CN109290856A - 一种低刀具成本的圆弧打磨方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低刀具成本的圆弧打磨方法，主要应用于机器人自动打磨钛合金领域。方法包括以下几步：首先对刀具材料进行选择，并对冷却系统进行设计，结合所采用的刀具和加工的材料对冷却液进行选择并计算冷却液压力、流量；然后通过力控系统对刀具进行磨损补偿，且根据待加工的材料和表面粗糙度控制机器人打磨时的进给速度以延长刀具寿命。本发明在机器人自动打磨钛合金环形铸造件过程中，能有效地降低对刀具的材料要求，减少刀具的磨损，增加刀具的寿命，从而实现在打磨时降低刀具成本。
Description
技术领域
本发明属于打磨领域，涉及一种环形倒圆打磨，具体涉及一种低刀具成本的圆弧打磨方法。
背景技术
随着工业自动化的发展，采用机器人进行自动化作业已经成为趋势，在打磨钛合金领域，由于打磨粉尘对人体有害，所以现在通常采用机器人代替人工来对零件进行自动化打磨，但是按照传统的打磨方法对钛合金进行打磨时，由于钛合金硬度高、导热性差，不管是人工打磨还是机器人打磨都需要使用大量的刀具，使成本增加，且容易造成零件打磨部位烧伤，所以一种降低刀具成本的圆弧打磨方法及工艺是十分有必要的。
现有的技术中，打磨钛合金主要存在以下问题：
(1)由于钛合金在进行打磨时切削热量高、导热性能差，所以对刀具要求较高，导致刀具成本高；
(2)钛合金在铸造后会在圆角部位表面或亚表面存在裂纹，所以需要打磨去除圆角部位的表面氧化层以进行检查，但是现有的打磨方式都是将整个面进行打磨，极大的增加了刀具成本；
(3)传统的硬质合金旋转锉在进行打磨时使用干磨，无冷却液，刀具磨损严重，寿命短；
(4)由于钛合金摩擦系数大、导热性能差，在进行高速打磨时会由于打磨部位温度过高造成烧伤；
(5)现有的机器人打磨无力控传感器，打磨时不能对刀具磨损进行实时检测和补偿，刀具磨损后即无法继续使用；
(6)使用机器人沿绝对路径进行圆弧段打磨容易造成刀具切削颤振，使其磨损加快，甚至造成折断。
发明内容
本要解决的问题是提供一种低刀具成本的圆弧打磨方法及工艺，用于对大型环形铸造件中的长圆弧进行打磨，减少刀具磨损，提高刀具寿命，降低刀具成本。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
一种低刀具成本的圆弧打磨方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：选择刀具型号，根据所需要打磨的圆弧的圆角半径大小选择选择硬质合金旋转锉的型号；
步骤2：将圆弧g0(x,y,z)进行分段，分成N段；
步骤3：在将每段圆弧分成A、B、C和D四个控制点，通过机器人使用力控传感器控制刀具依次靠近圆弧段上的A、B、C和D四个控制点，分别获得坐标点A、B、C和D四个控制点的坐标；
步骤4：以点A、B和圆弧段半径R计算弧AB圆弧方程g1(x,y,z)，弧BC段方程g2(x,y,z)，弧CD段方程g3(x,y,z)；
步骤5：通过力控传感器控制刀具在设定的打磨力下沿方程g1(x,y,z)、g2(x,y,z)、g3(x,y,z)进行打磨；
步骤6：调整机器人的姿态使刀具轴线和圆弧所在平面呈θ角；
步骤7：选择进给速度，按照打磨圆弧的节拍要求和打磨表面质量要求控制旋转锉的进给速度，对圆弧段进行打磨，打磨完一个圆弧段后，按照步骤3至步骤6方法进行下一个圆弧段打磨，直至完成整个圆弧的圆角打磨。
作为优选，所述圆弧按照弧度大小分段，每隔50°-70°分为一段。
作为优选，步骤3中在获取控制点坐标时，先通过机器人带动刀具向圆弧的圆心靠拢，直至接触到圆弧内切圆柱侧面，然后带动刀具向圆弧待打磨的圆角靠拢，通过机器人获取控制点坐标。
作为优选，步骤5中打磨过程中，打磨力在圆弧向心方向的分力为15-20N，在圆弧轴线向着圆角方向的分力为15-20N。
作为优选，步骤6中，刀具轴线与圆弧所在平面夹角θ范围为10-20°。
作为优选，所述刀具采用硬质合金旋转锉，所述硬质合金旋转锉为球形锉刀；且使用硬质合金旋转锉打磨过程中采用高压双管射流冷却液冷却，冷却液喷出压力为0.5-0.9Mpa，流量不低于10L/min。
作为优选，步骤7中，按照打磨圆弧的节拍要求和打磨表面质量要求控制旋转锉的进给速度，进给速度为3～5mm/s。
