CN112548834A - 一种五轴联动数控抛光机的工作方法 - Google Patents

一种五轴联动数控抛光机的工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种五轴联动数控抛光机的工作方法,五轴联动数控抛光机包括机架,在机架上设有Y轴平移组件,在Y轴平移组件上设有X轴平移组件,在X轴平移组件上设摆动及旋转组件;通过Y轴平移组件驱动摆动及旋转组件沿Y轴做往复运动;通过X轴平移组件驱动摆动及旋转组件沿X轴做往复运动;摆动驱动装置驱动设在摆动支架上的摆动及旋转单体摆动;工件旋转驱动装置驱动摆动及旋转单体上的工件旋转轴旋转;工件可轻易实现Y轴和X轴方向的移动、实现以摆动轴的旋转中心为轴心的摆动和实现自身的旋转,配合花键轴的旋转和升降,能轻易实现工件平面和弧面的抛光加工。

Description

一种五轴联动数控抛光机的工作方法
技术领域
本发明涉及抛光设备技术领域,具体涉及一种五轴联动数控抛光机的工作方法。
背景技术
随着通信技术的发展,智能手机和平板电脑等越来越普及,智能手机正向着高品质的方向发展,高品质不仅包括手机的硬件配置,还包括外观的美观程度和质感手感等,现在手机外壳基本上是金属或玻璃,由于金属外壳会屏蔽信号,采用金属外壳时需要加一两条塑料边,这会让机身产生一种割裂感,影响外观,而玻璃外壳基本上不会阻碍信号,因此能将外壳做成一个整体,由于玻璃有一种温润如玉的感觉,使得玻璃外壳更加美观,且能提升手机的档次感和质感,而且玻璃还能够进行眩光处理,另外采用玻璃外壳,尤其是玻璃后壳,还可在手机的背面设置显示屏,拓展手机的功能用途。
然而不管是金属外壳还是玻璃外壳,在生产时都需要进行抛光处理,且为了手机的造型更美观,手感更好,现在很多的手机在设计时会采用大圆弧面过渡,尤其是在手机的背面,将手机后壳的边处直接设计成圆弧形状,但是弧形外壳在加工时难度较大,手工加工效率低,质量难控制,易损坏外壳,因此有人发明了自动的抛光机来对外壳进行抛光处理。
在申请号为201620084673.4,授权公告日为2016.09.21的专利文件中公开了一种五轴联动3D数控抛光装置,该装置的磨头由电力驱动自转,该磨头组装在一由第一电机驱动转动的翻转架上,翻转架及第一电机组装在升降架上,磨头在工作软件控制下呈现曲面偏转的特性;匹配磨头抛光作业的工作台位于磨头的下方并可相对磨头做横向和纵向的平面移动,工作台上组装有旋转的治具。本发明通过机械抛光代替手工作业,可以使手机壳的研磨品质与作业人员的熟练程度无关地维持为预定水平以上,且可以缩短表面处理所需的时间,配合电脑系统等即可实现3D曲面抛光,还可利用翻转架实现不同磨头交换工作,从而减少换磨头的时间,使加工连续进行,提升工作效率。
但是,该抛光装置在抛光工件的弧面时需要通过翻转架使磨头偏转,而翻转架是设在升降架上的,且该方案中,安装翻转架的支架为悬臂结构,该方案只适合设置少量抛光工位的机器,因为抛光工位数一旦增加,就需要增加主轴电机的数量,这样会增加翻转架的重量,使安装翻转架的支架承受大的力矩,安装翻转架的支架就容易变形,影响加工的精度;另外如果在一个翻转架上设置过多的主轴电机,那么机器的横向尺寸会很大,增加制造的成本;还有,翻转架的重量增加后,还需要增大第一电机的额定功率,也就是需要更大型号的第一电机,这样会更进一步使安装翻转架的支架容易变形;翻转架重量增加后,第一电机驱动翻转架旋转时,翻转架的惯性大,难保证翻转架的定位精度,使得加工的精度差;另外这种偏转磨头的设计,磨头在旋转时会将抛光液往上甩,容易将抛光液甩至机器外,影响工作的环境,且不利于抛光液的收集。
另外,该方案中为磨头提供旋转动力的主轴电机直接驱动磨头旋转,主轴电机处于高湿度的工作环境中,甚至在工作时会沾染抛光液,这样极易损坏主轴电机,导致维修费用高,并耽误加工的时间,降低加工的效率。
发明内容
为解决现有技术中存在的问题,本发明提供一种五轴联动数控抛光机的工作方法,该方法对工件的抛光效果好,适合设置多个加工工位,可有效解决现有技术中的抛光机加工效率低、加工精度差的问题;还可解决驱动工件旋转和摆动的驱动装置容易损坏的问题。
为达到上述目的,本发明的技术方案是:一种五轴联动数控抛光机的工作方法,五轴联动数控抛光机包括机架,在机架上设有Y轴平移组件,在Y轴平移组件上设有X轴平移组件,在X轴平移组件上设摆动及旋转组件,摆动及旋转组件包括设在X轴平移组件上的摆动支架,在摆动支架上可旋转地设有一个以上的摆动及旋转机构。
摆动及旋转机构包括一个以上的摆动及旋转单体,摆动及旋转单体包括座体,在座体的顶部可旋转地设有工件旋转轴,在工件旋转轴上设有工件夹具,在座体上设有为工件旋转轴传递动力的工件旋转传动装置,工件旋转传动装置包括传动输入轴;在摆动支架的外部设有驱动工件旋转传动装置运行的工件旋转驱动装置;在座体上还设有驱动座体旋转的摆动装置,摆动装置包括摆动轴,摆动轴与传动输入轴同轴设置,在摆动支架的外部设有驱动摆动轴旋转的摆动驱动装置。
