒4及其上器件所受的径向作用力有一定影响，即这些重力可能会加重或者抵消一定的径向力，使得对待打磨器件的径向力大小并不一定为理想的、预设的大小。本发明中，可根据实际需要在延长筒20和/或支承筒4和/或轴向浮动单元上的恒压外缸体12、恒压内缸体13上设置有配重块21用以实现延长筒20、支承筒4、配重块21和轴向浮动单元以及固定在延长筒20和支承筒4上的外部器件所成的结构的重心与万向轴承3的转动中心相重叠。在具体实施时，延长筒20或支承筒4或轴向浮动单元上根据使用需求会安装、固定有外部器件，外部器件自带的重力可能会影响延长筒20、支承筒4以及固定在延长筒20和支承筒4上的轴向浮动单元以及外部器件所成的结构的重心，因此通过在延长筒20和/或支承筒4和/或轴向浮动单元上的恒压外缸体12、恒压内缸体13上添加配重块21，来调整延长筒20、支承筒4、配重块21和轴向浮动单元以及固定在延长筒20和支承筒4上的外部器件所成的结构的重心与万向轴承3的转动中心相重叠，通过这种设计，能使得延长筒20和支承筒4以及延长筒20和支承筒4上安装的各种器件所具有的重力互相抵消、互相弥补，从而消除重力对径向力的影响，使得对待打磨器件的径向力大小与预设的大小一致。本优选的实施例中，请参照图2，恒压内缸体13上装配有一个打磨头25，延长筒20上装配有一个配重块21。在值得注意的是，本优选的实施所示的配重块21的位置关系以及样式，只是一种优选的示例，具体实施时，可根据具体的使用情况来具体设置（位置以及样式）。

本发明主要应用于打磨，如果万向轴承3能够转动，则会影响打磨效果。请参照图1，万向轴承3内设置有限位块24，限位块24使得万向轴承3只能进行径向的摆动，而不会转动以影响打磨。

进一步地，浮动轴11和恒压内缸体13之间设有直线导向机构，直线导向机构使得浮动轴11和恒压内缸体13之间只能进行轴向的直线运动。优选的，直线导向机构包括：设于浮动轴11的外表面上的第一滑槽、设于恒压内缸体13的内表面且与第一滑槽位置相对的第二滑槽以及设于第一滑槽和第二滑槽内的多个滚动体22。优选的，第一滑槽和第二滑槽为圆形滑槽，滚动体22为球体，优选为钢球，圆形滑槽以及钢球的设计均可以降低滚动体22与第一滑槽和第二滑槽的内壁摩擦，增加轴向恒力浮动装置的使用寿命。通过这种优选的设计，既能进一步限制浮动轴11只能进行轴向的直线运动，且保证了轴向的直线运动的流畅性。

进一步地，恒力浮动装置还包括用于测量活塞2偏移量的位移传感器23和用于测量所述浮动轴11偏移量的位移传感器23。

其中，用于测量活塞2偏移量的位移传感器23一端与气缸筒1固定连接，另一端与活塞2或者活塞2上固定连接的平板、法兰等固定连接或者活动连接。假设向气腔8充入的气体流量一定，则活塞2所受力一定，因此当知道活塞2的位置（位移量），即可知道径向力的大小；用于测量浮动轴11偏移量的位移传感器23的一端固定连接于浮动轴11或浮动轴11连接的器件上，另一端活动连接于所述恒压外缸体2的斜面上。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种恒力浮动装置，其特征在于，包括有径向浮动单元和轴向浮动单元，所述轴向浮动单元与所述径向浮动单元相连；

所述径向浮动单元包括有气缸筒（1）、活塞（2）、万向轴承（3）、支承筒（4）、承力爪（5）、支撑座（6）和加力爪（7），所述气缸筒（1）套设于所述活塞（2）外部并与所述活塞（2）形成一个气腔（8），所述气缸筒（1）上设置有第三进气口（9），所述第三进气口（9）与所述气腔（8）相连通，所述支撑座（6）固定连接于所述气缸筒（1）的底端；所述万向轴承（3）设置在所述支撑座（6）的中心，所述万向轴承（3）内配套装有与所述万向轴承（3）相匹配的所述支承筒（4）；所述承力爪（5）与所述支承筒（4）固定连接，所述加力爪（7）与所述活塞（2）固定连接，所述承力爪（5）与所述加力爪（7）相接触；

所述轴向浮动单元包括有浮动轴（11）、恒压外缸体（12）、恒压内缸体（13）和浮动活塞（14）：所述恒压内缸体（13）和浮动活塞（14）分别套设于所述浮动轴（11）的外部，所述恒压外缸体（12）套设于所述恒压内缸体（13）和浮动活塞（14）的外部，所述恒压外缸体（12）和恒压内缸体（13）之间形成一腔室，所述浮动活塞（14）一端与所述浮动轴（11）固定连接，另一端位于所述腔室内并将所述腔室分隔为第一腔室（15）和第二腔室（16），所述恒压外缸体（12）的侧壁上设置有第一进气口（17）和第二进气口（18），所述第一进气口（17）与所述第一腔室（15）相连通，所述第二进气口（18）与所述第二腔室（16）相连通。

2.根据权利要求1所述的恒力浮动装置，其特征在于，所述气缸筒（1）和活塞（2）之间设置有线性轴承（19）。

3.根据权利要求1所述的恒力浮动装置，其特征在于，所述气缸筒（1）的一端内侧套设有套筒（10），所述套筒（10）位于所述气缸筒（1）与所述活塞（2）之间，所述套筒（10）、气缸筒（1）和活塞（2）之间形成所述气腔（8）；所述气缸筒（1）和活塞（2）之间和/或所述套筒（10）和活塞（2）之间设置有线性轴承（19）。

4.根据权利要求1所述的恒力浮动装置，其特征在于，所述支承筒（4）一端固定设置有延长筒（20），所述延长筒（20）、支承筒（4）和浮动轴（11）为空心筒状结构，所述恒压内缸体（13）端面开孔。

5.根据权利要求1所述的恒力浮动装置，其特征在于，所述延长筒（20）和/或支承筒（4）和/或轴向浮动单元上设置有配重块（21）用以实现所述延长筒（20）、支承筒（4）、配重块（21）和所述轴向浮动单元以及固定在所述延长筒（20）和支承筒（4）上的外部器件所成的结构的重心与所述万向轴承（3）的转动中心相重叠。

6.根据权利要求1所述的恒力浮动装置，其特征在于，所述万向轴承（3）内设置有限位块（24），所述限位块（24）使得所述万向轴承（3）只能进行径向的摆动。

7.根据权利要求1所述的恒力浮动装置，其特征在于，所述浮动轴（11）和恒压内缸体（13）之间设有直线导向机构，所述直线导向机构使得所述浮动轴（11）和恒压内缸体（13）之间只能进行轴向的直线运动。

8.根据权利要求7所述的恒力浮动装置，其特征在于，所述直线导向机构包括：设于所述浮动轴（11）的外表面上的第一滑槽、设于所述恒压内缸体（13）的内表面且与所述第一滑槽位置相对的第二滑槽以及设于所述第一滑槽和第二滑槽内的多个滚动体（22）。

9.根据权利要求8所述的恒力浮动装置，其特征在于，所述第一滑槽和第二滑槽为圆形滑槽。

10.根据权利要求1所述的恒力浮动装置，其特征在于，所述恒力浮动装置还包括用于测量所述活塞（2）位移量的位移传感器（23）和/或用于测量所述浮动轴（11）位移量的位移传感器（23）。