CN111673610A - 一种用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构 - Google Patents

一种用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构 Download PDF

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Abstract

本发明实施例公开了一种用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构，包括：球形齿轮轴、球形齿轮套、工具安装轴、锁紧螺母、打磨盘、连接螺钉、轴承、摆动盘、万向球铰、安装板、伸缩油缸、油路和流量控制阀；球形齿轮轴包括轴部、连接杆和球头，球形齿轮轴的球头与球形齿轮套球套端连接，球形齿轮套在其周向上与摆动板通过轴承连接，球形齿轮套凹部端与工具安装轴的一端连接，打磨盘套在工具安装轴上；万向球铰均布在摆动盘上，与万向球铰一一对应的伸缩油缸均匀布设在安装盘上；对角布置的伸缩油缸通过油路管连通；流量控制阀设置在油路管上。本发明实施例解决了现有技术中由于打磨工具与电主轴刚性连接带来的问题，提高打磨形面轮廓精度。

Description

一种用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构
技术领域
本申请涉及但不限于机械加工自动化技术领域，尤指一种用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构。
背景技术
在航空航天领域应用了大量曲面工件，飞机对气动外形轮廓精度有严格要求。
在机器人磨削过程中，传统的方式采用打磨工具与电主轴刚性连接，这种连接方式的缺点是受曲面工件曲线轮廓的影响，工件在工装上存在安装误差时,当打磨盘与工件接触时，打磨盘就会破坏工件轮廓形面，使磨削量超差。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构，以解决现有技术中由于打磨工具与电主轴刚性连接带来的问题，从而实现机器人曲面打磨时打磨工具与曲面法向自动贴合，以补偿曲面误差，提高打磨形面轮廓精度。
本发明实施例提供一种用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构，包括：球形齿轮轴(1)、球形齿轮套(2)、工具安装轴(3)、锁紧螺母(4)、打磨盘(5)、连接螺钉(6)、轴承盖(7)、轴承(8)、摆动盘(9)、至少四个万向球铰(10)、安装板(11)、与万向球铰(10)数量相同的伸缩油缸(12)、油路(13)和流量控制阀(14)；
其中，球形齿轮轴(1)包括轴部、分别位于轴部两端的连接杆和球头，球形齿轮套(2)的一端为球套端、另一端为凹部端，球形齿轮轴(1)的球头与球形齿轮套(2)球套端连接，球形齿轮套(2)在其周向上与摆动板(9)通过轴承(8)连接，轴承盖(7)通过连接螺钉(6)与摆动盘(9)连接，将轴承(8)轴向定位，球形齿轮套(2)凹部端与工具安装轴(3)的一端连接，打磨盘(5)套在工具安装轴(3)上，通过锁紧螺母(4)将打磨盘(5)固定；打磨过程中打磨盘(5)的中心线法线与末端执行器的刀柄轴线重合；
至少四个万向球铰(10)均匀布设在摆动盘(9)上，与万向球铰(10)一一对应的至少四个伸缩油缸(12)均匀布设在安装盘(11)上，万向球铰(10)杆端与对应的伸缩油缸(12)的伸缩杆螺纹连接；对角布置的伸缩油缸(12)通过油路管(13)连通，使得相连接的两个伸缩油缸(12)形成连通回路；流量控制阀(14)设置在油路管(13)上，用于调节油路(13)的流量。
可选地，如上所述的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构中，所述法向精度补偿机构通过球形齿轮轴(1)的连接杆与末端执行器的刀柄(15)连接，刀柄(15)还与电主轴(16)连接，并通过安装板(11)与末端执行器的框架(17)连接。
可选地，如上所述的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构中，所述安装板(11)为固定设置的；
所述摆动盘(9)为活动设置的，用于在打磨盘(5)的带动下，绕球形齿轮轴(1)的球头球心转动。
可选地，如上所述的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构中，所述球形齿轮轴(1)和球形齿轮套(2)形成所述法向精度补偿机构中的球形齿轮机构；
所述法向精度补偿机构，通过所述球形齿轮机构连接电主轴(16)和打磨盘(5)，使得球形齿轮机构将轴向扭矩传递给打磨盘(5)，又使得打磨盘(5)可绕球头球心旋转。