在机架上设有主轴支架,在主轴支架上设有一个以上的与摆动及旋转单体对应的主轴机构,主轴机构包括设在主轴支架上的旋转式滚珠花键,旋转式滚珠花键包括法兰外圈、花键外筒和花键轴;在主轴支架上设有与花键轴平行的一个以上的滑动装置,在滑动装置上滑动地设有滑动块,花键轴的顶部可旋转地与滑动块相连,在滑动装置的顶部固定设有安装板,在安装板上设有升降驱动装置,升降驱动装置驱动滑动块沿滑动装置运动;在主轴支架上设有驱动花键外筒旋转的主轴旋转驱动装置;在花键轴的底端设有抛光头组件。
两套主轴机构为一组,一个主轴旋转驱动装置同时驱动两套主轴机构上的花键外筒旋转;所述滑动装置为导柱导套结构,滑动块与导套相连;所述升降驱动装置的固定端与安装板相连,升降驱动装置的滑动端与滑动块相连。
Y轴平移组件包括沿机架的Y轴方向平行设置的两条以上的Y轴滑轨,在单条Y轴滑轨上设有一个以上的Y轴滑块,在Y轴滑块上设有Y轴平移架,在机架上设有与Y轴滑轨平行的Y轴丝杆,在Y轴平移架上设有与Y轴丝杆配合的Y轴螺母,在机架上设有驱动Y轴丝杆旋转的Y轴驱动马达。
X轴平移组件包括沿Y轴平移架的X轴方向平行设置的两条以上的X轴滑轨,在单条X轴滑轨上设有一个以上的X轴滑块,摆动支架设在X轴滑块上,在X轴平移架上设有与X轴滑轨平行的X轴丝杆,在摆动支架上设有与X轴丝杆配合的X轴螺母,在X轴平移架上设有驱动X轴丝杆旋转的X轴驱动马达。
五轴联动数控抛光机的工作方法包括以下步骤:
(1).升降驱动装置驱动抛光头组件上升,抛光头组件远离工件夹具;
(2).在工件夹具上安装待加工工件;
(3).启动主轴旋转驱动装置,主轴旋转驱动装置驱动抛光头组件转动;升降驱动装置驱动抛光头组件下降,抛光头组件靠近待加工工件;
(4).抛光头组件对待加工工件进行抛光;
(5).若需要沿Y轴方向移动工件,则进行步骤(6),若需要沿X轴方向移动工件,则进行步骤(7),若需要旋转工件,则进行步骤(8),若需要摆动工件,则进行步骤(9);当工件抛光完成后进行步骤(10);
(6).启动Y轴驱动马达,Y轴驱动马达控制Y轴平移架沿Y轴做往复运动;然后重复步骤(5);
(7).启动X轴驱动马达,X轴驱动马达控制摆动支架沿X轴做往复运动;然后重复步骤(5);
(8).启动工件旋转驱动装置,工件旋转驱动装置带动从动齿轮旋转;工件进行旋转运动;然后重复进行步骤(5);
(9).启动摆动驱动装置,带动摆动蜗轮旋转,摆动蜗轮带动摆动轴旋转;工件进行摆动运动;然后重复进行步骤(5);
(10). 升降驱动装置驱动抛光头组件上升,抛光头组件远离工件夹具;停止主轴旋转驱动装置,抛光头组件停止转动;
(11).取出加工完成的工件。
以上方法,通过Y轴平移组件驱动摆动及旋转组件沿Y轴做往复运动;通过X轴平移组件驱动摆动及旋转组件沿X轴做往复运动;摆动驱动装置驱动设在摆动支架上的摆动及旋转单体摆动;工件旋转驱动装置驱动摆动及旋转单体上的工件旋转轴旋转;工件可轻易实现Y轴和X轴方向的移动、实现以摆动轴的旋转中心为轴心的摆动和实现自身的旋转,配合花键轴的旋转和升降,能轻易实现工件平面和弧面的抛光加工;使工件摆动和旋转的摆动及旋转单体设在摆动支架上,而摆动支架设在X轴平移组件上,X轴平移组件上又设在Y轴平移组件上,Y轴平移组件直接设在机架上,这种设置结构稳定,摆动及旋转单体工作时对机器的冲击小,加工的精度高;摆动支架能承受较大的载荷,利于设置多个抛光工位,从而提高加工的效率;另外,摆动驱动装置和工件旋转驱动装置均设置在摆动支架的外部,均不处于抛光作业的区域,因此摆动驱动装置和工件旋转驱动装置能有效避开抛光液的侵蚀,防止被损坏,从而能间接节省维修的成本,并提高加工的效率。
进一步的,五轴联动数控抛光机还包括抛光液循环系统,抛光液循环系统包括设在摆动支架底部的上接水槽,在机架上且位于上接水槽的下方设有储液罐,上接水槽的出水口与储液罐相通,在储液罐上设有为抛光头组件提供抛光液的水泵。
以上设置,通过设置抛光液循环系统,实现抛光液的循环,在抛光液的作用下,减少抛光头组件对工件的冲击,同时能提升抛光效果。
进一步的,所述抛光液循环系统还包括设在机架上且位于上接水槽与储液罐之间的下接水槽,在机架上且位于下接水槽的出水口的下方设有液体导流装置,液体导流装置包括设在储液罐顶部的导流气缸,在导流气缸的活塞杆上设有接水斗固定板,在接水斗固定板上设有抛光液活动接水斗和清洗液活动接水斗,在机架上且位于清洗液活动接水斗的出水口处设有接废水槽;所述花键轴为空心结构,在花键轴的顶端设有旋转接头,水泵的出水口与旋转接头通过水管相连。
以上结构,设置液体导流装置可在抛光机正常工作时将抛光液导入储液罐中,循环利用抛光液;在清洗摆动及旋转单体时,通过启动导流气缸移动清洗液活动接水斗,将废水导入接废水槽中;在空心的花键轴的顶端设置旋转接头后,水泵泵出的抛光液可通过花键轴直接到达工件表面,这种设置,结构简单紧凑,供抛光液的效果好。
