CN109397037A - 一种弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机。包括支架、用于承载工件的工作台、研抛工具、检测机构和控制系统，所述研抛工具包括分布于所述工作台相对两侧的主动轮和从动轮、绕所述主动轮和所述从动轮设置的砂带、与所述支架连接用于支撑所述砂带研抛工作面的砂带支撑机构；所述检测机构用于检测工件曲面形状并形成表面散点云图；所述控制系统通过对所述砂带支撑机构的研抛力进行实时补偿，并精确调整所述工作台的位置，使研抛工具与工件接触区域的压力恒定。本发明提供的弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机，采用恒定压力自适应砂光方式，不仅可以提高弯曲部件砂光效果，且可减轻砂光劳动强度，提高砂光效率。

Description

一种弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机

技术领域

本发明涉及家具加工设备技术领域，特别涉及一种弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机。

背景技术

砂光加工是家具生产中的重要环节，对产品最终质量有着决定性作用。木质材料在经过刨切铣削等加工后，在进行涂胶、喷漆、涂饰、组装成型前必须经过砂光处理，以提高工件尺寸精度，减少各类板材的表面缺陷，增大表面平整性和光洁性。磨削加工占家具材料切削加工的30％左右，工作强度大、操作环境差、自动化程度低。一些家具企业为了降低劳动成本和改善工作环境，针对一些简单木质部件，采用机械砂光设备代替人工砂光。

但是对表面凹凸不平、变形程度大的复杂工件，如床头面板、抽屉面板等，仍然采用手工打磨或者手持砂光设备进行磨削处理。人工砂光存在诸多弊端，首先需要加工人员具有一定的经验，否则很难控制加工精度和表面质量，容易发生过砂、漏砂或者砂光不均匀等问题，严重影响着产品质量；其次砂光过程中会产生大量的粉尘，这些粉尘会影响工人的身体健康，甚至会引起火灾；再次手工方式严重降低了生产效率，使生产成本增大。

鉴于此，开发一种适用于弯曲面木质部件自动砂光设备，是家具行业亟需解决的难点问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机，采用恒定压力自适应砂光方式，不仅可以提高弯曲部件砂光效果，且可减轻砂光劳动强度，提高砂光效率。

为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：

一种弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机，包括：

支架；

用于承载工件的工作台，所述工作台设于所述支架，且可沿第一方向往复滑动；

研抛工具，所述研抛工具位于所述工作台上方，其包括分布于所述工作台相对两侧的主动轮和从动轮、驱动所述主动轮转动的第一驱动装置、绕所述主动轮和所述从动轮设置的砂带、与所述支架连接并可沿第二方向往复滑动且用于支撑所述砂带研抛工作面的砂带支撑机构；其中所述第一方向与所述第二方向垂直；

检测机构，与所述砂带支撑机构连接用于检测工件曲面形状并形成表面散点云图；

控制系统，所述控制系统根据散点云图规划形成所述工作台的拓扑结构和轨迹参数，通过对所述砂带支撑机构的研抛力进行实时补偿，并精确调整所述工作台的位置，使研抛工具与工件接触区域的压力恒定。

