CN111376172B - 一种用于打磨机器人的自动换刀装置 - Google Patents

Abstract

本发明一种用于打磨机器人的自动换刀装置，包含电磁铁、外罩、换刀轴、夹紧部分和锁紧部分；所述锁紧部分包括锁块、铁柱、限位件、弹簧和四连杆机构；所述夹紧部分包括长连杆、机械爪和托顶；铁柱的上部分伸出限位件外，下部分位于限位件内，铁柱能在限位件内上下往复滑动；电磁铁位于铁柱的正上方；所述托顶位于外罩内，托顶顶部中心处开有进出孔，进出孔的直径小于两个锁块在自然状态下的外边缘之间的最大距离，且大于两个锁块在压缩后外边缘之间的最大距离；托顶的周向上均匀铰接有多个长连杆，每个长连杆穿出外罩并连接有机械爪，机械爪的末端始终位于外罩内且沿外罩径向往复滑动。换刀轴安装和更换过程简单，完全依靠纯机械运动，可靠性高。

Description

一种用于打磨机器人的自动换刀装置

技术领域

本发明属于机械加工制造技术领域，具体涉及一种用于打磨机器人的自动换刀装置。

背景技术

目前在磨削加工中，普遍将砂轮直接固定在打磨机器人的打磨主轴上，主要通过人工更换砂轮。在打磨时砂轮磨削面上的磨粒会与工件发生剧烈摩擦，打磨产生的磨屑飞溅，进而出现大量粉尘，因此车间环境恶劣，采用人工换刀会危害到工人的身体健康；此外，对于体积庞大且较为复杂的自由曲面(比如风电叶片)，打磨过程非常复杂，对于不同曲率的曲面需要不同的砂轮进行打磨，因此在打磨过程中需要经常换刀，采用人工换刀方法不仅效率低下，而且工人经常需要通过攀爬来进行换刀，也产生了一定的安全隐患。相对人工换刀，采用自动换刀则能大幅缩短加工时间，降低生产成本，安全性大大提高。

申请号为201911016614.8的文献公开了一种自动更换砂轮装置及其工业机器人，包括备用砂轮传送装置和换装装置等；备用砂轮传送装置将待换备用砂轮推送至传送带上，通过换装装置拆卸砂轮紧固螺母；更换砂轮过程复杂，耗费时间长。

申请号为201820218919.1的文献公开了一种机器人快速更换砂轮的机构，该机构通过滚珠与相应的凹槽配合实现旋转轴与砂轮固定装置的锁紧；由于旋转轴在工作时高速旋转时会产生较大离心力，导致滚珠作离心运动而脱离凹槽，因此该机构的可靠性较低，稳定性差。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种用于打磨机器人的自动换刀装置。

本发明解决所述技术问题采用的技术方案是，提供一种用于打磨机器人的自动换刀装置，包含电磁铁、外罩、换刀轴、夹紧部分和锁紧部分；其特征在于，所述锁紧部分包括锁块、铁柱、限位件、弹簧和四连杆机构；所述夹紧部分包括长连杆、机械爪和托顶；

所述锁块为上端大、下端小的变径锁块；限位件固定在外罩的顶部；铁柱的中部设有轴颈，弹簧套装在轴颈部位；铁柱的上部分伸出限位件外，下部分位于限位件内，铁柱能在限位件内上下往复滑动；四连杆机构位于限位件内，铁柱下端连接四连杆机构上端，四连杆机构的左、右端分别与各自的锁块铰接，四连杆机构的下端与限位件的下部铰接；电磁铁位于铁柱的正上方；

所述托顶位于外罩内，托顶顶部中心处开有进出孔，进出孔的直径小于两个锁块在自然状态下的外边缘之间的最大距离，且大于两个锁块在压缩后外边缘之间的最大距离；托顶的周向上均匀铰接有多个长连杆，每个长连杆穿出外罩并连接有机械爪，长连杆能在外罩上上下摆动；机械爪的末端始终位于外罩内且沿外罩径向往复滑动，末端朝向外罩轴线的端面用于夹紧换刀轴；

