CN111975572A - 一种可调接触刚度的砂带磨削机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可调接触刚度的砂带磨削机构，包括伺服控制模块和架设在伺服控制模块上部的切削运动模块，伺服控制模块通过伺服电机带动三轴换向器、两轴换向器A、两轴换向器B、两轴换向器C进行旋转方向的转换，使丝杠A和丝杠B产生不同方向的旋转运动，驱动螺母副A和螺母副B在导轨A和导轨B上作直线运动，进而带动切削运动模块的砂带磨削接触轮进行刚度调节。本发明解决了现有技术中存在的砂带磨削中难以对不同厚度曲面加工过程进行在线控制的问题。
Description
技术领域
本发明属于曲面先进制造加工技术领域，具体涉及一种可调接触刚度的砂带磨削机构。
背景技术
随着汽车制造、航空航天及现代制造业的进步和发展,对复杂型面的金属材料和非金属材料，比如钛合金、高温合金、陶瓷等难加工材料的表面加工质量、精度、完整性及光洁度提出了更高的要求，砂带磨削作为半精/精加工工艺，对工件的加工质量起着关键性的作用。
难加工材料曲面构件型面薄厚一致性差，在不同的位置具有不同的法向刚度，而砂带磨削加工轨迹通常沿着曲面各点的法向进行加工轨迹规划，固定传统的砂带磨削机构在加工过程中对复杂型面的适应性较差，难以实现对磨削过程的控制，影响加工表面质量及加工精度。
专利201911161192.3公开了一种主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置，包括用以安装磨头组件的安装座，安装座设有能够沿轴向移动以调整磨头与工件间压力的主动柔顺机构，主动柔顺机构与磨头组件间设有被动柔顺机构、以使主动柔顺机构与磨头组件可移动连接，还包括用以固定主动柔顺机构和磨头组件的锁定机构。当需要主动柔顺时，锁定机构将主动柔顺机构和磨头组件固定，从而使主动柔顺机构控制磨头组件，实现被动柔顺和主动柔顺之间切换。专利201910100036.X公开了一种压力与张紧力联合控制的砂带磨削装置及其使用方法，装置包括接触轮组件、第一气缸、驱动轮组件、张紧轮组件、第二气缸、第二惰轮组件和砂带。本发明控制接触轮组件和张紧轮组件完成相应的位移，消除法向磨削压力改变对张紧力的影响，保持磨削过程的磨削力恒定，从而有效减少了磨削过程振动，保障了加工表面质量和砂带寿命。
但上述专利中均未提及有关加工中可以实现砂带磨削接触轮刚度连续性变化的磨削方法和机构，且国内对砂带磨削过程控制研究较少，传统方法通常通过加工参数优选、磨削力监测等对磨削过程进行离线调节，难以对实际磨削过程进行实时调控，可变刚度砂带磨削机构为曲面自适应加工技术提供了一种新型的思路和方法。
发明内容
本发明的目的是提供一种可调接触刚度的砂带磨削机构，解决了现有技术中存在的砂带磨削中难以对不同厚度曲面加工过程进行在线控制的问题。
本发明所采用的技术方案是，一种可调接触刚度的砂带磨削机构，包括伺服控制模块和架设在伺服控制模块上部的切削运动模块，伺服控制模块通过伺服电机带动三轴换向器、两轴换向器A、两轴换向器B、两轴换向器C进行旋转方向的转换，使丝杠A和丝杠B产生不同方向的旋转运动，驱动螺母副A和螺母副B在导轨A和导轨B上作直线运动，进而带动切削运动模块的砂带磨削接触轮进行刚度调节。
本发明的特点还在于，
伺服控制模块具体结构为：包括位于所述砂带磨削接触轮其中一侧的丝杠A，丝杠A两端固定在轴承后座A和轴承前座A内，丝杠A靠近砂带磨削接触轮的一端与螺母副A其中一端配合连接，螺母副A能够沿导轨A做直线运动，螺母副A另一端与所述砂带磨削接触轮一侧固定连接，丝杠A另一端通过三轴换向器与伺服电机连接，三轴换向器同时还通过联轴器A与两轴换向器C连接，两轴换向器C又与伺服驱动传动轴的一端连接，两轴换向器C与伺服驱动传动轴之间通过联轴器D连接；
