CN110026887A - 一种柔性恒力研磨抛光机构 - Google Patents

Abstract

一种柔性恒力研磨抛光机构，包括外壳、传动装置、驱动装置、恒力机构、传动轴和磨头；驱动装置固定设置在外壳内的一端，传动装置的一端连接驱动装置的输出端，传动装置的另一端连接传动轴，传动轴连接磨头，磨头位于外壳外部；恒力机构设置在磨头和传动装置之间，且恒力机构套设在传动轴上。本发明对工件施加打磨压力时，磨头会带动输出端沿传动轴方向运动，同时簧片会在力的作用下发生弯曲变形，产生的恒定的反作用力会作用于输出端和磨头，固定端的导向孔则会对传动轴产生约束，提供了一个导向作用，使传动轴只能沿着其轴线进行运动，最终提供了一个精准行程的恒力，保证磨削精度。

Description

一种柔性恒力研磨抛光机构

技术领域

本发明属于机械加工技术领域，特别涉及一种柔性恒力研磨抛光机构。

背景技术

磨削加工是加工环节中的重要一环，在高精度的磨削加工中，对工件施加的磨削压力是影响表面加工质量的重要因素，因此保证磨削压力的恒定是确保磨削质量和效率的关键。现阶段一般采用机械臂与恒力研磨抛光装置结合的方式对工件进行自动化磨削，但在磨削过程中要根据工件的结构调整机械手和恒力研磨抛光装置的空间位置，而传统的位置控制方式难以满足不同工件的磨削要求，使工件的磨削质量受到严重影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种柔性恒力研磨抛光机构，以解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种柔性恒力研磨抛光机构，包括外壳、传动装置、驱动装置、恒力机构、传动轴和磨头；驱动装置固定设置在外壳内的一端，传动装置的一端连接驱动装置的输出端，传动装置的另一端连接传动轴，传动轴连接磨头，磨头位于外壳外部；恒力机构设置在磨头和传动装置之间，且恒力机构套设在传动轴上。

进一步的，恒力机构包括N个恒力单元，N大于等于1，每个恒力单元依次连接形成恒力机构；恒力单元包括输出端、弹性部件、固定端和导向管；输出端和固定端平行设置，输出端和固定端之间设置有若干弹性部件，固定端的几何中心设置有通孔，导向管垂直设置在输出端的几何中心，导向管能够穿过通孔；磨头设置在输出端一侧。

进一步的，弹性部件的个数大于等于2，且若干弹性部件在输出端和固定端之间形成伞状结构；传动轴依次穿过每个恒力单元的导向管设置；恒力单元固定设置在恒力单元固定架上，且每个恒力单元的固定端与恒力单元固定架固定连接；当靠近磨头一侧的恒力单元的弹性部件压缩时，其导向管能够顶在下一个恒力单元的输出端上。

进一步的，弹性部件为簧片或集中柔度式结构；集中柔度式结构为椭圆形或半圆形柔性铰链，簧片或者集中柔度式结构的两端分别和输出端与固定端连接，弹性部件与输出端或固定端的连接方式均为铰接或固定连接；簧片或者集中柔度式结构与传动轴所在轴向方向的角度范围为20～85°。

进一步的，传动装置包括联轴器、第一连杆和第二连杆；四个第二连杆收尾铰接形成四边形；四边形的一个角与联轴器之间通过第一连杆固定连接，与其相对的角与传动轴固定连接。

进一步的，驱动装置包括电机座和电机，电机固定设置在电机座上，电机的输出端与联轴器连接。

进一步的，磨头固定设置在磨头基座上，磨头基座与恒力机构端部固定连接。

与现有技术相比，本发明有以下技术效果：

本发明对工件施加打磨压力时，磨头会带动输出端沿传动轴方向运动，同时簧片会在力的作用下发生弯曲变形，产生的恒定的反作用力会作用于输出端和磨头，固定端的导向孔则会对传动轴产生约束，提供了一个导向作用，使传动轴只能沿着其轴线进行运动，最终提供了一个精准行程的恒力，保证磨削精度。