所述换刀轴能沿轴向伸入外罩内，且换刀轴的最大直径部分与外罩内壁滑动配合安装；换刀轴推动托顶向上运动至最高点时两个锁块卡入托顶内，此时机械爪恰好抱紧换刀轴。

所述外罩为中空柱体，上部具有圆柱形空腔，下部为圆台形空腔，圆柱形空腔内安装托顶和锁紧部分；外罩的侧面均匀开有多个沿外罩轴向的用于长连杆通过的方孔，方孔的下方设有用于限位机械爪的阶梯孔，外罩的圆台形空腔的内壁上呈圆周均匀设有多个用于与换刀轴最大直径部分滑动配合的凸块组；外罩顶部中心开有安装限位件的通孔，电磁铁固定在外罩上方正对通孔的位置。

所述凸块组由两个三角形状的凸块构成，凸块自上而下宽度增大。

所述限位件由套筒和中空箱体构成；套筒的底部设有开口，使套筒的内腔与中空箱体的内腔相通，中空箱体的两侧呈开口状；套筒上部固定在外罩的通孔内，套筒的下端伸入外罩内与中空箱体连接；铁柱的上部露在套筒外且位于外罩的通孔内，下部伸入套筒内，铁柱能在套筒内往复滑动；弹簧套装在铁柱的轴颈部位，弹簧的上端通过挡环限位，挡环位于铁柱上部轴肩以下的位置，弹簧下端通过铁柱下部的轴肩进行限位。

所述换刀轴为阶梯轴，包括由上至下依次连接的上刀柄、导向圆台、夹紧圆台和下刀柄；导向圆台的周向上对应位置设有数量与外罩的凸块相适应的凹槽，凹槽贯穿导向圆台的上、下端面，导向圆台为换刀轴的直径最大部分；夹紧圆台的粗端与导向圆台连接，细端与下刀柄的上端连接，下刀柄的下端安装砂轮。

两个锁块受托顶的进出孔挤压后移动产生的最大距离为0.6倍自然状态时两个锁块外边缘之间的最大距离；托顶的进出孔孔径为0.8倍自然状态时两个锁块外边缘之间的最大距离。

所述机械爪呈C型，机械爪的下端设有U型的叉部，叉部的U型口朝向外罩的轴线，通过阶梯孔的轴肩对叉部进行径向限位。

所述托顶的底部固定有定位环，用于换刀轴的定位。

所述锁块呈圆台状，圆台的大端朝上，小端朝下。

所述换刀装置还包括顶盖，顶盖固定在外罩的顶部，顶盖同时与打磨机器人的打磨主轴固连。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

本发明通过换刀轴推动托顶向上移动，托顶的进出孔挤压两个锁块使两个锁块卡入托顶的内腔中，长连杆带动机械爪对换刀轴进行抱紧，实现换刀轴的安装，进而将砂轮安装在打磨机器人的打磨主轴上；更换换刀轴时，铁柱在电磁铁的作用下向上滑动，带动四连杆机构发生变形，使两个锁块脱离托顶，托顶依靠重力下落，同时机械爪松开换刀轴，换刀轴同时也依靠重力下落，即可更换换刀轴。

换刀轴安装和更换过程简单，且完全依靠纯机械运动，不仅加快了砂轮在打磨主轴上的安装过程，而且在打磨主轴高速转动的过程中，两个锁块在离心力的作用下在托顶的内腔中卡得更紧，托顶更加稳固，可靠性高。

本发明的结构较为简单，制造成本低；所有机械爪侧面边缘的最大距离为20cm，顶盖顶部与换刀轴底部之间的距离为25cm，体积较小，更适合安装于风电叶片打磨机器人的打磨主轴上。

附图说明

图1是本发明整体结构的纵向剖视图；

图2是本发明的外罩的结构示意图；

图3是本发明的外罩沿轴向的剖视图；

图4是本发明的锁紧部分的结构示意图；

图5是本发明的锁紧部分的纵向图；

图6是本发明的换刀轴的结构示意图；

图7是本发明的电磁铁的结构示意图；

图中，1.顶盖；2.电磁铁；3.L型支架；4.长连杆；5.外罩；6.机械爪；7.三号连杆；8.托顶；9.锁块；10.二号接杆；11.一号连杆；12.铁柱；13.套筒；14.中空箱体；15.四号连杆；16.弹簧；17.上刀柄；18.导向圆台；19.夹紧圆台；20.下刀柄；

21.铁芯；22.线圈；23.安装座；24.电磁铁外壳；

51.方孔；52.阶梯孔；53.凸块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作下一步说明。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制申请的保护范围。

