CN110253210A - 一种用于超声波滚压加工的机械臂 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于超声波滚压加工的机械臂，包括机械臂，机械臂包括底座部分、大臂部分、小臂部分，底座部分上铰接有大臂部分，大臂部分上铰接有小臂部分，小臂部分的自由端设有超声波滚压器，大臂部分和小臂部分靠近两者铰接处的部分之间设有弹簧阻尼减振器，弹簧阻尼减振器的两端分别铰接在大臂部分和小臂部分上。本发明在超声波滚压器工作时，小臂部分相对大臂部分处于悬置状态，弹簧阻尼减振器吸收超声波滚压器传递到小臂部分上的振动，避免小臂部分相对大臂部分产生微幅振动，能够实现对零件焊缝的处理，降低焊接残余应力，提高生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及超声波滚压的技术领域，尤其涉及一种用于超声波滚压加工的机械臂。
背景技术
超声波滚压加工是一种典型的特种加工方法，在常规滚压装置的基础上附加了一个振动源，使被滚压零件表层材料在受到静压力作用的同时,还受到冲击源引起的动压力作用，振动滚压使材料的表面变形更容易,滚压硬化层更深,残余压应力更大，并能获得更好的表面质量。目前超声波滚压装置大多为床式，只能在单一方向对金属表面进行处理，若要对其另一方向进行加工处理时，则需要重新安装刀具，降低了加工效率，且操作不够灵活，尤其是非平面焊缝处理时，需要刀具不断换位，难以适应较高的加工效率需求。
为了解决上述问题，检索到最接近的现有技术为专利申请号为“2015105381485”、专利名称为“一种多方位超声滚压加工装置”的中国专利，整体技术方案由刀盘、刀具旋转架、超声滚压刀具构成，超声滚压刀具安装在旋转架上，由安装在刀具旋转架两侧的螺钉销轴形成旋转轴，从而实现刀具在轴向或径向位置工作，刀具旋转架安装在刀盘上，通过挤压楔形块与螺钉连接使刀具旋转架固定在刀盘上，超声滚压刀具可在轴向和径向对工件表面进行加工处理，而在刀具需要换位工作时，旋转刀具到所需工作位置，并用螺钉固定其所在工作位。上述技术方案可在轴向和径向工作，且在超声滚压刀具换位定位后无需再重新对刀，但是在刀具换位时还需要手动操作，使得加工效率提升有限，同时难以达到多自由度立体超声波滚压加工的目的，难以满足非平面焊缝处理、工件表面为曲面的超声波滚压加工需求。
而随着时代的发展，人类社会正在向自动化、智能化的方向转变，工业机器人成为工厂提高生产效率的重要工具，为人类生产生活的进步起到了非常重要的推动作用。其中最为典型的就是机械臂，它能够依靠复杂的传动关系使其具有多方位的运动能力，能够实现物品的搬运等工作，因此拟引入机械臂作为超声波滚压加工的承载基体，但是超声波滚压加工由于存在激振源，而机械臂呈悬臂状结构，激动后容易在机械臂的大臂与小臂连接处产生微幅振动，使得超声波滚压产生较大误差，因此这是机械臂与超声波滚压结合所要面临的主要问题。
发明内容
针对以上现有存在的问题，本发明提供一种用于超声波滚压加工的机械臂，在超声波滚压加工中引入机械臂作为超声波滚压的承载基体，能够实现多自由度的超声波滚压，且在刀具换位时能够进行预编程自动化控制或远程控制，尤其适合曲线形焊缝处理、工件表面为曲面的超声波滚压加工工序。
本发明的技术方案在于：