进一步的,机架上设有抛光液主管和清洗液主管,抛光液主管的一端与水泵相连,抛光液主管的另一端与进抛光头头组件相连;清洗液主管的一端与进清洗液接头相连,清洗液主管的另一端与自来水管相连;在抛光液主管的顶端与清洗液主管的顶端之间依次连接有第一阀门、第一三通、第二三通和第二阀门,在第一三通上还设有第三阀门;在第二三通上还设有第四阀门,第三阀门与进抛光液接头之间通过水管相连;第四阀门与进清洗液接头之间通过水管相连。这样能实现抛光液、清洗液分别对工件的冲洗。
进一步的,抛光液循环系统的抛光液循环方法,包括以下步骤:
(12.1).关闭第五阀门,往储液罐中加入抛光液;
(12.2).打开第一阀门和第三阀门,关闭第二阀门和第四阀门;
(12.3).启动双头气缸,移动接水斗固定板,当接水槽的出水口对准抛光液活动接水斗,进行步骤(12.4);
(12.4).启动水泵和搅拌电机,水泵从储液罐中泵起的抛光液经过抛光头组件、工件夹具;然后从上接水槽底部的出水口落至下接水槽,抛光液从下接水槽的出水口经抛光液活动接水斗落回储液罐中。
进一步的,抛光液循环系统的清洗方法,包括以下步骤:
(13.1).打开第六阀门,关闭第一阀门和第三阀门;
(13.2).启动双头气缸,移动接水斗固定板,当接水槽的出水口对准清洗液活动接水斗,进行步骤(13.3)
(13.3).打开第二阀门、第四阀门和进清洗液接头;自来水对工件夹具进行冲洗;自来水落至上接水槽,从上接水槽底部的出水口落至下接水槽中,流入接废水槽然后排出。
附图说明
图1为使用本发明的抛光机的结构示意图。
图2为使用本发明的抛光机移除了整体护罩组件后的结构示意图。
图3为图2的俯视图。
图4为使用本发明的抛光机的Y轴平移组件和X轴平移组件的结构示意图。
图5为使用本发明的抛光机的摆动及旋转机构的结构示意图。
图6为使用本发明的抛光机的摆动及旋转机构移除防水护罩组件、左侧板外罩和右侧板外罩的结构示意图。
图7为使用本发明的抛光机的摆动及旋转单体的分解图。
图8为使用本发明的抛光机的摆动及旋转机构的俯视图。
图9为图8中A-A截面的剖面图。
图10为图8中B-B截面的剖面图。
图11为使用本发明的抛光机的主轴机架和主轴机构的结构示意图。
图12为使用本发明的抛光机的主轴机架和主轴机构另一个视角的结构示意图。
图13为使用本发明的抛光机的主轴机构的立体结构示意图。
图14为使用本发明的抛光机的主轴机构的俯视图。
图15为图14中C-C面剖视图。
图16为图15 中D处放大图。
图17为使用本发明的抛光机的位于机架上的抛光液循环系统的结构示意图。
图18为使用本发明的抛光机的抛光液循环系统的部分结构示意图。
图19为使用本发明的抛光机的分流器组件的结构示意图。
图20为使用本发明的抛光机的储液罐上各部件的结构示意图。
图21为本发明的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图1至图21所示,一种五轴联动数控抛光机的工作方法,五轴联动数控抛光机包括机架1,本实施例中,机架1沿水平方向的截面为矩形形状,在机架1底部的四个脚处设有水平调节支撑脚轮101。
在机架1上设有Y轴平移组件2,Y轴平移组件2包括沿机架1的Y轴方向平行设置的两条以上的Y轴滑轨,在单条Y轴滑轨上设有一个以上的Y轴滑块,本实施例中,Y轴平移组件2包括沿机架1的Y轴方向平行设置的两条Y轴滑轨21,在单条Y轴滑轨21上设有两个Y轴滑块22,在Y轴滑块22上设有Y轴平移架23,在机架1上设有与Y轴滑轨21平行的Y轴丝杆24,在Y轴平移架23上设有与Y轴丝杆24配合的Y轴螺母25,在机架1上设有驱动Y轴丝杆24旋转的Y轴驱动马达26,本实施例中,Y轴驱动马达26为伺服电机,在机架1上设有防护Y轴平移组件2的Y轴风琴防护罩27,Y轴丝杆24与Y轴驱动马达26之间通过联轴器相连。
在Y轴平移组件2上设有X轴平移组件3,X轴平移组件3包括沿Y轴平移架23的X轴方向平行设置的两条以上的X轴滑轨,在单条X轴滑轨上设有一个以上的X轴滑块,本实施例中,X轴平移组件3包括沿Y轴平移架23的X轴方向平行设置的两条X轴滑轨31,在单条X轴滑轨31上设有三个X轴滑块32,在X轴滑块32上设有摆动及旋转组件4,摆动及旋转组件4包括设在X轴滑块32上的摆动支架40,在Y轴平移架23上设有与X轴滑轨31平行的X轴丝杆33,在摆动支架40的底部设有与X轴丝杆34配合的X轴螺母(未示出),在Y轴平移架23上设有驱动X轴丝杆33旋转的X轴驱动马达34,本实施例中,X轴驱动马达34为伺服电机, X轴丝杆33与X轴驱动马达34之间通过联轴器相连。
