CN111843664A - 一种可平衡工件重力的并联式轮毂打磨机床 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种可平衡工件重力的并联式轮毂打磨机床，包括工件调姿装置、轮毂夹持装置、主轴进给装置与电主轴。工件调姿装置由四个调姿驱动分支与动平台构成，组成冗余驱动的并联式调姿系统，刚度高，精度高，承载能力强，加上配重可平衡掉工件与部分构件的重量，使得机构响应速度提升，节能性提高。主轴进给装置采用双电机冗余驱动来实现齿轮传动的消隙，进一步提高了加工精度。轮毂夹持装置采用液力转向同步驱动方式，将一个电机的动力一分为四，同时驱动四个轮毂夹持架，工作可靠，响应迅速，出力有保证。整体上来讲，本发明具有承载能力大、精度高、响应快、成本低廉等优点。

Description

一种可平衡工件重力的并联式轮毂打磨机床

技术领域

本发明涉及打磨机床技术领域，特别涉及一种可平衡工件重力的并联式轮毂打磨机床。

背景技术

近年来，国内家庭轿车保有量持续攀高，人们对汽车性能、外观的要求也越来越高，传统轮毂制造工艺在一次成型后表面会有毛刺，以至于其光洁度不高，美观性较差，这就需要对其表面进行抛光打磨。申请号为CN201811567122的中国发明专利提供了一种车轮轮毂打磨系统，包括工业机器人、打磨组件、输送装置和定位装置。该发明可以提高打磨工作效率，减少人力的成本，可以很大程度上提高轮毂的打磨质量，可以实现较为复杂的打磨姿态并且可以到达较远位置，处理较为复杂的轮毂打磨区域。但是串联式工业机器人具有刚度较差、关节累积误差使加工精度降低、成本高昂等缺点。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种相应迅速、精度高、承载能力强的并联式轮毂打磨机床。

本发明的技术方案如下：本发明工件调姿装置、轮毂夹持装置、主轴进给装置与电主轴组成。

工件调姿装置由四个调姿驱动分支、四个组合连杆与一个活动平台组成。调姿驱动分支包括立柱、驱动电机、垂向丝杠、垂向丝杠螺母、垂向滑块、绳轮、轮绳和配重。立柱与地面固连，驱动电机倒置安装在其上表面之上。垂向丝杠与驱动电机的输出轴连接，垂向滑块通过第一移动副与立柱连接，第一移动副的轴线沿竖直方向，和垂向丝杠配合的垂向丝杠螺母与垂向滑块固定连接。绳轮设在靠近立柱顶端的后方，通过第一转动副与立柱连接，第一转动副的轴线沿水平方向。配重置于立柱之后，通过第二移动副与立柱连接，第二移动副轴线沿竖直方向。轮绳一端连接垂向滑块，另一端向上绕过绳轮后与配重连接。

四个工件调姿装置均匀布置在地面上，绕竖直中心轴线呈轴对称分布，每个调姿驱动分支均朝向该中心轴线。

组合连杆包括T形连杆与直连杆，两者通过第二转动副连接，该转动副轴线与T形连杆和直连杆的轴线重合。每个组合连杆一端通过第三转动副与垂向滑块连接，第三转动副轴线沿水平方向，并与第二转动副垂直。活动平台为长方体板状结构，组合连杆另一端通过U铰与活动平台的一角连接。

主轴进给装置包括圆形外齿圈、圆形内圈、径向进给安装架、两个周向驱动电机、两个回转驱动齿轮、一个径向驱动电机、一个径向丝杠、一个径向丝杠螺母、一个径向进给滑块与一个主轴安装架。

外齿圈与地面固定连接，内圈与外齿圈通过第四转动副连接，该转动副轴线与竖直中心轴线重合。径向进给安装架为一个横截面为U形的长方体横梁，在靠近两端处各设有一竖直立板，径向进给安装架的底面与内圈的上表面固定连接。径向进给安装架两端各设有一个周向驱动电机，两个周向驱动电机均倒置安装在安装架的底板上，电机输出轴均穿过底板，并各自与一个回转驱动齿轮固连，两个回转驱动齿轮均与外齿圈啮合。在一端的竖直立板与周向驱动电机之间设有一个径向驱动电机，该电机与立板固定连接，电机输出轴与径向丝杠连接。径向丝杠设在径向进给安装架内部，通过第五转动副与安装架连接，该转动副轴线与径向丝杠轴线重合。径向进给滑块通过第三移动副与径向进给安装架连接，第三移动副的轴线与径向丝杠轴线平行。和径向丝杠配合的径向丝杠螺母与径向进给滑块固定连接。主轴安装架的底面与径向进给滑块的上表面固定连接。电主轴安装在主轴安装架上，其输出轴朝上。

