CN109500823A - 一种基于机器人的碗形钛合金铸件去氧化层工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于机器人的碗形钛合金铸件去氧化层工艺，该工艺采用的设备包括底座、机器人、力控传感器、电主轴安装座、电主轴、刀具。该工艺利用力控传感器控制刀具与工件表面的接触力，使得机器人在按规定的路径移动时在工件表面打磨出一条痕迹，此后每走完一次路径，向同一方向偏移一段距离，从而获得光滑的表面。最后，每打磨一定宽度的表面，将工件转动一小段弧度，从而能去掉整个碗形工件表面的氧化层，并得到较好的表面粗糙度。本发明能实现碗形钛合金铸件表面氧化层自动打磨技术问题，使碗形钛合金铸件打磨的效率大大提高，并且能够保证打磨后工件表面的粗糙度以及已加工面的一致性，使得碗形钛合金铸件工艺更加完善。

Description

一种基于机器人的碗形钛合金铸件去氧化层工艺
技术领域
本发明属于机器加工领域，涉及一种零件表面加工技术，具体涉及一种基于机器人的碗形钛合金铸件去氧化层工艺。
背景技术
钛合金比强度高、耐热耐蚀性能好，是一种轻质高温结构材料，在航空、航海、化工、武器装备等军用领域得到了大范围的应用；其中铸钛件因可以直接获得近净型结构件，降低生产成本，应用比例占到90％以上。某种钛合金铸造零件，类似于碗状，为钛合金零件加工过程中的主要工序之一，由于钛合金属于难加工材料，在加工过程中存在操作空间小、加工表面不规则、加工面积大等问题，这些问题严重制约了碗形钛合金铸件打磨的效率和表面的质量。
目前传统的碗形钛合金铸件的内表面采用人工方式，将硬质合金旋转锉装在打磨枪上进行打磨，存在以下几个问题：(1)表面质量差，由于人在打磨时把握不好打磨的力度并且碗形表面为复杂的曲面，人手打磨后的表面与期望表面存在差异；(2)效率低，碗形钛合金铸件内表面往往为面积较大的待加工表面；(3)自动化程度较低，采用人工抛光，导致打磨后的工件表面质量差，一致性不好；(4)由于钛合金铸件的一致性比较差，碗形钛合金铸件内表面的弧度以及尺寸都存在一定的误差，采用机床或者人工打磨很容易因为人为的操作不当，打伤本体，造成整个零件的报废；这些问题都严重制约了钛合金自动化加工的广泛应用以及企业的生产效率。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的关于钛合金铸造零件表面打磨效率低、表面质量差以及一致性差等问题，提供一种基于机器人的碗形钛合金铸件去氧化层工艺方法。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种基于机器人的碗形钛合金铸件去氧化层工艺，该工艺采用的设备包括机器人、力控传感器、电主轴安装座、电主轴和刀具，力控传感器安装在机器人六轴末端，电主轴通过电主轴安装座安装在力控传感器下端，电主轴末端通过夹具安装硬质合金刀具，其特征在于，该工艺包括步骤如下：
步骤1、将碗形钛合金铸件内表面按照经线方向分成多个扇形区域，选择第一个扇形区域作为打磨区域；
步骤2、调整机器人位置，使得刀具位于工件表面第一个扇形区域的打磨起始点X0正上方处；
步骤3、机器人带着刀具贴近起始点开始打磨，沿着经线方向的预设路径在工件表面打磨出一条痕迹，并回到起始点X0；
步骤4、机器人带着刀具从起始点X0沿着工内表面纬线方向偏移距离ΔX，到达第二条路径起始点X1正上方处；
步骤5、重复步骤3打磨第二条路径，并带动刀具回到第二条路径起始点X1处；
步骤6、重复步骤4和步骤5，直至第一个扇形区域打磨完毕；
步骤7、将工件旋转第一个扇形区域的弧度，按照步骤2至步骤6方法打磨第二个扇形区域；
步骤8、重复步骤7，直至完成整个碗形钛合金铸件内表面的去氧化层打磨工艺。
作为改进，打磨过程中采用基于力-位置的力控打磨方式，力控传感器通过PID控制模式，保持刀具与工件表面恒定的接触压力。
作为改进，所述刀具为硬质合金球头旋转锉。
作为改进，所述机器人每次打磨行走路径轨迹相同，每次偏移量ΔX不大于其中h为刀具的切削深度，r为球头旋转锉刀刃的半径。
作为改进，所述机器人的力控传感器设定值为10-20N，电主轴转速为2500-3500r/min。
作为改进，所述碗形钛合金铸件内表面打磨去除量为0.25-0.35mm，打磨后表面粗糙度不高于1.2μm。
作为改进，步骤1中，每个扇形区域的角度α应满足其中D为扇形边缘处所在截面圆直径。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1本发明采用分段式打磨，解决了传统加工工艺中复杂表面加工难题，同时微量偏移能够保证加工的表面质量和精度，其中打磨表面去除量为0.3mm，表面粗糙度为0.8μm。
2本发明采用机器人进行打磨，通过基于力—位置的力控进行压力控制，有效解决了一致性差的问题，同时提高了打磨的效率。
3本发明是基于工业机器人进行加工，实现了从人工到自动化加工的飞跃，降低了因人为误差造成的风险，响应了中国制造2025的政策，为传统制造企业向智能制造转型提供了新的思路。
附图说明
图1为本发明的系统整体示意图；
图2为本发明的末端工具示意图。
其中，1-底座，2-机器人，3-末端工具，4-力控传感器，5-电主轴安装座，6-电主轴，7-刀具，8-工件，9-经线，10-纬线。
具体实施方式
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前方”等指示方位或位置关系，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组件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。
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。图1为本发明的系统整体示意图，图2为本发明的末端工具3示意图，该工艺采用的设备包括底座1、机器人2、末端工具3、力控传感器4、电主轴安装座5、电主轴6和刀具7，机器人2安装在底座1上，机器人2的六轴末端装有力控传感器4，电主轴安装座5通过螺钉和销固定在力控传感器4下端，电主轴6通过螺栓安装在电主轴安装座5上，电主轴6末端装刀具7，本实施例中刀具7为硬质合金刀具，具体为硬质合金旋转锉，型号为D16。
以下实施例，机器人2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4采用六轴力传感器，以碗形钛合金铸件内表面的打磨为例，其加工要求是去掉碗形钛合金铸件内表面的氧化层，打磨的深度约为0.3mm，其具体实施方案如下：
1、将基于机器人的钛合金自动打磨系统搭建完毕；
2、将碗形钛合金铸件内表面按照经线9方向分成多个扇形区域，选择第一个扇形区域作为打磨区域；
2、打开电主轴6，转速3000r/min，将机器人2的力控传感器4的压力值设定为15N；
3、调整机器人2位置，使得刀具7位于工件8表面第一个扇形区域的打磨起始点X0正上方3mm处；机器人2带着刀具7贴近起始点，并沿着经线9方向的预设路径在工件8表面打磨出一条痕迹，并回到起始点X0；机器人2带着刀具7从起始点X0沿着工内表面纬线10方向偏移距离ΔX，到达第二条路径起始点X1正上方3mm处；每打磨后均向同一个方向偏移小短距离0.5mm，直到总偏移量X达到整个碗形周长的1/72，也即是完成第一个扇形区域的打磨；通过机器人2抬起电主轴6至上方安全位置，转动旋转工作台使得零件转动5°；
4重复过程3，直到打完整个碗形钛合金铸件内表面。
作为一种更优实施例，所述机器人每次打磨行走路径轨迹相同，每次偏移量ΔX不大于0.5mm。
作为一种更优实施例，所述机器人的力控传感器设定值为15N，电主轴转速为3000r/min；所述碗形钛合金铸件内表面打磨去除量为0.3mm，打磨后表面粗糙度不高于0.8μm；每个扇形区域的角度α为5°。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (7)

