CN108890508A - 一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台及加工方法 - Google Patents

Abstract

一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台及加工方法，包括机器人模块，包括六自由度串联机器人和柔性气动抛光装置，柔性抛光装置安装在六自由度串联机器人的活动端；磨料添加装置，用于去除工件表面材料；抛光工作台、抛光液补充单元，设置于抛光工作台旁，并且其加液口位于抛光工作台的抛光池正上方；以及控制柜，与机器人模块、磨料添加装置、抛光工作台以及抛光液补充单元的控制端电连接或信号连接；所述加工方法通过在机器人模块上设置磨料添加装置，去除工件表面材料；通过喷射软管，调整磨料添加位置；通过增加气压调节阀，调节压缩空气和磨料压力，用于控制材料去除效率。本发明有益效果是：可以用于不同类型复杂零件的高效光催化加工。

Description

一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台及加工方法

技术领域

本发明涉及一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台及加工方法。

背景技术

在难加工材料的加工方法中，光催化加工由于其能在配合特定抛光液的条件下显著改善所加工材料的表面特性，利于材料的去除，提高生产效率，所以这种方法被广泛应用于模具制造、汽车制造工业、汽轮机制造等行业中，并有着重要的作用。若能进一步提高光催化平台的加工效率，将有助于光催化加工方法深入挖掘自身优势，实现更为广阔的应用前景。纵观当前现有的光催化加工平台众多，但材料去除方式单一，加工效率低。所以急需设计一种多种加工方式结合、且适用于不同工况和零件的光催化复合加工平台。所以设计一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台显得尤为必要。

发明内容

本发明的目的在于解决当前光催化加工平台加工效率低的问题，提出了一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台及加工方法，能够完成钴基合金的超精密加工工作。

本发明所述的一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台，其特征在于，包括：

机器人模块，包括六自由度串联机器人和柔性气动抛光装置，柔性抛光装置安装在六自由度串联机器人的活动端，用于调整工件位置；

磨料添加装置，用于去除工件表面材料；

抛光工作台，用于夹紧并浸泡工件并对工件进行照射；

抛光液补充单元，设置于抛光工作台旁，并且其加液口位于抛光工作台的抛光池正上方，用于向抛光工作台中添加抛光液；

以及控制柜，与机器人模块、磨料添加装置、抛光工作台以及抛光液补充单元的控制端电连接或信号连接，用于机器人模块、磨料添加装置、抛光工作台以及抛光液补充单元工作以对工件进行加工。

所述六自由度串联机器人的底部固接在抛光工作台旁的地面上，其机械臂上设置有用于通压缩空气的充气口、用于安装柔性气动抛光装置的安装孔以及用于安装磨料添加装置的安装板，其中六自由度串联机器人机械臂的活动区域覆盖抛光工作台的加工区。

所述柔性气动抛光装置包括用于驱动柔性抛光头沿自身轴向移动的多级气缸、用于向多级气缸供气的气动装置以及用于对工件进行加工的磨粒层，气动装置分别与工业机器人的机械臂活动端以及多级气缸固接，并且气动装置的充气口与外部压缩气源管路连通，排气口与多级气缸的进气口管路连通；多级气缸的活动端顶部密封磨粒层，二者形成可与工件待加工表面贴合的柔性抛光头。

所述磨料添加装置包括磨料储存装置、磨料软管、气压调节阀和磨料喷嘴，所述磨料储存装置安装在六自由度串联机器人机械臂的安装板上，包括储藏室、压缩空气接口、密封帽、磨料软管接口，所述储藏室设有压缩空气接口、排气口以及磨料软管接口，并且压缩空气接口、排气口以及磨料软管接口均与储藏室内腔连通，其中压缩空气接口与机械臂上设置有用于通压缩空气的充气口管路连通；排气口配装用于密封的密封帽；磨料软管接口与磨料软管进料端管路连通，磨料软管出料端与磨料喷嘴的进料端管路连通，并且磨料喷嘴对准工件；所述气压调节阀安装在磨料软管上，用于调控磨料的喷出。

所述抛光工作台包括工作台底座、工件夹持装置和光源照射装置，工件夹持装置和光源照射装置均安装在工作台底座上，工件夹持装置设置在光源照射装置旁，并且光源照射装置的照射光源对准工件夹持装置内的工件。

所述工作台底座的顶部端面上设有用于安装工件夹持装置的圆盘以及用于安装光源照射装置的安装槽，所述工作台底座的底部固定在地面上，上端圆盘上固装工件夹持装置，而光源照射装置固装在安装槽内，并且光源照射装置的光源照射头对准固装在圆盘上的工件夹持装置。