本发明提供了一种用于打磨机器人的自动换刀装置(简称换刀装置，参见图1-7)，包含电磁铁2、外罩5、换刀轴、夹紧部分和锁紧部分；

所述外罩5为中空柱体，上部具有圆柱形空腔，下部为圆台形空腔，可以为圆柱体、圆台状或圆柱与圆台的组合形状等，顶部中心处开有通孔，底部呈开口状；电磁铁2通过L型支架3固定在外罩5上方正对外罩5通孔的位置；外罩5侧面上均匀开有多个(本实施例为三个)长条形的方孔51，方孔51沿外罩5的轴向；每个方孔51的下方分别设有沿外罩5径向的呈方形的阶梯孔52，阶梯孔52的中心线与方孔51的中心线重合，阶梯孔52的大端靠近外罩5内部；外罩5的内壁上呈圆周均匀设有多个(本实施例为三个)凸块组，每个凸块组由两个三角形状的沿外罩5轴向间隔设置的凸块53构成，凸块53自上而下宽度增大；

所述锁紧部分包括锁块9、一号连杆11、二号连杆10、三号连杆7、四号连杆15、铁柱12、限位件和弹簧16；所述锁块9为上端大、下端小的变径锁块；所述限位件由套筒13和固定在套筒13下端的中空箱体14构成，套筒13的底部设有开口，使套筒13的内腔与中空箱体14的内腔相通，中空箱体14的两侧呈开口状；套筒13上部过盈配合在外罩5的通孔内，套筒13的下部伸入外罩5内与中空箱体14连接；铁柱12的中部设有轴颈，铁柱12的下部伸入套筒13内，上部露在套筒13外且位于外罩5的通孔内，铁柱12能同时在套筒13和外罩5的通孔内往复滑动，向下滑动最大距离时铁柱12上部的轴肩能卡在套筒13的上端面上，对铁柱12进行限位；弹簧16套装在铁柱12的轴颈部位，弹簧16的上端通过挡环限位，下端通过铁柱12下部的轴肩进行限位；铁柱12的底部通过销轴分别与一号连杆11的上端以及二号连杆10的上端铰接，一号连杆11的下端和二号连杆10的下端分别通过销轴与各自的锁块9侧面的连接座铰接，一个锁块9的连接座同时与三号连杆7的上端铰接，另一个锁块9的连接座同时与四号连杆15的上端铰接；两个锁块9对称设置在中空箱体14的两侧，与中空箱体14不干涉，即中空箱体14的左右开口与锁块9的连接座之间具有间隙，使锁块9在四连杆机构的作用下能顺利伸缩；三号连杆7的下端和四号连杆15的下端通过销轴均与中空箱体14内的铰支座铰接；一号连杆11、二号连杆10、三号连杆7以及四号连杆均位于中空箱体14内，四个连杆共同构成四连杆机构；电磁铁2通电吸引铁柱12向上运动并压缩弹簧16；铁柱12在向上滑动的同时使四连杆机构产生变形，带动两个锁块9朝着靠近中空箱体14的方向运动，两个锁块9移动的最大距离为0.6倍两个锁块9之间自然状态时的距离(即四连杆机构不变形时两个锁块9外边缘之间的最大距离)；电磁铁2断电后，通过弹簧16的弹力使铁柱12和两个锁块9复位；

所述夹紧部分包括长连杆4、机械爪6和托顶8；所述托顶8位于外罩5内且为中空圆柱体，其轴线与外罩5的轴线重合，托顶8与外罩5不干涉；托顶8顶部中心处开有正对锁紧部分的进出孔，孔径为0.8倍两个锁块9之间自然状态时的距离；托顶8的周向上均匀设有多个与外罩5的方孔51数量相适应的铰接座，每个铰接座分别与各自的长连杆4的上端铰接，每个长连杆4分别穿过各自的方孔51且下端与各自的机械爪6的上端铰接；机械爪6呈C型，机械爪6的下端设有U型的叉部；每个机械爪6的叉部位于外罩内，叉部的U型口朝向外罩5的轴线，叉部非U型口端穿过相应的阶梯孔52伸出外罩5内，通过阶梯孔52的轴肩对叉部进行径向限位，机械爪6能在阶梯孔52内沿外罩5的径向往复滑动；托顶8能向上运动，带动长连杆4摆动，进而带动机械爪6朝向外罩5轴线的方向滑动；

