CN111300251A - 一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置 - Google Patents

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曹小龙
曲豪男
叶睿
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王浩
许芝令
张明珠
王哲
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Abstract

本发明公开一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置，包括底座、升降立板、立板驱动机构、旋转工作台、减振支撑机构、研磨机构及角度调节机构，升降立板有两个，相对布置底座上方两侧，升降立板的下端与底座弹性活动相连，立板驱动机构驱动两个升降立板同步升降。旋转工作台的底部与齿轮箱可调节固定相连。研磨机构位于旋转工作台的上方，其通过角度调节机构和减振支撑机构与两个升降立板可调节固定相连。本发明的摩擦盘按照预定轨迹精确运动，研磨抛光压力控制精确，姿态调整稳灵活、多变，消除振动对加工质量的影响，获得较高的加工精度和表面质量，自动化程度高，提高了生产效率，保证了加工质量的一致性。

Description

一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置
技术领域
本发明涉及机械加工设备技术领域，具体涉及一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置。
背景技术
随着计算机技术和自动控制理论等相关技术的迅速发展，以数控加工为代表的柔性制造技术日益完善，到目前为止，基本上能够实现自由曲面的研磨抛光的自动化加工，但是但后续的研抛加工仍然需要工人手工完成，这必然增加了工人的劳动强度，降低了生产效率,并且无法保证加工质量的一致性，这致使工件的光整精加工成为机械加工中的薄弱环节,甚至成为制造业发展的瓶颈。
目前，利用机器人来进行自由曲面研拋加工是光整加工自动化的主要方法之一，但是自由曲面光整加工过程中，机器人加工不能保证加工精度和表面质量,研抛部件也不能按预定的轨迹精确运动，自动化程度低，不能保持特定的姿态和稳定的压力，同时机器人的精度和刚度的不足，所以单纯采用机器人无法实现自由曲面自动化加工，不能完成自由曲面的精确加工。可见，现有技术有待于进一步改进和提高。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置，解决现有加工设备存在加工精度低，表面质量不高，研抛部件不能按预定轨迹精确运动，智能化程度低，生产效率低，成本高的问题。
为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置，包括底座、升降立板、立板驱动机构、旋转工作台、减振支撑机构、研磨机构及角度调节机构，所述底座包括对称设置的两个基座，基座活动设在底座内。
升降立板有两个，相对平行布置在底座上方两侧，每个升降立板下端与同侧基座活动相连，两个升降立板的相对侧均设有齿条。
立板驱动机构设置在两个升降立板之间，其包括齿轮箱、齿轮组及第一伺服电机，齿轮箱的底部与底座固定相连，所述齿轮组通过齿条驱动两个升降立板同步运动。
旋转工作台位于两个升降立板之间，其底部与齿轮箱可调节固定相连。
减振支撑机构有两个，分别设置在两个升降立板的上方，两个减振支撑机构之间通过横梁相连。
所述研磨机构位于工作台的正上方，研磨机构的上端通过角度调节机构与横梁活动相连。
优选地，底座的两侧开有纵向的安装槽，基座位于安装槽内。
每个安装槽的两侧对称开有两组耳槽，每组耳槽包括多个耳槽，各耳槽的一端与对应的安装槽相通。
每个所述耳槽的内部均配置有一个第一减振弹簧，所述第一减振弹簧的一端顶住耳槽的内壁，另一端顶住基座的侧面。
优选地，所述基座的顶部开有插槽，升降立板的下端伸入插槽内部与基座插接配合。