在摆动支架40上可旋转地设有一个以上的摆动及旋转机构。摆动及旋转机构包括一个以上的摆动及旋转单体5,摆动及旋转单体5包括座体50,在座体50的顶部可旋转地设有工件旋转轴51,在座体50上设有由工件旋转轴51驱动旋转的工件夹具52,在座体50上设有为工件旋转轴51传递动力的工件旋转传动装置53,工件旋转传动装置53包括传动输入轴531和传动输出轴532,传动输入轴531水平设置;在摆动支架40的外部设有驱动工件旋转传动装置运行的工件旋转驱动装置;在座体50上还设有驱动座体50旋转的摆动装置,摆动装置包括摆动轴551,摆动轴551与传动输入轴531同轴设置,摆动轴551的一端与座体50相连,摆动轴551的另一端可旋转地设在摆动支架40上并伸出摆动支架40,摆动装置还包括设在摆动支架40的外部用来驱动摆动轴551旋转的摆动驱动装置。
本实施例中,座体50包括左轴承座板501、右轴承座板502、上轴承座板503和下轴承座板504,左轴承座板501、上轴承座板503、右轴承座板502和下轴承座板504依次连接形成矩形框架,工件旋转轴51设在上轴承座板503上,工件旋转轴51的一端伸出上轴承座板503,工件夹具52设在工件旋转轴51伸出上轴承座板503的一端,在座体50的内部设有工件旋转轴下支撑板507,工件旋转轴51位于座体50内部的一端通过轴承可旋转地设在工件旋转轴下支撑板507上。
本实施例中,传动输出轴532与工件旋转轴51平行设置,传动输出轴532的一端通过轴承设在上轴承座板503上,传动输出轴532的另一端通过轴承设在下轴承座板504上,在工件旋转轴51位于座体50内部的一端设有从动齿轮511,在传动输出轴532上设有与从动齿轮511啮合的主动齿轮5321,在传动输出轴532上还设有工件旋转蜗轮5322;本实施例中,所述传动输入轴531为工件旋转蜗杆,工件旋转蜗杆的两端分别通过轴承固定在左轴承座板501和右轴承座板502上;
除这种传动方式外,还有另外一种常用的传动方式:在工件旋转轴51的底部设有从动锥齿轮,在传动输入轴531上设有主动锥齿轮,从动锥齿轮与主动锥齿轮啮合,当传动输入轴531旋转时,主动锥齿轮即可驱动从动锥齿轮旋转,通过工件旋转轴51进而带动工件夹具旋转。
工件旋转驱动装置和摆动驱动装置既可以是驱动马达驱动蜗轮蜗杆的结构,也可以是驱动马达驱动锥齿轮的结构。
工件旋转驱动装置包括可旋转地设在摆动支架40上的从动内传动轴541,从动内传动轴541与工件旋转蜗杆同轴设置,从动内传动轴541的一端与工件旋转蜗杆通过联轴器相连,从动内传动轴541的另一端伸出摆动支架40,在从动内传动轴541伸出摆动支架40的一端设有从动锥齿轮542,在摆动支架40的外壁上可旋转地设有主动外传动轴543,在主动外传动轴543上设有与从动锥齿轮542啮合的主动锥齿轮544;在摆动支架40上还设有驱动主动外传动轴543旋转的旋转驱动马达545;在摆动支架40上设有防护工件旋转驱动装置的左外罩402,在左外罩402的底部设有左接油槽(未示出),左外罩402能防止水汽和有害物质侵蚀工件旋转驱动装置,保证工件旋转驱动装置的精度。
摆动驱动装置包括设在摆动轴551伸出摆动支架40的一端的摆动蜗轮560,在摆动支架40的外壁上设有与摆动蜗轮560啮合的摆动蜗杆561;在摆动支架40上还设有驱动摆动蜗杆561旋转的摆动驱动马达562,在摆动支架40上设有防护摆动驱动装置的右外罩403,在右外罩403的底部设有左接油槽(未示出),右外罩403能防止水汽和有害物质侵蚀摆动驱动装置,保证摆动驱动装置的精度。
在上轴承座板503顶部设有与工件旋转轴51同轴的轴承座510,在轴承座510内设有轴承,轴承的外圈与轴承座510相连,轴承的内圈与工件旋转轴51相连;在工件夹具52的底部设有防护轴承的防水罩520,防水罩520随工件夹具52一起旋转,防水罩520具有向下延伸的凸缘,凸缘的内径大于轴承座510的外径。
在左轴承座板501的前部与右轴承座板502的前部之间设有前盖505;前盖505的顶部与上轴承座板503固定连接,前盖505的底部与下轴承座板504固定连接;在左轴承座板501的后部与右轴承座板502的后部之间设有后盖506;后盖506的顶部与上轴承座板503固定连接,后盖506的底部与下轴承座板504固定连接,这种设置能有效加强座体50的强度,且能封闭座体50,保护座体50内部的传动部件;在工件旋转蜗杆与左轴承座板501的内侧之间设有单向推力球轴承(未示出);在工件旋转蜗杆与右轴承座板502的内侧之间设有单向推力球轴承508,单向推力球轴承508能补偿工件旋转蜗杆与轴承座板之间的误差,提高传动的精度。
本实施例中,在摆动支架40上可旋转地设有三组摆动及旋转机构,三组摆动及旋转机构平行设置;每组摆动及旋转机构包括六个摆动及旋转单体,相邻的摆动及旋转单体的座体50之间通过连接轴5111相连,连接轴5111为空心轴结构;相邻的工件旋转蜗杆之间通过联轴器相连,相邻的座体50之间的联轴器位于连接轴5111内,相邻的座体50之间的联轴器的外径小于连接轴5111的内径;本实施例中,由于设置了六个摆动及旋转单体,因此用一块整体的顶部轴承座板来替代六块上轴承座板503,这种设置能有效加强摆动及旋转机构的结构强度。
