CN109732476A - 变刚度恒力浮动打磨磨头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变刚度恒力浮动打磨磨头，包括安装支架、传动组件和磨头；所述传动组件安装在安装支架内，一端与磨头连接，另一端与外部驱动装置连接；所述安装支架上设置有用于为磨头提供推力的气动变刚度软体驱动器，所述气动变刚度软体驱动器内部填充有干扰颗粒，所述气动变刚度软体驱动器能够通过差分调节内部气压以改变干扰颗粒的紧密程度从而实现气动变刚度软体驱动器的变刚度和变长度。本发明提供的变刚度恒力浮动打磨磨头，通过气动变刚度软体驱动器伸长和颗粒间摩擦力为磨头提供推力，磨头加工零件时被加工零件对磨头产生支撑力，通过力的平衡实现恒力打磨；且能改变刚度适应不同材料的被加工零件以提供最优恒力打磨，保证产品质量。

Description

变刚度恒力浮动打磨磨头

技术领域

本发明涉及机械加工设备领域，具体涉及一种变刚度恒力浮动打磨磨头。

背景技术

目前，我国还没有出现基于软体变刚度机器手自动化的恒力浮动打磨工具，传统的人工打磨依靠工人手持施加压力，由于机械振动和人的体能限制，不能保证研抛压力的恒定。一些基于自动化设计的打磨工具由于精度、压力、灵活性等问题，也不能实现实时柔性恒力打磨。

因此，为解决以上问题，需要一种变刚度恒力浮动打磨磨头，通过气动变刚度软体驱动器伸长为磨头提供推力，而磨头加工零件时被加工零件对磨头产生支撑力，通过推力和支撑力的平衡实现恒力打磨；并且能够通过差分调节气压改变气动变刚度软体驱动器的刚度，适应不同材料的被加工零件以提供最优恒力打磨，保证产品质量，降低人工成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供变刚度恒力浮动打磨磨头，通过气动变刚度软体驱动器腔内压力及紧密排列干扰颗粒间摩擦力为磨头提供推力，而磨头加工零件时被加工零件对磨头产生支撑力，通过推力和支撑力的平衡实现恒力打磨；并且能够通过差分调节气压改变气动变刚度软体驱动器的刚度，适应不同材料的被加工零件以提供最优恒力打磨，保证产品质量，降低人工成本。

本发明的变刚度恒力浮动打磨磨头，包括安装支架、传动组件和磨头；所述传动组件安装在安装支架内，且一端与磨头连接，另一端与外部驱动装置连接；所述安装支架上设置有用于为磨头提供推力的气动变刚度软体驱动器，所述气动变刚度软体驱动器内部填充有干扰颗粒，所述气动变刚度软体驱动器能够通过差分调节内部气压以改变干扰颗粒的紧密程度从而实现改变气动变刚度软体驱动器的刚度和长度。

进一步的，所述气动变刚度软体驱动器包括由内向外依次相邻设置的第一空腔和第二空腔；所述第一空腔和第二空腔分别设置有与外部相通的导气管；所述干扰颗粒填充在第一空腔内部；所述气动变刚度软体驱动器通过差分调节第一空腔和第二空腔内部气压差值以改变干扰颗粒紧密程度从而实现改变气动变刚度软体驱动器的刚度和沿Y轴方向的长度。

进一步的，所述气动变刚度软体驱动器为柔性材料制成的环形圆柱，所述第一空腔和第二空腔为同轴的环形空腔。

进一步的，所述第二空腔外壁内沿周向设置有防止第二空腔沿径向向外变形的增强纤维，所述气动变刚度软体驱动器轴线处设置有防止第一空腔沿径向向内变形的限位管。

进一步的，所述安装支架包括可倾摆支架和以可沿Y轴滑动的方式与可倾摆支架一端连接的磨头罩，所述气动变刚度软体驱动器沿Y轴方向的上下两端分别与可倾摆支架和磨头罩连接。

进一步的，所述磨头罩包括位于上部的限位管和位于下部的罩体，所述限位管与可倾摆支架以可沿Y轴方向滑动的方式连接；所述气动变刚度软体驱动器套设于限位管且与罩体外表面连接。