基座的外侧设有导向板，导向板与基座为一体结构，并相对于基座的顶端向上延伸，所述升降立板的外壁与导向板滑动配合。
优选地，所述齿轮组设置在齿轮箱的内部，齿轮组包括主动齿轮、过渡齿轮及两个从动齿轮，第一伺服电机安装在底座上，其输出端与主动齿轮固定相连。
两个从动齿轮分别位于主动齿轮的两侧，过渡齿轮设置在主动齿轮和其一侧的从动齿轮之间，两个从动齿轮的分别与两个齿条啮合。
优选地，齿轮箱的上方设有纵向调节板，纵向调节板底部的纵向导轨与齿轮箱的顶部纵向滑槽相配合，齿轮箱一侧的第一直线电机驱动纵向调节板运动。
纵向调节板的上方设有横向调节板，横向调节板底部的横向导轨与纵向调节板上表面的横向滑槽相配合，纵向调节板一侧的第二直线电机驱动横向调节板运动。
优选地，横向调节板上设有第二伺服电机，旋转工作台位于第二伺服电机的上方，第二伺服电机的输出端与旋转工作台的底部中心固定相连。
所述旋转工作台为圆盘结构，其上表面具有呈环形均匀开设的若干段T形槽，各段T形槽沿旋转工作台的法线方向延伸至其外边缘。
优选地，每个减振支撑机构均包括一个导滑块及多个导柱，各导柱由前往后依次间隔排列且竖向设置。
同侧的各导柱穿入所述导滑块并与其滑动配合，首位次和末位次的导柱均穿出导滑块的上端，两个减振支撑机构位于首位次和末位次的导柱通过顶板固定相连。
横梁位于顶板的下方，其两端分别与两个导滑块固定相连。
各导柱位于导滑块的下方均套设有第二减振弹簧，首位次和末位次的导柱上设有第三减振弹簧，第三减振弹簧位于导滑块和顶板之间。
优选地，角度调节机构设在横梁的下方，其包括安装座及三个液压缸，三个液压缸呈环形均匀布置在安装座的上方。
液压缸的缸体与安装座固定相连，其伸缩端通过球形铰链与横梁的底部相连。
优选地，研磨机构设置在安装座上，其包括摩擦盘、减速器及第三伺服电机，所述第三伺服电机和减速器均固定在安装座上，第三伺服电机的输出端与减速器的输入端固定相连。
摩擦盘位于安装座的下方，减速器的输出端与摩擦盘的转轴固定相连。
优选地，所述减速器为行星轮减速器，行星轮减速器的外齿圈与安装座固定相连，其太阳轮与第三伺服电机的输出端固定相连，其行星架与摩擦盘的转轴固定相连。
通过采用上述技术方案，本发明的有益技术效果是：本发明克服了自由曲面加工中存在的精度和刚度的不足，摩擦盘按照预定轨迹精确运动，研磨抛光压力控制精确，姿态调整稳灵活、多变，消除降低振动对加工质量的影响，获得较高的加工精度和表面质量，降低人工强度，自动化程度高，提高了生产效率，保证了加工质量的一致性。
附图说明
图1是本发明一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置的结构原理示意图。
图2是本发明一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置的俯视视向结构示意图。
图3是本发明一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置去除底座后的结构示意图。
图4是本发明一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置去除顶板后的结构示意图。
图5是图4中本发明再去除横梁后的结构示意图。
图6是本发明一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置的主视结构示意图。
图7是本发明一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置的局部剖视示意图。
图8是本发明的底座、立板驱动机构及旋转工作台的组合结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不能用来限制本发明的范围。
在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的机构或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