本发明提供一种用于超声波滚压加工的机械臂，包括超声波滚压器和机械臂，所述机械臂包括底座部分、大臂部分和小臂部分，所述底座部分上铰接有大臂部分，所述大臂部分上铰接有小臂部分，所述小臂部分的自由端设有超声波滚压器，所述大臂部分和小臂部分靠近两者铰接处的部分之间设有弹簧阻尼减振器，所述弹簧阻尼减振器的两端分别铰接在大臂部分和小臂部分上，使得小臂部分相对大臂部分处于悬置状态下，所述弹簧阻尼减振器吸收超声波滚压器传递到小臂部分上的振动，避免小臂部分相对大臂部分产生微幅振动。
进一步地，所述底座部分包括底座减速箱、减速箱挡盖、底座旋转动作电机、底座、底座基板、外接螺栓，所述底座减速箱通过螺栓连接设在底座基板的底部中央，所述底座减速箱的一侧为安装有底座旋转动作电机的减速箱挡盖，所述底座铰接在底座基板上并由底座减速箱传递动力，使得底座相对底座基板相对转动，完成机械臂底部的转动动作。
进一步地，所述底座基板上靠近边沿处均布设有若干个外接螺栓，所述底座基板通过外接螺栓紧固设在外接固定座上。
进一步地，所述大臂部分包括大臂支撑壳、底座和大臂俯仰减速器，所述大臂支撑壳的下端铰接有底座且侧面设有大臂俯仰减速器，使得大臂支撑壳在大臂俯仰减速器的驱动下相对底座做俯仰动作；
所述底座的下端压靠在底座基板上并与底座减速箱铰接在一起，通过底座减速箱的传动驱动，所述大臂支撑壳相对底座基板转动，实现大臂部分的转动动作。
进一步地，所述大臂支撑壳的上端内部设有自下而上依次相连的小臂俯仰动作电机、磁粉离合器、电磁抱闸装置和行星减速器，所述行星减速器与小臂部分连接在一起，使得小臂部分相对大臂支撑壳做相对仰俯动作。
进一步地，所述小臂部分包括执行器俯仰动作电机、执行器旋转动作电机、小臂减速器、接合块、小臂上支撑盖、小臂下支撑盖、执行器俯仰传动轴和执行器旋转传动轴，所述小臂减速器设置在大臂支撑壳的上端且与行星减速器固定相连，所述小臂减速器的上端紧固设有接合块，所述接合块的后端紧固设有执行器俯仰动作电机和执行器旋转动作电机；
所述接合块的前端上下两侧分别设有小臂上支撑盖和小臂下支撑盖，所述小臂上支撑盖和小臂下支撑盖相对贴靠在一起形成小臂支撑壳，所述小臂支撑壳内设有执行器俯仰传动轴和执行器旋转传动轴，所述执行器俯仰传动轴和执行器旋转传动轴的后端分别与行器俯仰动作电机和执行器旋转动作电机相连，使得小臂支撑壳前端的超声波滚压器分别实现俯仰动作和旋转动作，便于微幅调节超声波滚压器的朝向。
进一步地，所述超声波滚压器包括变幅杆、执行器外壳、换能器和减振弹簧，所述执行器外壳内设有换能器，所述换能器的上下两端与执行器外壳之间分别设有减振弹簧，所述换能器的下端设有变幅杆，所述变幅杆向下延伸伸出执行器外壳向外界施加超声波振动。
本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具体的积极有益效果为：
1、在超声波滚压加工中引入机械臂作为超声波滚压的承载基体，能够实现多自由度的超声波滚压，且在刀具换位时能够进行预编程自动化控制或远程控制，尤其适合曲线形焊缝处理、工件表面为曲面的超声波滚压加工工序。
2、相对于现有的超声波滚压，能够有效提高加工效率，无需人工手动调节刀具换位，能够实现人机隔离式的加工方式，适合无尘加工车间的加工需求。
3、为了解决超声波加工与机械结合所面临的机械臂受振产生误差的问题，在机械臂大臂与机械臂小臂之间设计一个弹簧阻尼减振器，能够为超声波滚压执行器施加一个恒力，以适应特种加工对机架的要求。