所述换刀轴为阶梯轴，包括由上至下依次连接的上刀柄17、导向圆台18、夹紧圆台19和下刀柄20；导向圆台18的周向上对应位置设有数量与外罩5的凸块53相适应的凹槽，凹槽贯穿导向圆台18的上、下端面；夹紧圆台19的粗端与导向圆台18连接，细端与下刀柄20的上端连接，下刀柄20的下端安装砂轮；安装换刀轴时，换刀轴从外罩5底部的开口处向上伸入外罩5内，使上刀柄17位于托顶8的定位环内；继续向上推动换刀轴，带动托顶8向上运动并挤压两个锁块9，两个锁块9朝着靠近中空箱体14的方向运动，使两个锁块9从托顶8的进出孔卡入托顶8的内腔中；在托顶8向上运动的同时，长连杆4摆动，带动所有的机械爪6抱紧换刀轴，进而完成换刀轴的安装。

所述换刀轴还可以是上端小、下端大的圆台，保证圆台能在外罩5的空腔内上下往复运动即可；圆台的中部设有与凸块配合的凹槽以及用于机械爪的叉部抱紧换刀轴的轴颈。

所述换刀装置还包括顶盖1，顶盖1固定在外罩5的顶部，顶盖1同时与打磨机器人的打磨主轴固连。

所述托顶8的底部固定有定位环，用于换刀轴的定位。

所述电磁铁2包括铁芯21、线圈22、安装座23和电磁铁外壳24，安装座23通过螺栓与L型支架3相连接，安装座的下表面安装铁芯，铁芯外缠绕线圈，线圈外包裹电磁铁外壳；电磁铁工作时，线圈22将通电并产生磁场，铁芯21被磁化，由于磁力作用铁柱12被铁芯21吸引并向上滑动，带动四连杆机构运动，拉动两个锁块9朝向中空箱体14的方向运动，解除锁定。

所述锁块9为半个圆台状，圆台的大端朝上，小端朝下，方便托顶8挤压两个锁块9。

本发明的工作原理和工作流程是：

安装换刀轴(电磁铁2不通电)：将安装有砂轮的换刀轴竖直放置在工作台上，打磨机器人的打磨主轴移动，带动外罩5移动至换刀轴的正上方，然后外罩5向下移动，使换刀轴从外罩5底部的开口处向上伸入外罩5内，上刀柄17位于托顶8的定位环内，外罩5上的凸块53位于导向圆台18的凹槽内，对换刀轴进行径向限位；外罩5继续向下移动，托顶8的进出孔挤压两个锁块9，使两个锁块9朝着靠近中空箱体14的方向运动，四连杆机构产生变形推动铁柱12向上滑动并挤压弹簧16，两个锁块9穿过托顶8的进出孔伸入托顶8的内腔中；在两个锁块9穿过托顶8的进出孔后，在弹簧16的弹力作用下，铁柱12向下运动使四连杆机构和两个锁块9复位；由于托顶8的进出孔小于两个锁块9自然状态下两者之间的距离，因此两个锁块9的上端面卡在托顶8顶壁上；与此同时，长连杆4摆动，带动所有的机械爪6朝向靠近外罩5轴向的方向运动，机械爪6的叉部抱紧换刀轴的夹紧圆台19，进而完成换刀轴的安装，即实现砂轮安装在打磨机器人的打磨主轴上；

落刀：电磁铁2通电产生磁场，吸引铁柱12使其向上滑动，四连杆机构变形，带动两个锁块9朝着靠近中空箱体14的方向运动直到两个锁块9之间的距离小于托顶8进出孔的孔径，两个锁块9从托顶8中脱离出来，此时托顶8依靠重力下落一段距离；在托顶8下落的过程中，长连杆4摆动，带动机械爪6朝向远离外罩5轴向的方向运动，机械爪6的叉部松开对换刀轴的抱紧，换刀轴依靠重力下落，实现落刀。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (10)

1.一种用于打磨机器人的自动换刀装置，包含电磁铁、外罩、换刀轴、夹紧部分和锁紧部分；其特征在于，所述锁紧部分包括锁块、铁柱、限位件、弹簧和四连杆机构；所述夹紧部分包括长连杆、机械爪和托顶；