进一步的，所述增强纤维以反向双螺旋走向嵌入在气动变刚度软体驱动器外壁内。

进一步的，所述干扰颗粒为硬质瓷球且填充于第一空腔内。

进一步的，所述可倾摆支架包括用于与外部设备连接的前接头法兰、倾摆接头和用于与气动变刚度软体驱动器连接的后接头法兰；所述前接头法兰与后接头法兰互成角度且通过倾摆接头连接。

进一步的，所述传动组件包括软轴、套设与软轴外的套管以及位于套管尾部用于与磨头连接的磨头连接座；所述套管依次穿过前接头法兰、倾摆接头、后接头法兰和限位管，所述磨头连接座上表面与罩体内表面接触，下表面与磨头上表面接触。

本发明的有益效果是：本发明公开的一种变刚度恒力浮动打磨磨头，通过差分调节气动变刚度软体驱动器内部气压使干扰颗粒排列更加紧密，并使气动变刚度软体驱动器伸长，驱动器腔内压力和干扰颗粒间摩擦力为磨头提供推力，而磨头加工零件时被加工零件对磨头产生支撑力，通过推力和支撑力的平衡实现恒力打磨；并且根据差分驱动使气动变刚度软体驱动器内部的干扰颗粒排列紧密程度发生变化，所以气动变刚度软体驱动器的刚度也发生变化，适应不同材料的被加工零件以提供最优恒力打磨，保证产品质量，降低人工成本。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明的结构示意图，如图所示，本实施例中的变刚度恒力浮动打磨磨头，包括安装支架、传动组件5和磨头9；所述传动组件5安装在安装支架内，且一端与磨头9连接，另一端与外部驱动装置连接；所述安装支架上设置有用于为磨头9提供推力的气动变刚度软体驱动器4，所述气动变刚度软体驱动器4内部填充有干扰颗粒6，所述气动变刚度软体驱动器4能够通过差分调节内部气压以改变干扰颗粒6的紧密程度从而实现改变气动变刚度软体驱动器4的刚度和长度。安装支架能够连接在机器手或者磨床上，外部驱动装置可以是与传动组件5传动连接的电机或者其他动力输出端。通过差分调节气动变刚度软体驱动器4内部气压使干扰颗粒6排列更加紧密，使气动变刚度软体驱动器4伸长，腔内压力和干扰颗粒间摩擦力为磨头9提供推力，而磨头9加工零件时被加工零件对磨头9产生支撑力，通过推力和支撑力的平衡实现恒力打磨；并且根据差分调节气压使气动变刚度软体驱动器4内部的干扰颗粒6排列紧密程度发生变化，所以气动变刚度软体驱动器4的刚度也发生变化，适应不同材料的被加工零件以提供最优恒力打磨，保证产品质量，降低人工成本。差分调节是指改变填充干扰颗粒的腔室的内部压力和/或该腔室的外部压力，进行差压调节，使干扰颗粒的紧密程度变化范围更大，从而使气动变刚度软体驱动器4的刚度变化范围更大。

本实施例中，所述气动变刚度软体驱动器4包括由内向外依次相邻设置的第一空腔41和第二空腔42；所述第一空腔41和第二空腔42分别设置有与外部相通的导气管43；所述干扰颗粒6填充在第一空腔41内部；所述气动变刚度软体驱动器4通过差分调节第一空腔41和第二空腔42内部气压差值以改变干扰颗粒6紧密程度从而实现改变气动变刚度软体驱动器4的刚度和沿Y轴方向的长度。通过导气管43向第二空腔42充气以及从第一空腔41抽气，使第二空腔42内气压＞大气压强＞第一空腔41气压，因此第二空腔42体积变大，两腔室中间的分隔膜变形挤压第一空腔41，使干扰颗粒6紧密排列并相互挤压，产生摩擦力，实现刚度的变化适应加工不同材质的零件，同时由于第二空腔42体积变大所以气动变刚度软体驱动器4能够沿Y轴伸长，刚度和长度的变化根据气压差值可以间接控制，当第一腔室为真空，第二空腔42加载高气压时，气动变刚度软体驱动器4的刚度能够达到与传统磨头几乎相同的刚度。当然，也可以向第一空腔41内加载小于第二空腔42的气压，使第二空腔42内气压＞第一空腔41气压＞大气压强，原理同上，在此不再赘述。气动变刚度软体驱动器4具有可以主动变化的刚度，在加工零件时为磨头9提供支撑，当磨头9进给量过大时，零件对磨头9产生支撑力使气动变刚度软体驱动器4变形，最终气动变刚度软体驱动器4和零件对磨头9的力达到平衡实现恒力打磨。本说明书中的X、Y、Z轴方向为说明书附图中所标注的方向，本说明书中的X、Y、Z轴方向仅是为了更好的参照说明书附图对技术方案进行说明，而不是对技术方案具体的限制。