可选地，如上所述的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构中，
对角布置的伸缩油缸(12)，用于连通这两个伸缩油缸(12)的油路管(13)，与这两个伸缩油缸(12)一一对应的万向球铰(10)，以及球形齿轮机构和流量控制阀(14)形成所述法向精度补偿机构中的油路连通器。
可选地，如上所述的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构中，
所述油路连通器，用于增大打磨工具摆动阻尼，减少打磨加工时工具抖动，并且通过调整流量控制阀(14)调整油路流量来控制阻尼大小。
可选地，如上所述的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构中，所述伸缩油缸(12)和万向球铰(10)的数量相同，数量为4个、6个或8个；
多个伸缩油缸(12)均匀布设于固定设置的安装盘(11)上，多个万向球铰(10)均匀布设于可绕球心转动的摆动盘(9)上，且伸缩油缸(12)和万向球铰(10)布设位置一一对应。
可选地，如上所述的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构中，
所述法向精度补偿机构，用于在打磨盘(5)与曲面贴合、且存在法向偏差的情况下，打磨盘(5)受到曲面工件的反作用力，带动摆动盘(9)绕球形齿轮轴(1)的球头球心盘转，万向球铰(10)推动伸缩油缸(12)伸缩杆缩短，由于油路连通，对角端伸缩油缸(12)伸缩杆伸长，在油缸及油路阻尼的作用下，从而减少打磨过程中打磨盘(9)的抖动。
本发明实施例提供的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构，与传统机器人曲面打磨的方式相比：传统的方式采用打磨工具与电主轴刚性连接，这种连接方式的缺点是受曲面工件曲线轮廓的影响，如果工件在安装过程中与理论位置存在误差，机器人按离线程序加工，打磨盘与工件刚性接触，打磨盘就会破坏工件轮廓型面。本发明实施例提供的法向精度补偿机构应用于机器人末端执行器，该法向精度补偿机构具体安装于机器人末端执行器的电主轴与刀具(即打磨盘)之间，既能通过球形齿轮机构传递扭矩，又能使得打磨片绕轴向摆动，使得打磨盘与工件曲面自动贴合，可补偿打磨时机器人离线程序轨迹与工件的法向偏差，可解决打磨工具与电主轴刚性连接带来的问题，提高磨削加工精度及质量，从而提高打磨件曲面形面轮廓精度。
附图说明
附图用来提供对本发明技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本发明的技术方案，并不构成对本发明技术方案的限制。
图1为本发明实施例提供的一种用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构的外形结构示意图；
图2为图1所示用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构的剖面结构示意图；
图3为图1所示用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构的俯视图；
图4为本发明实施例提供的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构与机器人的末端执行器的安装结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本发明的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。
上述背景技术中已经说明现有的传统机器人磨削方式中，由于打磨工具与电主轴为刚性连接，会造成打磨盘破坏工件轮廓形面，使磨削量超差的情况。基于上述问题，目前亟需设计一种能够法向自动贴合的调整机构，既能传递扭矩又能绕某一球心摆动，从而解决打磨工具与电主轴刚性连接带来的问题。
本发明提供以下几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。
图1为本发明实施例提供的一种用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构的外形结构示意图，图2为图1所示用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构的剖面结构示意图，图3为图1所示用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构的俯视图。结合图1到图3所示，本实施例提供的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构可以包括：球形齿轮轴1、球形齿轮套2、工具安装轴3、锁紧螺母4、打磨盘5、连接螺钉6、轴承盖7、轴承8、摆动盘9、万向球铰10、安装板11、伸缩油缸12、油路13和流量控制阀14。