轮毂夹持装置包括夹持驱动电机、一个第一传动连杆、两个第二传动连杆、两个转向活塞泵、四个夹持油缸与四个轮毂夹持架。夹持驱动电机倒置安装在活动平台上表面的电机安装架上，电机轴线与活动平台的竖直中心轴线重合。两个转向活塞泵对称布置在电机前后两侧。每个转向活塞泵由泵壳与活塞连杆组成，两个泵壳底面均与活动平台上表面固连，活塞连杆通过第四移动副与活动平台连接，第四移动副轴线与活塞连杆的轴线重合。

第一传动连杆的中部与电机的输出轴固连，第一传动连杆的两端分别通过第六转动副与一个第二传动连杆连接，该转动副垂直于活动平台的上表面。第二传动连杆的另一端通过第七转动副与活塞连杆连接，该转动副轴线与第六转动副轴线平行。

四个夹持油缸设在活动平台的下表面上，每个转向活塞泵左右两侧各有一个油缸，夹持油缸的缸筒均与活动平台的下表面固定连接。四个轮毂夹持架同样设在活动平台的下表面上，均布置在夹持油缸之前，均通过第五移动副与活动平台连接，第五移动副的轴线与夹持油缸的轴线缸杆伸出轴线平行，并且每个轮毂夹持架和对应的缸杆固定连接。

转向活塞泵的有杆腔与无杆腔，夹持油缸的有杆腔与无杆腔中均充满油液。每个活塞泵的有杆腔与活塞泵左右两侧的两个夹持油缸的有杆腔通过油管连接；每个活塞泵的无杆腔与活塞泵左右两侧的两个夹持油缸的无杆腔通过油管连接。

进一步地，立柱为一半封闭长方体箱，前侧面打开。

进一步地，两个转向活塞泵的活塞连杆的伸出方向均指向电机，且两个活塞连杆的轴线重合。

进一步地，四个夹持油缸沿活动平台竖直中心轴线均匀分布，所有油缸均指向活动平台的竖直中心轴线。

本发明的有益效果是。

1.工件调姿装置整体为一冗余驱动的三自由度并联机构，刚度大，精度高，有效地保证了加工质量。

2.两组周向驱动电机与回转齿轮的设置能够消除齿轮啮合间隙，精度更高。

3.转向活塞泵与四个夹持油缸构成液力换向同步驱动装置，出力有保证，布置灵活，工作可靠，将一台电机的输出均匀地一分为四，同步驱动四个轮毂夹持架。

4.制造成本低，适于普及生产代替传统加工手段。

附图说明

图1为本发明的整体三维示意图。

图2为本发明中调姿驱动分支的前向三维示意图。

图3为本发明中调姿驱动分支的后向三维示意图。

图4为主轴进给装置的三维示意图。

图5-7为轮毂夹持装置的三维示意图。

附图标号：1-工件调姿装置；11-调姿驱动分支；1101-立柱、1102-驱动电机、1103-垂向丝杠、1104-垂向丝杠螺母、1105-垂向滑块、1106-第一移动副、1107-绳轮、1108-轮绳；1109-配重；1110-第三转动副；1111-第一转动副；1112-第二移动副；12-组合连杆；1201-T形连杆；1202-直连杆；1203-第二转动副；13-活动平台；14-U铰；2-轮毂夹持装置；21-夹持驱动电机、22-第一传动连杆、23-第二传动连杆、24-转向活塞泵、2401-泵壳；2402-活塞连杆；2403-转向活塞泵有杆腔；2404-转向活塞泵无杆腔；25-夹持油缸；2501-夹持油缸缸筒；2502-夹持油缸缸杆；2503-夹持油缸有杆腔；2504-夹持油缸无杆腔；26-油管；27-油管；28-轮毂夹持架；29-第六转动副；210-第七转动副；211-第四移动副；212-第五移动副；3-主轴进给装置；301-圆形外齿圈、302-圆形内圈、303-径向进给安装架、304-周向驱动电机、305-回转驱动齿轮、306-径向驱动电机、307-径向丝杠、308-径向丝杠螺母、309-径向进给滑块；310-第三移动副；311-主轴安装架；312-第四转动副；313-第五转动副；4-电主轴；5-中心轴线。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

