CN113798955B - 小曲率自由曲面仿形打磨装置及其打磨方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小曲率自由曲面仿形打磨装置，包括机架、用于对工件进行定位的第一夹紧定位机构、用于对标准产品进行定位的第二夹紧定位机构、用于对工件进行打磨的打磨执行机构、用于与标准产品相接触且用于确定打磨轨迹的仿形打磨机构以及用于控制第一夹紧定位机构和第二夹紧定位机构在打磨过程中进行位置调节的调节机构，打磨执行机构和仿形打磨机构为可旋转的设置于机架上。本发明的小曲率自由曲面仿形打磨装置，具有驱动元件较少，控制简单，传动功率大，对于复杂零件的自适应能力强，打磨较为稳定等优点，拓展了仿形打磨的应用空间，使机器在面对复杂曲面时能够做出更好的应对。本发明还提供了一种小曲率自由曲面打磨方法。

Description

小曲率自由曲面仿形打磨装置及其打磨方法

技术领域

本发明属于打磨装置设计领域，具体地说，本发明涉及一种小曲率自由曲面仿形打磨装置及其打磨方法。

背景技术

打磨是提高表面粗糙度的常用工艺技术，一般指借助粗糙物体(含有较高硬度颗粒的砂纸等)来通过摩擦改变材料表面物理性能的一种加工方法，主要目的是为了获取更高的表面粗糙度，可面向机械加工、铸造或3D打印技术所获得的小曲率曲面，然而现有的自由曲面打磨装置在实际使用过程中存在一些问题，在目前的打磨过程中，尤其针对外形曲面不规则和小曲率的打磨工件时，打磨装置不能根据工件表面曲面运动轨迹进行同步仿形打磨，运动轨迹存在偏差，存在精度较差的问题，影响打磨效果，不能满足使用需求。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种小曲率自由曲面仿形打磨装置，目的是提高工件上小曲率自由曲面的打磨效果。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：小曲率自由曲面仿形打磨装置，包括机架、用于对待打磨工件进行定位的第一夹紧定位机构、用于对标准产品进行定位的第二夹紧定位机构、用于对工件进行打磨的打磨执行机构、用于与标准产品相接触且用于确定打磨轨迹的仿形打磨机构以及用于控制第一夹紧定位机构和第二夹紧定位机构在打磨过程中进行位置调节的调节机构，打磨执行机构和仿形打磨机构为可旋转的设置于机架上且打磨执行机构和仿形打磨机构同步转动。

所述打磨执行机构包括与所述机架转动连接的第一旋转架和设置于第一旋转架上且用于对工件进行打磨的打磨单元，打磨单元包括设置于第一旋转架上的打磨电机和设置于打磨电机上的第一打磨工具。

所述仿形打磨机构包括与所述机架转动连接的第二旋转架和设置于第二旋转架上且用于与标准产品相接触的仿形工具，第二旋转架通过侧板与所述第一旋转架连接，第一旋转架和第二旋转架同步转动。

所述调节机构包括第一中间导轨台、第二中间导轨台、用于控制所述第一夹紧定位机构和第二夹紧定位机构沿第一方向进行直线移动的第一驱动机构以及用于控制第一中间导轨台和第二中间导轨台沿第二方向进行直线移动的第二驱动机构，第一方向和第二方向均为水平方向且第一方向和第二方向相垂直，第一夹紧定位机构为可移动的设置于第一中间导轨台上，第二夹紧定位机构为可移动的设置于第二中间导轨台上。

所述第一夹紧定位机构上设置第一上导向块，所述第一中间导轨台上设置让第一上导向块嵌入的第一上导向槽，第一上导向槽的长度方向与第一方向相平行；所述第二夹紧定位机构上设置第一下导向块，所述第二中间导轨台上设置让第一下导向块嵌入的第一下导向槽，第一下导向槽的长度方向与第一方向相平行。

所述机架上设置第一承重台和第二承重台，所述第一中间导轨台为可移动的设置于第一承重台上，第一中间导轨台上设置第二上导向块，第一承重台具有让第二上导向块嵌入的第二上导向槽，第二上导向槽的长度方向与第二方向相平行；所述第二中间导轨台为可移动的设置于第二承重台上，第二中间导轨台上设置第二下导向块，第二承重台具有让第二下导向块嵌入的第二下导向槽，第二下导向槽的长度方向与第二方向相平行。

