CN114029864B - 一种喷丸-磨抛一体化加工末端执行器及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉加工设备技术领域，提供一种喷丸‑磨抛一体化加工末端执行器及其控制方法，包括：角度调整机构、切换机构、磨削机构、喷丸机构和控制机构；所述角度调整机构包括：中心齿轮、内齿圈、底盖、行星齿轮、支架、端盖和角度调整伺服电机；所述角度调整伺服电机设置在支架的一端，所述角度调整伺服电机的输出轴从支架的端部伸出；所述切换机构包括：换相伺服电机和换相机械手；所述磨削机构包括：加工电机、加工电机架和磨抛头；所述加工电机通过加工电机架安装在换相机械手上，所述加工电机的输出轴连接磨抛头。本发明能够将喷丸工艺和磨抛工艺相结合，实现单次装夹完成两种工艺的生产加工，在提升加工效率、降低生产成本。

Description

一种喷丸-磨抛一体化加工末端执行器及其控制方法

技术领域

本发明涉及加工设备技术领域，尤其涉及一种喷丸-磨抛一体化加工末端执行器及其控制方法。

背景技术

在实际生产应用中，所使用材料在热处理、剪裁、加工成型这一过程中，会造成被加工材料内部应力分布不均、表面粗糙等缺陷。应力分布不均会降低材料使用寿命，表面粗糙也会在降低材料表面寿命的同时也使材料更易被腐蚀。上述缺陷会影响所制造产品的质量，并为后续相关生产和使用埋下安全隐患，因此，工件表面延寿加工与光整加工是实际生产中重要的一环。

为减少上述缺陷造成的不良影响，在实际制造过程中通过喷丸工艺在材料内部制造残余压应力、细化材料内部组织，达到提升材料力学性能与疲劳寿命的效果；同时也会使用磨抛工艺降低材料表面粗糙度，提升材料表面光整度提高材料的使用寿命和耐腐蚀性。在加工过程中可将上述两种工艺关联使用，提升加工效果。

喷丸、磨抛两种工艺分别在工件延寿和表面光整加工过程中得到广泛应用，但上述工艺分别在不同工序中进行，分工序加工会增加生产成本，降低生产效率。同时，由于实际加工过程中环境、前序工艺加工效果等因素影响，会导致在生产过程中需要两种工艺的交替进行。使用分工序或生产线的加工方式不能根据生产需要进行加工方法上的切换，造成工件需要反复拆装并延长生产周期、降低身缠效率。

在专利一种金属表面处理用喷丸强化设备(CN 214088585 U)中，所述机构采用电机驱动螺杆，通过螺杆与齿轮啮合作用使转动齿轮以转动轴为轴心转动，带动丸料发生器旋转，从而改变喷嘴的角度，改变喷嘴角度的同时，滑动块和滑轨配合使工件水平位置根据喷嘴角度改变，达到快速对工件表面进行喷丸强化处理。在专利一种喷丸专用固定旋转装置(CN 103624693 A)中，所述装置使用转台结构，将喷丸装置固定在转台上的，通过转轴装置使转台进行角度调整，达到减少工人劳动强度，提升生产效率和产品质量的目的。上述机构需要精密的齿轮、螺杆精密配合，且需要大量零件进行装配才能实现上述执行动作与功能，导致机械结构复杂维护困难，且实现功能单一。

在专利一种用于自动喷砂用机械臂(CN 106670982 A)中，所述机构在竖直方向采用电机、螺杆、滑动座结构，在水平方向采用气缸、滑动座、固定杆等结构，实现喷砂装置在水平和竖直方向的位置调节，从而达到喷砂装置和被加工试件见距离自动调节、提升喷砂效果的目的。在专利一体化加工系统(CN208528852U)中，所述系统包括冲压设备、喷丸设备和两组机械手，在冲压加工中机械手用于坯料抓取，在喷丸加工中机械手分别用于坯料反转和进行喷丸加工，达到对零部件坯料集中进行热冲压和喷丸作业，节省喷丸过程中人工翻转作业需要，提高了生产效率。上述机构与加工系统中所涉及机械臂与机械手的使用，在一定程度上减少了机构装配的复杂程度和精密程度，实现了角度与位置的有效控制，但并未能有效解决不同工艺间根据实际需要进行随时切换的问题，且整体设备体积较大占用工作空间相对较多。