本发明结构精简，造价较低，不需要复杂控制即可提供精准的恒力；

本发明与机械臂配合时，能适应多种复杂平面。

本发明易于模块化，可集成度高。

本发明通过改变簧片尺寸和分布、输出端和固定端的形状、导向装置的方式，可以适应多种限制空间。

附图说明

图1是本发明一个恒力单元时的结构图；

图2是是本发明两个恒力单元时的结构图；

图3是本发明两个恒力单元的结构图；

图4是本发明两个恒力单元剖视图；

图5是本发明集中柔度式结构示意图；

图6是本发明实施例2结构示意图；

图7是本发明实施例3结构示意图。

其中：1、输出端；2、弹性部件；3、固定端；4、传动轴；5、导向管；6、磨头基座；7、磨头；8、联轴器；9、电机；10、电机座；11、恒力单元固定架；12、外壳；13、第一连杆；14、第二连杆；20、集中柔度式结构。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进一步说明：

一种柔性恒力研磨抛光机构，包括外壳12、传动装置、驱动装置、恒力机构、传动轴4和磨头7；驱动装置固定设置在外壳12内的一端，传动装置的一端连接驱动装置的输出端，传动装置的另一端连接传动轴4，传动轴4连接磨头7，磨头7位于外壳12外部；恒力机构设置在磨头7和传动装置之间，且恒力机构套设在传动轴4上。当对工件施加打磨压力时，磨头会带动输出端沿传动轴方向运动，同时簧片会在力的作用下发生弯曲变形，产生的恒定的反作用力会作用于输出端和磨头，固定端的导向孔则会对传动轴产生约束，提供了一个导向作用，使传动轴只能沿着其轴线进行运动，最终提供了一个精准行程的恒力，保证磨削精度。

恒力机构包括N个恒力单元，N大于等于1，每个恒力单元依次连接形成恒力机构；恒力单元包括输出端1、弹性部件2、固定端3和导向管5；输出端1和固定端3平行设置，输出端1和固定端3之间设置有若干弹性部件2，固定端3的几何中心设置有通孔，导向管5垂直设置在输出端1的几何中心，导向管5能够穿过通孔；磨头7设置在输出端1一侧。

弹性部件2的个数大于等于2，且若干弹性部件2在输出端1和固定端3之间形成伞状结构；传动轴4依次穿过每个恒力单元的导向管5设置；恒力单元固定设置在恒力单元固定架11上，且每个恒力单元的固定端3与恒力单元固定架11固定连接；当靠近磨头 7一侧的恒力单元的弹性部件2压缩时，其导向管能够顶在下一个恒力单元的输出端上。

弹性部件2为簧片或集中柔度式结构20；集中柔度式结构包括两段钢片和一段簧片，簧片的两端分别固定连接钢片形成集中柔度式结构，集中柔度式结构的一端与固定端3铰接，另一端与输出端固定连接。可用集中柔度式结构代替簧片，集中柔度式结构在不受力状态下与柔性恒力单元轴心线平行。

传动装置包括联轴器8、第一连杆13和第二连杆14；四个第二连杆14收尾铰接形成四边形；四边形的一个角与联轴器8之间通过第一连杆13固定连接，与其相对的角与传动轴4固定连接。

