CN111113266A - 一种基于力反馈姿态自动调节的全自动打磨机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于大型管座类结构件的加工及装配技术领域，特别涉及一种基于力反馈姿态自动调节的全自动打磨机构。包括底板、设置于底板上的自动打磨机构、打磨直线驱动机构、垂直姿态调节机构、俯仰姿态调节机构及调节支撑机构，其中底板上设有打磨直线驱动机构和X轴直线导轨，自动打磨机构与X轴直线导轨滑动连接、且与打磨直线驱动机构连接；垂直姿态调节机构和俯仰姿态调节机构分别位于调节支撑机构的两侧，俯仰姿态调节机构用于调整工件的俯仰角度，垂直姿态调节机构用于调整工件的水平位置。本发明实现对于管‑座类大型结构件的生产与装配过程中的打磨进行自动定位、自动高精度姿态调节、全自动高精度打磨。

Description

一种基于力反馈姿态自动调节的全自动打磨机构
技术领域
本发明属于大型管座类结构件的加工及装配技术领域，特别涉及一种基于力反馈姿态自动调节的全自动打磨机构。
技术背景
军事工业的发展标志着一个国家综合国力强弱，在军事工业中广泛存在着管-座类大型结构件的生产与装配，对其生产和装配的精度有着极高的要求，其中高精度打磨是争取生产与装配的基础，所以对于军工管-座类大型结构件生产与装配过程中对于特定型号对应特定区域的高精度打磨成为其正确生产及装配的重要保障。
对于军事工业中广泛存在着管-座类大型结构件的生产与装配过程中的打磨工序，传统的做法是，人工手调的形式对于其进行定位及姿态调整，人手动摇动、敲打调整工装，并通过反复手动测量完成对待打磨件的定位及姿态调整，工作效率低下且打磨精度不高、调节精度不能得到有效保障且工作调节及工作内容所定极易造成人员身体伤害。
针对传统的管-座类大型结构件的生产与装配过程中的打磨工序的工作效率低下、调节精度不能得到有效保障且工作调节及工作内容所定极易造成人员身体伤害等诸多不足，本发明可完成对于不同规格尺寸的管-座类大型结构件完成高精度的全自动定位，高精度姿态调整，全自动基于力反馈的打磨，极大的提升了工作精度及工作效率，同事满足了安全生产及高效率装配生产的要求。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种基于力反馈姿态自动调节的全自动打磨机构，以实现对于管-座类大型结构件的生产与装配过程中的打磨进行自动定位、自动高精度姿态调节、全自动高精度打磨。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种基于力反馈姿态自动调节的全自动打磨机构，包括底板、设置于所述底板上的自动打磨机构、打磨直线驱动机构、垂直姿态调节机构、俯仰姿态调节机构及调节支撑机构，其中底板上设有打磨直线驱动机构和X轴直线导轨，所述自动打磨机构与所述X轴直线导轨滑动连接、且与打磨直线驱动机构连接；所述垂直姿态调节机构和所述俯仰姿态调节机构分别位于所述调节支撑机构的两侧，所述俯仰姿态调节机构用于调整工件的俯仰角度，所述垂直姿态调节机构用于调整工件的水平位置。
所述自动打磨机构包括移动板、移动架、三维移动平台、打磨机、力传感器及打磨支架，其中移动板与所述X轴直线导轨滑动连接，所述移动架的下端与所述移动板连接，上端设有三维移动平台，所述打磨支架与所述三维移动平台连接，所述打磨机通过力传感器与打磨支架连接。
所述打磨直线驱动机构包括移动用伺服电机、移动用伺服电机减速器、驱动齿轮及齿条，其中齿条沿X轴方向设置于所述底板上，所述移动用伺服电机和移动用伺服电机减速器设置于所述移动板上、且所述移动用伺服电机减速器的输出端与驱动齿轮连接，所述驱动齿轮与所述齿条啮合。
所述垂直姿态调节机构包括基准定位机构、垂直推力伺服电缸、垂直推力连接板及垂直推力板，其中基准定位机构设置于所述底板上，用于定位基准，所述垂直推力连接板设置于所述自动打磨机构的移动架上，所述垂直推力伺服电缸设置于所述垂直推力连接板上、且沿Y轴方向输出动力，所述垂直推力板与所述垂直推力伺服电缸的输出轴连接，所述垂直推力板通过垂直推力伺服电缸的驱动将工件推至与所述基准定位机构接触，从而实现工件垂直度的调整。