实施例。

如图1所示的一种可平衡工件重力的并联式轮毂打磨机床，其由工件调姿装置1、轮毂夹持装置2、主轴进给装置3与电主轴4组成。

工件调姿装置1由四个调姿驱动分支11、四个组合连杆12与一个活动平台13组成。如图2与图3所示，调姿驱动分支11包括立柱1101、驱动电机1102、垂向丝杠1103、垂向丝杠螺母1104、垂向滑块1105、绳轮1107、轮绳1108和配重1109。立柱1101与地面固连，驱动电机1102倒置安装在其上表面之上。垂向丝杠1103与驱动电机1102的输出轴连接，垂向滑块1105通过第一移动副1106与立柱1101连接，第一移动副1106的轴线沿竖直方向，和垂向丝杠1103配合的垂向丝杠螺母1104与垂向滑块1105固定连接。绳轮1107设在靠近立柱1101顶端的后方，通过第一转动副1111与立柱1101连接，第一转动副1111的轴线沿水平方向。配重1109置于立柱1101之后，通过第二移动副1112与立柱1101连接，第二移动副1112轴线沿竖直方向。轮绳1108一端连接垂向滑块1105，另一端向上绕过绳轮1107后与配重1109连接。四个配重1109的添加平衡掉了轮毂夹持装置与工件的重量，使本发明的响应速度得到提升。

四个工件调姿装置1均匀布置在地面上，绕竖直中心轴线5呈轴对称分布，每个调姿驱动分支11均朝向该中心轴线5。

组合连杆12包括T形连杆1201与直连杆1202，两者通过第二转动副1203连接，该转动副轴线与T形连杆1201和直连杆1202的轴线重合。每个组合连杆12一端通过第三转动副1110与垂向滑块1105连接，第三转动副1110轴线沿水平方向，并与第二转动副1203垂直。活动平台13为长方体板状结构，组合连杆12另一端通过U铰14与活动平台13的一角连接。

工件调姿装置整体为一冗余驱动的三自由度并联机构，刚度大，精度高，有效地保证了加工质量。

如图3所示，主轴进给装置3包括圆形外齿圈301、圆形内圈302、径向进给安装架303、两个周向驱动电机304、两个回转驱动齿轮305、一个径向驱动电机306、一个径向丝杠307、一个径向丝杠螺母308、一个径向进给滑块309与一个主轴安装架311。

外齿圈301与地面固定连接，内圈302与外齿圈301通过第四转动副312连接，该转动副312轴线与竖直中心轴线5重合。径向进给安装架303为一个横截面为U形的长方体横梁，在靠近两端处各设有一竖直立板，径向进给安装架303的底面与内圈302的上表面固定连接。径向进给安装架303两端各设有一个周向驱动电机304，两个周向驱动电机304均倒置安装在安装架303的底板上，电机304输出轴均穿过底板，并各自与一个回转驱动齿轮305固连，两个回转驱动齿轮305均与外齿圈301啮合。在一端的竖直立板与周向驱动电机304之间设有一个径向驱动电机306，该电机306与立板固定连接，电机306输出轴与径向丝杠307连接。径向丝杠307设在径向进给安装架303内部，通过第五转动副313与安装架303连接，该转动副313轴线与径向丝杠307轴线重合。径向进给滑块309通过第三移动副310与径向进给安装架303连接，第三移动副310的轴线与径向丝杠307轴线平行。和径向丝杠307配合的径向丝杠螺母308与径向进给滑块309固定连接。主轴安装架311的底面与径向进给滑块309的上表面固定连接。电主轴4安装在主轴安装架311上，其输出轴朝上。

两组周向驱动电机与回转齿轮的设置能够消除齿轮啮合间隙，提高了本发明的精度。

如图5与图6所示，轮毂夹持装置2包括夹持驱动电机21、一个第一传动连杆22、两个第二传动连杆23、两个转向活塞泵24、四个夹持油缸25与四个轮毂夹持架28。夹持驱动电机21倒置安装在活动平台13上表面的电机安装架上，电机轴线与活动平台13的竖直中心轴线重合。两个转向活塞泵24对称布置在电机21前后两侧。每个转向活塞泵24由泵壳2401与活塞连杆2402组成，两个泵壳2401底面均与活动平台13上表面固连，活塞连杆2402通过第四移动副211与活动平台13连接，第四移动副211轴线与活塞连杆2402的轴线重合。

第一传动连杆22的中部与电机21的输出轴固连，第一传动连杆22的两端分别通过第六转动副29与一个第二传动连杆23连接，该转动副垂直于活动平台13的上表面。第二传动连杆23的另一端通过第七转动副210与活塞连杆连接，该转动副轴线与第六转动副29轴线平行。