如图1到图3所示法向精度补偿机构的结构中，球形齿轮轴1包括轴部、分别位于轴部两端的连接杆和球头，球形齿轮套2的一端为球套端、另一端为凹部端，球形齿轮轴1的球头与球形齿轮套2球套端连接，球形齿轮套2在其周向上与摆动板9通过轴承8连接，轴承盖7通过连接螺钉6与摆动盘9连接，将轴承8轴向定位，球形齿轮套2凹部端与工具安装轴3的一端连接，打磨盘5套在工具安装轴3上，并且打磨盘5通过锁紧螺母4安装在工具安装轴3上，拆卸方便。
本发明实施例中的至少四个万向球铰10均匀布设在摆动盘9上，与万向球铰10一一对应的至少四个伸缩油缸12均匀布设在安装盘11上，万向球铰10杆端与对应的伸缩油缸12的伸缩杆螺纹连接；对角布置的伸缩油缸12通过油路管13连通，使得相连接的两个伸缩油缸12形成连通回路；流量控制阀14设置在油路管13上，用于调节油路13的流量。
图4为本发明实施例提供的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构与机器人的末端执行器的安装结构示意图。结合图1到图4所示，本发明实施中的法向精度补偿机构通过球形齿轮轴1的连接杆与末端执行器的刀柄15连接，刀柄15还与电主轴16连接，并通过安装板11与末端执行器的框架17连接。
需要说明的是，本发明实施例的法向精度补偿机构中，安装板11为固定设置的；摆动盘9为活动设置的，用于在打磨盘5的带动下，绕球形齿轮轴1的球头球心转动。
在本发明实施例中，由球形齿轮轴1和球形齿轮套2形成该法向精度补偿机构中的球形齿轮机构。
本发明实施例的法向精度补偿机构，通过球形齿轮机构连接电主轴16和打磨盘5，使得球形齿轮机构将轴向扭矩传递给打磨盘5，又使得打磨盘5可绕球头球心旋转。
在本发明实施例中，对角布置的伸缩油缸12，用于连通这两个伸缩油缸12的油路管13，与这两个伸缩油缸12一一对应的万向球铰10，以及球形齿轮机构和流量控制阀14，共同形成本发明实施例中法向精度补偿机构中的油路连通器。
本发明实施例中的油路连通器，用于增大打磨工具摆动阻尼，减少打磨加工时工具抖动，并且通过调整流量控制阀14调整油路流量来控制阻尼大小，以减少打磨时工具的抖动。
本发明实施例在实际应用中，要求伸缩油缸12和万向球铰10的数量相同，如图1到图4所示法向精度补偿机构，均以伸缩油缸12和万向球铰10为4个为例予以示出。
在本发明实施例的一种实现方式中，伸缩油缸12和万向球铰10的数量还可以为6个或8个。安装时要求保证，多个伸缩油缸12均匀布设于固定设置的安装盘11上，多个万向球铰10均匀布设于可绕球心转动的摆动盘9上，且伸缩油缸12和万向球铰10布设位置一一对应。
本发明上述各实施例提供的法向精度补偿机构，当打磨盘5与曲面贴合、且存在法向偏差的情况下，打磨盘5受到曲面工件的反作用力，带动摆动盘9绕球形齿轮轴1的球头球心盘转，万向球铰10推动伸缩油缸12伸缩杆缩短，由于油路连通，对角端伸缩油缸12伸缩杆伸长，在油缸及油路阻尼的作用下，从而减少打磨过程中打磨盘9的抖动。
本发明实施例提供的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构，与传统机器人曲面打磨的方式相比：传统的方式采用打磨工具与电主轴刚性连接，这种连接方式的缺点是受曲面工件曲线轮廓的影响，如果工件在安装过程中与理论位置存在误差，机器人按离线程序加工，打磨盘与工件刚性接触，打磨盘就会破坏工件轮廓型面。本发明实施例提供的法向精度补偿机构应用于机器人末端执行器，该法向精度补偿机构具体安装于机器人末端执行器的电主轴与刀具即打磨盘之间，既能通过球形齿轮机构传递扭矩，又能使得打磨片绕轴向摆动，使得打磨盘与工件曲面自动贴合，可补偿打磨时机器人离线程序轨迹与工件的法向偏差，可解决打磨工具与电主轴刚性连接带来的问题，提高磨削加工精度及质量，从而提高打磨件曲面形面轮廓精度。
本发明实施例提供的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构的工作流程如下：
球形齿轮轴1与刀柄15连接，刀柄15与电主轴16连接，安装板11与末端执行器的框架17连接，用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构安装在磨削末端执行器上，先由离线程序系统确定工件上所打磨区域位置，机器人携带末端执行器就位，打磨盘5与工件接触，由于工件安装误差的存在，打磨盘5与工件存在一定的偏角，机器人带动末端执行器施加一定的预压力，在预压力的作用下，当打磨盘5与工件曲面贴合，若存在法向偏差，打磨盘5受到曲面工件的反作用力，带动摆动盘9绕球形齿轮轴1的球头球心旋转，打磨盘5的中心线法线与刀柄轴线重合，然后电主轴16转动，沿机器人移动轨迹打磨指定区域。一侧的万向球铰10推动伸缩油缸12的伸缩杆缩短，由于油路连通原理，另一测的伸缩油缸12的伸缩杆伸长，在油缸及油路阻尼的作用下，可减少打磨过程中打磨盘5的抖动。