所述垂直推力板通过两个垂直推力导向轴与所述垂直推力连接板滑动连接，所述垂直推力板的工作面上设有推块。
所述基准定位机构包括垂直基准电缸用支架、垂直基准用伺服电缸及可移动式垂直基准，其中可移动式垂直基准与所述底板上设有的Y轴直线导轨滑动连接，所述垂直基准用伺服电缸通过垂直基准电缸用支架与所述底板连接，所述垂直基准用伺服电缸用于驱动所述可移动式垂直基准沿Y轴直线导轨滑动。
所述底板上设有自动打磨机构用位移传感器及垂直调节用位移传感器。
所述俯仰姿态调节机构包括俯仰调节用位移传感器、俯仰调节凸轮轴承架、俯仰调节凸轮轴承、俯仰调节用伺服电缸、俯仰调节架、俯仰调节基板、俯仰调节导向轴及俯仰调节导向套，其中俯仰调节架与所述底板连接，所述俯仰调节用伺服电缸安装在所述俯仰调节架上、且Z轴方向输出动力，所述俯仰调节基板与所述俯仰调节用伺服电缸的输出端连接、且通过俯仰调节导向轴与所述俯仰调节架上设有的俯仰调节导向套滑动连接，所述俯仰调节凸轮轴承通过俯仰调节凸轮轴承架安装在所述俯仰调节基板上。
所述俯仰调节架上设有俯仰调节用位移传感器。
所述调节支撑机构包括高低调节用伺服电缸、高低调节架、高低调节基板、高低调节支撑工装、高低调节导向轴、高低调节导向套及高低调节用位移传感器，其中高低调节架安装在所述底板上，所述高低调节用伺服电缸设置于所述高低调节架上、且沿Z轴方向输出动力，所述高低调节基板与所述高低调节用伺服电缸的输出端连接、且通过高低调节导向轴与所述高低调节架连接，所述高低调节支撑工装设置于所述高低调节基板上，所述高低调节用位移传感器设置于所述高低调节架上。
本发明的优点及有益效果是：
1.本发明的工作全工程自动完成，无需人工辅助，定位、调节、移动等高精度动作高效、准确、安全。
2.本发明在满足工艺要求及机械性能的条件下，避免不必要设计，并整合多种功能于同一机构，使本发明造价成本低廉。
3.本发明设计结构合理，保证功能实现的条件下没有多余结构，所以本发明结构简单。
4.本发明结构巧妙，在夹持、调姿、移动的过程中全部实现自动化动作，无需人工辅助操作；各姿态调节机构通过伺服系统及位移传感器的配合精确控制姿态调节位置，保证姿态调节的高精度进行；通过力传感器的反馈及伺服移动系统数据的反馈的关联实时监控打磨的过程，判断打磨的正确进行，并作出相应调节；
附图说明
图1为本发明的主视图；
图2为本发明的左视图；
图3为本发明的右视图；
图4为本发明的俯视图。
图中：1为移动板，2为齿条，3为移动架，4为俯仰调节用位移传感器，5为俯仰调节凸轮轴承架，6为俯仰调节凸轮轴承，7为X轴直线导轨，8为打磨机，9为力传感器，10为打磨支架，11为自动打磨机构用位移传感器，12为打磨伺服Y轴机构，13为打磨伺服Z轴机构，14为垂直推力伺服电缸，15为打磨伺服X轴机构，16为垂直推力连接板，17为Y轴直线导轨，18为垂直基准电缸用支架，19为垂直基准用伺服电缸，20为可移动式垂直基准，21为高低调节用伺服电缸，22为高低调节架，23为高低调节基板，24为高低调节支撑工装，25为俯仰调节用伺服电缸，26为俯仰调节架，27为俯仰调节基板，28为高低调节导向轴，29为高低调节导向套，31为高低调节用位移传感器，32为垂直推力板，33为移动用伺服电机，34为移动用伺服电机减速器，35为底座，36为推块，37为垂直推力导向套，38为垂直推力导向轴，39为垂直调节用位移传感器，40为俯仰调节导向轴，41为俯仰调节导向套。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
如图1-4所示，本发明提供的一种基于力反馈姿态自动调节的全自动打磨机构，包括底板35、设置于底板35上的自动打磨机构、打磨直线驱动机构、垂直姿态调节机构、俯仰姿态调节机构及调节支撑机构，其中底板35上设有打磨直线驱动机构和X轴直线导轨7，自动打磨机构与X轴直线导轨滑动连接、且与打磨直线驱动机构连接；垂直姿态调节机构和俯仰姿态调节机构分别位于调节支撑机构的两侧，俯仰姿态调节机构用于调整工件的俯仰角度，垂直姿态调节机构用于调整工件的水平位置。
