CN109590810A - 一种圆弧头回转体内壁面自适应打磨方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种圆弧头回转体内壁面自适应打磨方法，包括以下步骤：设定x方向接触力Fx的范围，设定y方向接触力Fy的范围；保持打磨头(1)和加工工件(6)轴线平行，打磨头(1)和加工工件(6)按相反方向旋转运动；打磨头(1)沿y方向以速度Vy运动，当Fy≥N3时，Vy降低到0，打磨头(1)开始沿着x方向以速度Vx向前运动；打磨中保持N3≤Fy≤N4且N1≤Fx≤N2；当打磨头(1)轴线和加工工件(6)的轴线重合时，打磨头(1)继续打磨两圈后，打磨头(1)停止旋转。本发明提供的打磨方法具有效率高、打磨产品质量一致性好等优点，适用于包括刚性和柔性回转体壁面的打磨。

Description

一种圆弧头回转体内壁面自适应打磨方法
技术领域
本发明涉及机械自动化领域，主要材料表面打磨领域，尤其涉及一种圆弧头回转体内壁面自适应打磨方法。
背景技术
工业领域常用到单端封闭的圆筒，且封闭端是圆弧形结构，在有些应用场合，这中结构圆筒内壁面需要进行打磨处理，方便粘接。对与该类单端封闭的圆筒的打磨，传统的打磨方式为人工直接或间接持砂纸进行打磨，这种打磨方式存在效率低下、职业环境差、劳动强度大以及存在机械伤害的风险；较人工打磨先进的是传统的机械打磨，最常用的机械打磨方式为仿形打磨头的打磨，如采用仿形钢丝刷或仿形百叶轮对伸入圆筒内壁进行打磨，这种打磨方式存在的主要问题是，对于新的仿形打磨头，可能存在打磨过重的问题，而经过几个或几十个产品的打磨，随着打磨头磨损，打磨程度越来越轻直到无法打磨，所打磨产品一致性差，打磨头更换频繁；尤其于对一致性差的产品，打磨都需要针对性定制，人力财力浪费严重，工作效率低。对于弧形封闭端复杂的产品，仿形头的加工难度大，加工成本高。
进一步改进的机械打磨方式为靠轨迹的打磨方式，而被打磨圆筒很多场合下存在表面加工不平整，特别是高分子材料圆筒，存在表面形变等问题，导致用位置控制的打磨头不能时刻紧贴在被打磨圆筒的内壁面，对与突出部分打磨过重、对与凹陷区域打磨不到。
目前，圆弧头回转体内壁面打磨主要存在以下问题：(1)人工打磨的效果与操作人员经验、体力关系很大，造成产品质量一致性差；(2)打磨工艺人员劳动强度大，导致单位时间的生产效率较低；(3)打磨接触力大小不可控，存在过打磨或打磨不到的现象。
发明内容
为了克服背景技术中存在的不足，本发明的目的在于提供一种圆弧头回转体内壁面自适应打磨方法，通过对打磨方向的接触力进行检测，从而控制打磨头的运动，将接触力控制在所需范围内，然后结合弹簧结构对打磨头运动尺度的缓冲，实现圆弧头回转体内壁面的可控精确打磨。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
一种圆弧头回转体内壁面自适应打磨方法，其特征在于，打磨头为圆弧头回转体，打磨头通过连杆与伺服电机连接，打磨头、连杆、伺服电机整体固定在二维直线滑轨上，打磨头可沿着平行于打磨头轴线的x维度运动，也可沿着垂直于打磨头轴线的y维度运动，其中打磨头在x维度向着加工工件运动定义为正x方向，远离加工工件的运动定义为反x方向，其中打磨头在y维度远离加工工件轴心运动定义为正y方向，靠近加工工件轴心的运动定义为反y方向，打磨头的轴线和加工工件的轴线均落在x维度和y维度形成的二维平面上；在x维度，伺服电机和工作台之间设置弹簧一；在y维度，伺服电机和工作台之间设置弹簧二，圆弧头回转体内壁面自适应打磨过程包括以下步骤：
