CN108544374B - 一种多维力反馈柔性浮动打磨动力头及其使用方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多维力反馈柔性浮动打磨动力头及其使用方法，包括主壳体、提供输出动力的主轴、固定机构、定位机构、用于感应并缓冲主轴上轴向力的第一柔性机构和径向力的第二柔性机构；固定机构包括前端盖和后端盖、大弹簧；定位机构包括弹簧挡圈、中轴挡圈、后轴挡圈；第一柔性机构包括弹簧固定轴套、第一弹簧、第一压力传感器、防转挡板套；第二柔性机构包括弹簧固定十字轴套、第二弹簧、固定装置、第二压力传感器；所述使用方法包括调深度、预测、初始、工作、计算。本发明解决了浮动打磨动力头成本过高或低成本打磨动力头精度不高、只能实现轴向力的控制与测量的问题，实现多维浮动打磨、作用力反馈，并控制打磨进给距离。

Description

一种多维力反馈柔性浮动打磨动力头及其使用方法
技术领域
本发明涉及打磨装置技术领域，具体的说是一种多维力反馈柔性浮动打磨动力头及其使用方法。
背景技术
目前，工业打磨需求充斥着市场各个方面和各个行业，如汽车行业、日用品加工行业、医疗器材等，众所周知，传统手动打磨的精度及效率无法得到保障，人力成本与日俱增，而且打磨粉尘对人体伤害大，自动打磨自然被推向了当今的需求市场。
一般市场上的刚性打磨动力头，由于不能判断打磨力及位置，常会出现打磨头损坏及打磨效果不佳，造成打磨精度不够及成本加大等问题；现有的浮动打磨动力头，精度能够满足的，但成本太高，价格稍微低的，精度又达不到要求。
发明内容
为了避免和解决上述技术问题，本发明提出了一种多维力反馈柔性浮动打磨动力头。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种多维力反馈柔性浮动打磨动力头，包括主壳体，所述主壳体内设有提供输出动力的主轴、安装主轴的固定机构和定位机构、用于感应并缓冲主轴上轴向力的第一柔性机构和径向力的第二柔性机构。
所述第一柔性机构和第二柔性机构设置在主壳体和主轴之间，用于感应和缓冲打磨力及实时检测实际进给量，并能够根据预设的规划路径即时调整跟踪路径。同时，将主轴限定在主壳体内，并限定了其运动范围。
所述主轴为市场上常见主轴，可以为电主轴或气动主轴，所述主轴1的左端部为主轴前端。
优选的，所述固定机构包括安装在主壳体上的前端盖和后端盖、两端分别连接在第二柔性机构和前端盖上的大弹簧。所述大弹簧与主轴为同轴线分布。
优选的，所述前端盖上设有将前端盖固定在主壳体上的螺栓。
优选的，所述后端盖的内圈上设有斜向前下方的斜面及外倒角边，使得所述主轴和后端盖呈间隙配合且为点接触。
优选的，所述定位机构包括安装在第二柔性机构后端面上的弹簧挡圈、两端分别支撑在弹簧挡圈和第一柔性机构上的中轴挡圈、两端分别支撑在安装在第一柔性机构和后端盖上的后轴挡圈。
优选的，所述第一柔性机构包括弹簧固定轴套、两端分别安装在弹簧固定轴套和后端盖内的第一弹簧、两端分别支撑在第一弹簧上和弹簧固定轴套内的第一压力传感器、与弹簧固定轴套同轴安装的防转挡板套。
优选的，所述弹簧固定轴套上设有凸台，所述凸台上设有将弹簧固定轴套锁紧在主轴上的内六角螺栓，所述凸台的左端设有用于方便夹紧的分割部。
优选的，所述大弹簧的一端套在弹簧固定轴套的凸台上且另一端固定在弹簧挡圈上。使用时，使得主轴在自由状态下不会滑落。
优选的，所述中轴挡圈的一端与弹簧挡圈相连且另一端连接在防转挡板套上。
优选的，所述的弹簧固定轴套的大端面上设置有4个圆孔，所述圆孔用于安装第一弹簧和第一压力传感器。