如图1所示，自动打磨机构包括移动板1、移动架3、三维移动平台、打磨机8、力传感器9及打磨支架10，其中移动板1与X轴直线导轨7滑动连接，移动架3的下端与移动板1连接，上端设有三维移动平台，打磨支架10与三维移动平台连接，打磨机8通过力传感器9与打磨支架10连接。
打磨直线驱动机构包括移动用伺服电机33、移动用伺服电机减速器34、驱动齿轮及齿条2，其中齿条2沿X轴方向设置于底板35上，移动用伺服电机33和移动用伺服电机减速器34设置于移动板1上、且移动用伺服电机减速器34的输出端与驱动齿轮连接，驱动齿轮与齿条2啮合。
三维移动平台包括依次连接的打磨伺服X轴机构15、打磨伺服Y轴机构12及打磨伺服Z轴机构13，打磨伺服X轴机构15与X轴直线导轨7连接，打磨伺服Z轴机构13与打磨支架10连接。
打磨伺服Z轴机构13和打磨伺服Y轴机构12均采用丝杠螺母机构驱动(主要由伺服电机、直线导轨、滚珠丝杠、外框等构成)，打磨伺服X轴机构15采用齿轮齿条机构驱动(主要由伺服电机、直线导轨、高精度齿条、外框等构成)。
垂直姿态调节机构包括基准定位机构、垂直推力伺服电缸14、垂直推力连接板16及垂直推力板32，其中基准定位机构设置于底板35上，用于定位基准，垂直推力连接板16设置于自动打磨机构的移动架3上，垂直推力伺服电缸14设置于垂直推力连接板16上、且沿Y轴方向输出动力，垂直推力板32与垂直推力伺服电缸14的输出轴连接，垂直推力板32通过垂直推力伺服电缸14的驱动将工件推至与基准定位机构接触，从而实现工件垂直度的调整。
垂直推力板32通过两个垂直推力导向轴38与垂直推力连接板16滑动连接，垂直推力板32的工作面上设有推块36，垂直推力导向轴38通过安装于垂直推力连接板16上的垂直推力导向套37进行导向。
基准定位机构包括垂直基准电缸用支架18、垂直基准用伺服电缸19及可移动式垂直基准20，其中可移动式垂直基准20与底板35上设有的Y轴直线导轨17滑动连接，垂直基准用伺服电缸19通过垂直基准电缸用支架18与底板35连接，垂直基准用伺服电缸19用于驱动可移动式垂直基准20沿Y轴直线导轨17滑动。
底板35上设有自动打磨机构用位移传感器11及垂直调节用位移传感器39。
垂直基准用伺服电缸19通过连接拉动可移动式垂直基准20，而后整体装配与底座35上，垂直推力用伺服电缸14通过螺栓连接垂直推力板32，其上安装垂直推力用推块36，其对应面通过定位用螺栓连接垂直推力导向轴.38并穿过安装于垂直推力连接板16上的垂直推力导向套37进行导向，而后整体通过垂直推力连接板16连接于打磨平移机构移动支架3上，另外垂直调节用位移传感器39通过螺栓安装于底座35上；
如图3所示，俯仰姿态调节机构包括俯仰调节用位移传感器4、俯仰调节凸轮轴承架5、俯仰调节凸轮轴承6、俯仰调节用伺服电缸25、俯仰调节架26、俯仰调节基板27、俯仰调节导向轴40及俯仰调节导向套41，其中俯仰调节架26与底板35连接，俯仰调节用伺服电缸25安装在俯仰调节架26上、且Z轴方向输出动力，俯仰调节基板27与俯仰调节用伺服电缸25的输出端连接、且通过俯仰调节导向轴40与俯仰调节架26上设有的俯仰调节导向套41滑动连接，俯仰调节凸轮轴承6通过俯仰调节凸轮轴承架5安装在俯仰调节基板27上。俯仰调节架26上设有俯仰调节用位移传感器4。
如图2所示，调节支撑机构包括高低调节用伺服电缸21、高低调节架22、高低调节基板23、高低调节支撑工装24、高低调节导向轴28、高低调节导向套29及高低调节用位移传感器31，其中高低调节架22安装在底板35上，高低调节用伺服电缸21设置于高低调节架22上、且沿Z轴方向输出动力，高低调节基板23与高低调节用伺服电缸21的输出端连接、且通过高低调节导向轴28与高低调节架22连接，高低调节支撑工装24设置于高低调节基板23上，高低调节用位移传感器31设置于高低调节架22上。
本发明的动作过程如下：