砂带磨削接触轮另一侧设置有丝杠B，丝杠B两端固定在轴承后座B和轴承前座B内，丝杠B靠近砂带磨削接触轮的一端与螺母副B其中一端配合连接，螺母副B能够沿导轨B做直线运动，螺母副B另一端与所述砂带磨削接触轮另一侧固定连接，丝杠B另一端与两轴换向器A连接，两轴换向器A还通过联轴器B与两轴换向器B连接，两轴换向器B又与伺服驱动传动轴的另一端连接；两轴换向器B与伺服驱动传动轴之间通过联轴器C连接。
三轴换向器、丝杠A、丝杠B、螺母副A、螺母副B、砂带磨削接触轮的中心位于一条轴线上。
切削运动模块具体结构为：包括砂带驱动电机，砂带驱动电机的输出轴通过键连接与位于机架上的驱动轮连接，驱动轮通过砂带依次与传动辊轮、砂带磨削接触轮闭环传动连接。
驱动轮、砂带、传动辊轮和砂带磨削接触轮位于同一平面内。
驱动轮与传动辊轮之间位于砂带外部顶面处还设置有砂带张紧轮，砂带张紧轮顶部设置有张紧气缸，张紧气缸通过气缸支架与机架进行螺栓连接固定，张紧气缸能够改变砂带与驱动轮的包角并控制砂带的张紧力，使砂带压在驱动轮上随传动辊轮及砂带磨削接触轮转动。
砂带磨削接触轮具体结构为：包括橡胶轮，橡胶轮两端面均匀设置有若干肋筋孔，每个肋筋孔内穿插固定有加强肋筋的一端，肋筋孔和加强肋筋一一对应，加强肋筋的另一端与法兰其中一个端面固定，法兰的另一个端面与所在侧对应的所述螺母副A、螺母副B连接固定。
橡胶轮内置深沟球轴承。
橡胶轮两侧的法兰中心以及橡胶轮中心位置的开孔中心位于一条直线上。
本发明的有益效果是，一种可调接触刚度的砂带磨削机构，砂带接触轮组件是进行刚度调节的主要部件，其轴向两端对称分布有用于位置调节的加强肋筋与肋筋孔，加强肋筋在肋筋孔中的位置变化依靠伺服驱动部件完成，采用1台伺服电机通过换向器实现接触轮轴向两端点加强肋筋的同步运动，结合丝杠螺母副传动机构，将伺服电机的旋转运动转化为螺母副在导轨上的直线运动，螺母副带动加强筋运动调节其在肋筋孔中的位置，使橡胶轮在加工过程中获得不同的接触刚度。砂带驱动电机为砂带磨削切削运动提供动力，张紧气缸使砂带在辊轮上处于张紧状态，与砂带驱动电机键连接的驱动轮在张紧的砂带条件下，使砂带与接触轮同速转动，获得磨削加工切削动力。本发明的最终效果是通过伺服控制接触轮上加强肋筋在肋筋孔中的位置，使砂带磨削过程中橡胶轮引导的砂带与工件之间的接触状态发生变化，达到对曲面工件砂带磨削过程的在线调控，进而取得期望的磨削加工质量。
附图说明
图1是变刚度砂带磨削机构立体图；
图2是砂带磨削接触轮结构图；
图3是刚度调节伺服驱动组件结构图；
图4是刚度调节伺服驱动同步组件结构图；
图5是砂带磨削机构立体图。
图中，1.伺服电机，2.三轴换向器A，3.轴承前座A，4.丝杠A，5.轴承后座A，6.导轨A，7.螺母副A，8.橡胶轮，9.螺母副B，10.导轨B，11.轴承后座B，12.丝杠B，13.轴承前座B，14.两轴换向器A，15.联轴器B，16.两轴换向器B，17.联轴器C，18.伺服驱动传动轴，19.张紧气缸，20.砂带，21.气缸支架，22.机架，23.砂带驱动电机，24.联轴器D，25.两轴换向器C，26.联轴器A，27.肋筋孔，28.深沟球轴承，29.加强肋筋，30.法兰，31.驱动轮，32.传动辊轮，33.砂带张紧轮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种可调接触刚度的砂带磨削机构，结构如图1所示，包括伺服控制模块和架设在伺服控制模块上部的切削运动模块，伺服控制模块通过伺服电机1带动三轴换向器2、两轴换向器A14、两轴换向器B16、两轴换向器C25进行旋转方向的转换，使丝杠A4和丝杠B12产生不同方向的旋转运动，驱动螺母副A7和螺母副B9在导轨A6和导轨B10上作直线运动，进而带动切削运动模块的砂带磨削接触轮进行刚度调节。