所述第一驱动机构包括可移动的设置于所述第一中间导轨台上且与所述第一夹紧定位机构连接的第一上齿条、与第一上齿条相啮合的第一上齿轮、可移动的设置于所述第二中间导轨台上且与所述第二夹紧定位机构连接的第一下齿条、与第一下齿条相啮合的第一下齿轮、第一驱动电机以及与第一驱动电机、第一上齿轮和第一下齿轮连接的第一传动机构。

所述第二驱动机构包括可移动设置且与所述第一中间导轨台连接的第二上齿条、与第二上齿条相啮合的第二上齿轮、可移动的设置于所述第二中间导轨台上且与所述第二夹紧定位机构连接的第二下齿条、与第二下齿条相啮合的第二下齿轮、第二驱动电机以及与第二驱动电机、第二上齿轮和第二下齿轮连接的第二传动机构。

所述第一夹紧定位机构包括上工作台、固定设置于上工作台上的第一上定位件和第二上定位件、可移动的设置于上工作台上且与第一上定位件为相对布置的第三上定位件、可移动的设置于上工作台上且与第二上定位件为相对布置的第四上定位件、对第三上定位件施加弹性作用力的第一上弹性元件以及对第四上定位件施加弹性作用力的第二上弹性元件，上工作台具有让第三上定位件嵌入的第一上滑槽和让第四上定位件嵌入的第二上滑槽。

本发明还提供了一种小曲率自由曲面仿形打磨方法，采用所述的小曲率自由曲面仿形打磨装置，且包括步骤：

S1、由所述第一夹紧定位机构对工件进行定位，由所述第二夹紧定位机构对标准产品进行定位；

S2、由打磨执行机构对工件进行打磨，在打磨过程中由调节机构调节第一夹紧定位机构和第二夹紧定位机构的位置。

本发明的小曲率自由曲面仿形打磨装置，具有如下的有益效果：

1、通过第一打磨工具和仿形工具两者间的同步运动，能够根据标准产品表面的曲率变化对待打磨工件表面进行同步仿形打磨，曲率自适应能力强，拓展了仿形打磨技术的应用空间；

2、在打磨过程中，第一打磨工具和仿形工具同步进给，仿形工具能根据磨削工件表面的小曲率曲面变化进行实时调整，使得第一打磨工具始终与被加工表面保持一定程度的接触，并保证稳定的法向接触力，同时在打磨过程中，同步给进保持结构对称，不会产生较大的偏心力矩，稳定性强，控制精度高，保证磨削力的方向，提高被磨表面的质量；

3、结构简单，打磨工具选择了可拆卸的对称的打磨头，不会因为磨损严重影响磨削表面质量，从而保证材料去除效率。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明小曲率自由曲面仿形打磨装置的结构示意图；

图2是机架的结构示意图；

图3是打磨执行机构的结构示意图；

图4是打磨执行机构的剖视图；

图5是调节机构的结构示意图；

图6是第一夹紧定位机构的结构示意图；

图7是第二夹紧定位机构的结构示意图；

图8是本发明小曲率自由曲面仿形打磨装置的使用状态示意图；

图中标记为：1、机架；2、打磨执行机构；3、调节机构；4、第一夹紧定位机构；5、仿形机构支撑架；6、第一承重台；7、第一电机箱；8、第二电机箱；9、第一销轴；10、第二销轴；11、侧板；12、上拉板；13、上连接板；14、第一打磨工具；15、打磨电机；16、第一下传动轴；17、第一主动带轮；18、第一同步带；19、第一上传动轴；20、第三上导向槽；21、第一上齿条；22、第二上齿条；23、第四上导向槽；24、第二上传动轴；25、第二同步带；26、第二主动带轮；27、第二下传动轴；28、第一中间导轨台；29、上工作台；30、第一上定位件；31、第二上定位件；32、第三上定位件；33、第四上定位件；34、第二承重台；35、下拉板；36、下连接板；37、仿形工具；38、第二中间导轨台；39、第一下齿条；40、第一下定位件；41、第二下定位件；42、第三下定位件；43、第四下定位件；44、下工作台；45、工件；46、标准产品。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