结合图1至图8，一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置，包括底座1、升降立板7、立板驱动机构2、旋转工作台3、减振支撑机构4、研磨机构5、角度调节机构6及控制系统，所述底座1包括对称设置有两个基座71，两个基座71通过底梁固定相连成一体，基座71活动设在底座1内,具体地，底座1的两侧开有纵向的安装槽11，基座71位于安装槽11内。每个安装槽11的两侧对称开有两组耳槽，每组耳槽包括五个耳槽12，同一组的多个耳槽12沿安装槽11的长度方向依次间隔布置，各耳槽12的一端与对应的安装槽11相通。控制系统采用现有技术已有的单片机控制系统。
每个所述耳槽12的内部均配置有一个第一减振弹簧13，所述第一减振弹簧13的一端顶住耳槽12的内壁，另一端顶住基座71的侧面，第一减振弹簧13的作用是降低基座71在水平方向的震动。第一减振弹簧13是由超磁致伸缩材料制成的，对加工中产生的横向振动进行缓冲，通过超磁致伸缩材料对加工中产生的纵向振动进行缓冲，以保证被加工微小异型零件的加工精度与表面质量。
一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置，还包括电控柜，电控柜内配置有电源，所述电源为研磨抛光装置的用电部件供电，控制系统采用现有技术已有的闭环控制系统。
升降立板7有两个，相对竖向平行布置底座1上方两侧，每个升降立板7下端与同侧基座71活动相连，两个升降立板7的相对侧均竖向固定安装有一个齿条72，两个齿条72的齿形面正向对应。所述基座71的顶部开有插槽，升降立板7的下端伸入插槽内部与基座71插接配合。基座71的外侧设有导向板73，导向板73靠近升降立板7的一侧开设有导向槽，导向板73与基座71为一体结构，并相对于基座71的顶端向上延伸，所述升降立板7的外壁与导向板73滑动配合，每个升降立板7可相对于其同侧的基座71上下运动。
立板驱动机构2设置在两个升降立板7之间，其包括齿轮箱21、齿轮组22及第一伺服电机23，齿轮箱21的底部与底座1固定相连，所述齿轮组22设置在齿轮箱21的内部，齿轮组22包括主动齿轮221、过渡齿轮及两个从动齿轮222，第一伺服电机23固定安装在底座1上，其输出端与主动齿轮221固定相连，第一伺服电机23驱动齿轮组22工作，第一伺服电机23的信号端与控制系统通信连接。
两个从动齿轮222分别位于主动齿轮221的两侧，过渡齿轮设置在主动齿轮221和其一侧的从动齿轮222之间，主动齿轮221通过过渡齿轮与该侧的从动齿轮222啮合，过渡齿轮的作用就是调整该侧从动齿轮222转动方向的作用。两个从动齿轮222的转动方向相反，且两个从动齿轮222的传动比为1∶1，两个从动齿轮222的分别与两个齿条72啮合，所述齿轮组22通过其两侧的齿条72驱动两个升降立板7同步上升或下降，导向板73为升降立板7的上升或下降运动起导向作用。
旋转工作台3位于两个升降立板7之间，其底部与齿轮箱21的顶部可调节固定相连。齿轮箱21的上方设有纵向调节板31，纵向调节板31底部的纵向导轨与齿轮箱21的顶部纵向滑槽相配合，齿轮箱21一侧的第一直线电机驱动纵向调节板31运动，第一直线电机固定安装在齿轮箱21顶部，其活动端与纵向调节板31的一侧固定相连。纵向调节板31的上方设有横向调节板32，横向调节板32底部的横向导轨与纵向调节板31上表面的横向滑槽相配合，所述横向调节板32的运动方向与纵向调节板31的方向垂直。纵向调节板31一侧的第二直线电机驱动横向调节板32运动，所述第二直线电机固定安装在纵向调节板31上，第二直线电机的活动端与横向调节板32的一侧固定相连，第一直线电机和第二直线电机的信号端分别与控制系统通信连接。
横向调节板32上固定安装有第二伺服电机33，旋转工作台3位于第二伺服电机33的上方，第二伺服电机33的输出端与旋转工作台3的底部中心固定相连，第二伺服电机33的信号端分别与控制系统通信连接。所述旋转工作台3为圆盘结构，其上表面为圆形平面，所述旋转工作台3的上表面具有年轮结构的多个环形槽34，还具有呈环形均匀开设的若干段T形槽35，各段T形槽35沿旋转工作台3的法线方向延伸至其外边缘，所述T形槽35与环形槽34相交相通。工作时，需要将待加工的工件放置在工作台3上，通过压板和螺栓将工件固定在工作台上，加工过程中工件不断随工作台3水平变换位置。