所述工件夹持装置包括装夹台、环形玻璃罩以及限位螺钉，所述装夹台固装在圆盘上，并且装夹台的上端面作为用于固定工件的夹紧面，且装夹台的夹紧面从外向内沿径向均匀设置若干条径向沟槽，且每条径向沟槽均配置一个可与该径向沟槽锁定的限位螺钉；环形玻璃罩的底边与装夹台的外沿密封固装，二者共同围成用于容纳抛光液的抛光池。

所述光源照射装置包括支架、向环形玻璃罩内抛光液发射照射光源的光源灯和固定螺钉，所述支架通过固定螺钉安装在工作台底座上的安装槽内，光源灯固装在支架上，并且光源的灯头对准环形玻璃罩；所述光源灯为紫外光灯。

所述抛光液补充装置包括抛光液储存箱、泵体、软管支架、软管、抛光液喷头，所述抛光液储存箱安装在工作台底座旁的地面上，所述泵体安装在抛光液储存箱内部，所述软管支架固定在泵体、抛光液储存箱上，并伸入到环形玻璃罩中；所述抛光液喷头安装在软管支架末端；所述软管起始端安装在泵体上，沿软管支架固定，软管末端与添加头连接，保证泵体的抛光液可以沿软管、抛光液喷头注入到抛光池中。

所述控制柜包括数据采集模块、数据处理模块和人机交互界面，所述人机交互界面的信号输出端与所述数据采集模块的信号输入端电连接，所述数据采集模块的信号输出端与所述数据处理模块的信号输入端电连接，所述数据处理模块的信号输出端分别与所述六自由度串联机器人的控制端、柔性气动抛光装置的控制端、光源照射装置的控制端和抛光液补充装置中的泵体控制端信号连接或电连接，实现对工业机器人、柔性气动抛光头的位置和姿态控制，对紫外光模块的开关控制，对抛光液补充装置中泵体的开关控制。

利用本发明所述的一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台对工件的加工方法，包括以下步骤：

1)将待加工的工件放置在装夹台的夹紧面中心处，并调整径向沟槽中的限位螺钉将待加工的工件夹紧；

2)在控制柜的人机交互界面上设定好加工所需的参数，包括抛光液加入量、紫外灯照射时间、柔性气动抛光头的位置以及磨粒层形状以及工件加工时间；

4)通过控制柜控制抛光液补充装置中的泵体开始工作，将所需要的抛光液加入到工作台中，保证将工件浸没；

5)通过控制柜启动光源照射装置中的光源，使紫外光通过环形玻璃罩照射到浸泡在抛光液中的工件上，并照射设定时间；

6)通过控制柜启动工业机器人，并根据工件类型调节柔性抛光头的磨粒层形状，贴近工件并对工件进行加工，达到加工时间后停止加工；

7)通过控制柜移动工业机器人至初始位置，将工件从抛光液中取出，通过控制柜控制磨料添加装置及气压调节阀，混合后的压缩空气及磨料去除工件表面的材料。

本发明的工作原理在于：本发明的主要工作功能在于自动添加磨料。

机器人模块中的六自由度串联机器人来控制末端的柔性气动抛光头来进行对工件表面进行加工。柔性气动抛光头中由于设计有多级气缸，可通过人为调节多级气缸顶出距离，从而调整附着在多级气缸顶部的磨粒层形状，以提高对不同类型工件的加工适应性。

针对光催化条件下的加工工作，通过控制柜启动抛光液更换模块的泵体，储存区的抛光液由于泵体提供的动力，会通过软管、抛光液喷嘴加入到工作台中。通过控制柜启动光源模块，光源可通过环形玻璃罩照射到浸泡在抛光液中的工件上，与抛光液、工件进行化学反应，提高加工效率。

为进一步提高加工效率，设计了磨料添加装置。由压缩空气接头通入来自外接的高压气，与储藏室里的磨料进行混合，在通过软管和喷嘴高速喷出，利用磨料的冲击破坏作用去除工件上的材料。磨料储存装置上的密封帽一方面防止磨粒和压缩空气溢出，另一方面可用于添加磨料。磨料添加位置可根据人为调节软管实现。气压调节阀可用于调节压缩空气和磨料的压力，用于控制材料去除效率。该装置与柔性气动抛光头，可大大提高零件光催化条件下的加工效率。