伺服控制模块具体结构为：包括位于所述砂带磨削接触轮其中一侧的丝杠A4，丝杠A4两端固定在轴承后座A5和轴承前座A3内，丝杠A4靠近砂带磨削接触轮的一端与螺母副A7其中一端配合连接，螺母副A7能够沿导轨A6做直线运动，螺母副A7另一端与所述砂带磨削接触轮一侧固定连接，丝杠A4另一端通过三轴换向器2与伺服电机1连接，三轴换向器2同时还通过联轴器A26与两轴换向器C25连接，两轴换向器C25又与伺服驱动传动轴18的一端连接，两轴换向器C25与伺服驱动传动轴18之间通过联轴器D24连接；
砂带磨削接触轮另一侧设置有丝杠B12，丝杠B12两端固定在轴承后座B5和轴承前座B3内，丝杠B12靠近砂带磨削接触轮的一端与螺母副B9其中一端配合连接，螺母副B9能够沿导轨B10做直线运动，螺母副B9另一端与所述砂带磨削接触轮另一侧固定连接，丝杠B12另一端与两轴换向器A14连接，两轴换向器A14还通过联轴器B15与两轴换向器B16连接，两轴换向器B16又与伺服驱动传动轴18的另一端连接；两轴换向器B16与伺服驱动传动轴18之间通过联轴器C17连接。
三轴换向器2、丝杠A4、丝杠B12、螺母副A7、螺母副B9、砂带磨削接触轮的中心位于一条轴线上。
切削运动模块具体结构为：包括砂带驱动电机23，砂带驱动电机23的输出轴通过键连接与位于机架22上的驱动轮31连接，驱动轮31通过砂带20依次与传动辊轮32、砂带磨削接触轮闭环传动连接。
驱动轮31、砂带20、传动辊轮32和砂带磨削接触轮位于同一平面内。
驱动轮31与传动辊轮32之间位于砂带20外部顶面处还设置有砂带张紧轮33，砂带张紧轮33顶部设置有张紧气缸19，张紧气缸19通过气缸支架21与机架22进行螺栓连接固定，张紧气缸19能够改变砂带20与驱动轮31的包角并控制砂带20的张紧力，使砂带20压在驱动轮31上随传动辊轮32及砂带磨削接触轮转动。
砂带磨削接触轮具体结构为：包括橡胶轮8，橡胶轮8两端面均匀设置有若干肋筋孔27，每个肋筋孔27内穿插固定有加强肋筋29的一端，肋筋孔27和加强肋筋29一一对应，加强肋筋29的另一端与法兰30其中一个端面固定，法兰30的另一个端面与所在侧对应的所述螺母副A7、螺母副B9连接固定。
橡胶轮8内置深沟球轴承28。
橡胶轮8两侧的法兰30中心以及橡胶轮8中心位置的开孔中心位于一条直线上。
如图1所示，本发明为一种可调接触刚度的砂带磨削机构，其总体结构包括伺服控制模块和切削运动模块两个部分。伺服控制模块通过伺服电机1通过三轴换向器2、两轴换向器A14、两轴换向器B16、两轴换向器C 25进行旋转方向的转换，使丝杠A4和丝杠B12产生不同方向的旋转运动，驱动螺母副A7和螺母副B9在导轨A6和导轨B10上作直线运动；切削运动模块的砂带20在传动辊轮32和橡胶轮8的支撑下，由砂带驱动电机23提供动力进行旋转运动。
如图2所示，砂带磨削接触轮结构是本发明的关键部件，是砂带磨削总体机构中伺服控制部分和切削运动部分的纽带。其主体部分由带中心孔的橡胶轮8构成，在其轴向两端弧面上分别布置有六条中空肋筋孔27，橡胶轮8两端各布置有6条柱状加强肋筋29，加强肋筋29的一端与中空的肋筋孔27中可进行配合运动，加强肋筋29的另一端与法兰30连接固定，通过调节法兰30在橡胶轮8轴向的直线移动，即可实现加强肋筋29在肋筋孔27中的运动。橡胶轮8的中心孔处与轴承28进行轴孔配合。