需要说明的是，在下述的实施方式中，所述的“第一”、“第二”和“第三”并不代表结构和/或功能上的绝对区分关系，也不代表先后的执行顺序，而仅仅是为了描述的方便。

如图1至图8所示，本发明提供了一种小曲率自由曲面仿形打磨装置，包括机架1、用于对工件进行定位的第一夹紧定位机构4、用于对标准产品进行定位的第二夹紧定位机构、用于对工件进行打磨的打磨执行机构2、用于与标准产品相接触且用于确定打磨轨迹的仿形打磨机构以及用于控制第一夹紧定位机构4和第二夹紧定位机构在打磨过程中进行位置调节的调节机构3，打磨执行机构2和仿形打磨机构为可旋转的设置于机架1上且打磨执行机构2和仿形打磨机构同步转动，打磨执行机构2根据仿形打磨机构确定的打磨轨迹对工件进行打磨，标准产品为表面质量符合要求的成品，工件上需打磨的表面为小曲率自由曲面。

具体地说，如图1至图4所示，打磨执行机构2包括与机架1转动连接的第一旋转架和设置于第一旋转架上且用于对工件进行打磨的打磨单元。第一旋转架的旋转中心线与第二方向相平行，第二方向为水平方向，第一旋转架可以上下转动。机架1包括仿形机构支撑架5，第一旋转架包括上拉板12和与上拉板12固定连接的上连接板13，上拉板12的一端通过第一销轴9与仿形机构支撑架5转动连接，上连接板13与两个上拉板12固定连接，两个上拉板12处于与第二方向相平行的同一直线上，上连接板13位于两个上拉板12之间。打磨单元包括设置于第一旋转架上的打磨电机15和设置于打磨电机15上的第一打磨工具14，打磨电机15为固定设置在上连接板13上，打磨电机15位于上连接板13的长度方向上的中间位置处，上连接板13的长度方向与第二方向相平行。第一打磨工具14是用于与工件相接触，打磨电机15带动第一打磨工具14进行旋转，打磨电机15带动第一打磨工具14旋转后，第一打磨工具14可以对工件的表面进行打磨。

作为优选的，第一旋转架与缓冲弹簧连接，缓冲弹簧用于对第一旋转架施加使其向下转动的弹性作用力，确保在打磨过程中，第一打磨工具14能够与工件的表面始终保持接触状态，能够使得上连接板13上下摆动时第一打磨工具14与工件表面保持恒定的法向切削力。缓冲弹簧为圆柱螺旋弹簧且为压缩弹簧，缓冲弹簧的上端与机架1连接，缓冲弹簧的下端与上连接板13连接。第一打磨工具14为钨钢打磨头，磨头采用优质金刚砂和高硬度钢电镀而成，硬度高，耐磨性强，长久使用不变形。而且第一打磨工具14设计为中心对称零件，避免打磨工具产生较大偏心力矩，影响磨削力方向。

如图1至图4所示，仿形打磨机构包括与机架1转动连接的第二旋转架和设置于第二旋转架上且用于与标准产品的表面相接触的仿形工具37。第二旋转架通过侧板11与第一旋转架连接，第一旋转架和第二旋转架同步转动。第二旋转架的旋转中心线与第二方向相平行，第二旋转架可以上下转动。第二旋转架包括下拉板35和与下拉板35固定连接的下连接板36，下拉板35的一端通过第二销轴10与仿形机构支撑架5转动连接，下连接板36与两个下拉板35固定连接，两个下拉板35处于与第二方向相平行的同一直线上，下连接板36位于两个下拉板35之间。仿形工具37设置在下连接板36上，仿形工具37位于下连接板36的长度方向上的中间位置处，下连接板36的长度方向与第二方向相平行。

如图1至图4所示，第一旋转和第二旋转架在机架1上为沿竖直方向依次布置，第一旋转和第二旋转架通过侧板11连接，侧板11的上端与上拉板12转动连接，侧板11的下端与下拉板35转动连接，侧板11为竖直设置，上拉板12和下拉板35的长度方向相平行，第一旋转架和第二旋转架可以同步进行上下旋转。第一旋转架和第二旋转架通过侧杆连接，形成一种平行四杆仿形机构，控制简单，自适应能力强，形成具有良好的打磨效果的仿形打磨总成，能够满足复杂曲面的自适应打磨。