在摆动支架40上设有防水护罩组件,防水护罩组件包括可收折的风琴罩404,风琴罩404水平方向的横截面与摆动支架40水平方向的横截面一致,风琴罩404的底端与摆动支架40的顶端固定连接;在摆动支架40上设有驱动风琴罩404顶端升降的风琴罩升降驱动装置,本实施例中,风琴罩升降驱动装置为风琴罩升降驱动气缸405,风琴罩升降驱动气缸405的数量为四个,相对地设在风琴罩404的两侧。
该方案,启动Y轴驱动马达26,Y轴丝杆24旋转驱动Y轴螺母25和Y轴平移架23一起沿Y轴滑轨移动,通过主电箱和操作控制盒组件的控制,Y轴驱动马达26的正反转可以控制Y轴平移架23沿Y轴做往复运动;启动X轴驱动马达34,X轴丝杆34驱动X轴螺母和摆动支架40一起沿X轴滑轨移动,通过主电箱和操作控制盒组件的控制,X轴驱动马达34的正反转可以控制摆动支架40沿X轴做往复运动;当需要工件旋转时,只需要启动旋转驱动马达545,主动锥齿轮544驱动从动锥齿轮542旋转,通过从动内传动轴541和联轴器驱动工件旋转蜗杆旋转,工件旋转蜗杆的旋转带动工件旋转蜗轮5322旋转,通过传动输出轴532带动主动齿轮5321旋转,主动齿轮5321带动从动齿轮511旋转,工件旋转轴51随从动齿轮511一起旋转,则工件夹具52旋转,待加工的工件通过真空吸附在工件夹具52上,则工件能随工件夹具52一起旋转;当需要工件摆动时,启动摆动驱动马达562,摆动蜗杆561旋转,带动摆动蜗轮560旋转,摆动蜗轮560旋转带动摆动轴551旋转,由于摆动轴551与座体50固定连接,因此座体50能被摆动驱动马达562驱动旋转,以上结构,工件的旋转运动和摆动运动互不干涉,工件旋转轴51和工件旋转传动装置隐藏在座体和摆动轴551内,工件旋转轴51和工件旋转传动装置能得到有效保护,且这种设置适合扩充工件夹具的数量,有利于提高生产的效率。
在机架1上设有主轴支架6,在主轴支架6上设有一个以上的与摆动及旋转单体5对应的主轴机构7,主轴机构7包括设在主轴支架6上的旋转式滚珠花键70,旋转式滚珠花键70包括法兰外圈700、花键外筒702和花键轴701;旋转式滚珠花键70为成熟的现有技术,在此不累述其具体结构,在主轴支架6上设有与花键轴701平行的一个以上的滑动装置71,在滑动装置71上滑动地设有滑动块72,花键轴701的顶部可旋转地与滑动块72相连,在滑动装置71的顶部固定设有安装板74,在安装板74上设有升降驱动装置,升降驱动装置驱动滑动块72沿滑动装置71运动;在主轴支架6上设有驱动花键外筒702旋转的主轴旋转驱动装置76;在花键轴701的底端设有抛光头组件73。
本实施例中,主轴支架6的顶部设有主轴基板60,主轴机构7设在主轴基板60上,两套主轴机构为一组,一个主轴旋转驱动装置76同时驱动两套主轴机构上的花键外筒702旋转。
本实施例中,滑动装置71为导柱导套结构,滑动装置71包括导柱711和与导柱711配合的导套712,本实施例中,使用四条竖直设置的导柱711,在导柱711的底部设有法兰安装板704,法兰安装板704固定在主轴基板60的上表面上,旋转式滚珠花键70的法兰外圈700固定设在法兰安装板704上,在主轴基板60的下表面上设有主轴下固定法兰703;在花键外筒702的底部设有轴承,轴承的内圈与花键外筒702相连,轴承的外圈与主轴下固定法兰703相连;这种设置可从主轴基板60的顶部和底部固定旋转式滚珠花键70,使旋转式滚珠花键70的安装更稳固,能提高花键轴701在旋转时的稳定性。
滑动块72与导套712相连,花键轴701的顶部通过轴承与滑动块72相连,花键轴701的顶部伸出滑动块72,本实施例中,花键轴701为空心结构,在花键轴701的顶端设有旋转接头705,在滑动块72的顶部设有可容置旋转接头705的连接架720;本实施例中,安装板74固定在导柱711的顶端,升降驱动装置为气缸75,气缸75设在安装板74的顶部,气缸75的缸体与安装板74相连,气缸75的活塞杆与连接架720相连。
在花键外筒702的顶部设有从动同步轮764;主轴旋转驱动装置76包括主轴旋转驱动马达761,本实施例中,主轴旋转驱动马达761为步进马达,主轴旋转驱动马达761通过主轴旋转驱动马达支架760固定在主轴基板60的上表面上,在主轴旋转驱动马达761的输出轴上设有主动同步轮762,在主动同步轮762与从动同步轮764之间设有同步带763。
抛光头组件73包括设在花键轴701底端的抛光头安装座730,在抛光头安装座730上设有抛光头731,本实施例中,抛光头组件73还包括主轴上连接夹头732、主轴下连接夹头733和挡水盘734,主轴上连接夹头732与主轴下连接夹头733之间通过螺纹连接,挡水盘734夹在主轴上连接夹头732与主轴下连接夹头733之间,主轴上连接夹头732与花键轴701相连,抛光头安装座730设在主轴下连接夹头733的底部,本实施例中,抛光头731为硅胶抛光头,在抛光头731的底面粘贴有抛光片7310。