在专利一种管材高质量一体化加工设备(CN 106514497 A)中采用喷丸、喷漆加工工艺分处理室处理，加工按照喷丸-喷漆的顺序进行，完成喷丸加工后，使用支撑轮进行管材的输送与工艺切换，通过上述结构与方法实现管材表面一体化处理工作，保证管材质量。在专利一种铣磨抛一体化装备及其加工方法(CN113263327A)中在加工舱内安装换刀器、链式刀库装有加工所需的铣刀与磨抛头，刀具安装位中分别安装有铣削所需的各类铣刀、磨削所需的各类磨轮以及抛光所需的各类抛光轮，加工过程中根据需要进行刀具和工艺切换，避免了加工过程中的二次装夹，不同工艺加工时具有相同的走刀路径，能提高加工后零件的形位精度。在专利抛丸镜面研磨机(CN 208788341 U)中，通过将喷丸装置与研磨盘相结合安装，实现了特殊镜面研磨加工工艺，上述专利均通过不同方式实现了不同工艺的相互融合，但上述设备结构复杂，安装完成后整体占用空间较大，且存在加工工艺不能逆向执行的问题，一体化设计的相关设备柔性较差，仅能针对某一种情况或加工对象进行加工；针对一体化加工设备的设计主要集中在表面强化与喷漆处理、或单纯表面光整加工，缺少将表面延寿与光整加工相结合的机构设计。

发明内容

本发明主要解决现有技术的设备结构复杂，安装完成后整体占用空间较大，仅能针对某一种情况或加工对象进行加工等技术问题，提出一种喷丸-磨抛一体化加工末端执行器及其控制方法，该末端执行器可在现有工作台安装使用，将喷丸工艺和磨抛工艺相结合，实现单次装夹完成两种工艺的生产加工，在提升加工效率、降低生产成本的同时，提升被加工工件的表面质量、改变工件表面应力分布，提升所制造产品的可靠性与安全性。

本发明提供了一种喷丸-磨抛一体化加工末端执行器，包括：角度调整机构、切换机构、磨削机构、喷丸机构和控制机构；

所述角度调整机构包括：中心齿轮、内齿圈、底盖、行星齿轮、支架、端盖和角度调整伺服电机；

所述角度调整伺服电机设置在支架的一端，所述角度调整伺服电机的输出轴从支架的端部伸出；所述角度调整伺服电机输出轴伸出部分的外周设置端盖，所述端盖固定在支架端部外侧；所述底盖与端盖配合设置，所述底盖用于安装在工作台上；

所述底盖的中心设置中心齿轮，所述中心齿轮的中心孔与角度调整伺服电机的输出轴连接；所述中心齿轮的外周分布三组行星齿轮；三组行星齿轮与内齿圈啮合，所述内齿圈设置在底盖上；

所述切换机构包括：换相伺服电机和换相机械手；

所述换相伺服电机设置在支架上远离角度调整伺服电机的一端；所述换相伺服电机的输出轴与换相机械手连接；所述换相机械手上一端设置磨削机构，另一端设置喷丸机构；

所述磨削机构包括：加工电机、加工电机架和磨抛头；所述加工电机通过加工电机架安装在换相机械手上，所述加工电机的输出轴连接磨抛头；

所述喷丸机构包括：喷嘴和喷嘴固定螺母；所述喷嘴通过喷嘴固定螺母安装在换相机械手上，所述喷嘴外接喷丸设备；

所述角度调整伺服电机、换相伺服电机、加工电机分别与控制机构电连接。

优选的，所述内齿圈与底盖之间设置减摩垫圈。

优选的，所述角度调整伺服电机的输出轴上设置第一平键，所述第一平键与中心齿轮的中心孔配合。

优选的，所述换相伺服电机的输出轴上设置第二平键，所述第二平键与换相机械手的中心孔配合。

优选的，所述支架上且在换相伺服电机的上方设置锁止气缸；

所述换相机械手上对称设置两个锁止孔。

对应的，本发明还提供一种喷丸-磨抛一体化加工设备，包括：工作台以及本发明任意实施例提供的喷丸-磨抛一体化加工末端执行器；

所述工作台采用三自由度工作台；

所述工作台，包括：工作台底座、X轴移动机构、Y轴移动机构和Z轴移动机构；

所述X轴移动机构设置在工作台底座上，所述Y轴移动机构滑动设置在X轴移动机构上，所述Z轴移动机构设置在Y轴移动机构上，所述喷丸-磨抛一体化加工末端执行器设置在Z轴移动机构上。

优选的，所述工作台设置丸粒清理装置。

优选的，所述Y轴移动机构采用龙门架形式。

优选的，所述工作台底座上设置传送装置和可升降滚轮装置；

所述传送装置具有两条平行的传送带，所述传送带安装在工作台底座上；所述传送带通过传动装置电机带动工作；

所述可升降滚轮装置对称设置在传送带的两侧；所述可升降滚轮装置具有滚轮电机、升降液压缸和滚轮架；

所述滚轮架上具有多个顺次设置的滚轮；所述滚轮电机安装在滚轮架的一端，所述滚轮电机的输出轴与滚轮连接；

所述升降液压缸设置在滚轮架下方两端，所述升降液压缸的活塞杆与滚轮架的底面连接。

对应的，本发明还提供一种根据本发明任意实施例提供的喷丸-磨抛一体化加工末端执行器的控制方法，包括以下过程：

步骤1，调整初始加工参数，角度调整伺服电机转动带动中心齿轮转动、随后中心齿轮带动行星齿轮转动，实现支架的角度调整，角度调整完成后，角度调整伺服电机断电自锁；

步骤2，根据实际加工需要，换相伺服电机转动，带动换相机械手转动进行工艺切换，该步骤经切换后选择喷丸工艺，待工艺选择完成后，换相伺服电机断电自锁，锁止气缸气缸杆伸出将与换相机械手上锁止孔进行固定配合，保证换相机械手被锁止；喷嘴外接的喷丸设备启动，对目标工件进行喷丸加工，并对完成加工后的工件进行检测，如果合格执行下一步，如果不合格继续执行喷丸加工过程；