如图1、图2、图5和图8所示，调节机构3包括第一中间导轨台28、第二中间导轨台38、用于控制第一夹紧定位机构4和第二夹紧定位机构沿第一方向进行直线移动的第一驱动机构以及用于控制第一中间导轨台28和第二中间导轨台38沿第二方向进行直线移动的第二驱动机构，第一方向和第二方向均为水平方向且第一方向和第二方向相垂直，第一夹紧定位机构4为可移动的设置于第一中间导轨台28上，第二夹紧定位机构为可移动的设置于第二中间导轨台38上。第一中间导轨台28和第二中间导轨台38同步移动时，带动第一夹紧定位机构4及其上的工件、第二夹紧定位机构及其上的标准产品同步进行移动。第一夹紧定位机构4上设置第一上导向块，第一中间导轨台28上设置让第一上导向块嵌入的第一上导向槽，第一上导向槽的长度方向与第一方向相平行。第二夹紧定位机构上设置第一下导向块，第二中间导轨台38上设置让第一下导向块嵌入的第一下导向槽，第一下导向槽的长度方向与第一方向相平行。

如图1、图2、图5和图8所示，机架1上设置第一承重台6和第二承重台34，第一中间导轨台28为可移动的设置于第一承重台6上，第一中间导轨台28上设置第二上导向块，第一承重台6具有让第二上导向块嵌入的第二上导向槽，第二上导向槽的长度方向与第二方向相平行。第一中间导轨台28为水平设置，第一上导向块与第一上导向槽相配合，对第一夹紧定位机构4起到导向作用，第一夹紧定位机构4在第一中间导轨台28上移动时的移动方向与第一方向相平行，第一上导向块与第一夹紧定位机构4的底面固定连接，第一上导向槽为V形槽，第一上导向块的形状与第一上导向槽的形状相匹配。第一承重台6为水平设置，第一承重台6与机架1固定连接，第一承重台6与第一方向和第二方向相平行。第二上导向块与第二上导向槽相配合，对第一中间导轨台28起到导向作用，第一中间导轨台28的移动方向与第二方向相平行，第二上导向块与第一中间导轨台28的底面固定连接，第二上导向槽为V形槽，第二上导向块的形状与第二上导向槽的形状相匹配。

如图1、图2、图5和图8所示，第二中间导轨台38为可移动的设置于第二承重台34上，第二中间导轨台38上设置第二下导向块，第二承重台34具有让第二下导向块嵌入的第二下导向槽，第二下导向槽的长度方向与第二方向相平行。第二中间导轨台38为水平设置，第一下导向块与第一下导向槽相配合，对第二夹紧定位机构起到导向作用，第二夹紧定位机构在第二中间导轨台38上移动时的移动方向与第一方向相平行，第一下导向块与第二夹紧定位机构的底面固定连接，第一下导向槽为V形槽，第一下导向块的形状与第一下导向槽的形状相匹配。第二承重台34为水平设置，第二承重台34与机架1固定连接，第二承重台34位于第一承重台6的下方，第二承重台34与第一方向和第二方向相平行。第二下导向块与第二下导向槽相配合，对第二中间导轨台38起到导向作用，第二中间导轨台38的移动方向与第二方向相平行，第二下导向块与第二中间导轨台38的底面固定连接，第二下导向槽为V形槽，第二下导向块的形状与第二下导向槽的形状相匹配。

如图1、图2、图5和图8所示，第一驱动机构包括可移动的设置于第二中间导轨台38上且与所述第二夹紧定位机构连接的第一上齿条21、与第一上齿条21相啮合的第一上齿轮、可移动的设置于第二中间导轨台38上且与第二夹紧定位机构连接的第一下齿条39、与第一下齿条39相啮合的第一下齿轮、第一驱动电机以及与第一驱动电机、第一上齿轮和第一下齿轮连接的第一传动机构。第一中间导轨台28上设置让第一上齿条21嵌入的第三上导向槽20，第一上齿条21的长度方向与第一方向相平行，第一上齿条21的长度方向上的一端与第一夹紧定位机构4连接，第一上齿轮与第一上齿条21相啮合。第二中间导轨台38上设置让第一下齿条39嵌入的第三下导向槽，第一下齿条39的长度方向与第一方向相平行，第一下齿条39的长度方向上的一端与第二夹紧定位机构连接，第一下齿轮与第一下齿条39相啮合。机架1包括第一电机箱7，第一驱动电机固定设置在第一电机箱7中，第一驱动电机的电机轴与第一下传动轴16连接，第一下传动轴16与第一传动机构的动力输入端连接，第一传动机构的动力输出端与第一上传动轴19连接，第一上齿轮固定设置在第一上传动轴19上，第一下齿轮固定设置在第一下传动轴16上，第一驱动电机运转后，通过第一传动机构带动第一上齿轮和第一下齿轮同步转动，第一下齿轮带动第一下齿条39在第二中间导轨台38上沿第一方向进行直线移动，第一下齿条39带动第二夹紧定位机构同步进行直线移动，与此同时，第一上齿轮带动第一上齿条21在第一中间导轨台28上沿第一方向进行直线移动，第一上齿条21带动第一夹紧定位机构4同步进行直线移动，实现仿形打磨。