四个夹持油缸25设在活动平台13的下表面上，每个转向活塞泵24左右两侧各有一个油缸25，夹持油缸25的缸筒2501均与活动平台13的下表面固定连接。四个轮毂夹持架28同样设在活动平台13的下表面上，均布置在夹持油缸25之前，均通过第五移动副212与活动平台13连接，第五移动副212的轴线与夹持油缸25的轴线缸杆2502伸出轴线平行，并且每个轮毂夹持架28和对应的缸杆2502固定连接。

如图7所示，转向活塞泵24的有杆腔2403与无杆腔2404，夹持油缸25的有杆腔2503与无杆腔2504中均充满油液。每个活塞泵24的有杆腔2403与活塞泵24左右两侧的两个夹持油缸25的有杆腔2503通过油管26连接；每个活塞泵24的无杆腔2404与活塞泵24左右两侧的两个夹持油缸25的无杆腔2504通过油管27连接。

转向活塞泵与四个夹持油缸构成液力换向同步驱动装置，出力有保证，布置灵活，工作可靠，将一台电机的输出均匀地一分为四，同步驱动四个轮毂夹持架。

立柱1101为一半封闭长方体箱，前侧面打开。

两个转向活塞泵24的活塞连杆2402的伸出方向均指向电机21，且两个活塞连杆2402的轴线重合。

四个夹持油缸25沿活动平台13竖直中心轴线均匀分布，所有油缸25均指向活动平台13的竖直中心轴线。

本发明工作原理：冗余驱动的三自由度并联工件调姿装置1通过驱动电机1102调整活动平台13上的待打磨轮毂的位姿；主轴进给装置3能够使电主轴4做平面移动，使其达到设定位置，对轮毂进行打磨加工；轮毂夹持装置2中的电机21通过连杆驱动转向活塞泵24的活塞连杆2402，使其在泵壳2401中往复直线运行，转向活塞泵24的有杆腔2403与活塞泵24左右两侧的两个夹持油缸25的有杆腔2503通过油管26连接；每个活塞泵24的无杆腔2404与活塞泵24左右两侧的两个夹持油缸25的无杆腔2504通过油管27连接，在这些油腔与油管中充满液压油，使得在电机21逆时针转动时，两个转向活塞泵24的活塞连杆2402伸出，四个夹持油缸25的缸杆2502将同时缩回，放开抱紧的待加工轮毂，电机21顺时针转动，将使油缸25的缸杆2502同时伸出，抱紧待加工轮毂；三部分协同配合，完成对轮毂的夹持、调姿、打磨。

Claims (4)

1.一种可平衡工件重力的并联式轮毂打磨机床，其特征在于：其由工件调姿装置（1）、轮毂夹持装置（2）、主轴进给装置（3）与电主轴（4）组成；

所述工件调姿装置（1）由四个调姿驱动分支（11）、四个组合连杆（12）与一个活动平台（13）组成，调姿驱动分支（11）包括立柱（1101）、驱动电机（1102）、垂向丝杠（1103）、垂向丝杠螺母（1104）、垂向滑块（1105）、绳轮（1107）、轮绳（1108）和配重（1109），所述立柱（1101）与地面固连，驱动电机（1102）倒置安装在其上表面之上，垂向丝杠（1103）与驱动电机（1102）的输出轴连接，垂向滑块（1105）通过第一移动副（1106）与立柱（1101）连接，第一移动副（1106）的轴线沿竖直方向，和垂向丝杠（1103）配合的垂向丝杠螺母（1104）与垂向滑块（1105）固定连接，所述绳轮（1107）设在靠近立柱（1101）顶端的后方，通过第一转动副（1111）与立柱（1101）连接，第一转动副（1111）的轴线沿水平方向，所述配重（1109）置于立柱（1101）之后，通过第二移动副（1112）与立柱（1101）连接，第二移动副（1112）轴线沿竖直方向，所述轮绳（1108）一端连接垂向滑块（1105），另一端向上绕过绳轮（1107）后与配重（1109）连接，四个工件调姿装置（1）均匀布置在地面上，绕竖直中心轴线（5）呈轴对称分布，每个调姿驱动分支（11）均朝向该中心轴线（5），所述组合连杆（12）包括T形连杆（1201）与直连杆（1202），两者通过第二转动副（1203）连接，该转动副轴线与T形连杆（1201）和直连杆（1202）的轴线重合，每个组合连杆（12）一端通过第三转动副（1110）与垂向滑块（1105）连接，第三转动副（1110）轴线沿水平方向，并与第二转动副（1203）垂直，所述活动平台（13）为长方体板状结构，组合连杆（12）另一端通过U铰（14）与活动平台13的一角连接；