步骤3，完成喷丸加工后，锁止气缸的气缸杆收回，换相伺服电机转动，带动换相机械手转动，进行工艺切换，选择磨抛加工；

步骤4，完成换相后，换相伺服电机断电自锁，锁止气缸气缸杆伸出，将换相机械手锁止，使加工电机启动，带动磨抛头转动，对工件进行磨抛加工；并对完成加工后的工件进行检测，如果合格执行其他检测，如果不合格，继续执行磨抛加工过程。

本发明提供的一种喷丸-磨抛一体化加工末端执行器及其控制方法，末端执行器结构简单、体积小巧、方便安装，该末端执行器可在多种型号工作台或定制的特殊工作台配合安装使用，无需专门设计相关配合工作台或生产线，具有较好的泛用性。将喷丸与磨抛装置进行一体化安装，实现工件延寿工艺与表面光整加工工艺的有机结合，实现单次装夹完成两种工艺的生产加工，提升加工精度和加工效率，降低由于生产线的设计安装而增加的生产成本。可在对工件进行延寿加工的同时进行表面光整加工，也可根据实际生产工况需要进行工艺调整，提升生产柔性。加工过程中可依据加工现场的实际情况进行加工时长的调整及加工工艺的切换，在提升加工效率、降低生产成本的同时，提升被加工工件的表面质量、改变工件表面应力分布，从而提升被加工工件的耐腐蚀性、抗疲劳性能，最终提升所制造产品的可靠性与安全性。本发明用于实现磨抛、喷丸两种技术相互融合与加工切换，通过一次装夹完成目标工件的表面光整加工和延寿加工。

附图说明

图1是本发明提供的喷丸-磨抛一体化加工末端执行器的结构示意图；

图2是本发明提供的端盖内行星轮系及减摩垫圈装配示意图；

图3是本发明内齿圈安装示意图；

图4是本发明提供的端盖和电机装配示意图；

图5是本发明提供的角度调整机构部分装配示意图；

图6是本发明提供的换相电机安装示意图；

图7是本发明提供的换相及锁止气缸安装示意图；

图8是本发明提供的气缸前端与机械手锁止工作配合意图；

图9是本发明提供的磨抛头安装示意图；

图10是本发明提供的磨抛电机安装示意图；

图11是本发明提供的喷嘴安装示意图；

图12是本发明提供的喷丸工艺工作示意图；

图13是本发明提供的工艺切换过程示意图；

图14是本发明提供的磨抛工艺工作示意图；

图15是本发明在工作情况1下安装与工作示意图一；

图16是本发明在工作情况1下安装与工作示意图二；

图17是本发明在工作情况2下安装与工作示意图；

图18是本发明在工作情况3下安装与工作示意图一；

图19是本发明在工作情况3下安装与工作示意图二；

图20是本发明的控制流程图。

图中各标号为：1-角度调整机构；2-切换机构；3-加工机构；4-喷丸机构；5-工作台底座；6-丸粒清理装置；7-传送带；8-滚轮电机；9-滚轮；101-中心齿轮；102-第一螺钉；103-内齿圈；104-底盖；105-减摩垫圈；106-行星齿轮；107-第二螺钉；108-支架；109-第三螺钉；110-端盖；111-第一平键；112-第四螺钉；113-角度调整伺服电机；201-第五螺钉；202-第二平键；203-换相伺服电机；204-换相机械手；205-机械手固定螺母；206-气缸固定螺母；207-锁止气缸；301-加工电机固定螺钉；302-加工电机；303-磨抛头；304-磨抛头固定螺母；305-加工电机架；401-喷嘴；402-喷嘴固定螺母。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部内容。

实施例一

如图1-14所示，本发明实施例提供的喷丸-磨抛一体化加工末端执行器，包括：角度调整机构1、切换机构2、磨削机构3、喷丸机构4和控制机构。

所述角度调整机构包括：中心齿轮101、内齿圈103、底盖104、行星齿轮106、支架108、端盖110和角度调整伺服电机113；

所述角度调整伺服电机113设置在支架108的一端，所述角度调整伺服电机113的输出轴从支架108的端部伸出；所述角度调整伺服电机113输出轴伸出部分的外周设置端盖110，所述端盖110固定在支架108端部外侧；所述底盖104与端盖110配合设置，所述底盖104用于安装在工作台上；具体的，所述底盖104通过第一螺钉102安装在工作台上。端盖110通过第三螺钉109安装在支架108上。