如图1、图2、图5和图8所示，第二驱动机构包括可移动设置且与所述第二中间导轨台38连接的第二上齿条22、与第二上齿条22相啮合的第二上齿轮、可移动的设置于第二中间导轨台38上且与第二夹紧定位机构连接的第二下齿条、与第二下齿条相啮合的第二下齿轮、第二驱动电机以及与第二驱动电机、第二上齿轮和第二下齿轮连接的第二传动机构。第一承重台6上设置让第二上齿条22嵌入的第四上导向槽23，第二上齿条22的长度方向与第二方向相平行，第二上齿条22的长度方向上的一端与第一中间导轨台28连接，第二上齿轮与第二上齿条22相啮合。第二承重台34上设置让第二下齿条嵌入的第四下导向槽，第二下齿条的长度方向与第二方向相平行，第二下齿条的长度方向上的一端与第二中间导轨台38连接，第二下齿轮与第二下齿条相啮合。机架1包括第二电机箱8，第二驱动电机固定设置在第二电机箱8中，第二驱动电机的电机轴与第二下传动轴27连接，第二下传动轴27与第二传动机构的动力输入端连接，第二传动机构的动力输出端与第二上传动轴24连接，第二上齿轮固定设置在第二上传动轴24上，第二下齿轮固定设置在第二下传动轴27上，第二驱动电机运转后，通过第二传动机构带动第二上齿轮和第二下齿轮同步转动，第二下齿轮带动第二下齿条在第二中间导轨台38上沿第二方向进行直线移动，第二下齿条带动第二夹紧定位机构同步进行直线移动，与此同时，第二上齿轮带动第二上齿条22在第二中间导轨台38上沿第二方向进行直线移动，第二上齿条22带动第二夹紧定位机构同步进行直线移动，实现仿形打磨。

如图1、图2、图5和图8所示，在本实施例中，第一传动机构和第二传动机构均为带传动机构。第一下传动轴16与第一传动机构的第一主动带轮17固定连接，第一上传动轴19与第一传动机构的第一从动带轮固定连接，第一上传动轴19和第一下传动轴16的轴线与第二方向相平行。第二下传动轴27与第二传动机构的第二主动带轮26固定连接，第二上传动轴24与第二传动机构的第二从动带轮固定连接，第二上传动轴24和第二下传动轴27的轴线与第一方向相平行，第二上传动轴24的高度小于第一上传动轴19的高度。

如图1、图2、图5和图8所示，第一中间导轨台28的高度小于第一打磨工具14的高度，第二中间导轨台38的高度小于仿形工具37的高度，第一中间导轨台28和第一承重台6位于第一旋转架和第二旋转架之间。

如图1、图6和图8所示，第一夹紧定位机构4包括上工作台29、固定设置于上工作台29上的第一上定位件30和第二上定位件31、可移动的设置于上工作台29上且与第一上定位件30为相对布置的第三上定位件32、可移动的设置于上工作台29上且与第二上定位件31为相对布置的第四上定位件33、对第三上定位件32施加弹性作用力的第一上弹性元件以及对第四上定位件33施加弹性作用力的第二上弹性元件，上工作台29具有让第三上定位件32嵌入的第一上滑槽和让第四上定位件33嵌入的第二上滑槽。第一上导向块与上工作台29的底面固定连接，上工作台29位于第一中间导轨台28的上方，上工作台29的顶面用于放置工件，上工作台29的顶面为与第一方向和第二方向相平行的平面。第一上滑槽的长度方向与第一方向相平行，第二上滑槽的长度方向与第二方向相平行，第一上定位件30和第三上定位件32处于与第一方向相平行的同一直线上，第一上定位件30和第三上定位件32相配合，用于在第一方向上夹紧工件；第二上定位件31和第四上定位件33处于与第二方向相平行的同一直线上，第二上定位件31和第四上定位件33相配合，用于在第二方向上夹紧工件，从而实现工件的定位和夹紧固定。