以上结构,当需要加工工件时,先启动主轴旋转驱动马达761,主动同步轮762旋转,通过同步带763带动从动同步轮764旋转,从动同步轮764的旋转带动花键外筒702旋转,花键轴701随花键外筒702一同旋转,本方案,一个主轴旋转驱动马达761同时驱动两套主轴机构上的花键外筒702旋转,即可平衡主轴旋转驱动马达761的输出扭矩,有可节省主轴旋转驱动马达761的用量,便于控制,又能节省成本;当需要抛光头组件73升降时,只需要启动气缸75,气缸75的活塞杆推动滑动块72沿导柱711滑动,由于花键轴701的顶部可旋转地与滑动块72连接,而抛光头组件73设在花键轴701的底部,因此通过控制气缸75即可控制抛光头组件73的升降。
五轴联动数控抛光机还包括抛光液循环系统,抛光液循环系统包括设在摆动支架40底部的上接水槽80,在机架1上且位于上接水槽80的下方设有储液罐82,上接水槽80的出水口与储液罐82相通,在储液罐82上设有为抛光头组件73提供抛光液的水泵86。
抛光液循环系统还包括设在机架1上且位于上接水槽80与储液罐82之间的下接水槽81,在机架1上且位于下接水槽81的出水口的下方设有液体导流装置83,液体导流装置83包括设在储液罐82顶部的导流气缸,本实施例中,导流气缸为双头气缸831,在双头气缸831的活塞杆上设有接水斗固定板832,在接水斗固定板832上设有抛光液活动接水斗833和清洗液活动接水斗834,在机架1上且位于清洗液活动接水斗834的出水口处设有接废水槽84;
本实施例中,在主轴基板60上设有分流器组件85,分流器组件85包括双排分水座850,在双排分水座850上设有数量与花键轴701一致的分水管851,分水管851通过阀门设在双排分水座850上,分水管851与旋转接头705之间通过软水管相连;分流器组件85双排分水座850还包括设在双排分水座850一端的进抛光液接头852和设在双排分水座850另一端的进清洗液接头853,本实施例中,分水管851与旋转接头705之间通过螺旋软水管相连。
在机架1上设有抛光液主管861和清洗液主管862,抛光液主管861的一端与水泵86相连,抛光液主管861的另一端与进抛光液接头852相连;清洗液主管862的一端与进清洗液接头853相连,清洗液主管862的另一端与自来水管相连。
本实施例中,抛光液主管861的顶端与清洗液主管862的顶端之间依次连接有第一阀门863、第一三通864、第二三通865和第二阀门866,在第一三通864上还设有第三阀门867;在第二三通865上还设有第四阀门868,第三阀门867与进抛光液接头852之间通过水管相连;第四阀门868与进清洗液接头853之间通过水管相连。
在储液罐82的底部设有第一排水管820,在第一排水管820上设有第五阀门821;在接废水槽84的底部设有第二排水管(未示出),在第二排水管840上设有第六阀门841,本实施例中,第一排水管820和第二排水管通过第三三通840相连,第六阀门841的一端与第三三通840相连,在第六阀门841的另一端设有总排水管842。
在储液罐82上设有抛光液搅拌装置87,抛光液搅拌装置87包括设在储液罐82底部的搅拌支架873,在搅拌支架873上设有搅拌电机870,在搅拌电机870的输出轴上设有搅拌叶片872,搅拌电机870驱动搅拌叶片872旋转,搅拌抛光液,防止抛光液分层沉淀,在储液罐82上还设有液位控制器874和加热管875。
以上结构的抛光液循环系统的设置,工作时,先关闭第五阀门821,往储液罐82中加入抛光液,打开第一阀门863和第三阀门867,关闭第二阀门866和第四阀门868,先启动双头气缸831,移动接水斗固定板832,使下接水槽81的出水口对准抛光液活动接水斗833,再启动水泵86和搅拌电机870,水泵86从储液罐82中泵起的抛光液依次经过抛光液主管861、第一阀门863、第三阀门867和进抛光液接头852到达双排分水座850,经过双排分水座850的分流,抛光液经过分水管851和螺旋软水管到达旋转接头705,再依次通过空心的花键轴701、主轴上连接夹头732、主轴下连接夹头733、抛光头安装座730、抛光头731和抛光片7310到达待加工的工件处,然后,抛光液落至上接水槽80,从上接水槽80底部的出水口落至下接水槽81中,抛光液从下接水槽81的出水口经抛光液活动接水斗833落回储液罐82中,形成循环。
由于抛光液中含有固体的抛光材料,当加工完一个批次的工件或交班时,需要对抛光机进行清洗,防止抛光材料堵塞管道,此时,先打开第六阀门841,再关闭第一阀门863和第三阀门867,启动双头气缸831,移动接水斗固定板832,使下接水槽81的出水口对准清洗液活动接水斗834,再打开第二阀门866、第四阀门868和进清洗液接头853到达,则自来水依次经过清洗液主管862、第二阀门866和第四阀门868到达双排分水座850,经过双排分水座850的分流,自来水经过分水管851和螺旋软水管到达旋转接头705,再依次通过空心的花键轴701、主轴上连接夹头732、主轴下连接夹头733、抛光头安装座730、抛光头731和抛光片7310到达工件夹具52,对工件夹具52进行冲洗,自来水在流动的过程中,也会对所到之处进行冲洗,然后,自来水落至上接水槽80,从上接水槽80底部的出水口落至下接水槽81中,自来水从下接水槽81的出水口经清洗液活动接水斗834流入接废水槽84中,自来水从接废水槽84底部的第二排水管流经第三三通840和第六阀门841后从排水管842流出。