如图3、图4所示，本发明的一种可调接触刚度的砂带磨削机构的伺服驱动模块由伺服电机1与三轴换向器2连接，轴承后座A5、轴承前座A3用来固定支撑丝杠A4，螺母副A7与丝杠A4配合将丝杠A4的旋转运动转化为螺母副A7在导轨A6上的直线运动，螺母副A7的另一端则与图2中右侧的法兰30固定连接，实现了对图2中右侧加强肋筋29在肋筋孔27中的运动控制。另外，在伺服电机1动力输出后通过三轴换向器2，将动力经联轴器A26传递到两轴换向器C25中，联轴器D24、联轴器C17、联轴器B15分别将伺服驱动传动轴18、两轴换向器C25、两轴换向器B16、两轴换向器A14连接起来，实现伺服电机1旋转动力传递至丝杠B12作反方向运动。同理，轴承后座B13、轴承前座B11用来固定支撑丝杠B12，螺母副B9与丝杠B12配合将丝杠B12的旋转运动转化为螺母副B9在导轨B10上的直线运动，螺母副B9的另一端则与图2中左侧的法兰30固定连接，实现了对图2中左侧加强肋筋29在肋筋孔27中的运动控制。该部分伺服电机1、三轴换向器2、轴承后座B13、轴承前座B11、丝杠A4和丝杠B12、轴承后座A5、轴承前座A3、螺母副A7和螺母副B9、橡胶轮8内的深沟球轴承28以及两轴换向器A14安装在同一条轴线上。
如图5所示，本发明的一种可调接触刚度的砂带磨削机构的切削运动模块是由砂带驱动电机23带动与其键连接的驱动轮31进行旋转运动，驱动轮31、布置在机架22上的传动辊轮32、橡胶轮8结合安装在张紧气缸19上的砂带张紧轮33，共同构成了环形的砂带20的转动支撑。张紧气缸19通过气缸支架21与机架22进行螺栓连接固定，可以改变砂带20与驱动轮31的包角并控制砂带20的张紧力，使砂带20压在驱动轮31上随传动辊轮32及橡胶轮8转动。该部分的驱动轮31、砂带张紧轮33、砂带20、传动辊轮32安装在同一竖直平面内。
通过伺服控制橡胶轮8上加强肋筋29在肋筋孔27中的位置，使砂带磨削过程中橡胶轮8引导的砂带20与工件之间的接触状态发生变化，达到对曲面构件砂带磨削过程的自适应在线调控，进而取得期望的磨削加工质量。
本发明一种可调接触刚度的砂带磨削机构工作原理如下：首先，将砂带20环绕在驱动轮31、传动辊轮32、橡胶轮8上，张紧气缸19工作推动砂带张紧轮33与砂带压紧接触，使砂带20处于张紧状态。砂带驱动电机23工作使驱动轮31、传动辊轮32、砂带20、砂带张紧轮33、橡胶轮8处于旋转状态，实现砂带磨削过程的砂带8的磨削主运动。
其次，根据磨削加工所需橡胶轮8不同的刚度要求，伺服电机1沿一个方向转动需要的角度，经三轴换向器2、两轴换向器C25、两轴换向器B16、两轴换向器A14以及伺服驱动传动轴等，将相同的旋转角度、不同的旋转方向分别传递于丝杠A4、丝杠B12，丝杠A4、丝杠B12的转动通过螺母副A7和螺母副B9转化为橡胶轮左右两侧法兰30的直线移动，从而使与法兰30连接的加强肋筋29处于肋筋孔27中所需的位置。
本发明的一种可调接触刚度的砂带磨削机构，根据曲面壁厚不均匀构件的特征变化，通过控制调节伺服电机1转动角度，在加工过程中调节橡胶轮8的刚度，适应加工特征的变化。通过该变刚度砂带磨削机构，达到了接触刚度的连续性变化，又有相对简单的机械结构，易于装配，还保证了刚度调整的柔顺性。
通过本发明磨削加工壁厚不均匀工件，尤其对曲面类难加工材料工件，实现了在磨削加工过程中对磨削接触刚度的实时调节，能够适应工件厚度的变化，提高磨削加工质量和效率，获得理想的加工表面质量，相比传统砂带磨削机构具有更高的柔性，适应多品种不同产品的磨削加工，结构简单，实用性高。
Claims (9)
1.一种可调接触刚度的砂带磨削机构，其特征在于，包括伺服控制模块和架设在伺服控制模块上部的切削运动模块，伺服控制模块通过伺服电机(1)带动三轴换向器(2)、两轴换向器A(14)、两轴换向器B(16)、两轴换向器C(25)进行旋转方向的转换，使丝杠A(4)和丝杠B(12)产生不同方向的旋转运动，驱动螺母副A(7)和螺母副B(9)在导轨A(6)和导轨B(10)上作直线运动，进而带动切削运动模块的砂带磨削接触轮进行刚度调节。