虽然本发明所揭露的实施方式如上，但所述的内容仅为便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式及细节上进行任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (8)

1.一种用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构，其特征在于，包括：球形齿轮轴(1)、球形齿轮套(2)、工具安装轴(3)、锁紧螺母(4)、打磨盘(5)、连接螺钉(6)、轴承盖(7)、轴承(8)、摆动盘(9)、至少四个万向球铰(10)、安装板(11)、与万向球铰(10)数量相同的伸缩油缸(12)、油路(13)和流量控制阀(14)；
其中，球形齿轮轴(1)包括轴部、分别位于轴部两端的连接杆和球头，球形齿轮套(2)的一端为球套端、另一端为凹部端，球形齿轮轴(1)的球头与球形齿轮套(2)球套端连接，球形齿轮套(2)在其周向上与摆动板(9)通过轴承(8)连接，轴承盖(7)通过连接螺钉(6)与摆动盘(9)连接，将轴承(8)轴向定位，球形齿轮套(2)凹部端与工具安装轴(3)的一端连接，打磨盘(5)套在工具安装轴(3)上，通过锁紧螺母(4)将打磨盘(5)固定；打磨过程中打磨盘(5)的中心线法线与末端执行器的刀柄轴线重合；
至少四个万向球铰(10)均匀布设在摆动盘(9)上，与万向球铰(10)一一对应的至少四个伸缩油缸(12)均匀布设在安装盘(11)上，万向球铰(10)杆端与对应的伸缩油缸(12)的伸缩杆螺纹连接；对角布置的伸缩油缸(12)通过油路管(13)连通，使得相连接的两个伸缩油缸(12)形成连通回路；流量控制阀(14)设置在油路管(13)上，用于调节油路(13)的流量。
2.根据权利要求1所述的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构，其特征在于，所述法向精度补偿机构通过球形齿轮轴(1)的连接杆与末端执行器的刀柄(15)连接，刀柄(15)还与电主轴(16)连接，并通过安装板(11)与末端执行器的框架(17)连接。
3.根据权利要求2所述的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构，其特征在于，所述安装板(11)为固定设置的；
所述摆动盘(9)为活动设置的，用于在打磨盘(5)的带动下，绕球形齿轮轴(1)的球头球心转动。
4.根据权利要求3所述的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构，其特征在于，所述球形齿轮轴(1)和球形齿轮套(2)形成所述法向精度补偿机构中的球形齿轮机构；
所述法向精度补偿机构，通过所述球形齿轮机构连接电主轴(16)和打磨盘(5)，使得球形齿轮机构将轴向扭矩传递给打磨盘(5)，又使得打磨盘(5)可绕球头球心旋转。
5.根据权利要求4所述的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构，其特征在于，
对角布置的伸缩油缸(12)，用于连通这两个伸缩油缸(12)的油路管(13)，与这两个伸缩油缸(12)一一对应的万向球铰(10)，以及球形齿轮机构和流量控制阀(14)形成所述法向精度补偿机构中的油路连通器。
6.根据权利要求5所述的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构，其特征在于，
所述油路连通器，用于增大打磨工具摆动阻尼，减少打磨加工时工具抖动，并且通过调整流量控制阀(14)调整油路流量来控制阻尼大小。
7.根据权利要求1所述的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构，其特征在于，所述伸缩油缸(12)和万向球铰(10)的数量相同，数量为4个、6个或8个；
多个伸缩油缸(12)均匀布设于固定设置的安装盘(11)上，多个万向球铰(10)均匀布设于可绕球心转动的摆动盘(9)上，且伸缩油缸(12)和万向球铰(10)布设位置一一对应。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构，其特征在于，
所述法向精度补偿机构，用于在打磨盘(5)与曲面贴合、且存在法向偏差的情况下，打磨盘(5)受到曲面工件的反作用力，带动摆动盘(9)绕球形齿轮轴(1)的球头球心盘转，万向球铰(10)推动伸缩油缸(12)伸缩杆缩短，由于油路连通，对角端伸缩油缸(12)伸缩杆伸长，在油缸及油路阻尼的作用下，从而减少打磨过程中打磨盘(9)的抖动。
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