1.将待打磨的管-座类大型结构件吊装至本机构所在工位，放置于高精度调节支撑部分上初步定位；
2.传感器判断待打磨件型号后在移动用伺服电机33的驱动下，经移动用伺服电机减速器34带动载有自动打磨机构的移动板在X轴直线导轨7上移动至待工作位置；
3.在步骤2的同时，可移动式垂直基准20在垂直基准用伺服电缸19的驱动下，沿着Y轴直线导轨17移动至型号对应位置，并于待打磨件的座部相接触；
4.垂直推力用伺服电缸14推动垂直推力板32上安装垂直推力用推块36紧紧压在待打磨的座部上，将座部姿态调节为侧面垂直状态；
5.在俯仰调节用伺服电缸25的带动下，俯仰调节凸轮轴承6接触管部，调节管部的角度姿态，在调节过程中俯仰调节用位移传感器4根据不同型号给出不同位置值，保证位置调节的高精度；
6.在步骤5的同时，高低调节用伺服电缸21带动下，高精度支撑部分微微下落，在调节过程中，高低调节用位移传感器31根据不同型号给出不同位置值，保证位置调节的高精度；
7.在管部姿态调节结束后，高低调节用伺服电缸21带动下，高低调节支撑工装24承载管部，并由在俯仰调节用伺服电缸25的带动下，俯仰调节凸轮轴承6脱离管部，完成对于待打磨件的姿态高精度调节；
8.在打磨伺服X轴机构15、打磨伺服Y轴机构12及打磨伺服Z轴机构13的带动下，打磨机8移动至打磨位置，并进行打磨工作，在工作中由力传感器9实时反馈打磨力数值，完成对于打磨的全监控，并根据监控自动根据程序完成调整直至打磨结束；
9.在打磨伺服X轴机构15、打磨伺服Y轴机构12及打磨伺服Z轴机构13的带动下，打磨机8移动至初始位置；
10.垂直推力用伺服电缸14拉动垂直推力板32上安装垂直推力用推块36脱离待打磨的座部上，将座部放松；
11.可移动式垂直基准20在垂直基准用伺服电缸19的驱动下，沿着直基准用直线导17回移至初始位置；
12.经移动用伺服电机减速器34带动载有自动打磨机构的移动板在X轴直线导轨7上回移至初始位置；
13.将打磨过的管-座类大型结构件吊离本机构所在工位；
14.完成整个打磨工作，等待下一工作到来。
本发明属于一种通过伺服电缸带动垂直调姿机构，完成对于待打磨大型结构件垂直方向精确调姿，通过伺服电缸带动俯仰调姿机构，完成对于待打磨大型结构件俯仰角度的精确调整，通过伺服电机减速器带动滚珠丝杠带动置于直线导轨上的打磨系统根据待打磨件型号移动至指定位置，并根据不同型号结构特点进行高精度打磨的的全自动化机构，在工作过程中，该机构可对于管座类大型结构件进行高精度定位，对以X轴、Y轴以及Z轴方向为轴转动的自由度完全约束，达到精确的姿态控制，打磨过程实施通过力传感器的力反馈以及打磨系统位移数据监控，通过二者数据的综合分析高精度的控制打磨的进程。
本发明全自动对于待打磨的管-座类大型结构件进行自动定位、姿态高精度调整、自动判断其型号，打磨过程全自动化、对打磨参数进行实时监控，对于管-座类大型结构件特定打磨位置及特定打磨要求的工作，动作精度高、动作实时可监控、特点突出、工作可靠。
以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于力反馈姿态自动调节的全自动打磨机构，其特征在于，包括底板(35)、设置于所述底板(35)上的自动打磨机构、打磨直线驱动机构、垂直姿态调节机构、俯仰姿态调节机构及调节支撑机构，其中底板(35)上设有打磨直线驱动机构和X轴直线导轨(7)，所述自动打磨机构与所述X轴直线导轨滑动连接、且与打磨直线驱动机构连接；所述垂直姿态调节机构和所述俯仰姿态调节机构分别位于所述调节支撑机构的两侧，所述俯仰姿态调节机构用于调整工件的俯仰角度，所述垂直姿态调节机构用于调整工件的水平位置。
2.根据权利要求1所述的基于力反馈姿态自动调节的全自动打磨机构，其特征在于，所述自动打磨机构包括移动板(1)、移动架(3)、三维移动平台、打磨机(8)、力传感器(9)及打磨支架(10)，其中移动板(1)与所述X轴直线导轨(7)滑动连接，所述移动架(3)的下端与所述移动板(1)连接，上端设有三维移动平台，所述打磨支架(10)与所述三维移动平台连接，所述打磨机(8)通过力传感器(9)与打磨支架(10)连接。