如图1、图6和图8所示，第一上定位件30为固定设置，第一上定位件30和第三上定位件32凸出于上工作台29的顶面，确保能够与工件相接触。第三上定位件32可沿第一方向进行直线移动，使得第一上定位件30和第三上定位件32之间的距离可调节，第一上弹性元件用于对第三上定位件32施加使其朝向靠近第一上定位件30的位置处进行移动的弹性作用力，确保能够与第一上定位件30相配合以夹紧工件，第一上弹性元件设置于第一上滑槽中，第一上弹性元件可以为圆柱螺旋弹簧且为压缩弹簧。第二上定位件31为固定设置，第二上定位件31和第四上定位件33凸出于上工作台29的顶面，确保能够与工件相接触。第四上定位件33可沿第二方向进行直线移动，使得第二上定位件31和第四上定位件33之间的距离可调节，第二上弹性元件用于对第四上定位件33施加使其朝向靠近第二上定位件31的位置处进行移动的弹性作用力，确保能够与第二上定位件31相配合以夹紧工件，第二上弹性元件设置于第二上滑槽中，第二上弹性元件可以为圆柱螺旋弹簧且为压缩弹簧。

如图1、图7和图8所示，第二夹紧定位机构包括下工作台44、固定设置于下工作台44上的第一下定位件40和第二下定位件41、可移动的设置于下工作台44上且与第一下定位件40为相对布置的第三下定位件42、可移动的设置于下工作台44上且与第二下定位件41为相对布置的第四下定位件43、对第三下定位件42施加弹性作用力的第一下弹性元件以及对第四下定位件43施加弹性作用力的第二下弹性元件，下工作台44具有让第三下定位件42嵌入的第一下滑槽和让第四下定位件43嵌入的第二下滑槽。第一下导向块与下工作台44的底面固定连接，下工作台44位于第二中间导轨台38的上方，下工作台44的顶面用于放置标准产品，下工作台44的顶面为与第一方向和第二方向相平行的平面。第一下滑槽的长度方向与第一方向相平行，第二下滑槽的长度方向与第二方向相平行，第一下定位件40和第三下定位件42处于与第一方向相平行的同一直线上，第一下定位件40和第三下定位件42相配合，用于在第一方向上夹紧标准产品；第二下定位件41和第四下定位件43处于与第二方向相平行的同一直线上，第二下定位件41和第四下定位件43相配合，用于在第二方向上夹紧标准产品，从而实现标准产品的定位和夹紧固定，标准产品和工件处于同于竖直线上。

如图1、图7和图8所示，第一下定位件40为固定设置，第一下定位件40和第三下定位件42凸出于下工作台44的顶面，确保能够与标准产品相接触。第三下定位件42可沿第一方向进行直线移动，使得第一下定位件40和第三下定位件42之间的距离可调节，第一下弹性元件用于对第三下定位件42施加使其朝向靠近第一下定位件40的位置处进行移动的弹性作用力，确保能够与第一下定位件40相配合以夹紧标准产品，第一下弹性元件设置于第一下滑槽中，第一下弹性元件可以为圆柱螺旋弹簧且为压缩弹簧。第二下定位件41为固定设置，第二下定位件41和第四下定位件43凸出于下工作台44的顶面，确保能够与标准产品相接触。第四下定位件43可沿第二方向进行直线移动，使得第二下定位件41和第四下定位件43之间的距离可调节，第二下弹性元件用于对第四下定位件43施加使其朝向靠近第二下定位件41的位置处进行移动的弹性作用力，确保能够与第二下定位件41相配合以夹紧标准产品，第二下弹性元件设置于第二下滑槽中，第二下弹性元件可以为圆柱螺旋弹簧且为压缩弹簧。