所述底盖104的中心设置中心齿轮101，所述中心齿轮101的中心孔与角度调整伺服电机113的输出轴连接；具体的，所述角度调整伺服电机113的输出轴上设置第一平键111，所述第一平键111与中心齿轮101的中心孔配合。角度调整伺服电机113通过第四螺钉112安装在支架108上。

所述中心齿轮101的外周分布三组行星齿轮106；三组行星齿轮106与内齿圈103啮合，所述内齿圈103通过第二螺钉107设置在底盖104上。所述内齿圈103与底盖104之间设置减摩垫圈105。

所述角度调整机构1通过角度调整伺服电机113转动、带动行星齿轮106转动，从而使该末端执行器在水平方向转动，达到不同角度喷丸和不同角度磨抛加工的效果；在达到所设定角度后，角度调整伺服电机113断电内部机械自锁，保证加工过程中所设定加工角度不变；实际安装过程中由于连接控制端的线路限制，该部分的转动角度应控制在±60°内，避免由于转动角度过大导致设备连线脱落，造成设备损坏失效。

所述切换机构包括：换相伺服电机203和换相机械手204；所述换相伺服电机203设置在支架108上远离角度调整伺服电机113的一端；具体的，所述换相伺服电机203通过第五螺钉201设置在支架108上。所述换相伺服电机203的输出轴与换相机械手204连接，通过机械手固定螺母205固定。所述换相机械手204上一端设置磨削机构3，另一端设置喷丸机构4。

所述换相伺服电机203的输出轴上设置第二平键202，所述第二平键202与换相机械手204的中心孔配合。

所述支架108上且在换相伺服电机203的上方设置锁止气缸207；具体的，锁止气缸207通过气缸固定螺母206安装在支架108上。所述换相机械手204上对称设置两个锁止孔。锁止孔采用圆锥形。

切换机构2通过换相伺服电机203转动，带动换相机械手204转动，在转动完成后，换相伺服电机203断电自身机械自锁，同时锁止气缸207伸出、锁止气缸207前端圆锥头与换相机械手204上锁止孔自动定心对换，将换相机械手204锁止，实现喷丸工艺与磨抛工艺的相互切换、保证加工过程中换相机械手204的稳定性；考虑加工过程中设备自身刚度及变形问题、减少由于设备变形导致加工误差，换相机械手204设计为沿水平方向旋转切换；实际安装和使用过程中，由于设备的管线和控制端连线的限制，换相机械手204能在单一方向进行180°往复回转。

所述磨削机构3包括：加工电机302、加工电机架305和磨抛头303；所述加工电机302通过加工电机架305安装在换相机械手204上，具体的，加工电机302通过加工电机固定螺钉301安装在加工电机架305上。所述加工电机302的输出轴连接磨抛头303。

所述喷丸机构4包括：喷嘴401和喷嘴固定螺母402；所述喷嘴401通过喷嘴固定螺母402安装在换相机械手204上，所述喷嘴401外接喷丸设备。

在上述方案的基础上，所述角度调整伺服电机113、换相伺服电机203、加工电机302等电控组件分别与控制机构电连接。

所述控制机构采用PLC进行控制，实现对喷丸-磨抛一体化加工末端执行器的启动、停止、喷丸磨抛工艺手动切换、加工角度控制、喷丸磨抛工艺自动切换、换相机械手204固定控制、磨抛压力控制、喷丸强度控制等。控制机构也对本申请专利配合使用的工作台起到控制与协调作用。具体控制流程及预期控制效果如图18所示。

角度调整伺服电机113、换相伺服电机203与加工电机302均采用直流供电形式；喷丸-磨抛一体化加工末端执行器动力部分完全独立，分别由角度调整伺服电机113、换相伺服电机203与加工电机302按照相对应功能和程序要求进行提供；所述角度调整机构通过对角度调整伺服电机113供电，通过角度调整伺服电机113自身转动带动行星齿轮106转动，行星齿轮106安装的底盖104整体固定在配合使用的工作台上，导致角度调整伺服电机113转递动力由自身接收并使自身转动，带动其他部分一起实现一定角度的旋转，由于实际装配过程中有喷丸机构的气管、电机控制接线等管线存在，角度控制范围限制在±60°内，避免过度旋转导致管线缠绕造成执行器功能失效。

切换机构2根据程序需要，为保证设备刚度、减少由于设备自身变形引起加工误差，将换相机械手204设置为沿水平方向旋转，由换相伺服电机203执行，由于换相伺服电机204固定，所以换相伺服机204将动力传递至换相机械手204，换相机械手204可以转动从而完成工艺切换的动作，当切换动作完成后，锁止气缸207伸出、锁止气缸207前端圆锥头与换相机械手207上的锁止孔进行配合，对换相机械手204进行锁止，保证加工过程中换相机械手204的稳定性，实际安装和使用过程中，由于设备的管线和控制端连线的限制，换相机械手仅能在单一方向进行180°往复回转；加工电机302在加工过程中由于自身安装在加工电机架305上，并使用螺钉固定，在运行时，动力通过加工电机302电机轴传递至磨抛头303，通过磨抛头303转动，完成工件表面光整加工。