所述锁块为上端大、下端小的变径锁块；限位件固定在外罩的顶部；铁柱的中部设有轴颈，弹簧套装在轴颈部位；铁柱的上部分伸出限位件外，下部分位于限位件内，铁柱能在限位件内上下往复滑动；四连杆机构位于限位件内，铁柱下端连接四连杆机构上端，四连杆机构的左、右端分别与各自的锁块铰接，四连杆机构的下端与限位件的下部铰接；电磁铁位于铁柱的正上方；

所述托顶位于外罩内，托顶顶部中心处开有进出孔，进出孔的直径小于两个锁块在自然状态下的外边缘之间的最大距离，且大于两个锁块在压缩后外边缘之间的最大距离；托顶的周向上均匀铰接有多个长连杆，每个长连杆穿出外罩并连接有机械爪，长连杆能在外罩上上下摆动；机械爪的末端始终位于外罩内且沿外罩径向往复滑动，末端朝向外罩轴线的端面用于夹紧换刀轴；

所述换刀轴能沿轴向伸入外罩内，且换刀轴的最大直径部分与外罩内壁滑动配合安装；换刀轴推动托顶向上运动至最高点时两个锁块卡入托顶内，此时机械爪恰好抱紧换刀轴。

2.根据权利要求1所述的自动换刀装置，其特征在于，所述外罩为中空柱体，上部具有圆柱形空腔，下部为圆台形空腔，圆柱形空腔内安装托顶和锁紧部分；外罩的侧面均匀开有多个沿外罩轴向的用于长连杆通过的方孔，方孔的下方设有用于限位机械爪的阶梯孔，外罩的圆台形空腔的内壁上呈圆周均匀设有多个用于与换刀轴最大直径部分滑动配合的凸块组；外罩顶部中心开有安装限位件的通孔，电磁铁固定在外罩上方正对通孔的位置。

3.根据权利要求2所述的自动换刀装置，其特征在于，所述凸块组由两个三角形状的凸块构成，凸块自上而下宽度增大。

4.根据权利要求2或3所述的用于打磨机器人的自动换刀装置，其特征在于，所述限位件由套筒和中空箱体构成；套筒的底部设有开口，使套筒的内腔与中空箱体的内腔相通，中空箱体的两侧呈开口状；套筒上部固定在外罩的通孔内，套筒的下端伸入外罩内与中空箱体连接；铁柱的上部露在套筒外且位于外罩的通孔内，下部伸入套筒内，铁柱能在套筒内往复滑动；弹簧套装在铁柱的轴颈部位，弹簧的上端通过挡环限位，挡环位于铁柱上部轴肩以下的位置，弹簧下端通过铁柱下部的轴肩进行限位。

5.根据权利要求1或2所述的用于打磨机器人的自动换刀装置，其特征在于，所述换刀轴为阶梯轴，包括由上至下依次连接的上刀柄、导向圆台、夹紧圆台和下刀柄；导向圆台的周向上对应位置设有数量与外罩的凸块相适应的凹槽，凹槽贯穿导向圆台的上、下端面，导向圆台为换刀轴的直径最大部分；夹紧圆台的粗端与导向圆台连接，细端与下刀柄的上端连接，下刀柄的下端安装砂轮。

6.根据权利要求1所述的用于打磨机器人的自动换刀装置，其特征在于，两个锁块受托顶的进出孔挤压后移动产生的最大距离为0.6倍自然状态时两个锁块外边缘之间的最大距离；托顶的进出孔孔径为0.8倍自然状态时两个锁块外边缘之间的最大距离。

7.根据权利要求1所述的用于打磨机器人的自动换刀装置，其特征在于，所述机械爪呈C型，机械爪的下端设有U型的叉部，叉部的U型口朝向外罩的轴线，通过阶梯孔的轴肩对叉部进行径向限位。

8.根据权利要求1所述的用于打磨机器人的自动换刀装置，其特征在于，所述托顶的底部固定有定位环，用于换刀轴的定位。

9.根据权利要求1所述的用于打磨机器人的自动换刀装置，其特征在于，所述锁块呈圆台状，圆台的大端朝上，小端朝下。

10.根据权利要求1所述的用于打磨机器人的自动换刀装置，其特征在于，所述换刀装置还包括顶盖，顶盖固定在外罩的顶部，顶盖同时与打磨机器人的打磨主轴固连。