本发明还提供了一种小曲率自由曲面仿形打磨方法，采用上述结构的小曲率自由曲面仿形打磨装置，且包括如下的步骤：

S1、由所述第一夹紧定位机构4对工件进行定位，由所述第二夹紧定位机构对标准产品进行定位；

S2、由打磨执行机构2对工件进行打磨，在打磨过程中由调节机构3调节第一夹紧定位机构4和第二夹紧定位机构的位置。

在上述步骤S1中，将标准产品放置在下工作台44的顶面上，第一下定位件40、第二下定位件41、第三下定位件42和第四下定位件43分布在标准产品的外侧四周，通过第一下定位件40和第三下定位件42以及第二下定位件41和第四下定位件43配合，实现标准产品的定位和夹紧固定。

在上述步骤S1中，将工件放置在上工作台29的顶面上，第一上定位件30、第二上定位件31、第三上定位件32和第四上定位件33分布在工件的外侧四周，通过第一上定位件30和第三上定位件32以及第二上定位件31和第四上定位件33配合，实现工件的定位和夹紧固定。

在上述步骤S2中，第二夹紧定位机构移动至仿形打磨机构的下方，仿形工具37接触到标准产品的表面，与此同时，第一夹紧定位机构4移动至打磨执行机构2的下方，第一打磨工具14接触到工件上需打磨的表面。

第一打磨工具14和仿形工具37分别与D打印产品和标准产品的表面接触后，第一驱动电机、第二驱动电机和打磨电机15开始运转，打磨电机15带动第一打磨工具14进行转动，对工件进行打磨，通过第一中间导轨台28、第二中间导轨台38、第一夹紧定位机构4和第二夹紧定位机构的移动，实现标准产品和工件位置的同步移动，仿形工具37沿着标准产品的外表面轮廓移动，实时确定打磨轨迹，使得第一打磨工具14沿着打磨轨迹对工件的外表面轮廓进行打磨。

在本实施例中，工件为鼠标外壳坯体，标准产品为鼠标外壳成品。

上述小曲率自由曲面仿形打磨装置及工作方法，将打磨工具选择了可拆卸的对称的打磨头，能适应磨削表面时表面曲率的变化，始终与被加工表面保持一定程度的接触，并保证稳定的法向接触力。同时在打磨过程中，保持结构对称，不会产生较大的偏心力矩，延长了磨具的使用寿命，保证磨削力的方向，提高被磨表面的质量。而且磨头可更换，不会因为磨损严重影响磨削表面质量，从而保证材料去除效率。

驱动结构上选择电机驱动即同步带驱动实现同步进给。控制精度高、传动功率大，响应快，产生的噪声小，驱动稳定性较好，不会产生污染。而液压驱动(同步液压缸)虽然输出平稳，可实现无极调速，反应迅速，但是液体具有黏性，其柔顺性相对于气动较差，其次液压系统容易泄漏对零件造成污染，液压油安全性也不高。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.小曲率自由曲面仿形打磨装置，其特征在于，包括机架、用于对工件进行定位的第一夹紧定位机构、用于对标准产品进行定位的第二夹紧定位机构、用于对工件进行打磨的打磨执行机构、用于与标准产品相接触且用于确定打磨轨迹的仿形打磨机构以及用于控制第一夹紧定位机构和第二夹紧定位机构在打磨过程中进行位置调节的调节机构，打磨执行机构和仿形打磨机构为可旋转的设置于机架上且打磨执行机构和仿形打磨机构同步转动；

所述调节机构包括第一中间导轨台、第二中间导轨台、用于控制所述第一夹紧定位机构和第二夹紧定位机构沿第一方向进行直线移动的第一驱动机构以及用于控制第一中间导轨台和第二中间导轨台沿第二方向进行直线移动的第二驱动机构，第一方向和第二方向均为水平方向且第一方向和第二方向相垂直，第一夹紧定位机构为可移动的设置于第一中间导轨台上，第二夹紧定位机构为可移动的设置于第二中间导轨台上；