本实施例中，所述气动变刚度软体驱动器4为柔性材料制成的环形圆柱，所述第一空腔41和第二空腔42为同轴的环形空腔。环形圆柱和环形空腔膨胀变形时分布在各部位的压力比较均匀，不存在应力集中情况，变形伸长量容易控制。

本实施例中，所述第二空腔42外壁内沿周向设置有防止第二空腔42沿径向向外变形的增强纤维7，所述气动变刚度软体驱动器4轴线处设置有防止第一空腔41沿径向向内变形的限位管81。通过限位管81限制气动变刚度软体驱动器4内部沿径向变形，通过增强纤维7限制气动变刚度软体驱动器4外部沿径向变形，使气动变刚度软体驱动器4在内部空腔气压变大时，膨胀变形主要沿Y轴方向变形，气压越大长度变化越大。

本实施例中，所述安装支架包括可倾摆支架和以可沿Y轴滑动的方式与可倾摆支架一端连接的磨头罩8，所述气动变刚度软体驱动器4两端分别与可倾摆支架和磨头罩8连接。气动变刚度软体驱动器4固定在可倾摆支架上，长度伸长时对磨头罩8产生推力，使磨头罩8沿Y轴移动。

本实施例中，所述磨头罩8包括位于上部的限位管81和位于下部的罩体82，所述限位管81与可倾摆支架以可沿Y轴方向滑动的方式连接；所述气动变刚度软体驱动器4为柔性材料且套设于限位管81且与罩体82外表面连接；所述第二空腔42外壁内沿周向设置有增强纤维7。限位管81和罩体82为一体成型，限位管81同时起限制气动变刚度软体驱动器4内部沿径向变形和与可倾摆支架连接的作用，气动变刚度软体驱动器4长度发生变化时，由于可倾摆支架固定，所以气动变刚度软体驱动器4会推动罩体82沿Y轴移动。

本实施例中，所述增强纤维7以反向双螺旋走向嵌入在气动变刚度软体驱动器4外壁内，增强纤维7以螺旋走向沿周向嵌入外壁，并且增强纤维7设置有两组，两组螺旋方向相反，互相交叉，使柔性的气动变刚度软体驱动器4的径向尺寸得到了很好的限制。

本实施例中，所述干扰颗粒6为硬质瓷球且填充于第一空腔41内，第一空腔41在内体积小，第二空腔42能更好的对其施加压力；硬质瓷球的刚度大，所以当干扰颗粒6紧密挤压时第一腔室的整体刚度也大，符合打磨的要求。当然，也可以将干扰颗粒6填充在第二腔室内，只是第一腔室的体积小对第二腔室的挤压效果没有本实施例中好。

本实施例中，所述可倾摆支架包括用于与外部设备连接的前接头法兰1、倾摆接头2和用于与气动变刚度软体驱动器4连接的后接头法兰3；所述前接头法兰1与后接头法兰3互成角度且通过倾摆接头2连接。前接头法兰1能够与机器人末端执行器连接，具有很好的通用性，适应市场绝大部分工业机器人，后接头法兰3主要起支撑作用，对气动变刚度软体驱动器4以及磨头罩8进行支撑。

本实施例中，所述前接头法兰1与后接头法兰3互相垂直；所述倾摆接头2一端以可沿X轴周向旋转的方式与前接头法兰1连接，另一端以可与后接头法兰3以榫卯结构连接，榫卯结构处能够适应性的上下摆动，使后接头法兰3在外力作用下能够与X-Z平面呈夹角。倾摆接头2使磨头9在对零件进行加工时能够沿X轴周向倾摆或/和以与X-Z平面呈夹角的方式倾摆，能够自适应加工零件表面和自适应零件表面变化，有利于对零件加工。