在机架1上设有整体护罩组件9,整体护罩组件9包括设在机架1左侧的左框架91;设在机架1右侧的右框架(未示出);设在机架1的后侧用来连接左框架91和右框架的后框架(未示出);设在机架1的前侧用来连接左框架和右框架的前框架94;设在左框架91、右框架、后框架和前框架94顶部的顶框架95;在左框架91、右框架和后框架上均设有检修门;在前框架94上设有折叠门;在整体护罩组件上除检修门和折叠门以外的位置设有透明有机玻璃板;在整体护罩组件内设有主电箱97;在前框架94上设有操作控制盒组件96,操作控制盒组件96包括显示屏、电源开关、急停开关和电源指示灯等;X轴驱动马达34、Y轴驱动马达26、旋转驱动马达545、摆动驱动马达562、主轴旋转驱动马达761、水泵86和搅拌电机870均与主电箱97电连接,主电箱与操作控制盒组件96内的控制器电连接。
如图21所示;五轴联动数控抛光机的工作方法,包括以下步骤:
(1).升降驱动装置驱动抛光头组件上升,抛光头组件远离工件夹具;
(2).在工件夹具上安装待加工工件;
(3).启动主轴旋转驱动装置,主轴旋转驱动装置驱动抛光头组件转动;升降驱动装置驱动抛光头组件下降,抛光头组件靠近待加工工件;
(4).抛光头组件对待加工工件进行抛光;
(5).若需要沿Y轴方向移动工件,则进行步骤(6),若需要沿X轴方向移动工件,则进行步骤(7),若需要旋转工件,则进行步骤(8),若需要摆动工件,则进行步骤(9);当工件抛光完成后进行步骤(10);
(6).启动Y轴驱动马达,Y轴驱动马达控制Y轴平移架沿Y轴做往复运动;然后重复步骤(5);
(7).启动X轴驱动马达,X轴驱动马达控制摆动支架沿X轴做往复运动;然后重复步骤(5);
(8).启动工件旋转驱动装置,旋转驱动马达带动从动齿轮旋转;工件进行旋转运动;然后重复进行步骤(5);
(9).启动摆动驱动装置,带动摆动蜗轮旋转,摆动蜗轮带动摆动轴旋转;工件进行摆动运动;然后重复进行步骤(5);
(10).升降驱动装置驱动抛光头组件上升,抛光头组件远离工件夹具;停止主轴旋转驱动装置,抛光头组件停止转动;
(11).取出加工完成的工件。
以上方法,通过Y轴平移组件驱动摆动及旋转组件沿Y轴做往复运动;通过X轴平移组件驱动摆动及旋转组件沿X轴做往复运动;摆动驱动装置驱动设在摆动支架上的摆动及旋转单体摆动;工件旋转驱动装置驱动摆动及旋转单体上的工件旋转轴旋转;工件可轻易实现Y轴和X轴方向的移动、实现以摆动轴的旋转中心为轴心的摆动和实现自身的旋转,配合花键轴的旋转和升降,能轻易实现工件平面和弧面的抛光加工;使工件摆动和旋转的摆动及旋转单体设在摆动支架上,而摆动支架设在X轴平移组件上,X轴平移组件上又设在Y轴平移组件上,Y轴平移组件直接设在机架上,这种设置结构稳定,摆动及旋转单体工作时对机器的冲击小,加工的精度高;摆动支架能承受较大的载荷,利于设置多个抛光工位,从而提高加工的效率;另外,摆动驱动装置和工件旋转驱动装置均设置在摆动支架的外部,均不处于抛光作业的区域,因此摆动驱动装置和工件旋转驱动装置能有效避开抛光液的侵蚀,防止被损坏,从而能间接节省维修的成本,并提高加工的效率。

Claims (6)

1.一种五轴联动数控抛光机的工作方法,其特征在于:五轴联动数控抛光机包括机架,在机架上设有Y轴平移组件,在Y轴平移组件上设有X轴平移组件,在X轴平移组件上设摆动及旋转组件,摆动及旋转组件包括设在X轴平移组件上的摆动支架,在摆动支架上可旋转地设有一个以上的摆动及旋转机构;
摆动及旋转机构包括一个以上的摆动及旋转单体,摆动及旋转单体包括座体,在座体的顶部可旋转地设有工件旋转轴,在工件旋转轴上设有工件夹具,在座体上设有为工件旋转轴传递动力的工件旋转传动装置,工件旋转传动装置包括传动输入轴;在摆动支架的外部设有驱动工件旋转传动装置运行的工件旋转驱动装置;在座体上还设有驱动座体旋转的摆动装置,摆动装置包括摆动轴,摆动轴与传动输入轴同轴设置,在摆动支架的外部设有驱动摆动轴旋转的摆动驱动装置;
在机架上设有主轴支架,在主轴支架上设有一个以上的与摆动及旋转单体对应的主轴机构,主轴机构包括设在主轴支架上的旋转式滚珠花键,旋转式滚珠花键包括法兰外圈、花键外筒和花键轴;在主轴支架上设有与花键轴平行的一个以上的滑动装置,在滑动装置上滑动地设有滑动块,花键轴的顶部可旋转地与滑动块相连,在滑动装置的顶部固定设有安装板,在安装板上设有升降驱动装置,升降驱动装置驱动滑动块沿滑动装置运动;在主轴支架上设有驱动花键外筒旋转的主轴旋转驱动装置;在花键轴的底端设有抛光头组件;