A、设定打磨接触力范围：接触力范围通过实验测试确定，首先、打磨头与加工工件置于同轴，且打磨头与加工工件底端接触，x方向接触力Fx从0起，以离散形式逐渐提高接触力Fx，每提高一档接触力，打磨头以30rpm转速旋转两转，然后观察或检测打磨效果，在合格打磨效果范围内，确定接触力Fx最小值N1和接触力Fx最大值N2；然后、保持打磨头顶端面与加工工件非接触，打磨头侧面全部与加工工件接触，y方向接触力Fy从0起，以离散形式逐渐提高接触力Fy，每提高一档接触力，打磨头以30rpm转速旋转两转，然后观察或检测打磨效果，在合格打磨效果范围内，确定接触力Fy最小值N3和接触力Fy最大值N4；
B、设定相对运动速度：保持打磨头和加工工件轴线平行，打磨头轴线和加工工件轴线之间的垂直距离大于打磨头最大截面直径的一半，打磨头和加工工件旋转方向相反，相对转速≤200rpm；
C、设定初始位置：保持加工工件匀速旋转，加工工件在沿轴线方向不发生位移，打磨头在保持匀速旋转的同时，沿x方向匀速向加工工件移动，打磨头最大直径截面与加工工件口部平齐时，打磨头继续向前移动d距离，d>0，且打磨头未完全进入加工工件，停止打磨头在x方向的移动；
D、开始打磨：打磨头沿y方向以速度Vy向回转体运动，当y方向力传感器检测到接触力Fy≥N3时，Vy降低到0，打磨头开始沿着x方向以速度Vx运动，在此过程中打磨头和加工工件始终保持旋转运动；
E、自适应调节：打磨头沿x方向运动的同时，y方向接触力Fy小于N3时，打磨头向着y方向运动，当接触力Fy大于N4时，打磨头向y方向相反方向移动；y方向接触力N3≤Fy≤N4时，打磨头保持速度Vx继续沿x方向运动；Fx＞N2时，打磨头停止x方向运动，沿着与y方向相反的方向以速度-Vy运动，保持N1≤Fx≤N2；此时，在y维度上打磨头只能沿着与y方向相反的方向运动，即使Fy＜N3，打磨头也只能沿着与y方向相反的方向运动；然后，当Fx＜N1时，打磨头继续沿x方向运动直到Fx≥N1时停止沿x方向运动；然后，当打磨头轴线和加工工件的轴线重合时，打磨头继续打磨两圈后，打磨头停止旋转，并沿着与x方向相反的方向退出加工工件。
所述步骤D中Vy≤0.1mm/s、Vx≤0.1mm/s。
优选地，所述步骤D中当y方向力传感器检测到接触力Fy≥(N4+N3)/2时，Vy降低到0，打磨头开始沿着x方向以速度Vx继续向前运动。
与现有技术相比，本发明的优点是：(1)程序控制打磨接触力和打磨速度，打磨产品一致性好，且可减轻人员劳动强度；(2)打磨对象适应性强，可以用于不同材料回转体打磨，效率较传统方式提高至少50％；(3)柔性化控制，不存在因为产品尺寸偏差导致的打磨不到或过打磨现象。
附图说明
图1为本发明一种圆弧头回转体内壁面自适应打磨方法所用装置示意图。
图中：1、打磨头，2、连杆，3、伺服电机，4、弹簧一，5、弹簧二，6、加工工件。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步的说明。