优选的，所述弹簧固定轴套的外圆面上设有斜向防转板，所述防转挡板套的内圆面上设有与斜向防转板配合的限制弹簧固定轴套作过大转动的防转板。
优选的，所述后端盖上通过螺纹连接有安装第一弹簧且用于调节第一弹簧上张紧力的固定螺栓。
优选的，所述第二柔性机构包括弹簧固定十字轴套、安装在弹簧固定十字轴套内的第二弹簧、与弹簧固定十字轴套配合且限制第二弹簧位置的固定装置、两端分别支撑在第二弹簧和固定装置内的第二压力传感器。
优选的，所述弹簧固定十字轴套上设有同于安装第二弹簧和第二压力传感器的安装圆孔。
所述的弹簧固定十字轴套安装在主轴的左端。
优选的，所述固定装置包括左右两个可分开的组合部。
一种多维力反馈柔性浮动打磨动力头的使用方法，包括以下步骤：
1)调深度：改变固定螺栓的旋入深度调整第一弹簧的预紧力。
2)预测：按照预设进给量工作，通过相应的压力传感器分别感知和缓冲轴向力和径向力。
3)初始：预设固定螺栓的预设力，此时该动力头处于初始位置，位移量为0。
4)工作：该动力头的预设进给量为x1、第二弹簧的实际长度为x2、对应压力传感器测得的压力为F1和F2。
5)计算：由公式：
F＝Kx；
得第一弹簧和第二弹簧的即时长度，其中，K1和K2分别为轴向和径向上弹簧弹性模量。
再由公式：
x3＝x1-(F2/K1)
x4＝x2-(F1/K2)
Figure BDA0001604182630000031
其中，x3为动力头轴向位移量，x4为径向位移量，x为动力头的即时位移量；根据x可以实时检测实际进给量，并能根据预设的规划路径即时调整跟踪路径；其中，x为该动力头在轴向或径向的实际进给量。
本发明在工作时，首先预设轨迹参数，动力头开始工作，通过传感器检测并计算数据，并经公式得出对比判断数据是否与预设一致，如为YES，则该动力头继续工作，反之，则将判断数据与预设比较并调整参数，重新返回到该动力头开始的状态，进行工作。
本发明中采用弹簧作为推力输出原件，弹簧端部设有弹簧固定螺栓，可以调节弹簧的压缩量，同时方便维修或更换弹簧，并根据打磨材料自动调节适用此种材料的打磨力；通过安装在弹簧端部的压力传感器，实现实时检测打磨力，并根据打磨力测出打磨进给位移；径向柔性浮动力也可以弹簧来实现调节并通过传感器测量打磨力及进给位移。
本发明的有益效果是：
本发明具有结构简单、成本低的优点，解决了浮动打磨动力头成本过高或低成本打磨动力头精度不高、只能实现轴向力的控制与测量的问题；可以实现多维浮动打磨、作用力反馈，并通过力反馈实现力的控制，同时也能实现对打磨进给距离的控制，在打磨领域非常重要。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的主结构剖视示意图；
图2为本发明的左视图；
图3为本发明的主体结构示意图；
图4为本发明的右视图；
图5为本发明中感知和缓冲轴向力的第一柔性机构示意图；
图6为本发明中固定装置分离后的结构示意图；
图7为本发明中感知和缓冲径向力的第二柔性机构图；
图8为本发明中第二柔性机构的剖视图；
图9为本发明的控制方法原理图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
如图1至图9所示，一种多维力反馈柔性浮动打磨动力头，包括主壳体4，所述主壳体4内设有提供输出动力的主轴1、安装主轴1的固定机构和定位机构、用于感应并缓冲主轴1上轴向力的第一柔性机构和径向力的第二柔性机构。
所述第一柔性机构和第二柔性机构设置在主壳体4和主轴1之间，用于感应和缓冲打磨力及实时检测实际进给量，并能够根据预设的规划路径即时调整跟踪路径。同时，将主轴1限定在主壳体4内，并限定了其运动范围。