所述角度调整伺服电机113使用直流电进行供电，并且通过PLC外接转换控制单元，所述加工电机302为普通直流电机，电机通过PLC外接直流驱动器连线进行启停换相控制。

本发明的喷丸-磨抛一体化加工末端执行器的安装过程：

步骤a：如图2和图3所示，行星齿轮106安装在底盖104内侧的齿轮轴上，内齿圈103通过第二螺钉107固定在底盖104的内侧，第二螺钉107在底盖104外侧侧壁通孔处安装，中心齿轮101安装在行星齿轮106中间与三个行星齿轮106配合，减摩垫圈105粘贴在底盖104侧壁外侧。安装前，底盖104由底盖内侧使用第一螺钉102固定在所配合使用的工作台垂直溜板上，保证底盖104平面部分与垂直溜板贴合接触。

步骤b：如图4所示，第四螺钉112通过支架108垂直壁左侧沉孔伸入，将角度调整伺服电机113固定在支架108右侧有筋板结构的垂直壁上，第三螺钉109通过端盖110上安装孔将端盖110固定在支架108左侧垂直壁上，步进电机113的电机轴穿过支架108和端盖110的中心孔，平键111安装在角度调整伺服电机113的键槽处。

步骤c：步骤a所得装配体与完成步骤b的装配体进行嵌套组装，安装时，角度调整伺服电机113电机轴、安装在电机轴键槽上的第一平键111需要配合伸入安装在中心齿轮101的中心孔内，粘贴在底盖104侧壁外侧的减摩垫圈105与端盖110侧壁内侧接触，装配效果如图5所示；装配完成后需保证转动部分可在角度调整伺服电机113的驱动下转动。

步骤d：如图6所示，第五螺钉201自支架108另一侧垂直壁外侧沉孔伸入，换相电机203安装在支架侧面有筋板结构的右侧并通过螺钉201固定，换相伺服电机203电机轴穿过支架108侧壁，第二平键202安装在换相伺服电机203的键槽处。

步骤e：如图7所示，装有第二平键202的换相伺服电机203电机轴穿过换相机械手204中心孔处，安装过程中换相机械手204有筋板结构一侧朝外，在换相伺服电机203的电机轴上加工螺纹，机械手固定螺母205与换相电机203电机轴上螺纹配合，在换相机械手204外侧拧紧保证机械手固定，锁止气缸207穿过支架108上的孔并通过气缸固定螺母206锁紧安装。完成该步骤保证换相机械手204可随换相伺服电机203转动，工作过程中锁止气缸207前端圆锥头与换相机械手204上的圆锥孔配合，配合效果如图8所示，保证换相机械手204被锁止。

步骤f：如图9、图10所示，加工电机302放置在换相机械手204的电机安装座里，4个加工电机固定螺钉301从换相机械手204的电机安装座外侧拧入，通过自身与电机接触和拦截作用，防止加工电机302在加工时被顶出、也防止加工电机302处于喷丸加工工位时加工电机302落下；加工电机302电机轴穿过加工电机架305的通孔，磨抛头303穿过加工电机302电机轴，磨抛头303非加工面卡在加工电机302电机轴端，磨抛头固定螺母304在磨抛头303加工面一侧安装，并与加工电机302电机轴上螺纹配合，使磨抛头303与加工电机302安装固定。

步骤g：如图11所示，喷嘴401自上而下穿过换相机械手204的通孔，在换相机械手204上下两侧分别使用喷嘴固定螺母402将喷嘴401固定在换相机械手204。

实施例二

本发明提供一种根据本发明任意实施例提供的喷丸-磨抛一体化加工末端执行器的控制方法，包括以下过程：

步骤1，调整初始加工参数，角度调整伺服电机113转动带动中心齿轮101转动、随后中心齿轮101带动行星齿轮106转动，实现支架108的角度调整，角度调整完成后，角度调整伺服电机113断电自锁；

步骤2，如图12所示，根据实际加工需要，换相伺服电机203转动，带动换相机械手204转动进行工艺切换，该步骤经切换后选择喷丸工艺，待工艺选择完成后，换相伺服电机203断电自锁，锁止气缸207气缸杆伸出将与换相机械手204上锁止孔进行固定配合，保证换相机械手204被锁止；喷嘴401外接的喷丸设备启动，对目标工件进行喷丸加工，并对完成加工后的工件进行检测，如果合格执行下一步，如果不合格继续执行喷丸加工过程；