进一步地，所述研抛工具还包括支撑所述砂带的张紧机构，所述张紧机构与所述砂带支撑机构相对设置。

进一步地，所述张紧机构包括张紧轮、与所述张紧轮连接的连接杆、及与所述连接杆连接的张紧弹簧。

进一步地，所述砂带支撑机构包括与所述支架连接的支撑杆、与所述支撑杆另一端铰接的耳板、与所述耳板连接的支撑体，所述支撑体与所述砂带的内表面接触。

进一步地，所述支撑体呈弧形，其包括依次设置的石墨布层、弹性材料层及金属基体层，所述石墨布层与所述砂带内表面接触。

进一步地，所述工作台上设有用于实时测量所述研抛工具与工件表面接触区域的研抛力的力传感器。

进一步地，所述控制系统控制研抛工具以恒定压力研抛工件，其控制方法包括：

工作台固定，由检测机构沿第二方向移动检测工件表面的散点位置，形成表面散点云图；

控制系统根据散点云图规划形成工作台的拓扑结构和轨迹参数；

根据砂光工艺要求，设定期望研抛力F_d；

通过力传感器实时测量研抛工具与工件表面接触区域的研抛力F_a；

利用重力补偿算法消除工作台和工件的重力干扰，得到研抛力F,F＝F_a-F_g，其中F_g表示工作台和工件的重力；

计算研抛力F与期望研抛力F_d之差，得到△F；

通过力控制器将△F转换为位置修正量X_m，位置修正量X_m与轨迹规划的位置X_p相加，得到工作台的实际位置X；

控制系统精确调整工作台位置，并对研抛力进行实时补偿。

进一步地，所述支架包括左立柱、右立柱、滑动连接于所述左立柱和右立柱内侧并用于支撑所述工作台的纵滑台、位于所述左立柱和右立柱上方并用于支撑所述研抛工具的连接部、用于驱动所述连接部作升降运动的升降机构、用于推动所述砂带支撑机构沿所述第二方向往复滑动的平移机构，所述工作台与所述纵滑台滑动连接，且所述工作台沿所述第一方向往复滑动。

进一步地，所述升降机构包括左涡轮、右涡轮、由所述左涡轮驱动的左顶升蜗杆、由所述右涡轮驱动的右顶升蜗杆、驱动所述左涡轮或右涡轮转动的第二驱动装置，所述左涡轮与所述右涡轮刚性连接，所述连接部与所述左顶升蜗杆和右顶升蜗杆连接。

进一步地，所述平移机构包括第三涡轮、由所述第三涡轮驱动且沿第二方向设置的第三蜗杆，所述砂带支撑机构与所述第三蜗杆连接；

所述连接部包括与所述第三蜗杆平行间隔设置的滑杆，所述砂带支撑机构与所述滑杆滑动连接。

与现有技术相比，本发明提供的弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机，有益效果在于：

一、本发明提供的弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机，采用检测机构检测工件表面形状形成散点云图，并根据散点云图形成工作台的拓扑结构和轨迹参数，控制系统通过对砂带支撑机构的研抛力进行实时补偿，并精确调整工作台的位置，使研抛工具与工件接触区域的压力恒定，有利于弯曲工件表面的整体砂光效果的一致性和均匀性，以确保曲面砂光质量和砂光效率。

二、本发明提供的弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机，砂带支撑机构的支撑体包括依次设置的石墨布层、弹性材料层及金属基体层，石墨布层与砂带内表面接触，可提高石墨布与砂带的耐磨性；弹性材料层的设置，可增加砂带支撑机构的被动弹性，当工件表面存在微小凹凸面时，由于弹性橡胶的被动弹性变形，可防止微小凸面过渡磨削而导致砂穿。

三、本发明提供的弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机，砂带支撑机构的支撑杆与耳板铰接，使耳板带动支撑体可相对转动，能够更好地适应工件的局部形状，使其能够更好地贴合工件表面局部不平的部位，砂光效果更好。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机的结构示意图；

图2是图1所示弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机中砂带支撑机构的结构示意图；

图3是图1所示弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机中控制系统的原理框图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明实施例中的技术方案，并使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。

在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

请参阅图1，是本发明提供的曲面部件自动砂光设备的结构示意图。本发明的弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机100包括支架1、设于支架1的工作台2、支撑于支架1并位于工作台2上方的研抛工具3、与研抛工具3连接的检测机构4及控制系统5。

支架1包括左立柱11、右立柱12、滑动连接于左立柱11和右立柱12内侧并用于支撑工作台2的纵滑台13、位于左立柱11和右立柱12上方并用于支撑研抛工具3的连接部14、用于驱动连接部14作升降运动的升降机构15、及用于推动研抛工具3中砂带支撑机构35水平移动的平移机构16。

左立柱11和右立柱12内侧分别设有导轨，两个纵滑台13分别与对应的导轨滑动连接，根据设置纵滑台13相对于导轨的高度位置，可方便工件安装等工作。具体操作中，当需要在工作台2上安装工件时，降低纵滑台13的高度；工件固定好后，抬升纵滑台13的高度，使工作台2与研抛工具3靠近。