4、为了提高机械臂加工过程中运行稳定性，避免机械臂意外损伤工件，磁粉离合器与减速器之间添加一个电磁抱闸装置，起保护作用，机械臂发生故障时，能够强制切断磁粉离合器与减速器之间的动力传输。
附图说明
图1为本发明的总装图；
图2为机械臂小臂结构和底座结构图；
图3为执行器结构图；
图4为机械臂小臂内部结构图；
图5为机械臂大臂俯仰动作结构图；
图6为执行器关节结构图。
图中：1-底座减速箱，2-减速箱挡盖，3-外接螺栓，4-底座基座，5-交叉圆锥滚子轴承，6-底座，7-大臂俯仰动作电机，8-大臂支撑壳，9-小臂减速箱，10-执行器俯仰动作电机，11-执行器旋转动作电机，12-小臂上支撑盖，13-小臂下支撑盖，14-弹簧阻尼减振器，15-轴销，16-螺栓，17-执行器外传臂，18-连接架，19-内六角螺钉，20-挡板，21-底座旋转动作电机，22-蜗轮蜗杆装置，23-小臂俯仰动作电机，24-磁粉离合器，25-电磁抱闸装置，26-行星减速器，27-变幅杆，28-执行器外壳，29-换能器，30-减振弹簧，31-执行器俯仰传动轴，32-执行器旋转传动轴，33-大臂减速器，34-第一锥齿轮对，35-第二锥齿轮对。
具体实施方式
本发明提供一种与超声波加工结合的新型机械臂，包括机械臂，机械臂包括底座部分、大臂部分和小臂部分，底座部分上铰接有大臂部分，大臂部分上铰接有小臂部分，小臂部分的自由端设有超声波滚压器，大臂部分和小臂部分靠近两者铰接处的部分之间设有弹簧阻尼减振器14，弹簧阻尼减振器14的两端分别铰接在大臂部分和小臂部分上，使得小臂部分相对大臂部分处于悬置状态下，弹簧阻尼减振器14吸收超声波滚压器传递到小臂部分上的振动，避免小臂部分相对大臂部分产生微幅振动。
底座部分包括底座减速箱1、减速箱挡盖2、底座旋转动作电机21、底座6、底座基板4、外接螺栓3，底座减速箱1通过螺栓16连接设在底座基板4的底部中央，底座减速箱1的一侧为安装有底座旋转动作电机21的减速箱挡盖2，底座6通过交叉圆锥滚子轴承5铰接在底座基板4上并由底座减速箱1传递动力，使得底座6相对底座基板4相对转动，完成机械臂底部的转动动作。
底座基板4上靠近边沿处均布设有若干个外接螺栓3，底座基板4通过外接螺栓3紧固设在外接固定座上。
大臂部分包括大臂支撑壳8、底座6和大臂减速器33，大臂支撑壳8的下端铰接有底座6且侧面设有大臂减速器33，使得大臂支撑壳8在大臂减速器33的传动下相对底座6做俯仰动作；
底座6的下端压靠在底座基板4上并与底座减速箱1铰接在一起，通过底座减速箱1的传动驱动，大臂支撑壳8相对底座基板4转动，实现大臂部分的转动动作。
大臂支撑壳8的上端内部设有自下而上依次相连的小臂俯仰动作电机23、磁粉离合器24、电磁抱闸装置25和行星减速器26，行星减速器26与小臂部分连接在一起，使得小臂部分相对大臂支撑壳8做相对仰俯动作。
小臂部分包括执行器俯仰动作电机10、执行器旋转动作电机11、小臂减速器、接合块、小臂上支撑盖12、小臂下支撑盖13、执行器俯仰传动轴31和执行器旋转传动轴32，小臂减速器设置在大臂支撑壳8的上端且与行星减速器26固定相连，小臂减速器的上端紧固设有接合块，接合块的后端紧固设有执行器俯仰动作电机10和执行器旋转动作电机11；