1.一种基于机器人的碗形钛合金铸件去氧化层工艺，该工艺采用的设备包括机器人、力控传感器、电主轴安装座、电主轴和刀具，力控传感器安装在机器人六轴末端，电主轴通过电主轴安装座安装在力控传感器下端，电主轴末端通过夹具安装硬质合金刀具，其特征在于，该工艺包括步骤如下：
步骤1、将碗形钛合金铸件内表面按照经线方向分成多个扇形区域，选择第一个扇形区域作为打磨区域；
步骤2、调整机器人位置，使得刀具位于工件表面第一个扇形区域的打磨起始点X0正上方处；
步骤3、机器人带着刀具贴近起始点开始打磨，沿着经线方向的预设路径在工件表面打磨出一条痕迹，并回到起始点X0；
步骤4、机器人带着刀具从起始点X0沿着工内表面纬线方向偏移距离ΔX，到达第二条路径起始点X1正上方处；
步骤5、重复步骤3打磨第二条路径，并带动刀具回到第二条路径起始点X1处；
步骤6、重复步骤4和步骤5，直至第一个扇形区域打磨完毕；
步骤7、将工件旋转第一个扇形区域的弧度，按照步骤2至步骤6方法打磨第二个扇形区域；
步骤8、重复步骤7，直至完成整个碗形钛合金铸件内表面的去氧化层打磨。
2.如权利要求1所述的碗形钛合金铸件去氧化层工艺，其特征在于：打磨过程中采用基于力-位置的力控打磨方式，力控传感器通过PID控制模式，保持刀具与工件表面恒定的接触压力。
3.如权利要求1所述的碗形钛合金铸件去氧化层工艺，其特征在于：所述刀具为硬质合金球头旋转锉。
4.如权利要求1所述的碗形钛合金铸件去氧化层工艺，其特征在于：所述机器人每次打磨行走路径轨迹相同，每次偏移量ΔX不大于其中h为刀具的切削深度，r为球头旋转锉刀刃的半径。
5.如权利要求1所述的碗形钛合金铸件去氧化层工艺，其特征在于：所述机器人的力控传感器设定值为10-20N，电主轴转速为2500-3500r/min。
6.如权利要求1所述的碗形钛合金铸件去氧化层工艺，其特征在于：所述碗形钛合金铸件内表面打磨去除量为0.25-0.35mm，打磨后表面粗糙度不高于1.2μm。
7.如权利要求1所述的碗形钛合金铸件去氧化层工艺，其特征在于：步骤1中，每个扇形区域的角度α应满足其中D为扇形边缘处所在截面圆直径。
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