所述主轴1为市场上常见主轴，可以为电主轴或气动主轴，所述主轴1的左端部为主轴前端2。
所述固定机构包括安装在主壳体4上的前端盖3和后端盖5、两端分别连接在第二柔性机构和前端盖3上的大弹簧12。所述大弹簧12与主轴1为同轴线分布。
所述前端盖3上设有将前端盖3固定在主壳体4上的螺栓16。
所述后端盖5的内圈上设有斜向前下方的斜面及外倒角边，使得所述主轴1和后端盖5呈间隙配合且为点接触。使用时，所述后端盖5内圈的外边与主轴1点接触起支点作用。
所述定位机构包括安装在第二柔性机构后端面上的弹簧挡圈13、两端分别支撑在弹簧挡圈13和第一柔性机构上的中轴挡圈14、两端分别支撑在安装在第一柔性机构和后端盖5上的后轴挡圈15。使用时，弹簧挡圈13、中轴挡圈14以及后轴挡圈15将该动力头的各主要部件限制在各自固定的位置。
所述第一柔性机构包括弹簧固定轴套10、两端分别安装在弹簧固定轴套10和后端盖5内的第一弹簧11、两端分别支撑在第一弹簧11上和弹簧固定轴套10内的第一压力传感器24、与弹簧固定轴套10同轴安装的防转挡板套9。
所述弹簧固定轴套10上设有凸台10b，所述凸台10b上设有将弹簧固定轴套10锁紧在主轴1上的内六角螺栓19，所述凸台10b的左端设有用于方便夹紧的分割部22。
所述大弹簧12的一端套在弹簧固定轴套10的凸台10b上且另一端固定在弹簧挡圈13上。使用时，使得主轴1在自由状态下不会滑落。
所述中轴挡圈14的一端与弹簧挡圈13相连且另一端连接在防转挡板套9上。
所述的弹簧固定轴套10的大端面上设置有4个圆孔10c，所述圆孔10c用于安装第一弹簧11和第一压力传感器24。
所述弹簧固定轴套10的外圆面上设有斜向防转板10a，所述防转挡板套9的内圆面上设有与斜向防转板10a配合的限制弹簧固定轴套10转动的防转板9a。使用时，所述防转板9a只会防止弹簧固定轴套10发生过大转动而不会防止其发生较小范围内的转动。
所述后端盖5上通过螺纹连接有安装第一弹簧11且用于调节第一弹簧11上张紧力的固定螺栓17。所述固定螺栓17上设有安装第一弹簧11的安装孔17a。
所述第二柔性机构包括弹簧固定十字轴套7、安装在弹簧固定十字轴套7内的第二弹簧18、与弹簧固定十字轴套7配合且限制第二弹簧18位置的固定装置6、两端分别支撑在第二弹簧18和固定装置6内的第二压力传感器23。
所述弹簧固定十字轴套7上设有同于安装第二弹簧18和第二压力传感器23的安装圆孔7a。
所述的弹簧固定十字轴套7安装在主轴1的左端。
所述固定装置6包括左右两个可分开的组合部。
一种多维力反馈柔性浮动打磨动力头的使用方法，包括以下步骤：
1)调深度：通过调整第一弹簧11的固定螺栓17的旋入深度，按照加工材料，调整第一弹簧11的预紧力。
2)预测：该动力头处在初始位置，当按照预设进给量运动时，第一弹簧11会产生轴向的浮动力以实现动力头柔性工作，第一压力传感器24检测轴向力；另外径向力感知和缓冲的柔性机构可以对径向的力产生缓冲，第二压力传感器23可以检测径向力。
3)初始：预设第一弹簧11上固定螺栓17的预设力，该动力头处于初始位置，位移量为0。
4)工作：该动力头的预设进给量为x1、第二弹簧18的实际长度为x2、第一压力传感器24和第二压力传感器23测得的压力为F1和F。
5)计算：由公式：
F＝Kx；
得第一弹簧11和第二弹簧18的即时长度，其中，K1和K2分别为轴向和径向上弹簧弹性模量；
再由公式：
x3＝x1-(F2/K1)；
x4＝x2-(F1/K2)；
Figure BDA0001604182630000061
其中，x3为动力头轴向位移量，x4为径向位移量，x为动力头的即时位移量。