纵滑台13上设置有滑块，工作台2的下方设置有与该滑块匹配的滑槽22，使工作台2可沿滑槽22的延伸方向(第一方向)往复滑动。在研抛工艺中，工作台2根据运动轨迹在第一方向滑动。

连接部14位于左立柱11和右立柱12的顶部，用于支撑研抛工具3并使研抛工具始终位于工作台2上方。所述连接部14包括滑杆141，滑杆141的延伸方向为第二方向，第二方向与第一方向相互垂直，研抛工具3中的砂带支撑机构35与滑杆141滑动连接，使砂带支撑机构35可沿第二方向往复滑动。

连接部14与升降机构15连接，升降机构15包括左涡轮(未图示)、右涡轮(未图示)、由左涡轮驱动的左顶升蜗杆153、由右涡轮驱动的右顶升蜗杆154、驱动左涡轮或右涡轮转动的第二驱动装置(未图示)，左涡轮与右涡轮刚性连接，连接部14与左顶升蜗杆153和右顶升蜗杆154连接。打磨工作中，升降机构15带动研抛工具3垂直下移，使研抛工具3直接与工件接触进行打磨；当处于非打磨工作状态时，升降机构15带动研抛工具3垂直上移，使研抛工具3与工件不直接接触。研抛工具3垂直上移或垂直下移通过第二驱动装置的正转或反转实现。

平移机构16包括第三涡轮(未图示)、由第三涡轮驱动且沿第二方向设置的第三蜗杆162，研抛工具3中的砂带支撑机构35与第三蜗杆162连接。第三涡轮转动，带动第三蜗杆162沿第二方向平移，从而带动砂带支撑机构35沿第二方向平移。砂带支撑机构35沿第二方向平移过程中，滑杆141作为其滑动导轨，以避免发生偏移。

工作台2用于承载工件，其包括支撑板21、设于支撑板21下方的滑槽22、设于支撑板21上表面的台面23、及设于支撑板21的力传感器24。滑槽22与纵滑台13上的滑块相匹配，使工作台2可沿滑槽22的延伸方向(第一方向)往复滑动；台面23用于放置工件夹具及工件；力传感器24用于测量工件承受的垂直力，测量结果即为研抛工具3与工件表面接触区域的研抛力F_a。优选的，力传感器24的数量为多个，分布于支撑板的四角，以确保检测结果的准确性。本实施例中，力传感器24的数量为四个。

研抛工具3包括分布于工作台2相对两侧的主动轮31和从动轮32、驱动主动轮31转动的第一驱动装置33、绕主动轮31和从动轮32设置的砂带34、与滑杆141连接并可沿第二方向往复滑动且用于支撑砂带34研抛工作面的砂带支撑机构35、及支撑砂带34另一侧使其张紧的张紧机构36。砂带支撑机构35支撑的砂带直接与工件接触，对工件进行研抛；砂带支撑机构35和张紧机构36相对设置。

请结合参阅图2，是图1所示弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机中砂带支撑机构的结构示意图。本实施例中，砂带支撑机构35呈弧形，其包括与滑杆141连接的支撑杆351、与支撑杆351另一端铰接的耳板352、与耳板352连接的支撑体353，支撑体353与砂带34的内表面接触，在工作过程中，使砂带34的工作面处于张紧状态。通过上述设置，可以使支撑体353产生相对转动，使其能够更好地贴合工件表面局部不平的部位，砂光效果更好。

支撑体353包括依次设置的石墨布层3531、弹性材料层3532及金属基体层3533，其中石墨布层3531与砂带34内表面接触，可提高石墨布3531与砂带34的耐磨性；弹性材料层3532的设置，可增加砂带支撑机构35的被动弹性，当工件表面存在微小凹凸面时，由于弹性橡胶的被动弹性变形，可防止微小凸面过渡磨削而导致砂穿。优选的，弹性材料层3532为弹性橡胶。