驱动装置包括电机座10和电机9，电机9固定设置在电机座10上，电机9的输出端与联轴器8连接。

磨头7固定设置在磨头基座6上，磨头基座6与恒力机构端部固定连接。

实施例1

如图1所示，一种柔性恒力研磨抛光机构，至少包括输出端1、簧片、固定端3、传动轴4、导向管5构成柔性恒力单元；磨头7安装在磨头基座6上，磨头7与传动轴4连接，磨头基座6与柔性恒力单元的输出端1连接；所述的传动轴4穿过固定端3中心的导向管5和输出端1的中心孔，可相对导向管5滑动；传动轴4与四边形的第二连杆的一端连接，四边形的第二连杆的另一端与第一连杆13连接，电机9的转动通过联轴器8驱动第一连杆13转动，从而驱动传动轴4带动磨头7转动，电机9通过电机座10固定在恒力单元固定架11上；簧片长度方向上的一端与柔性恒力单元的固定端3连接，另一端与柔性恒力单元的输出端1连接，各个簧片固定在输出端1和固定端3之间，且以传动轴4 为中心形成伞状结构；柔性恒力单元的固定端3与恒力单元固定架11固定连接；柔性恒力单元输出端1的末端与限位装置接触，限位装置使簧片会在力的作用下发生弯曲变形，以使柔性恒力单元的初始状态为恒力状态；磨抛时，在法向接触力的作用下，簧片进一步弯曲变形，带动磨头基座6沿轴向移动，从而调整磨头7的位置。

实施中，簧片个数≥2；簧片的截面为矩形，长度和截面尺寸根据力输出要求设计。

所述柔性恒力单元的簧片和传动轴夹角在15°-80°之间。

所述的柔性恒力单元的簧片两端的连接是固定连接或是铰接。

所述的磨头7与传动轴4之间通过螺纹连接。

所述的电机9一端的输出轴通过联轴器8向第一连杆13传动，从而带动传动轴4和磨头7转动，另一端通过恒力单元固定架11与工业机器人连接法兰固定连接以作为末端执行器。

通过改变输出端1、固定端3、传动轴4及导向管5的形状及簧片的尺寸，可以满足不同环境中对不同恒力及行程的需求。

在柔性恒力单元，可用集中柔度式结构20代替簧片，集中柔度式结构20在不受力状态下与柔性恒力单元轴心线平行。

本发明一种柔性恒力研磨抛光机构的原理是：

当对工件施加打磨压力时，磨头7会带动输出端1沿传动轴4方向运动，两个第二连杆14之间的角度发生变化，同时簧片会在力的作用下进一步发生弯曲变形，产生的反作用力会作用于输出端1和磨头7，且力是恒力，而固定端3的导向管5则会对传动轴4 产生约束，提供了一个导向作用，使传动轴4只能沿着其轴线进行运动，最终提供了一个精准行程的恒力，保证磨削精度。

实施例2

如图6所示，一种柔性恒力研磨抛光机构，至少包括输出端1、簧片、固定端3、花键传动轴16、导向管5构成柔性恒力单元；磨头7安装在磨头基座6上，磨头7与花键传动轴16连接，磨头基座6与柔性恒力单元的输出端1连接；所述的花键传动轴16穿过固定端3中心的导向管5和输出端1的中心孔，可相对导向管5滑动；花键传动轴16与花键套筒15通过花键连接，电机9通过联轴器8向花键套筒15传动，电机9的转动通过花键套筒15驱动花键传动轴16转动，从而驱动磨头7转动，电机9通过电机座10固定在支架11上；簧片长度方向上的一端与柔性恒力单元的固定端3连接，另一端与柔性恒力单元的输出端1连接，各个簧片固定在输出端1和固定端3之间，且以花键传动轴16 为中心形成伞状结构；柔性恒力单元的固定端3与支架11固定连接；柔性恒力单元输出端1的末端与限位装置12接触，限位装置12使簧片会在力的作用下发生弯曲变形，以使柔性恒力单元的初始状态为恒力状态；磨抛时，在法向接触力的作用下，簧片进一步弯曲变形，带动磨头基座6沿轴向移动，从而调整磨头7的位置。