减振支撑机构4有两个，分别设置在两个升降立板7的上方，两个减振支撑机构4之间通过横梁8相连。每个减振支撑机构4均包括一个导滑块41及三个导柱42，三个导柱42由前往后依次间隔排列且竖向设置，各导柱42的下端与同侧的升降立板7的顶部固定相连。同侧的各导柱42穿入所述导滑块41并与其滑动配合，首位次和末位次的导柱42均穿出导滑块41的上端，两个减振支撑机构4位于首位次和末位次的导柱42通过顶板81固定相连。
横梁8位于顶板81的下方，其两端分别与两个导滑块41螺栓固定相连。各导柱42位于导滑块41下方的部分均套设有第二减振弹簧43，第二减振弹簧43位于导滑块41和升降立板7之间，首位次和末位次的导柱42位于导滑块41上方的部分均套设有第三减振弹簧44，第三减振弹簧44位于导滑块41和顶板81之间。升降立板7、导柱42及顶板81固定相连成一个整体，立板驱动机构2通过齿条驱动升降立板7上升和下降，所述横梁8与两个导滑块41固定相连成一个整体，第二减振弹簧43和第三减振弹簧44对导滑块41起支撑、平衡和减振的作用。
所述研磨机构5位于工作台的正上方，研磨机构5的上端通过角度调节机构6与横梁8活动相连。角度调节机构6设在横梁8的下方，其包括安装座61、三个液压缸62，三个液压缸62呈环形均匀布置在安装座61的上方，每个液压缸62的上方均对应一个球形铰链63，三个所述球形铰链63呈环形均匀固定安装在横梁8的底部。液压缸62的缸体与安装座61的上表面固定相连，其伸缩端向上通过对应的球形铰链63与横梁8的底部活动相连，每个液压缸62的信号端分别与控制系统通信相连，控制系统通过指令控制三个液压缸62配合伸缩，实现研磨机构5的高度、角度以及对工件压力的调节。
研磨机构5固定装配在安装座61上，其包括摩擦盘51、减速器及第三伺服电机53，所述第三伺服电机53和减速器均固定在安装座61上，减速器为行星齿轮减速器，第三伺服电机53的输出端与减速器的输入端固定相连，第三伺服电机53的信号端与控制系统通信相连。摩擦盘51位于安装座61的下方，减速器的输出端与摩擦盘51的转轴固定相连，第三伺服电机53通过减速器驱动摩擦盘51转动，对微小异型零件的表面进行研磨、抛光。摩擦盘51的底部设置有压力传感器54，通过压力传感器54反馈的信息进行液压缸62的位置调整，从而调整液压缸的驱动力，实现闭环调压控制，实现对微小异型零件自由曲面的精准的研磨抛光。
所述减速器采用行星轮减速器，行星轮减速器的外齿圈与安装座61固定相连，其太阳轮与第三伺服电机53的输出端固定相连，其行星架的转动中心与摩擦盘51的转轴固定相连。工作状态下，工件装夹在旋转工作台3上，控制系统通过纵向调节板31和横向调节板32调节旋转工作台3的水平位置，第一减振弹簧13对加工过程中产生的纵向和横向振动进行缓冲，以保证被加工微小异型零件的加工精度与表面质量。立板驱动机构2驱动导向板73与基座71的一体结构升降，第二减振弹簧43和第三减振弹簧44相配合，实现对加工过程中产生的竖向震动进行缓冲。
本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置，包括底座、升降立板、立板驱动机构、旋转工作台、减振支撑机构、研磨机构及角度调节机构，其特征在于，所述底座包括对称设置的两个基座，基座活动设在底座内；
升降立板有两个，相对平行布置在底座上方两侧，每个升降立板下端与同侧基座活动相连，两个升降立板的相对侧均设有齿条；
立板驱动机构设置在两个升降立板之间，其包括齿轮箱、齿轮组及第一伺服电机，齿轮箱的底部与底座固定相连，所述齿轮组通过齿条驱动两个升降立板同步运动；
旋转工作台位于两个升降立板之间，其底部与齿轮箱可调节固定相连；
减振支撑机构有两个，分别设置在两个升降立板的上方，两个减振支撑机构之间通过横梁相连；
所述研磨机构位于工作台的正上方，研磨机构的上端通过角度调节机构与横梁活动相连。