两套主轴机构为一组,一个主轴旋转驱动装置同时驱动两套主轴机构上的花键外筒旋转;所述滑动装置为导柱导套结构,滑动块与导套相连;所述升降驱动装置的固定端与安装板相连,升降驱动装置的滑动端与滑动块相连;
Y轴平移组件包括沿机架的Y轴方向平行设置的两条以上的Y轴滑轨,在单条Y轴滑轨上设有一个以上的Y轴滑块,在Y轴滑块上设有Y轴平移架,在机架上设有与Y轴滑轨平行的Y轴丝杆,在Y轴平移架上设有与Y轴丝杆配合的Y轴螺母,在机架上设有驱动Y轴丝杆旋转的Y轴驱动马达;
X轴平移组件包括沿Y轴平移架的X轴方向平行设置的两条以上的X轴滑轨,在单条X轴滑轨上设有一个以上的X轴滑块,摆动支架设在X轴滑块上,在X轴平移架上设有与X轴滑轨平行的X轴丝杆,在摆动支架上设有与X轴丝杆配合的X轴螺母,在X轴平移架上设有驱动X轴丝杆旋转的X轴驱动马达;
五轴联动数控抛光机的工作方法包括以下步骤:
(1).升降驱动装置驱动抛光头组件上升,抛光头组件远离工件夹具;
(2).在工件夹具上安装待加工工件;
(3).启动主轴旋转驱动装置,主轴旋转驱动装置驱动抛光头组件转动;升降驱动装置驱动抛光头组件下降,抛光头组件靠近待加工工件;
(4).抛光头组件对待加工工件进行抛光;
(5).若需要沿Y轴方向移动工件,则进行步骤(6),若需要沿X轴方向移动工件,则进行步骤(7),若需要旋转工件,则进行步骤(8),若需要摆动工件,则进行步骤(9);当工件抛光完成后进行步骤(10);
(6).启动Y轴驱动马达,Y轴驱动马达控制Y轴平移架沿Y轴做往复运动;然后重复步骤(5);
(7).启动X轴驱动马达,X轴驱动马达控制摆动支架沿X轴做往复运动;然后重复步骤(5);
(8).启动工件旋转驱动装置,旋转驱动马达带动从动齿轮旋转;工件进行旋转运动;然后重复进行步骤(5);
(9).启动摆动驱动装置,带动摆动蜗轮旋转,摆动蜗轮带动摆动轴旋转;工件进行摆动运动;然后重复进行步骤(5);
升降驱动装置驱动抛光头组件上升,抛光头组件远离工件夹具;停止主轴旋转驱动装置,抛光头组件停止转动;
(11).取出加工完成的工件。
2.根据权利要求1所述的一种五轴联动数控抛光机的工作方法,其特征在于:五轴联动数控抛光机还包括抛光液循环系统,抛光液循环系统包括设在摆动支架底部的上接水槽,在机架上且位于上接水槽的下方设有储液罐,上接水槽的出水口与储液罐相通,在储液罐上设有为抛光头组件提供抛光液的水泵。
3.根据权利要求2所述的一种五轴联动数控抛光机的工作方法,其特征在于:所述抛光液循环系统还包括设在机架上且位于上接水槽与储液罐之间的下接水槽,在机架上且位于下接水槽的出水口的下方设有液体导流装置,液体导流装置包括设在储液罐顶部的导流气缸,在导流气缸的活塞杆上设有接水斗固定板,在接水斗固定板上设有抛光液活动接水斗和清洗液活动接水斗,在机架上且位于清洗液活动接水斗的出水口处设有接废水槽;所述花键轴为空心结构,在花键轴的顶端设有旋转接头,水泵的出水口与旋转接头通过水管相连。
4.根据权利要求3所述的一种五轴联动数控抛光机的工作方法,其特征在于:机架上设有抛光液主管和清洗液主管,抛光液主管的一端与水泵相连,抛光液主管的另一端与进抛光头头组件相连;清洗液主管的一端与进清洗液接头相连,清洗液主管的另一端与自来水管相连;在抛光液主管的顶端与清洗液主管的顶端之间依次连接有第一阀门、第一三通、第二三通和第二阀门,在第一三通上还设有第三阀门;在第二三通上还设有第四阀门,第三阀门与进抛光液接头之间通过水管相连;第四阀门与进清洗液接头之间通过水管相连。
5.根据权利要求4所述的一种五轴联动数控抛光机的工作方法,其特征在于:抛光液循环系统的抛光液循环方法,包括以下步骤:
(12.1).关闭第五阀门,往储液罐中加入抛光液;
(12.2).打开第一阀门和第三阀门,关闭第二阀门和第四阀门;
(12.3).启动双头气缸,移动接水斗固定板,当接水槽的出水口对准抛光液活动接水斗,进行步骤(12.4);
(12.4).启动水泵和搅拌电机,水泵从储液罐中泵起的抛光液经过抛光头组件、工件夹具;然后从上接水槽底部的出水口落至下接水槽,抛光液从下接水槽的出水口经抛光液活动接水斗落回储液罐中。
6.根据权利要求4所述的一种五轴联动数控抛光机的工作方法,其特征在于:抛光液循环系统的清洗方法,包括以下步骤:
(13.1).打开第六阀门,关闭第一阀门和第三阀门;
(13.2).启动双头气缸,移动接水斗固定板,当接水槽的出水口对准清洗液活动接水斗,进行步骤(13.3)
(13.3).打开第二阀门、第四阀门和进清洗液接头;自来水对工件夹具进行冲洗;自来水落至上接水槽,从上接水槽底部的出水口落至下接水槽中,流入接废水槽然后排出。
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