本发明的有益效果在于：本发明针对当前在光催化加工平台加工效率低的问题，设计了一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台。通过在机器人模块上设置磨料添加装置，实现对工件材料的去除。通过喷射软管的设计，可实现添加磨料位置的调整。通过增加气压调节阀，调节压缩空气和磨料的压力，用于控制材料去除效率。同时结合六自由度串联机器人和柔性气动抛光头对不同特征零件的高适应性，可实现对复杂零件的加工。并通过控制柜对整个复合加工平台中光源模块、抛光液补充装置的操控，实现整个加工过程的平稳运行。本发明可以用于不同类型复杂零件的高效光催化加工。

附图说明

图1是本发明总体结构图。

图2是本发明柔性气动抛光头图。

图3是本发明磨料添加装置图。

图4是本发明工作台正视图。

图5是本发明工作台俯视图。

图6是本发明抛光液补充装置图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

参照附图：

实施例1本发明所述的一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台，包括：

机器人模块1，包括六自由度串联机器人11和柔性气动抛光装置12，柔性抛光装置安装在六自由度串联机器人的活动端，用于调整工件位置；

磨料添加装置2，用于去除工件表面材料；

抛光工作台3，用于夹紧并浸泡工件并对工件进行照射；

抛光液补充单元4，设置于抛光工作台旁，并且其加液口位于抛光工作台的抛光池正上方，用于向抛光工作台中添加抛光液；

以及控制柜5，与机器人模块1、磨料添加装置2、抛光工作台3以及抛光液补充单元4的控制端电连接或信号连接，用于机器人模块1、磨料添加装置2、抛光工作台3以及抛光液补充单元4工作以对工件进行加工。

所述六自由度串联机器人11的底部固接在抛光工作台旁的地面上，其机械臂上设置有用于通压缩空气的充气口111、用于安装柔性气动抛光装置的安装孔112以及用于安装磨料添加装置的安装板113，其中六自由度串联机器人机械臂的活动区域覆盖抛光工作台的加工区。

所述柔性气动抛光装置12包括用于驱动柔性抛光头沿自身轴向移动的多级气缸122、用于向多级气缸供气的气动装置121以及用于对工件进行加工的磨粒层123，所述气动装置121一端与六自由度串联机器人11末端固定，另一端设置有用于与多级气缸122固定。所述多级气缸122底部安装在气动装置121上，并且气动装置的充气口与外部压缩气源管路连通，排气口与多级气缸的进气口管路连通；多级气缸的活动端顶部密封磨粒层，二者形成可与工件待加工表面贴合的柔性抛光头。

所述磨料添加装置2包括磨料储存装置21、磨料软管22、气压调节阀23和磨料喷嘴24，所述磨料储存装置21安装在六自由度串联机器人机械臂的安装板113上，包括储藏室211、压缩空气接口212、密封帽213、磨料软管接口214，所述储藏室211设有压缩空气接口212、排气口以及磨料软管接口214，并且压缩空气接口、排气口以及磨料软管接口均与储藏室内腔连通，其中压缩空气接口212与机械臂上设置有用于通压缩空气的充气口111管路连通；排气口配装用于密封的密封帽；磨料软管接口与磨料软管进料端管路连通，磨料软管出料端与磨料喷嘴的进料端管路连通，并且磨料喷嘴对准工件；所述气压调节阀23安装在磨料软管上，用于调控磨料的喷出，其中磨料喷嘴的大端即为磨料喷嘴的进料端。

所述抛光工作台3包括工作台底座31、工件夹持装置32和光源照射装置33，工件夹持装置32和光源照射装置33均安装在工作台底座31上，工件夹持装置32设置在光源照射装置33旁，并且光源照射装置的照射光源对准工件夹持装置内的工件。

所述工作台底座31的顶部端面上设有用于安装工件夹持装置的圆盘311以及用于安装光源照射装置的安装槽312，所述工作台底座31的底部固定在地面上，上端圆盘311上固装工件夹持装置32，而光源照射装置33固装在安装槽312内，并且光源照射装置33的光源照射头对准固装在圆盘上的工件夹持装置。

所述工件夹持装置32包括装夹台321、环形玻璃罩324以及限位螺钉322，所述装夹台321固装在圆盘311上，并且装夹台321的上端面作为用于固定工件323的夹紧面，且装夹台321的夹紧面从外向内沿径向均匀设置若干条径向沟槽，且每条径向沟槽均配置一个可与该径向沟槽锁定的限位螺钉322；环形玻璃罩324的底边与装夹台的外沿密封固装，二者共同围成用于容纳抛光液的抛光池。