实施中，簧片个数≥2；簧片的截面为矩形，长度和截面尺寸根据力输出要求设计。每个簧片长度方向上的一端

所述柔性恒力单元的簧片和传动轴夹角在15°-80°之间。

所述的柔性恒力单元的簧片两端的连接是固定连接或是铰接。

所述的磨头7与花键传动轴16之间通过螺纹连接。

所述的电机9一端的输出轴通过联轴器8向花键套筒15传动，从而带动花键传动轴16和磨头7转动，另一端通过支架11与工业机器人连接法兰固定连接以作为末端执行器。

通过改变输出端1、固定端3、花键传动轴16及导向管5的形状及簧片的尺寸，可以满足不同环境中对不同恒力及行程的需求。

在柔性恒力单元，可用集中柔度式结构20代替簧片，集中柔度式结构20在不受力状态下与柔性恒力单元轴心线平行。

本发明一种柔性恒力研磨抛光机构的原理是：

当对工件施加打磨压力时，磨头7会带动输出端1沿花键传动轴16方向运动，花键传动轴16和花键套筒15发生轴向相对移动，同时簧片会在力的作用下进一步发生弯曲变形，产生的反作用力会作用于输出端1和磨头7，且力是恒力，而固定端3的导向管5则会对花键传动轴16产生约束，提供了一个导向作用，使花键传动轴16只能沿着其轴线进行运动，最终提供了一个精准行程的恒力，保证磨削精度。

实施例3

如图7所示，一种柔性恒力研磨抛光机构，至少包括输出端1、簧片、固定端3、平键传动轴18、导向管5构成柔性恒力单元；磨头7安装在磨头基座6上，磨头7与平键传动轴18连接，磨头基座6与柔性恒力单元的输出端1连接；所述的平键传动轴18穿过固定端3中心的导向管5和输出端1的中心孔，可相对导向管5滑动；平键传动轴18与平键套筒17通过平键19连接，电机9通过联轴器8向平键套筒17传动，电机9的转动通过平键套筒17驱动平键传动轴18转动，从而驱动磨头7转动，电机9通过电机座10 固定在支架11上；簧片长度方向上的一端与柔性恒力单元的固定端3连接，另一端与柔性恒力单元的输出端1连接，各个簧片固定在输出端1和固定端3之间，且以平键传动轴 18为中心形成伞状结构；柔性恒力单元的固定端3与支架11固定连接；柔性恒力单元输出端1的末端与限位装置12接触，限位装置12使簧片会在力的作用下发生弯曲变形，以使柔性恒力单元的初始状态为恒力状态；磨抛时，在法向接触力的作用下，簧片进一步弯曲变形，带动磨头基座6沿轴向移动，从而调整磨头7的位置。

实施中，簧片个数≥2；簧片的截面为矩形，长度和截面尺寸根据力输出要求设计。

所述柔性恒力单元的簧片和传动轴夹角在15°-80°之间。

所述的柔性恒力单元的簧片两端的连接是固定连接或是铰接。

所述的磨头7与平键传动轴18之间通过螺纹连接。

所述的电机9一端的输出轴通过联轴器8向平键套筒17传动，从而带动平键传动轴18和磨头7转动，另一端通过支架11与工业机器人连接法兰固定连接以作为末端执行器。

通过改变输出端1、固定端3、平键传动轴18及导向管5的形状及簧片的尺寸，可以满足不同环境中对不同恒力及行程的需求。

在柔性恒力单元，可用集中柔度式结构20代替簧片，集中柔度式结构20在不受力状态下与柔性恒力单元轴心线平行。

本发明一种柔性恒力研磨抛光机构的原理是：

当对工件施加打磨压力时，磨头7会带动输出端1沿平键传动轴18方向运动，平键传动轴18和平键套筒17发生轴向相对移动，同时簧片会在力的作用下进一步发生弯曲变形，产生的反作用力会作用于输出端1和磨头7，且力是恒力，而固定端3的导向管5则会对平键传动轴18产生约束，提供了一个导向作用，使平键传动轴18只能沿着其轴线进行运动，最终提供了一个精准行程的恒力，保证磨削精度。