步骤3，如图13所示，完成喷丸加工后，锁止气缸207的气缸杆收回，换相伺服电机203转动，带动换相机械手204转动，进行工艺切换，选择磨抛加工；

步骤4，如图14所示，完成换相后，换相伺服电机203断电自锁，锁止气缸207气缸杆伸出，将换相机械手204锁止，使加工电机302启动，带动磨抛头303转动，对工件进行磨抛加工；并对完成加工后的工件进行检测，如果合格执行其他检测，如果不合格，继续执行磨抛加工过程。

实施例三

本发明提供一种喷丸-磨抛一体化加工设备，包括：工作台以及本发明任意实施例提供的喷丸-磨抛一体化加工末端执行器。

所述工作台采用三自由度工作台；

所述工作台，包括：工作台底座5、X轴移动机构、Y轴移动机构和Z轴移动机构；

所述X轴移动机构设置在工作台底座5上，所述Y轴移动机构滑动设置在X轴移动机构上，所述Z轴移动机构设置在Y轴移动机构上，所述喷丸-磨抛一体化加工末端执行器设置在Z轴移动机构上。

所述工作台设置丸粒清理装置6，所述装置固定在三自由度工作台移动机构背侧，通过该装置喷出高压气体将残留在试件表面的丸粒进行清除，避免残留丸粒对后续加工造成不良影响。

其中，所述Y轴移动机构可以采用龙门架形式，即选用龙门式工作台。当Y轴移动机构采用龙门架形式，所述工作台底座5上设置传送装置和可升降滚轮装置。

所述传送装置具有两条平行的传送带7，所述传送带7安装在工作台底座5上。所述传送带7通过传动装置电机带动工作。

所述可升降滚轮装置对称设置在传送带的两侧；所述可升降滚轮装置具有滚轮电机8、升降液压缸和滚轮架；所述滚轮架上具有多个顺次设置的滚轮9；所述滚轮电机8安装在滚轮架的一端，所述滚轮电机8的输出轴与滚轮9连接；所述升降液压缸设置在滚轮架下方两端，所述升降液压缸的活塞杆与滚轮架的底面连接。

龙门式工作台，具有XYZ三轴水平功能的同时在其底面增加传送装置以及可升降滚轮装置，传送装置半埋在工作台底座5内，传动装置电机安装在工作台底座5内部、采用带传动方式进行动力传输。

可升降滚轮装置的滚轮电机8和滚轮9均通过在工作台底座5内部的升降液压缸实现升降，非加工状态下可升降滚轮装置收回到工作台底座5内部，可升降滚轮装置通过滚轮电机8实现自身转动，并带动被加工工件(例如管件)绕自身轴线回转，使用时被加工工件摆放在传送装置两条传送带中间，传动装置电机启动使传送带7转动，传送带7将被加工工件移动至加工位置，当被加工工件达到指定位置后，可升降滚轮装置整体提升从两侧将被加工工件托起，并启动滚轮电机8带动滚轮9转动，带动被加工工件转动。

本实施例给出本发明末端执行器与三种形式工作台配合使用的情况，具体使用情况举例如下。

使用情况1：如图15-16所示，该使用情况下，本发明任意实施例提供的喷丸-磨抛一体化加工末端执行器与三自由度工作台配合使用；使用过程中，末端执行器底盖104通过第一螺钉102与三自由度工作台垂直溜板相连接固定。

在使用情况1条件下，依据实际工况需要执行步骤1角度调整工作。

在使用情况1条件下，依据实际加工需要执行步骤2喷丸加工工作，在喷丸加工的同时，本发明控制机构通过PLC执行控制，实现三自由度工作台从左侧到右侧的移动，完成对目标工件整体的喷丸加工。

在使用情况1条件下，依据实际加工需要，本发明控制机构通过PLC执行控制，实现三自由度工作台垂直溜板沿垂直方向滑移，以调整磨抛过程中对磨抛压力、磨抛去除厚度的控制。

在使用情况1条件下，依据实际工况执行步骤1角度调整工作后，末端执行器执行步骤3、步骤4，将加工工艺由喷丸加工切换为磨抛加工，并将换相机械手204夹紧固定，在磨抛加工过程中，本发明控制机构通过PLC执行控制，同时实现三自由度工作台从左侧到右侧的移动和前后方向微调，完成对目标工件整体的磨抛加工，保证目标工件加工表面光整、均匀。

使用情况2：如图17所示，该使用情况下，本发明末端执行器与增加丸粒清理装置的三自由度工作台配合使用。使用情况2在使用情况1条件下增加丸粒清理装置6，通过在三自由度工作台加装的丸粒清理装置6吹出压缩气体，将目标工件表面喷丸后残留的丸粒进行清理，避免丸粒对后续磨抛加工产生不良影响。使用过程中，末端执行器底盖104通过第一螺钉102与三自由度工作台垂直溜板相连接固定。