接合块的前端上下两侧分别设有小臂上支撑盖12和小臂下支撑盖13，小臂上支撑盖12和小臂下支撑盖13相对贴靠在一起形成小臂支撑壳，小臂支撑壳内设有执行器俯仰传动轴31和执行器旋转传动轴32，执行器俯仰传动轴31和执行器旋转传动轴32的后端分别与行器俯仰动作电机和执行器旋转动作电机11相连，使得小臂支撑壳前端的超声波滚压器分别实现俯仰动作和旋转动作，便于微幅调节超声波滚压器的朝向。
超声波滚压器包括变幅杆27、执行器外壳28、换能器29和减振弹簧30，执行器外壳28内设有换能器29，换能器29的上下两端与执行器外壳28之间分别设有减振弹簧30，换能器29的下端设有变幅杆27，变幅杆27向下延伸伸出执行器外壳28向外界施加超声波振动。
实施例一：
如附图1-附图6所示，本发明提供一种与超声波加工结合的新型机械臂，包括底座部分、大臂部分和小臂部分；
其中底座部分：底座减速箱1内部有蜗轮蜗杆装置，底座旋转动作电机21通过减速器连接蜗轮蜗杆装置22来控制底座的旋转，底座旋转动作电机21通过螺栓与减速箱挡盖2进行连接固定，减速箱挡盖2与底座基座4之间通过螺栓3进行连接固定，底座6与底座基座4之间采用交叉圆锥滚子轴承5进行连接；
其中大臂部分：大臂俯仰动作电机7通过大臂减速器33连接第一锥齿轮对34来控制大臂支撑壳8的俯仰动作；
其中小臂部分：小臂俯仰动作电机23依次连接磁粉离合器24、电磁抱闸装置25和行星减速器26来控制小臂的俯仰动作；小臂部分为上下壳体结构，分别是小臂上壳体12和小臂下壳体13，上下壳体通过螺栓16进行紧固；执行器俯仰动作电机10连接执行器俯仰传动轴32控制执行器的俯仰动作，执行器旋转动作电机11连接执行器旋转传动轴31和执行器外传臂17来控制执行器的旋转动作；小臂部分的末端为第二锥齿轮对35的挡板20，通过螺栓与连接架18连接固定，挡板20为壳体结构，通过内六角螺钉19固定；
其中超声波滚压器作为执行器，包括变幅杆27、执行器外壳28、换能器29和减振弹簧30，执行器外壳28内设有换能器29，换能器29的上下两端与执行器外壳28之间分别设有减振弹簧30，换能器29的下端设有变幅杆27，变幅杆27向下延伸伸出执行器外壳28向外界施加超声波振动。
在机械臂工作过程中，通过底座旋转动作电机21连接底座减速箱1，底座减速箱1连接蜗轮蜗杆装置22实现底座的旋转动作，并通过蜗轮蜗杆装置22的反向自锁特点锁止，以达到制动的目的；
大臂俯仰动作电机7连接大臂减速器33，通过大臂部分上的第一锥齿轮对34来控制大臂支撑壳8的俯仰动作，小臂俯仰动作电机23依次连接磁粉离合器24、电磁抱闸装置25和行星减速器26来控制小臂的俯仰动作；
执行器俯仰动作电机10连接执行器俯仰传动轴32控制执行器的俯仰动作，执行器旋转动作电机11连接执行器旋转传动轴31和执行器外传臂17来控制执行器的旋转动作；
超声波滚压器中，通过换能器29连接变幅杆27，对被加工工件进行加工；
通过底座6旋转、大臂支撑壳8的俯仰、小臂部分的俯仰、执行器的俯仰和旋转相互配合，为加工工件找出最适合的加工工位，并沿工件表面法线方向施加一定幅度的超声波振动，在机械臂的一定进给条件下，超声波滚压器将静压力和超声波冲击振动传递到被加工工件表面，产生冲挤作用而使金属材料产生大幅度弹塑性变形，达到为零件表面加工的目的，而弹簧阻尼减振器14的两端分别通过轴销15与大臂支撑壳8和小臂支撑壳铰接在一起，对大臂支撑壳8和小臂支撑壳之间的振动传递进行隔离，也就是能够更高效地消除焊缝应力，以进一步提高焊缝质量。