张紧机构36包括张紧轮361、与张紧轮261连接的连接杆362、及与连接杆362连接的张紧弹簧363。通过调节张紧弹簧363的张力，使砂带34保持一定的张紧力。

检测机构4与砂带支撑机构35刚性连接，即砂带支撑机构35移动时带动检测机构4移动，从而使检测机构4实时检测工件表面的形状。检测机构4检测工件表面散点位置，形成散点云图；并将散点云图数据信息发送至控制系统5。

请结合参阅图3，是图1所示弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机中控制系统的原理框图。控制系统控制研抛工具以恒定压力研抛工件，其控制方法包括：

步骤S1,工作台固定，由检测机构4沿第二方向移动检测工件表面的散点位置，形成表面散点云图；

步骤S2，根据接收的散点云图数据信息，控制系统5含有的轨迹规划软件，规划出工作台2的拓扑机构和运动轨迹参数；

其中工作台2的运动轨迹参数包括沿第一方向的位移、速度、加速度等；需要说明的是，轨迹规划软件为现有技术，只要能实现轨迹规划功能的均可，在此不做详细赘述。

步骤S3，根据砂光工艺要求，设定期望研抛力F_d；

步骤S4，通过力传感器实时测量研抛工具与工件表面接触区域的研抛力F_a；

步骤S5，利用重力补偿算法消除工作台和工件的重力干扰，得到研抛力F,F＝F_a-F_g，其中F_g表示工作台和工件的重力；

步骤S6，计算研抛力F与期望研抛力F_d之差，得到△F；

步骤S7，通过力控制器将△F转换为位置修正量X_m，位置修正量X_m与轨迹规划的位置X_p相加，得到工作台的实际位置X；

步骤S8，控制系统精确调整工作台位置，并对研抛力进行实时补偿，使研抛工具与工件接触区域的压力恒定。

通过本发明提供的弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机，可实现弯曲面木质部件的自动自适应砂光，可减少辅助人员干预，减轻打磨工人的劳动强度；砂光过程中，研抛工具始终保持恒定压力，有利于弯曲表面整体砂光效果的一致性和均匀性；采用自动检测机构实时检测曲面实际形状，克服了弯曲面冷压成型过程产生的外形误差，砂光精度高。

本发明提供的弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机，可适用于木材弯曲面砂光，同样也适用于其他材料的弯曲面砂光工艺。

需要说明的是，本实施方式中，“左”、“右”、“上”、“下”等方位名词仅表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置也可能相应地改变。

与现有技术相比，本发明提供的弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机，有益效果在于：

一、本发明提供的弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机，采用检测机构检测工件表面形状形成散点云图，并根据散点云图形成工作台的拓扑结构和轨迹参数，控制系统通过对砂带支撑机构的研抛力进行实时补偿，并精确调整工作台的位置，使研抛工具与工件接触区域的压力恒定，有利于弯曲工件表面的整体砂光效果的一致性和均匀性，以确保曲面砂光质量和砂光效率。

二、本发明提供的弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机，砂带支撑机构的支撑体包括依次设置的石墨布层、弹性材料层及金属基体层，石墨布层与砂带内表面接触，可提高石墨布与砂带的耐磨性；弹性材料层的设置，可增加砂带支撑机构的被动弹性，当工件表面存在微小凹凸面时，由于弹性橡胶的被动弹性变形，可防止微小凸面过渡磨削而导致砂穿。

三、本发明提供的弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机，砂带支撑机构的支撑杆与耳板铰接，使耳板带动支撑体可相对转动，能够更好地适应工件的局部形状，使其能够更好地贴合工件表面局部不平的部位，砂光效果更好。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处。

以上结合附图对本发明的实施方式作出详细说明，但本发明不局限于所描述的实施方式。对本领域的技术人员而言，在不脱离本发明的原理和精神的情况下对这些实施例进行的多种变化、修改、替换和变型均仍落入在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机，其特征在于，包括：