如图1所示，本发明的自适应打磨方法是基于打磨装置来完成的，该打磨装置包括打磨头1、连杆2、伺服电机、弹簧一4、弹簧二5；其中打磨头1为圆弧头回转体，打磨头1通过连杆2与伺服电机3连接，打磨头1、连杆2、伺服电机3构成一个整体固定在一个在二维直线滑轨上，在伺服电机3和二维滑轨的带动下，打磨头1可沿着平行于打磨头1轴线的x维度运动，也可沿着垂直于打磨头1轴线的y维度运动，还可以旋转运动。其中打磨头1在x维度向着加工工件6运动定义为正x方向，远离加工工件6的运动定义为反x方向，其中打磨头1在y维度远离加工工件6轴心运动定义为正y方向，靠近加工工件6轴心的运动定义为反y方向，打磨头1的轴线和加工工件6的轴线均落在x维度和y维度形成的二维平面上；在x维度，伺服电机3和工作台之间设置弹簧一4；在y维度，伺服电机3和工作台之间设置弹簧二5，圆弧头回转体内壁面自适应打磨过程包括以下步骤：
A、设定打磨接触力范围：接触力范围通过实验测试确定，首先、打磨头1与加工工件6置于同轴，且打磨头1与加工工件6底端接触，x方向接触力Fx从0起，以离散形式逐渐提高接触力Fx，每提高一档接触力，打磨头1以30rpm转速旋转两转，然后观察或检测打磨效果，在合格打磨效果范围内，确定接触力Fx最小值N1和接触力Fx最大值N2；然后、保持打磨头1顶端面与加工工件6非接触，打磨头1侧面全部与加工工件6接触，y方向接触力Fy从0起，以离散形式逐渐提高接触力Fy，每提高一档接触力，打磨头1以30rpm转速旋转两转，然后观察或检测打磨效果，在合格打磨效果范围内，确定接触力Fy最小值N3和接触力Fy最大值N4；
B、设定相对运动速度：保持打磨头1和加工工件6轴线平行，打磨头1轴线和加工工件6轴线之间的垂直距离大于打磨头1最大截面直径的一半，打磨头1和加工工件6旋转方向相反，相对转速≤200rpm；
C、设定初始位置：保持加工工件6匀速旋转，加工工件6在沿轴线方向不发生位移，打磨头1在保持匀速旋转的同时，沿x方向匀速向加工工件6移动，打磨头1最大直径截面与加工工件6口部平齐时，打磨头1继续向前移动d距离，d>0，且打磨头1未完全进入加工工件6，停止打磨头1在x方向的移动；
D、开始打磨：打磨头1沿y方向以速度Vy向回转体运动，当y方向力传感器检测到接触力Fy≥N3时，Vy降低到0，打磨头1开始沿着x方向以速度Vx运动，在此过程中打磨头1和加工工件6始终保持旋转运动；
E、自适应调节：打磨头1沿x方向运动的同时，y方向接触力Fy小于N3时，打磨头1向着y方向运动，当接触力Fy大于N4时，打磨头1向y方向相反方向移动；y方向接触力N3≤Fy≤N4时，打磨头1保持速度Vx继续沿x方向运动；Fx＞N2时，打磨头1停止x方向运动，沿着与y方向相反的方向以速度-Vy运动，保持N1≤Fx≤N2；此时，在y维度上打磨头1只能沿着与y方向相反的方向运动，即使Fy＜N3，打磨头1也只能沿着与y方向相反的方向运动；然后，当Fx＜N1时，打磨头1继续沿x方向运动直到Fx≥N1时停止沿x方向运动；然后，当打磨头1轴线和加工工件6的轴线重合时，打磨头1继续打磨两圈后，打磨头1停止旋转，并沿着与x方向相反的方向退出加工工件6。
所述步骤D中Vy≤0.1mm/s、Vx≤0.1mm/s。
优选地，所述步骤D中当y方向力传感器检测到接触力Fy≥(N4+N3)/2时，Vy降低到0，打磨头1开始沿着x方向以速度Vx继续向前运动。

Claims (3)