第一中间导轨台和第二中间导轨台同步移动时，带动第一夹紧定位机构及其上的工件、第二夹紧定位机构及其上的标准产品同步进行移动；

第一夹紧定位机构上设置第一上导向块，第一中间导轨台上设置让第一上导向块嵌入的第一上导向槽，第一上导向槽的长度方向与第一方向相平行；

第二夹紧定位机构上设置第一下导向块，第二中间导轨台上设置让第一下导向块嵌入的第一下导向槽，第一下导向槽的长度方向与第一方向相平行。

2.根据权利要求1所述的小曲率自由曲面仿形打磨装置，其特征在于，所述打磨执行机构包括与所述机架转动连接的第一旋转架和设置于第一旋转架上且用于对工件进行打磨的打磨单元，打磨单元包括设置于第一旋转架上的打磨电机和设置于打磨电机上的第一打磨工具。

3.根据权利要求2所述的小曲率自由曲面仿形打磨装置，其特征在于，所述第一旋转架与缓冲弹簧连接，缓冲弹簧用于对第一旋转架施加使其向下转动的弹性作用力，确保在打磨过程中，第一打磨工具能够与工件的表面始终保持接触状态，能够使得上连接板上下摆动时第一打磨工具与工件表面保持恒定的法向切削力。

4.根据权利要求2或3所述的小曲率自由曲面仿形打磨装置，其特征在于，所述仿形打磨机构包括与所述机架转动连接的第二旋转架和设置于第二旋转架上且用于与标准产品相接触的仿形工具，第二旋转架通过侧板与所述第一旋转架连接，第一旋转架和第二旋转架同步转动。

5.根据权利要求1至3任一所述的小曲率自由曲面仿形打磨装置，其特征在于，所述机架上设置第一承重台和第二承重台，所述第一中间导轨台为可移动的设置于第一承重台上，第一中间导轨台上设置第二上导向块，第一承重台具有让第二上导向块嵌入的第二上导向槽，第二上导向槽的长度方向与第二方向相平行；所述第二中间导轨台为可移动的设置于第二承重台上，第二中间导轨台上设置第二下导向块，第二承重台具有让第二下导向块嵌入的第二下导向槽，第二下导向槽的长度方向与第二方向相平行。

6.根据权利要求5所述的小曲率自由曲面仿形打磨装置，其特征在于，所述第一上导向槽和所述第二上导向槽为V形槽，所述第一上导向块的形状与第一上导向槽的形状相匹配，所述第二上导向块的形状与第二上导向槽的形状相匹配。

7.根据权利要求1至3任一所述的小曲率自由曲面仿形打磨装置，其特征在于，所述第一驱动机构包括可移动的设置于所述第一中间导轨台上且与所述第一夹紧定位机构连接的第一上齿条、与第一上齿条相啮合的第一上齿轮、可移动的设置于所述第二中间导轨台上且与所述第二夹紧定位机构连接的第一下齿条、与第一下齿条相啮合的第一下齿轮、第一驱动电机以及与第一驱动电机、第一上齿轮和第一下齿轮连接的第一传动机构。

8.根据权利要求7所述的小曲率自由曲面仿形打磨装置，其特征在于，所述第二驱动机构包括可移动设置且与所述第一中间导轨台连接的第二上齿条、与第二上齿条相啮合的第二上齿轮、可移动的设置于所述第二中间导轨台上且与所述第二夹紧定位机构连接的第二下齿条、与第二下齿条相啮合的第二下齿轮、第二驱动电机以及与第二驱动电机、第二上齿轮和第二下齿轮连接的第二传动机构。

9.根据权利要求1至3任一所述的小曲率自由曲面仿形打磨装置，其特征在于，所述第一夹紧定位机构包括上工作台、固定设置于上工作台上的第一上定位件和第二上定位件、可移动的设置于上工作台上且与第一上定位件为相对布置的第三上定位件、可移动的设置于上工作台上且与第二上定位件为相对布置的第四上定位件、对第三上定位件施加弹性作用力的第一上弹性元件以及对第四上定位件施加弹性作用力的第二上弹性元件，上工作台具有让第三上定位件嵌入的第一上滑槽和让第四上定位件嵌入的第二上滑槽。

10.小曲率自由曲面仿形打磨方法，其特征在于，采用权利要求1至9任一所述的小曲率自由曲面仿形打磨装置，且包括步骤：

S1、由所述第一夹紧定位机构对工件进行定位，由所述第二夹紧定位机构对标准产品进行定位；

S2、由打磨执行机构对工件进行打磨，在打磨过程中由调节机构调节第一夹紧定位机构和第二夹紧定位机构的位置。

Images