在使用情况2条件下，依据实际工况需要执行步骤1角度调整工作。

在使用情况2条件下，依据实际加工需要执行步骤2喷丸加工工作，在喷丸加工的同时，本发明控制机构通过PLC执行控制，实现三自由度工作台从左侧到右侧的移动，完成对目标工件整体的喷丸加工。

在使用情况2条件下，完成喷丸加工后三自由度工作台上加装的丸粒清理装置6利用压缩气体将工件表面残留丸粒清除。

在使用情况2条件下，依据实际加工需要，本发明控制部分通过PLC执行控制，实现三自由度工作台垂直溜板沿垂直方向滑移，以调整磨抛过程中对磨抛压力、磨抛去除厚度的控制。

在使用情况2条件下，依据实际工况执行步骤1角度调整工作后，末端执行器执行步骤3、步骤4，并将换相机械手204夹紧固定，将加工工艺由喷丸加工切换为磨抛加工，且在磨抛加工过程中，本发明控制机构通过PLC执行控制，实现三自由度工作台从左侧到右侧的移动，完成对目标工件整体的磨抛加工，保证目标工件加工表面光整、均匀。

使用情况3：如图18-19所示，该使用情况下，本发明末端执行器与龙门式工作台配合使用，工作台底座5装有可升降滚轮装置与传送装置，可在生产线上对大型回转类零件(例如管件)进行输送、将零件提升并使其绕轴线转动方便其沿圆周方向进行喷丸-磨抛一体化加工。使用过程中，末端执行器底盖104通过第一螺钉102与龙门式工作台垂直溜板相连接固定。

在使用情况3条件下，工作台底座5的传送装置启动，大型回转零件在两条传送带中间摆放，通过传送带移动至加工位置。

在使用情况3条件下，依据实际工况需要执行步骤1角度调整工作。

在使用情况3条件下，工作台底座5可升降滚轮装置提升，大型回转类零件在两侧滚轮9的作用下被托起，托起后滚轮电机8启动，带动大型回转类零件转动，开始加工。

在使用情况3条件下，依据实际加工需要执行步骤2喷丸加工工作，在喷丸加工的同时，本发明控制机构通过PLC执行控制，实现龙门式工作台对大型回转类零件的转动、以及左右水平方向位置微调，完成对目标工件整体的喷丸加工。

在使用情况3条件下，依据实际加工需要，本发明控制机构通过PLC执行控制，实现龙门式工作台垂直溜板沿垂直方向滑移，以调整磨抛过程中对磨抛压力、磨抛去除厚度的控制。

在使用情况3条件下，依据实际工况执行步骤1角度调整工作后，末端执行器执行步骤3、步骤4，将加工工艺由喷丸加工切换为磨抛加工，且在磨抛加工过程中，本发明控制机构通过PLC执行控制，实现龙门式工作台对大型回转类零件的转动、以及左右水平方向的位置微调，完成对目标工件的表面磨抛加工，保证目标工件加工表面的光整、均匀。

在使用情况3条件下，完成加工后可升降滚轮装置下降，传送装置启动，将完成加工的大型回转类工件移除工作台。

本发明在建模和描述过程中为保证主体部分能够清晰明确表达，省略喷丸气管、电机的控制连线部分，在实际装配和使用过程中需注意上述管线对设备的装配、运动的影响。本发明在叙述过程中提到“左侧”、“右侧”、“前后”、“内侧”、“外侧”、“上下”等位置描述均为针对图片展示位置提出的方位概念，并非某一指定方向。以上所述实施方式仅为本申请专利的基础设计与使用控制，而并非本申请专利可行实施的穷举。以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请专利的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请专利原理和精神的前提下，还可以对本申请专利进行若干改进和修饰，这些改进和修饰都应当被认为包含在本申请专利的权利要求保护范围之内。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种喷丸-磨抛一体化加工末端执行器，其特征在于，包括：角度调整机构(1)、切换机构(2)、磨削机构(3)、喷丸机构(4)和控制机构；

所述角度调整机构包括：中心齿轮(101)、内齿圈(103)、底盖(104)、行星齿轮(106)、支架(108)、端盖(110)和角度调整伺服电机(113)；

所述角度调整伺服电机(113)设置在支架(108)的一端，所述角度调整伺服电机(113)的输出轴从支架(108)的端部伸出；所述角度调整伺服电机(113)输出轴伸出部分的外周设置端盖(110)，所述端盖(110)固定在支架(108)端部外侧；所述底盖(104)与端盖(110)配合设置，所述底盖(104)用于安装在工作台上；

所述底盖(104)的中心设置中心齿轮(101)，所述中心齿轮(101)的中心孔与角度调整伺服电机(113)的输出轴连接；所述中心齿轮(101)的外周分布三组行星齿轮(106)；三组行星齿轮(106)与内齿圈(103)啮合，所述内齿圈(103)设置在底盖(104)上；