作为优选，所述硬质合金旋转锉通过ER夹头安装在电主轴末端，电主轴和机器人六轴法兰之间安装有力控传感器；所述力控传感器为六维传感器，可测量直角坐标系中六个方向的力并进行控制力的大小。
作为优选，所述硬质合金旋转锉的转速可通过电主轴和变频器进行控制；在打磨钛合金时，电主轴转速为：5000-7000RPM。
本发明所采用的技术方案优点如下：
1、采用成本较低的硬质合金旋转锉代替金刚石磨头进行长圆弧打磨，旋转锉刀头上有环绕一圈的刀刃，刀刃之间有缝隙散热、排屑；
2、对待打磨圆弧段的圆角坐标进行采集，对圆弧段轨迹进行规划，只对关键的圆角部位进行打磨，提高打磨效率，减少刀具成本；
4、采用大流量冷却液辅助加工后可提高刀具转速，降低刀具和铸件打磨部位的温度，带走切屑，减小刀具磨损，避免零件烧伤；
5、使用力控传感器对打磨压力进行控制，使刀具始终保持恒定压力打磨，对轻微磨损后的刀具进行补偿使其能继续加工；且使用机器人和力控传感器控制加工路径，不会发生切削颤振，从而降低刀具磨损；
6、为保证刀具效率最大化和打磨表面质量最佳，使刀具和待加工圆弧切线方向呈一定角度，保证刀具以最大线速度和最佳打磨部位进行打磨。
本发明的有益效果是：
1、降低了打磨铸件长圆弧所需要的刀具要求，使用硬质合金旋转锉即可进行打磨；2、对关键的圆角部分进行轨迹规划和打磨，降低了打磨工作量，提高了打磨效率并降低了刀具成本；3、在使用硬质合金旋转锉进行打磨时增加冷却液，可适当提高刀具转速，避免零件烧伤粘刀，降低打磨时的刀具磨损，使打磨零件所需要的刀具数量减少，；4、使用力控传感器对打磨压力进行控制，避免了切削颤振，降低了刀具磨损；5、对打磨速度和方向进行选取，使刀具的效率和寿命达到最大化。
附图说明
图1为本发明的自动化打磨系统示意图；
图2为本发明的末端工具示意图；
图3为本发明所用的硬质合金旋转锉示意图；
图4为本发明打磨时刀柄方向的示意图；
图中：1-机器人底座，2-机器人，3-力控传感器，4-连接法兰，5-电主轴，6-硬质合金旋转锉，7-冷却液阀块，8-冷却液竹节管，9-末端工具，10-圆弧，11-内切圆柱。
具体实施方式
为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明，以下实施例，机器人基于采用ABB IRB 6700-200/2.60型号六轴机器人来说明，力控传感器采用六轴力传感器。
如图1所示,本发明一种低刀具成本的圆弧打磨方法及工艺的较佳实施方式适用于钛合金自动化打磨系统，所述打磨系统包括机器人底座1、机器人2、末端工具9，其中末端工具9如图2所示，包括力控传感器3、连接法兰4、电主轴5、硬质合金旋转锉6、冷却液阀块7、冷却液竹节管8，其中硬质合金旋转锉6如图3所示。机器人2通过六个螺栓和三个销固定安装于机器人底座1上，机器人2六轴法兰盘上安装有力控传感器3，力控传感器3另一端与连接法兰4通过螺栓固定连接，连接法兰4上通过六个螺栓固定安装有电主轴5，连接法兰4另一侧安装有冷却液阀块7，冷却液阀块7有一个进口和两个出口，两个出口分别安装有一个竹节管。本发明打磨对象工件外表面环形零件与其内切圆柱11的柱面之间的内凹圆角组成环形的圆弧10，如图4所示。
本发明低刀具成本圆弧打磨方法的较佳实施方式包括以下步骤：
步骤1：根据所需要打磨圆弧的圆角半径大小选择合适大小的硬质合金旋转锉型号，例如圆角半径为8mm的长圆弧使用D12型号硬质合金旋转锉进行打磨；
步骤2：将待打磨的圆弧段进行分段，每60°为一段进行单独打磨，打磨完成后使工作台转动60°打磨下一圆弧段；
步骤3：在圆弧段0°位置使用力控传感器控制刀具在高于待打磨部位向圆弧的圆心方向步进，如图4所示，为水平方向，直至检测到刀具接触到圆弧的内切圆柱侧面，然后使刀具在竖直方向(圆弧或者内切圆柱11的轴向)向待打磨圆角步进，图4中垂直向下方向，直至检测到刀具在竖直方向靠近圆弧的圆角，记录当前坐标点A；依次在20°、40°、60°重复上述步骤，分别获得坐标点B、C、D；
步骤4：以A、B、C、D四个坐标点以及圆弧段半径对圆弧打磨路径进行重新规划，使实际打磨路径更精确；
步骤5：计算打磨钛合金时最佳的冷却液流量和冷却液压力(冷却液喷出压力为0.5-0.9Mpa，流量不低于10L/min)，并通过调节冷却系统的节流阀和溢流阀对冷却液的流量和压力进行调节，然后通过调整竹节管的来调整冷却液的流向，使刀具切削时前后均有冷却液喷到；在打磨时即可通过冷却液来降低切削温度，带走切屑，防止钛合金烧伤，降低刀具在打磨时的磨损速度；