1.一种圆弧头回转体内壁面自适应打磨方法，其特征在于，打磨头(1)为圆弧头回转体，打磨头(1)通过连杆(2)与伺服电机(3)连接，打磨头(1)、连杆(2)、伺服电机(3)整体固定在二维直线滑轨上，打磨头(1)可沿着平行于打磨头(1)轴线的x维度运动，也可沿着垂直于打磨头(1)轴线的y维度运动，其中打磨头(1)在x维度向着加工工件(6)运动定义为正x方向，远离加工工件(6)的运动定义为反x方向，其中打磨头(1)在y维度远离加工工件(6)轴心运动定义为正y方向，靠近加工工件(6)轴心的运动定义为反y方向，打磨头(1)的轴线和加工工件(6)的轴线均落在x维度和y维度形成的二维平面上；在x维度，伺服电机(3)和工作台之间设置弹簧一(4)；在y维度，伺服电机(3)和工作台之间设置弹簧二(5)，圆弧头回转体内壁面自适应打磨过程包括以下步骤：
A、设定打磨接触力范围：接触力范围通过实验测试确定，首先、打磨头(1)与加工工件(6)置于同轴，且打磨头(1)与加工工件(6)底端接触，x方向接触力Fx从0起，以离散形式逐渐提高接触力Fx，每提高一档接触力，打磨头(1)以30rpm转速旋转两转，然后观察或检测打磨效果，在合格打磨效果范围内，确定接触力Fx最小值N1和接触力Fx最大值N2；然后、保持打磨头(1)顶端面与加工工件(6)非接触，打磨头(1)侧面全部与加工工件(6)接触，y方向接触力Fy从0起，以离散形式逐渐提高接触力Fy，每提高一档接触力，打磨头(1)以30rpm转速旋转两转，然后观察或检测打磨效果，在合格打磨效果范围内，确定接触力Fy最小值N3和接触力Fy最大值N4；
B、设定相对运动速度：保持打磨头(1)和加工工件(6)轴线平行，打磨头(1)轴线和加工工件(6)轴线之间的垂直距离大于打磨头(1)最大截面直径的一半，打磨头(1)和加工工件(6)旋转方向相反，相对转速≤200rpm；
C、设定初始位置：保持加工工件(6)匀速旋转，加工工件(6)在沿轴线方向不发生位移，打磨头(1)在保持匀速旋转的同时，沿x方向匀速向加工工件(6)移动，打磨头(1)最大直径截面与加工工件(6)口部平齐时，打磨头(1)继续向前移动d距离，d>0，且打磨头(1)未完全进入加工工件(6)，停止打磨头(1)在x方向的移动；
D、开始打磨：打磨头(1)沿y方向以速度Vy向回转体运动，当y方向力传感器检测到接触力Fy≥N3时，Vy降低到0，打磨头(1)开始沿着x方向以速度Vx运动，在此过程中打磨头(1)和加工工件(6)始终保持旋转运动；
E、自适应调节：打磨头(1)沿x方向运动的同时，y方向接触力Fy小于N3时，打磨头(1)向着y方向运动，当接触力Fy大于N4时，打磨头(1)向y方向相反方向移动；y方向接触力N3≤Fy≤N4时，打磨头(1)保持速度Vx继续沿x方向运动；Fx＞N2时，打磨头(1)停止x方向运动，沿着与y方向相反的方向以速度-Vy运动，保持N1≤Fx≤N2；此时，在y维度上打磨头(1)只能沿着与y方向相反的方向运动，即使Fy＜N3，打磨头(1)也只能沿着与y方向相反的方向运动；然后，当Fx＜N1时，打磨头(1)继续沿x方向运动直到Fx≥N1时停止沿x方向运动；然后，当打磨头(1)轴线和加工工件(6)的轴线重合时，打磨头(1)继续打磨两圈后，打磨头(1)停止旋转，并沿着与x方向相反的方向退出加工工件(6)。
2.根据权利要求1所述的一种圆弧头回转体内壁面自适应打磨方法，其特征在于，所述步骤D中Vy≤0.1mm/s、Vx≤0.1mm/s。
3.根据权利要求1所述的一种圆弧头回转体内壁面自适应打磨方法，其特征在于，所述步骤D中当y方向力传感器检测到接触力Fy≥(N4+N3)/2时，Vy降低到0，打磨头(1)开始沿着x方向以速度Vx继续向前运动。
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