所述光源照射装置33包括支架、向环形玻璃罩内抛光液发射照射光源的光源灯和固定螺钉，所述支架通过固定螺钉安装在工作台底座上的安装槽内，光源灯固装在支架上，并且光源的灯头对准环形玻璃罩；所述光源灯为紫外光灯。

所述抛光液补充装置4包括抛光液储存箱41、泵体42、软管支架43、软管44、抛光液喷头45，所述抛光液储存箱41安装在工作台底座旁的地面上，所述泵体42安装在抛光液储存箱内部，所述软管支架43固定在泵体42、抛光液储存箱41上，并伸入到环形玻璃罩中；所述抛光液喷头45安装在软管支架43末端；所述软管44起始端安装在泵体42上，并沿软管支架固定，软管44末端与添加头连接，保证泵体的抛光液可以沿软管、抛光液喷头注入到抛光池中。

所述控制柜5包括数据采集模块、数据处理模块和人机交互界面，所述人机交互界面的信号输出端与所述数据采集模块的信号输入端电连接，所述数据采集模块的信号输出端与所述数据处理模块的信号输入端电连接，所述数据处理模块的信号输出端分别与所述六自由度串联机器人的控制端、气动装置控制端、多级气缸的控制端、气压调节阀控制端、光源照射装置的控制端和抛光液补充装置中的泵体控制端信号连接或电连接，实现对工业机器人、柔性气动抛光头的位置和姿态控制，对紫外光模块的开关控制，对抛光液补充装置中泵体的开关控制。

实施例2利用实施例1所述的一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台对工件的加工方法，包括以下步骤：

1)将待加工的工件放置在装夹台的夹紧面中心处，并调整径向沟槽中的限位螺钉将待加工的工件夹紧；

2)在控制柜的人机交互界面上设定好加工所需的参数，包括抛光液加入量、紫外灯照射时间、柔性气动抛光头的位置以及磨粒层形状以及工件加工时间；

4)通过控制柜控制抛光液补充装置中的泵体开始工作，将所需要的抛光液加入到工作台中，保证将工件浸没；

5)通过控制柜启动光源照射装置中的光源，使紫外光通过环形玻璃罩照射到浸泡在抛光液中的工件上，并照射设定时间；

6)通过控制柜启动工业机器人，并根据工件类型调节柔性抛光头的磨粒层形状，贴近工件并对工件进行加工，达到加工时间后停止加工；

7)通过控制柜移动工业机器人至初始位置，将工件从抛光液中取出，通过控制柜控制磨料添加装置及气压调节阀，混合后的压缩空气及磨料去除工件表面的材料。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (10)

1.一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台，其特征在于，包括：

机器人模块，包括六自由度串联机器人和柔性气动抛光装置，柔性抛光装置安装在六自由度串联机器人的活动端，用于调整工件位置；

磨料添加装置，用于去除工件表面材料；

抛光工作台，用于夹紧并浸泡工件并对工件进行照射；

抛光液补充单元，设置于抛光工作台旁，并且其加液口位于抛光工作台的抛光池正上方，用于向抛光工作台中添加抛光液；

以及控制柜，与机器人模块、磨料添加装置、抛光工作台以及抛光液补充单元的控制端电连接或信号连接，用于机器人模块、磨料添加装置、抛光工作台以及抛光液补充单元工作以对工件进行加工。

2.如权利要求1所述的一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台，其特征在于：所述六自由度串联机器人的底部固接在抛光工作台旁的地面上，其机械臂上设置有用于通压缩空气的充气口、用于安装柔性气动抛光装置的安装孔以及用于安装磨料添加装置的安装板，其中六自由度串联机器人机械臂的活动区域覆盖抛光工作台的加工区；所述柔性气动抛光装置包括用于驱动柔性抛光头沿自身轴向移动的多级气缸、用于向多级气缸供气的气动装置以及用于对工件进行加工的磨粒层，气动装置分别与工业机器人的机械臂活动端以及多级气缸固接，并且气动装置的充气口与外部压缩气源管路连通，排气口与多级气缸的进气口管路连通；多级气缸的活动端顶部密封磨粒层，二者形成可与工件待加工表面贴合的柔性抛光头。