Claims (7)
1.一种用于超声波滚压加工的机械臂，包括超声波滚压器，其特征在于：还包括机械臂，所述机械臂包括底座部分、大臂部分和小臂部分，所述底座部分上铰接有大臂部分，所述大臂部分上铰接有小臂部分，所述小臂部分的自由端设有超声波滚压器，所述大臂部分和小臂部分靠近两者铰接处的部分之间设有弹簧阻尼减振器，所述弹簧阻尼减振器的两端分别铰接在大臂部分和小臂部分上，使得小臂部分相对大臂部分处于悬置状态下，所述弹簧阻尼减振器吸收超声波滚压器传递到小臂部分上的振动，避免小臂部分相对大臂部分产生微幅振动。
2.根据权利要求1所述的一种用于超声波滚压加工的机械臂，其特征在于：所述底座部分包括底座减速箱、减速箱挡盖、底座旋转动作电机、底座、底座基板、外接螺栓，所述底座减速箱通过螺栓连接设在底座基板的底部中央，所述底座减速箱的一侧为安装有底座旋转动作电机的减速箱挡盖，所述底座铰接在底座基板上并由底座减速箱传递动力，使得底座相对底座基板相对转动，完成机械臂底部的转动动作。
3.根据权利要求2所述的一种用于超声波滚压加工的机械臂，其特征在于：所述底座基板上靠近边沿处均布设有若干个外接螺栓，所述底座基板通过外接螺栓紧固设在外接固定座上。
4.根据权利要求3所述的一种用于超声波滚压加工的机械臂，其特征在于：所述大臂部分包括大臂支撑壳、底座和大臂俯仰减速器，所述大臂支撑壳的下端铰接有底座且侧面设有大臂俯仰减速器，使得大臂支撑壳在大臂俯仰减速器的驱动下相对底座做俯仰动作；
所述底座的下端压靠在底座基板上并与底座减速箱铰接在一起，通过底座减速箱的传动驱动，所述大臂支撑壳相对底座基板转动，实现大臂部分的转动动作。
5.根据权利要求4所述的一种用于超声波滚压加工的机械臂，其特征在于：所述大臂支撑壳的上端内部设有自下而上依次相连的小臂俯仰动作电机、磁粉离合器、电磁抱闸装置和行星减速器，所述行星减速器与小臂部分连接在一起，使得小臂部分相对大臂支撑壳做相对仰俯动作。
6.根据权利要求5所述的一种用于超声波滚压加工的机械臂，其特征在于：所述小臂部分包括执行器俯仰动作电机、执行器旋转动作电机、小臂减速器、接合块、小臂上支撑盖、小臂下支撑盖、执行器俯仰传动轴和执行器旋转传动轴，所述小臂减速器设置在大臂支撑壳的上端且与行星减速器固定相连，所述小臂减速器的上端紧固设有接合块，所述接合块的后端紧固设有执行器俯仰动作电机和执行器旋转动作电机；
所述接合块的前端上下两侧分别设有小臂上支撑盖和小臂下支撑盖，所述小臂上支撑盖和小臂下支撑盖相对贴靠在一起形成小臂支撑壳，所述小臂支撑壳内设有执行器俯仰传动轴和执行器旋转传动轴，所述执行器俯仰传动轴和执行器旋转传动轴的后端分别与行器俯仰动作电机和执行器旋转动作电机相连，使得小臂支撑壳前端的超声波滚压器分别实现俯仰动作和旋转动作，便于微幅调节超声波滚压器的朝向。
7.根据权利要求6所述的一种用于超声波滚压加工的机械臂，其特征在于：所述超声波滚压器包括变幅杆、执行器外壳、换能器和减振弹簧，所述执行器外壳内设有换能器，所述换能器的上下两端与执行器外壳之间分别设有减振弹簧，所述换能器的下端设有变幅杆，所述变幅杆向下延伸伸出执行器外壳向外界施加超声波振动。
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