2.根据权利要求1所述的一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置，其特征在于，底座的两侧开有纵向的安装槽，基座位于安装槽内；
每个安装槽的两侧对称开有两组耳槽，每组耳槽包括多个耳槽，各耳槽的一端与对应的安装槽相通；
每个所述耳槽的内部均配置有一个第一减振弹簧，所述第一减振弹簧的一端顶住耳槽的内壁，另一端顶住基座的侧面。
3.根据权利要求1或2所述的一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置，其特征在于，所述基座的顶部开有插槽，升降立板的下端伸入插槽内部与基座插接配合；
基座的外侧设有导向板，导向板与基座为一体结构，并相对于基座的顶端向上延伸，所述升降立板的外壁与导向板滑动配合。
4.根据权利要求1所述的一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置，其特征在于，所述齿轮组设置在齿轮箱的内部，齿轮组包括主动齿轮、过渡齿轮及两个从动齿轮，第一伺服电机安装在底座上，其输出端与主动齿轮固定相连；
两个从动齿轮分别位于主动齿轮的两侧，过渡齿轮设置在主动齿轮和其一侧的从动齿轮之间，两个从动齿轮的分别与两个齿条啮合。
5.根据权利要求1所述的一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置，其特征在于，齿轮箱的上方设有纵向调节板，纵向调节板底部的纵向导轨与齿轮箱的顶部纵向滑槽相配合，齿轮箱一侧的第一直线电机驱动纵向调节板运动；
纵向调节板的上方设有横向调节板，横向调节板底部的横向导轨与纵向调节板上表面的横向滑槽相配合，纵向调节板一侧的第二直线电机驱动横向调节板运动。
6.根据权利要求5所述的一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置，其特征在于，横向调节板上设有第二伺服电机，旋转工作台位于第二伺服电机的上方，第二伺服电机的输出端与旋转工作台的底部中心固定相连；
所述旋转工作台为圆盘结构，其上表面具有呈环形均匀开设的若干段T形槽，各段T形槽沿旋转工作台的法线方向延伸至其外边缘。
7.根据权利要求1所述的一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置，其特征在于，每个减振支撑机构均包括一个导滑块及多个导柱，各导柱由前往后依次间隔排列且竖向设置；
同侧的各导柱穿入所述导滑块并与其滑动配合，首位次和末位次的导柱均穿出导滑块的上端，两个减振支撑机构位于首位次和末位次的导柱通过顶板固定相连；
横梁位于顶板的下方，其两端分别与两个导滑块固定相连；
各导柱位于导滑块的下方均套设有第二减振弹簧，首位次和末位次的导柱上设有第三减振弹簧，第三减振弹簧位于导滑块和顶板之间。
8.根据权利要求1所述的一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置，其特征在于，角度调节机构设在横梁的下方，其包括安装座及三个液压缸，三个液压缸呈环形均匀布置在安装座的上方；
液压缸的缸体与安装座固定相连，其伸缩端通过球形铰链与横梁的底部相连。
9.根据权利要求8所述的一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置，其特征在于，研磨机构设置在安装座上，其包括摩擦盘、减速器及第三伺服电机，所述第三伺服电机和减速器均固定在安装座上，第三伺服电机的输出端与减速器的输入端固定相连；
摩擦盘位于安装座的下方，减速器的输出端与摩擦盘的转轴固定相连。
10.根据权利要求9所述的一种用于微小型异形精密零件的自由曲面研磨抛光装置，其特征在于，所述减速器为行星轮减速器，行星轮减速器的外齿圈与安装座固定相连，其太阳轮与第三伺服电机的输出端固定相连，其行星架与摩擦盘的转轴固定相连。
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