根据x可以实时检测实际进给量，并能根据预设的规划路径即时调整跟踪路径；其中，x为该动力头在轴向或径向的实际进给量。
本发明在工作时，首先预设轨迹参数，动力头开始工作，通过传感器检测并计算数据，并经公式得出对比判断数据是否与预设一致，如为YES，则该动力头继续工作，反之，则将判断数据与预设比较并调整参数，重新返回到该动力头开始的状态，进行工作。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明内。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 (3)

1.一种多维力反馈柔性浮动打磨动力头，包括主壳体(4)，其特征在于：所述主壳体(4)内设有提供输出动力的主轴(1)、安装主轴(1)的固定机构和定位机构、用于感应并缓冲主轴(1)上轴向力的第一柔性机构和径向力的第二柔性机构；
所述固定机构包括安装在主壳体(4)上的前端盖(3)和后端盖(5)、两端分别连接在第二柔性机构和前端盖(3)上的大弹簧(12)；
所述后端盖(5)的内圈上设有斜向前下方的斜面，使得所述主轴(1)和后端盖(5)呈间隙配合且为点接触；
所述定位机构包括安装在第二柔性机构后端面上的弹簧挡圈(13)、两端分别支撑在弹簧挡圈(13)和第一柔性机构上的中轴挡圈(14)、两端分别支撑在安装在第一柔性机构和后端盖(5)上的后轴挡圈(15)；
所述第一柔性机构包括弹簧固定轴套(10)、两端分别安装在弹簧固定轴套(10)和后端盖(5)内的第一弹簧(11)、两端分别支撑在第一弹簧(11)上和弹簧固定轴套(10)内的第一压力传感器(24)、与弹簧固定轴套(10)同轴安装的防转挡板套(9)；
所述弹簧固定轴套(10)的外圆面上设有斜向防转板(10a)，所述防转挡板套(9)的内圆面上设有与斜向防转板(10a)配合的限制弹簧固定轴套(10)转动的防转板(9a)；
所述后端盖(5)上通过螺纹连接有安装第一弹簧(11)且用于调节第一弹簧(11)上张紧力的固定螺栓(17)；
所述第二柔性机构包括弹簧固定十字轴套(7)、安装在弹簧固定十字轴套(7)内的第二弹簧(18)、与弹簧固定十字轴套(7)配合且限制第二弹簧(18)位置的固定装置(6)、两端分别支撑在第二弹簧(18)和固定装置(6)内的第二压力传感器(23)。
2.根据权利要求1所述的一种多维力反馈柔性浮动打磨动力头，其特征在于：所述固定装置(6)包括左右两个可分开的组合部。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的一种多维力反馈柔性浮动打磨动力头的使用方法，其特征在于：包括以下步骤：
1)调深度：改变固定螺栓(17)的旋入深度调整第一弹簧(11)的预紧力；
2)预测：按预设进给量工作并分别感应和缓冲主轴上轴向力和径向力；
3)初始：设置固定螺栓(17)上预设力，使该动力头处于初始位置，位移量为0；
4)工作：该动力头的预设进给量为x1、第二弹簧(18)的实际长度为x2、对应压力传感器上测得的压力为F1和F2；，
5)计算：由公式：
F＝Kx；
得第一弹簧(11)和第二弹簧(18)的即时长度，其中，K1和K2分别为轴向和径向上弹簧弹性模量；
再由公式；
x3＝x1-(F2/K1)；
x4＝x2-(F1/K2)；
Figure FDA0004124887750000021
其中，x3为动力头的轴向位移量，x4为径向位移量，x为动力头的即时位移量。
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