本实施例中，所述传动组件5包括软轴、套设与软轴外的套管以及位于套管尾部用于与磨头9连接的磨头连接座51；所述套管依次穿过前接头法兰1、倾摆接头2、后接头法兰3和限位管81，所述磨头连接座51上表面与罩体82内表面接触，下表面与磨头9上表面接触。外部驱动装置如电机带动软轴旋转，软轴带动磨头9旋转。向导气管43加载气压后，气动变刚度软体驱动器4伸长，推动磨头罩8沿Y轴移动，从而推动磨头连接座51和磨头9沿Y轴移动。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种变刚度恒力浮动打磨磨头，其特征在于：包括安装支架、传动组件和磨头；所述传动组件安装在安装支架内，且一端与磨头连接，另一端与外部驱动装置连接；所述安装支架上设置有用于为磨头提供推力的气动变刚度软体驱动器，所述气动变刚度软体驱动器内部填充有干扰颗粒，所述气动变刚度软体驱动器能够通过差分调节内部气压以改变干扰颗粒的紧密程度从而实现改变气动变刚度软体驱动器的刚度和长度。

2.根据权利要求1所述的变刚度恒力浮动打磨磨头，其特征在于：所述气动变刚度软体驱动器包括由内向外依次相邻设置的第一空腔和第二空腔；所述第一空腔和第二空腔分别设置有与外部相通的导气管；所述干扰颗粒填充在第一空腔或第二空腔内部；所述气动变刚度软体驱动器通过差分调节第一空腔和第二空腔内部气压差值以改变干扰颗粒紧密程度从而实现改变气动变刚度软体驱动器的刚度和沿Y轴方向的长度。

3.根据权利要求2所述的变刚度恒力浮动打磨磨头，其特征在于：所述气动变刚度软体驱动器为柔性材料制成的环形圆柱，所述第一空腔和第二空腔为同轴的环形空腔。

4.根据权利要求3所述的变刚度恒力浮动打磨磨头，其特征在于：所述第二空腔外壁内沿周向设置有防止第二空腔沿径向向外变形的增强纤维，所述气动变刚度软体驱动器轴线处设置有防止第一空腔沿径向向内变形的限位管。

5.根据权利要求4所述的变刚度恒力浮动打磨磨头，其特征在于：所述安装支架包括可倾摆支架和以可沿Y轴滑动的方式与可倾摆支架一端连接的磨头罩，所述气动变刚度软体驱动器沿Y轴方向的上下两端分别与可倾摆支架和磨头罩连接。

6.根据权利要求5所述的变刚度恒力浮动打磨磨头，其特征在于：所述磨头罩包括位于上部的限位管和位于下部的罩体，所述限位管与可倾摆支架以可沿Y轴方向滑动的方式连接；所述气动变刚度软体驱动器套设于限位管且与罩体外表面连接。

7.根据权利要求4所述的变刚度恒力浮动打磨磨头，其特征在于：所述增强纤维以反向双螺旋走向嵌入在气动变刚度软体驱动器外壁内。

8.根据权利要求2所述的变刚度恒力浮动打磨磨头，其特征在于：所述干扰颗粒为硬质瓷球且填充于第一空腔内。

9.根据权利要求4所述的变刚度恒力浮动打磨磨头，其特征在于：所述可倾摆支架包括用于与外部设备连接的前接头法兰、倾摆接头和用于与气动变刚度软体驱动器连接的后接头法兰；所述前接头法兰与后接头法兰互成角度且通过倾摆接头连接。

10.根据权利要求9所述的变刚度恒力浮动打磨磨头，其特征在于：所述传动组件包括软轴、套设与软轴外的套管以及位于套管尾部用于与磨头连接的磨头连接座；所述套管依次穿过前接头法兰、倾摆接头、后接头法兰和限位管，所述磨头连接座上表面与罩体内表面接触，下表面与磨头上表面接触。