2.根据权利要求1所述的一种可调接触刚度的砂带磨削机构，其特征在于，所述伺服控制模块具体结构为：包括位于所述砂带磨削接触轮其中一侧的丝杠A(4)，丝杠A(4)两端固定在轴承后座A(5)和轴承前座A(3)内，丝杠A(4)靠近砂带磨削接触轮的一端与螺母副A(7)其中一端配合连接，螺母副A(7)能够沿导轨A(6)做直线运动，螺母副A(7)另一端与所述砂带磨削接触轮一侧固定连接，丝杠A(4)另一端通过三轴换向器(2)与伺服电机(1)连接，三轴换向器(2)同时还通过联轴器A(26)与两轴换向器C(25)连接，两轴换向器C(25)又与伺服驱动传动轴(18)的一端连接，两轴换向器C(25)与伺服驱动传动轴(18)之间通过联轴器D(24)连接；
所述砂带磨削接触轮另一侧设置有丝杠B(12)，丝杠B(12)两端固定在轴承后座B(5)和轴承前座B(3)内，丝杠B(12)靠近砂带磨削接触轮的一端与螺母副B(9)其中一端配合连接，螺母副B(9)能够沿导轨B(10)做直线运动，螺母副B(9)另一端与所述砂带磨削接触轮另一侧固定连接，丝杠B(12)另一端与两轴换向器A(14)连接，两轴换向器A(14)还通过联轴器B(15)与两轴换向器B(16)连接，两轴换向器B(16)又与伺服驱动传动轴(18)的另一端连接；两轴换向器B(16)与伺服驱动传动轴(18)之间通过联轴器C(17)连接。
3.根据权利要求2所述的一种可调接触刚度的砂带磨削机构，其特征在于，所述三轴换向器(2)、丝杠A(4)、丝杠B(12)、螺母副A(7)、螺母副B(9)、砂带磨削接触轮的中心位于一条轴线上。
4.根据权利要求2所述的一种可调接触刚度的砂带磨削机构，其特征在于，所述切削运动模块具体结构为：包括砂带驱动电机(23)，砂带驱动电机(23)的输出轴通过键连接与位于机架(22)上的驱动轮(31)连接，驱动轮(31)通过砂带(20)依次与传动辊轮(32)、砂带磨削接触轮闭环传动连接。
5.根据权利要求4所述的一种可调接触刚度的砂带磨削机构，其特征在于，所述驱动轮(31)、砂带(20)、传动辊轮(32)和砂带磨削接触轮位于同一平面内。
6.根据权利要求4所述的一种可调接触刚度的砂带磨削机构，其特征在于，所述驱动轮(31)与传动辊轮(32)之间位于砂带(20)外部顶面处还设置有砂带张紧轮(33)，砂带张紧轮(33)顶部设置有张紧气缸(19)，张紧气缸(19)通过气缸支架(21)与机架(22)进行螺栓连接固定，张紧气缸(19)能够改变砂带(20)与驱动轮(31)的包角并控制砂带(20)的张紧力，使砂带(20)压在驱动轮(31)上随传动辊轮(32)及砂带磨削接触轮转动。
7.根据权利要求6所述的一种可调接触刚度的砂带磨削机构，其特征在于，所述砂带磨削接触轮具体结构为：包括橡胶轮(8)，橡胶轮(8)两端面均匀设置有若干肋筋孔(27)，每个肋筋孔(27)内穿插固定有加强肋筋(29)的一端，肋筋孔(27)和加强肋筋(29)一一对应，加强肋筋(29)的另一端与法兰(30)其中一个端面固定，法兰(30)的另一个端面与所在侧对应的所述螺母副A(7)、螺母副B(9)连接固定。
8.根据权利要求7所述的一种可调接触刚度的砂带磨削机构，其特征在于，所述橡胶轮(8)内置深沟球轴承(28)。
9.根据权利要求7所述的一种可调接触刚度的砂带磨削机构，其特征在于，所述橡胶轮(8)两侧的法兰(30)中心以及橡胶轮(8)中心位置的开孔中心位于一条直线上。
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- 2020-07-30 CN CN202010752785.3A patent/CN111975572B/zh active Active
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