3.根据权利要求2所述的基于力反馈姿态自动调节的全自动打磨机构，其特征在于，所述打磨直线驱动机构包括移动用伺服电机(33)、移动用伺服电机减速器(34)、驱动齿轮及齿条(2)，其中齿条(2)沿X轴方向设置于所述底板(35)上，所述移动用伺服电机(33)和移动用伺服电机减速器(34)设置于所述移动板(1)上、且所述移动用伺服电机减速器(34)的输出端与驱动齿轮连接，所述驱动齿轮与所述齿条(2)啮合。
4.根据权利要求2所述的基于力反馈姿态自动调节的全自动打磨机构，其特征在于，所述垂直姿态调节机构包括基准定位机构、垂直推力伺服电缸(14)、垂直推力连接板(16)及垂直推力板(32)，其中基准定位机构设置于所述底板(35)上，用于定位基准，所述垂直推力连接板(16)设置于所述自动打磨机构的移动架(3)上，所述垂直推力伺服电缸(14)设置于所述垂直推力连接板(16)上、且沿Y轴方向输出动力，所述垂直推力板(32)与所述垂直推力伺服电缸(14)的输出轴连接，所述垂直推力板(32)通过垂直推力伺服电缸(14)的驱动将工件推至与所述基准定位机构接触，从而实现工件垂直度的调整。
5.根据权利要求4所述的基于力反馈姿态自动调节的全自动打磨机构，其特征在于，所述垂直推力板(32)通过两个垂直推力导向轴(38)与所述垂直推力连接板(16)滑动连接，所述垂直推力板(32)的工作面上设有推块(36)。
6.根据权利要求4所述的基于力反馈姿态自动调节的全自动打磨机构，其特征在于，所述基准定位机构包括垂直基准电缸用支架(18)、垂直基准用伺服电缸(19)及可移动式垂直基准(20)，其中可移动式垂直基准(20)与所述底板(35)上设有的Y轴直线导轨(17)滑动连接，所述垂直基准用伺服电缸(19)通过垂直基准电缸用支架(18)与所述底板(35)连接，所述垂直基准用伺服电缸(19)用于驱动所述可移动式垂直基准(20)沿Y轴直线导轨(17)滑动。
7.根据权利要求1所述的基于力反馈姿态自动调节的全自动打磨机构，其特征在于，所述底板(35)上设有自动打磨机构用位移传感器(11)及垂直调节用位移传感器(39)。
8.根据权利要求1所述的基于力反馈姿态自动调节的全自动打磨机构，其特征在于，所述俯仰姿态调节机构包括俯仰调节用位移传感器(4)、俯仰调节凸轮轴承架(5)、俯仰调节凸轮轴承(6)、俯仰调节用伺服电缸(25)、俯仰调节架(26)、俯仰调节基板(27)、俯仰调节导向轴(40)及俯仰调节导向套(41)，其中俯仰调节架(26)与所述底板(35)连接，所述俯仰调节用伺服电缸(25)安装在所述俯仰调节架(26)上、且Z轴方向输出动力，所述俯仰调节基板(27)与所述俯仰调节用伺服电缸(25)的输出端连接、且通过俯仰调节导向轴(40)与所述俯仰调节架(26)上设有的俯仰调节导向套(41)滑动连接，所述俯仰调节凸轮轴承(6)通过俯仰调节凸轮轴承架(5)安装在所述俯仰调节基板(27)上。
9.根据权利要求8所述的基于力反馈姿态自动调节的全自动打磨机构，其特征在于，所述俯仰调节架(26)上设有俯仰调节用位移传感器(4)。
10.根据权利要求1所述的基于力反馈姿态自动调节的全自动打磨机构，其特征在于，所述调节支撑机构包括高低调节用伺服电缸(21)、高低调节架(22)、高低调节基板(23)、高低调节支撑工装(24)、高低调节导向轴(28)、高低调节导向套(29)及高低调节用位移传感器(31)，其中高低调节架(22)安装在所述底板(35)上，所述高低调节用伺服电缸(21)设置于所述高低调节架(22)上、且沿Z轴方向输出动力，所述高低调节基板(23)与所述高低调节用伺服电缸(21)的输出端连接、且通过高低调节导向轴(28)与所述高低调节架(22)连接，所述高低调节支撑工装(24)设置于所述高低调节基板(23)上，所述高低调节用位移传感器(31)设置于所述高低调节架(22)上。
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