步骤6：控制刀具在打磨时，打磨力在圆弧向心方向的分力大小为15～20N，在向下方向(即圆弧轴线向着圆角方向)的分力大小为15～20N，使硬质合金旋转锉始终与待打磨的圆弧相贴，可避免刀具发生颤振、减少刀具磨损，且在刀具轻微磨损后仍可通过控制力控传感器的输出压力以补偿刀具磨损继续加工，而传统的采用绝对轨迹进行打磨的方式则无法进行实时刀具补偿；如图4所示，调整机器人的姿态使刀具轴线和圆弧所在平面呈15°角，使刀具始终以最大直径切削刃进行打磨，提高刀具使用寿命和打磨效率；控制刀具沿打磨路径打磨，进给速度为3～5mm/s。
本实施例中，所述旋转锉的转速可通过电主轴和变频器进行控制；在打磨钛合金时，最佳电主轴转速为：6000RPM。所述硬质合金刀具通过ER夹头安装在电主轴末端，电主轴和机器人六轴法兰之间安装有力控传感器；所述力控传感器可测量直角坐标系中六个方向的力并进行控制力的大小，力控传感器的最大量程为2500N；在进行圆弧打磨时通过力控传感器控制打磨压力为15～20N。
上述一种低刀具成本的圆弧打磨方法及工艺通过降低打磨刀具的要求、降低刀具的磨损速度、对刀具进行补偿以提高刀具寿命、优化打磨姿势几个步骤降低了钛合金自动打磨系统中的长圆弧段打磨的刀具成本，并减少了换刀次数，提高了加工效率。
Claims (9)
1.一种低刀具成本的圆弧打磨方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：选择刀具型号，根据所需要打磨的圆弧的圆角半径大小选择选择硬质合金旋转锉的型号；
步骤2：将圆弧g0(x,y,z)进行分段，分成N段；
步骤3：在将每段圆弧分成A、B、C和D四个控制点，通过机器人使用力控传感器控制刀具依次靠近圆弧段上的A、B、C和D四个控制点，分别获得坐标点A、B、C和D四个控制点的坐标；
步骤4：以点A、B和圆弧段半径R计算弧AB圆弧方程g1(x,y,z)，弧BC段方程g2(x,y,z)，弧CD段方程g3(x,y,z)；
步骤5：通过力控传感器控制刀具在设定的打磨力下沿方程g1(x,y,z)、g2(x,y,z)、g3(x,y,z)进行打磨；
步骤6：调整机器人的姿态使刀具轴线和圆弧所在平面呈θ角；
步骤7：选择进给速度，按照打磨圆弧的节拍要求和打磨表面质量要求控制旋转锉的进给速度，对圆弧段进行打磨，打磨完一个圆弧段后，按照步骤3至步骤6方法进行下一个圆弧段打磨，直至完成整个圆弧的圆角打磨。
2.如权利要求1所述的圆弧打磨方法，其特征在于：所述圆弧按照弧度大小分段，每隔50°-70°分为一段。
3.如权利要求1所述的圆弧打磨方法，其特征在于：步骤3中在获取控制点坐标时，先通过机器人带动刀具向圆弧的圆心靠拢，直至接触到圆弧内切圆柱侧面，然后带动刀具向圆弧待打磨的圆角靠拢，通过机器人获取控制点坐标。
4.如权利要求1所述的圆弧打磨方法，其特征在于：步骤5中打磨过程中，打磨力在圆弧向心方向的分力为15-20N，在圆弧轴线向着圆角方向的分力为15-20N。
5.如权利要求1所述的圆弧打磨方法，其特征在于：步骤6中，刀具轴线与圆弧所在平面夹角θ范围为10-20°。
6.如权利要求1所述的圆弧打磨方法，其特征在于：所述刀具采用硬质合金旋转锉，所述硬质合金旋转锉为球形锉刀；且使用硬质合金旋转锉打磨过程中采用高压双管射流冷却液冷却，冷却液喷出压力为0.5-0.9Mpa，流量不低于10L/min。
7.如权利要求6所述的圆弧打磨方法，其特征在于：步骤7中，按照打磨圆弧的节拍要求和打磨表面质量要求控制旋转锉的进给速度，进给速度为3～5mm/s。
8.如权利要求6所述的圆弧打磨方法，其特征在于：所述硬质合金旋转锉通过ER夹头安装在电主轴末端，电主轴和机器人六轴法兰之间安装有力控传感器；所述力控传感器为六维传感器，可测量直角坐标系中六个方向的力并进行控制力的大小。
9.如权利要求8所述的圆弧打磨方法，其特征在于：所述硬质合金旋转锉的转速可通过电主轴和变频器进行控制；在打磨钛合金时，电主轴转速为：5000-7000RPM。
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