实施例4

如图5所示，柔性恒力单元的簧片可用集中柔度式结构20代替，集中柔度式结构20由柔性段(可弯曲部分)与刚性段组成，在不受力状态下与柔性恒力单元轴心线平行。

用集中柔度式结构20代替簧片2后，柔性恒力单元仍可以同样方式构成多级恒力部件20II和安装于柔性恒力研磨抛光机构中；柔性恒力单元以外的装置的安装、工作方案依然适用

用集中柔度式结构20代替簧片2后，当对工件施加打磨压力时，磨头7会带动输出端1沿传动轴4方向运动，同时集中柔度式结构20会在力的作用下发生弯曲变形，产生的反作用力会作用于输出端1和磨头7，且力是恒力，而固定端3的导向孔5则会对传动轴4产生约束，提供了一个导向作用，使传动轴4只能沿着其轴线进行运动，最终提供了一个精准行程的恒力，保证磨削精度。

Claims (7)

1.一种柔性恒力研磨抛光机构，其特征在于，包括外壳(12)、传动装置、驱动装置、恒力机构、传动轴(4)和磨头(7)；驱动装置固定设置在外壳(12)内的一端，传动装置的一端连接驱动装置的输出端，传动装置的另一端连接传动轴(4)，传动轴(4)连接磨头(7)，磨头(7)位于外壳(12)外部；恒力机构设置在磨头(7)和传动装置之间，且恒力机构套设在传动轴(4)上。

2.根据权利要求1所述的一种柔性恒力研磨抛光机构，其特征在于，恒力机构包括N个恒力单元，N大于等于1，每个恒力单元依次连接形成恒力机构；恒力单元包括输出端(1)、弹性部件(2)、固定端(3)和导向管(5)；输出端(1)和固定端(3)平行设置，输出端(1)和固定端(3)之间设置有若干弹性部件(2)，固定端(3)的几何中心设置有通孔，导向管(5)垂直设置在输出端(1)的几何中心，导向管(5)能够穿过通孔；磨头(7)设置在输出端(1)一侧。

3.根据权利要求2所述的一种柔性恒力研磨抛光机构，其特征在于，弹性部件(2)的个数大于等于2，且若干弹性部件(2)在输出端(1)和固定端(3)之间形成伞状结构；传动轴(4)依次穿过每个恒力单元的导向管(5)设置；恒力单元固定设置在恒力单元固定架(11)上，且每个恒力单元的固定端(3)与恒力单元固定架(11)固定连接；当靠近磨头(7)一侧的恒力单元的弹性部件(2)压缩时，其导向管能够顶在下一个恒力单元的输出端上。

4.根据权利要求2所述的一种柔性恒力研磨抛光机构，其特征在于，弹性部件(2)为簧片或集中柔度式结构(20)；集中柔度式结构为椭圆形或半圆形柔性铰链，簧片或者集中柔度式结构的两端分别和输出端与固定端连接，弹性部件(2)与输出端或固定端的连接方式均为铰接或固定连接；簧片或者集中柔度式结构与传动轴所在轴向方向的角度范围为20～85°。

5.根据权利要求1所述的一种柔性恒力研磨抛光机构，其特征在于，传动装置包括联轴器(8)、第一连杆(13)和第二连杆(14)；四个第二连杆(14)收尾铰接形成四边形；四边形的一个角与联轴器(8)之间通过第一连杆(13)固定连接，与其相对的角与传动轴(4)固定连接。

6.根据权利要求4所述的一种柔性恒力研磨抛光机构，其特征在于，驱动装置包括电机座(10)和电机(9)，电机(9)固定设置在电机座(10)上，电机(9)的输出端与联轴器(8)连接。

7.根据权利要求1所述的一种柔性恒力研磨抛光机构，其特征在于，磨头(7)固定设置在磨头基座(6)上，磨头基座(6)与恒力机构端部固定连接。