所述切换机构包括：换相伺服电机(203)和换相机械手(204)；

所述换相伺服电机(203)设置在支架(108)上远离角度调整伺服电机(113)的一端；所述换相伺服电机(203)的输出轴与换相机械手(204)连接；所述换相机械手(204)上一端设置磨削机构(3)，另一端设置喷丸机构(4)；

所述磨削机构(3)包括：加工电机(302)、加工电机架(305)和磨抛头(303)；所述加工电机(302)通过加工电机架(305)安装在换相机械手(204)上，所述加工电机(302)的输出轴连接磨抛头(303)；

所述喷丸机构(4)包括：喷嘴(401)和喷嘴固定螺母(402)；所述喷嘴(401)通过喷嘴固定螺母(402)安装在换相机械手(204)上，所述喷嘴(401)外接喷丸设备；

所述角度调整伺服电机(113)、换相伺服电机(203)、加工电机(302)分别与控制机构电连接。

2.根据权利要求1所述的喷丸-磨抛一体化加工末端执行器，其特征在于，所述内齿圈(103)与底盖(104)之间设置减摩垫圈(105)。

3.根据权利要求1所述的喷丸-磨抛一体化加工末端执行器，其特征在于，所述角度调整伺服电机(113)的输出轴上设置第一平键(111)，所述第一平键(111)与中心齿轮(101)的中心孔配合。

4.根据权利要求1所述的喷丸-磨抛一体化加工末端执行器，其特征在于，所述换相伺服电机(203)的输出轴上设置第二平键(202)，所述第二平键(202)与换相机械手(204)的中心孔配合。

5.根据权利要求1或4所述的喷丸-磨抛一体化加工末端执行器，其特征在于，所述支架(108)上且在换相伺服电机(203)的上方设置锁止气缸(207)；

所述换相机械手(204)上对称设置两个锁止孔。

6.一种喷丸-磨抛一体化加工设备，其特征在于，包括：工作台以及权利要求1至5任一项所述的喷丸-磨抛一体化加工末端执行器；

所述工作台采用三自由度工作台；

所述工作台，包括：工作台底座(5)、X轴移动机构、Y轴移动机构和Z轴移动机构；

所述X轴移动机构设置在工作台底座(5)上，所述Y轴移动机构滑动设置在X轴移动机构上，所述Z轴移动机构设置在Y轴移动机构上，所述喷丸-磨抛一体化加工末端执行器设置在Z轴移动机构上。

7.根据权利要求6所述的喷丸-磨抛一体化加工设备，其特征在于，所述工作台设置丸粒清理装置(6)。

8.根据权利要求6所述的喷丸-磨抛一体化加工设备，其特征在于，所述Y轴移动机构采用龙门架形式。

9.根据权利要求8所述的喷丸-磨抛一体化加工设备，其特征在于，所述工作台底座(5)上设置传送装置和可升降滚轮装置；

所述传送装置具有两条平行的传送带(7)，所述传送带(7)安装在工作台底座(5)上；所述传送带(7)通过传动装置电机带动工作；

所述可升降滚轮装置对称设置在传送带的两侧；所述可升降滚轮装置具有滚轮电机(8)、升降液压缸和滚轮架；

所述滚轮架上具有多个顺次设置的滚轮(9)；所述滚轮电机(8)安装在滚轮架的一端，所述滚轮电机(8)的输出轴与滚轮(9)连接；

所述升降液压缸设置在滚轮架下方两端，所述升降液压缸的活塞杆与滚轮架的底面连接。

10.一种根据权利要求1至5任一项所述的喷丸-磨抛一体化加工末端执行器的控制方法，其特征在于，包括以下过程：

步骤1，调整初始加工参数，角度调整伺服电机(113)转动带动中心齿轮(101)转动、随后中心齿轮(101)带动行星齿轮(106)转动，实现支架(108)的角度调整，角度调整完成后，角度调整伺服电机(113)断电自锁；

步骤2，根据实际加工需要，换相伺服电机(203)转动，带动换相机械手(204)转动进行工艺切换，该步骤经切换后选择喷丸工艺，待工艺选择完成后，换相伺服电机(203)断电自锁，锁止气缸(207)气缸杆伸出将与换相机械手(204)上锁止孔进行固定配合，保证换相机械手(204)被锁止；喷嘴(401)外接的喷丸设备启动，对目标工件进行喷丸加工，并对完成加工后的工件进行检测，如果合格执行下一步，如果不合格继续执行喷丸加工过程；

步骤3，完成喷丸加工后，锁止气缸(207)的气缸杆收回，换相伺服电机(203)转动，带动换相机械手(204)转动，进行工艺切换，选择磨抛加工；

步骤4，完成换相后，换相伺服电机(203)断电自锁，锁止气缸(207)气缸杆伸出，将换相机械手(204)锁止，使加工电机(302)启动，带动磨抛头(303)转动，对工件进行磨抛加工；并对完成加工后的工件进行检测，如果合格执行其他检测，如果不合格，继续执行磨抛加工过程。

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