支架；

用于承载工件的工作台，所述工作台设于所述支架，且可沿第一方向往复滑动；

研抛工具，所述研抛工具位于所述工作台上方，其包括分布于所述工作台相对两侧的主动轮和从动轮、驱动所述主动轮转动的第一驱动装置、绕所述主动轮和所述从动轮设置的砂带、与所述支架连接并可沿第二方向往复滑动且用于支撑所述砂带研抛工作面的砂带支撑机构；其中所述第一方向与所述第二方向垂直；

检测机构，与所述砂带支撑机构连接用于检测工件曲面形状并形成表面散点云图；

控制系统，所述控制系统根据散点云图规划形成所述工作台的拓扑结构和轨迹参数，通过对所述砂带支撑机构的研抛力进行实时补偿，并精确调整所述工作台的位置，使研抛工具与工件接触区域的压力恒定。

2.根据权利要求1所述的弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机，其特征在于，所述研抛工具还包括支撑所述砂带的张紧机构，所述张紧机构与所述砂带支撑机构相对设置。

3.根据权利要求2所述的弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机，其特征在于，所述张紧机构包括张紧轮、与所述张紧轮连接的连接杆、与所述连接杆连接的张紧弹簧。

4.根据权利要求1所述的弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机，其特征在于，所述砂带支撑机构包括与所述支架连接的支撑杆、与所述支撑杆另一端铰接的耳板、与所述耳板连接的支撑体，所述支撑体与所述砂带的内表面接触。

5.根据权利要求4所述的弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机，其特征在于，所述支撑体呈弧形，其包括依次设置的石墨布层、弹性材料层及金属基体层，所述石墨布层与所述砂带内表面接触。

6.根据权利要求1所述的弯曲面部件恒定压力自适应自动砂光机，其特征在于，所述工作台上设有用于实时测量所述研抛工具与工件表面接触区域的研抛力的力传感器。

7.根据权利要求1所述的弯曲部件恒定压力自适应自动砂光机，其特征在于，所述控制系统控制研抛工具以恒定压力研抛工件，其控制方法包括：

工作台固定，由检测机构沿第二方向移动检测工件表面的散点位置，形成表面散点云图；

控制系统根据散点云图规划形成工作台的拓扑结构和轨迹参数；

根据砂光工艺要求，设定期望研抛力F_d；

通过力传感器实时测量研抛工具与工件表面接触区域的研抛力F_a；

利用重力补偿算法消除工作台和工件的重力干扰，得到研抛力F,F＝F_a-F_g，其中F_g表示工作台和工件的重力；

计算研抛力F与期望研抛力F_d之差，得到△F；

通过力控制器将△F转换为位置修正量X_m，位置修正量X_m与轨迹规划的位置X_p相加，得到工作台的实际位置X；

控制系统精确调整工作台位置，并对研抛力进行实时补偿。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的弯曲部件恒定压力自适应自动砂光机，其特征在于，所述支架包括左立柱、右立柱、滑动连接于所述左立柱和右立柱内侧并用于支撑所述工作台的纵滑台、位于所述左立柱和右立柱上方并用于支撑所述研抛工具的连接部、用于驱动所述连接部作升降运动的升降机构、用于推动所述砂带支撑机构沿所述第二方向往复滑动的平移机构，所述工作台与所述纵滑台滑动连接，且所述工作台沿所述第一方向往复滑动。

9.根据权利要求8所述的弯曲部件恒定压力自适应自动砂光机，其特征在于，所述升降机构包括左涡轮、右涡轮、由所述左涡轮驱动的左顶升蜗杆、由所述右涡轮驱动的右顶升蜗杆、驱动所述左涡轮或右涡轮转动的第二驱动装置，所述左涡轮与所述右涡轮刚性连接，所述连接部与所述左顶升蜗杆和右顶升蜗杆连接。

10.根据权利要求8所述的弯曲部件恒定压力自适应自动砂光机，其特征在于，所述平移机构包括第三涡轮、由所述第三涡轮驱动且沿第二方向设置的第三蜗杆，所述砂带支撑机构与所述第三蜗杆连接；

所述连接部包括与所述第三蜗杆平行间隔设置的滑杆，所述砂带支撑机构与所述滑杆滑动连接。