所述主轴进给装置（3）包括圆形外齿圈（301）、圆形内圈（302）、径向进给安装架（303）、两个周向驱动电机（304）、两个回转驱动齿轮（305）、一个径向驱动电机（306）、一个径向丝杠（307）、一个径向丝杠螺母（308）、一个径向进给滑块（309）与一个主轴安装架（311），外齿圈（301）与地面固定连接，内圈（302）与外齿圈（301）通过第四转动副（312）连接，该转动副（312）轴线与竖直中心轴线（5）重合，径向进给安装架（303）为一个横截面为U形的长方体横梁，在靠近两端处各设有一竖直立板，径向进给安装架（303）的底面与内圈（302）的上表面固定连接，径向进给安装架（303）两端各设有一个周向驱动电机（304），两个周向驱动电机（304）均倒置安装在安装架（303）的底板上，电机（304）输出轴均穿过底板，并各自与一个回转驱动齿轮（305）固连，两个回转驱动齿轮（305）均与外齿圈（301）啮合，在一端的竖直立板与周向驱动电机（304）之间设有一个镜像驱动电机（306），该电机（306）与立板固定连接，电机（306）输出轴与径向丝杠（307）连接，径向丝杠（307）设在径向进给安装架（303）内部，通过第五转动副（313）与安装架（303）连接，该转动副（313）轴线与径向丝杠（307）轴线重合，径向进给滑块（309）通过第三移动副（310）与径向进给安装架（303）连接，第三移动副（310）的轴线与径向丝杠（307）轴线平行，和径向丝杠（307）配合的径向丝杠螺母（308）与径向进给滑块（309）固定连接，主轴安装架（311）的底面与径向进给滑块（309）的上表面固定连接，电主轴（4）安装在主轴安装架（311）上，其输出轴朝上；

所述轮毂夹持装置（2）包括夹持驱动电机（21）、一个第一传动连杆（22）、两个第二传动连杆（23）、两个转向活塞泵（24）、四个夹持油缸（25）与四个轮毂夹持架（28），夹持驱动电机（21）倒置安装在活动平台（13）上表面的电机安装架上，电机轴线与活动平台（13）的竖直中心轴线重合，两个转向活塞泵（24）对称布置在电机（21）前后两侧，每个转向活塞泵（24）由泵壳（2401）与活塞连杆（2402）组成，两个泵壳（2401）底面均与活动平台（13）上表面固连，活塞连杆（2402）通过第四移动副（211）与活动平台（13）连接，第四移动副（211）轴线与活塞连杆（2402）的轴线重合，第一传动连杆（22）的中部与电机（21）的输出轴固连，第一传动连杆（22）的两端分别通过第六转动副（29）与一个第二传动连杆（23）连接，该转动副垂直于活动平台（13）的上表面，第二传动连杆（23）的另一端通过第七转动副（210）与活塞连杆连接，该转动副轴线与第六转动副（29）轴线平行，四个夹持油缸（25）设在活动平台（13）的下表面上，每个转向活塞泵（24）左右两侧各有一个油缸（25），夹持油缸（25）的缸筒（2501）均与活动平台（13）的下表面固定连接，四个轮毂夹持架（28）同样设在活动平台（13）的下表面上，均布置在夹持油缸（25）之前，均通过第五移动副（212）与活动平台（13）连接，第五移动副（212）的轴线与夹持油缸（25）的轴线缸杆（2502）伸出轴线平行，并且每个轮毂夹持架（28）和对应的缸杆（2502）固定连接，转向活塞泵（24）的有杆腔（2403）与无杆腔（2404），夹持油缸（25）的有杆腔（2503）与无杆腔（2504）中均充满油液，每个活塞泵（24）的有杆腔（2403）与活塞泵（24）左右两侧的两个夹持油缸（25）的有杆腔（2503）通过油管（26）连接，每个活塞泵（24）的无杆腔（2404）与活塞泵（24）左右两侧的两个夹持油缸（25）的无杆腔（2504）通过油管（27）连接。

2.根据权利要求1所述的一种可平衡工件重力的并联式轮毂打磨机床，其特征在于：立柱（1101）为一半封闭长方体箱，前侧面打开。

3.根据权利要求1所述的一种可平衡工件重力的并联式轮毂打磨机床，其特征在于：两个转向活塞泵（24）的活塞连杆（2402）的伸出方向均指向电机（21），且两个活塞连杆（2402）的轴线重合。

4.根据权利要求1所述的一种可平衡工件重力的并联式轮毂打磨机床，其特征在于：四个夹持油缸（25）沿活动平台（13）竖直中心轴线均匀分布，所有油缸（25）均指向活动平台（13）的竖直中心轴线。

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