3.如权利要求1所述的一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台，其特征在于：所述磨料添加装置包括磨料储存装置、磨料软管、气压调节阀和磨料喷嘴，所述磨料储存装置安装在六自由度串联机器人机械臂的安装板上，包括储藏室、压缩空气接口、密封帽、磨料软管接口，所述储藏室设有压缩空气接口、排气口以及磨料软管接口，并且压缩空气接口、排气口以及磨料软管接口均与储藏室内腔连通，其中压缩空气接口与机械臂上设置有用于通压缩空气的充气口管路连通；排气口配装用于密封的密封帽；磨料软管接口与磨料软管进料端管路连通，磨料软管出料端与磨料喷嘴的进料端管路连通，并且磨料喷嘴对准工件；所述气压调节阀安装在磨料软管上，用于调控磨料的喷出。

4.如权利要求1所述的一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台，其特征在于：所述抛光工作台包括工作台底座、工件夹持装置和光源照射装置，工件夹持装置和光源照射装置均安装在工作台底座上，工件夹持装置设置在光源照射装置旁，并且光源照射装置的照射光源对准工件夹持装置内的工件。

5.如权利要求4所述的一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台，其特征在于：所述工作台底座的顶部端面上设有用于安装工件夹持装置的圆盘以及用于安装光源照射装置的安装槽，所述工作台底座的底部固定在地面上，上端圆盘上固装工件夹持装置，而光源照射装置固装在安装槽内，并且光源照射装置的光源照射头对准固装在圆盘上的工件夹持装置。

6.如权利要求4所述的一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台，其特征在于：所述工件夹持装置包括装夹台、环形玻璃罩以及限位螺钉，所述装夹台固装在圆盘上，并且装夹台的上端面作为用于固定工件的夹紧面，且装夹台的夹紧面从外向内沿径向均匀设置若干条径向沟槽，且每条径向沟槽均配置一个可与该径向沟槽锁定的限位螺钉；环形玻璃罩的底边与装夹台的外沿密封固装，二者共同围成用于容纳抛光液的抛光池。

7.如权利要求4所述的一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台，其特征在于：所述光源照射装置包括支架、向环形玻璃罩内抛光液发射照射光源的光源灯和固定螺钉，所述支架通过固定螺钉安装在工作台底座上的安装槽内，光源灯固装在支架上，并且光源的灯头对准环形玻璃罩；所述光源灯为紫外光灯。

8.如权利要求1所述的一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台，其特征在于：所述抛光液补充装置包括抛光液储存箱、泵体、软管支架、软管、抛光液喷头，所述抛光液储存箱安装在工作台底座旁的地面上，所述泵体安装在抛光液储存箱内部，所述软管支架固定在泵体、抛光液储存箱上，并伸入到环形玻璃罩中；所述抛光液喷头安装在软管支架末端；所述软管起始端安装在泵体上，沿软管支架固定，软管末端与添加头连接，保证泵体的抛光液可以沿软管、抛光液喷头注入到抛光池中。

9.如权利要求1所述的一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台，其特征在于：所述控制柜包括数据采集模块、数据处理模块和人机交互界面，所述人机交互界面的信号输出端与所述数据采集模块的信号输入端电连接，所述数据采集模块的信号输出端与所述数据处理模块的信号输入端电连接，所述数据处理模块的信号输出端分别与所述六自由度串联机器人的控制端、柔性气动抛光装置的控制端、光源照射装置的控制端和抛光液补充装置中的泵体控制端信号连接或电连接，实现对工业机器人、柔性气动抛光头的位置和姿态控制，对紫外光模块的开关控制，对抛光液补充装置中泵体的开关控制。

10.利用权利要求1～9任意一项所述的一种可自动添加磨料的光催化复合加工平台对工件的加工方法，包括以下步骤：

1)将待加工的工件放置在装夹台的夹紧面中心处，并调整径向沟槽中的限位螺钉将待加工的工件夹紧；

2)在控制柜的人机交互界面上设定好加工所需的参数，包括抛光液加入量、紫外灯照射时间、柔性气动抛光头的位置以及磨粒层形状以及工件加工时间；

4)通过控制柜控制抛光液补充装置中的泵体开始工作，将所需要的抛光液加入到工作台中，保证将工件浸没；

5)通过控制柜启动光源照射装置中的光源，使紫外光通过环形玻璃罩照射到浸泡在抛光液中的工件上，并照射设定时间；

6)通过控制柜启动工业机器人，并根据工件类型调节柔性抛光头的磨粒层形状，贴近工件并对工件进行加工，达到加工时间后停止加工；

7)通过控制柜移动工业机器人至初始位置，将工件从抛光液中取出，通过控制柜控制磨料添加装置及气压调节阀，混合后的压缩空气及磨料去除工件表面的材料。