CN114833710A - 一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置及其使用方法 - Google Patents

一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置及其使用方法 Download PDF

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陈永斌
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Abstract

本发明公开了一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置及其使用方法，涉及铁质工艺品加工技术领域，为解决现有工业机器人在抛光异形截面时，因偏转幅度较大，需预留较多的操作空间，易受空间限制影响，同时加工过程对机器人精度要求较高，效率较低的问题。抛光池，其安装在所述底座上表面的中间位置处，所述抛光池的前端设置有排料阀，所述抛光池的内部设置有液态磨粒流；导轨，其安装在所述顶板的中间位置处，且两端均延伸至所述顶板的外部，所述导轨的两侧均通过安装片和螺钉与顶板连接，所述导轨的一端安装有伺服电机，所述导轨的内部安装有滚珠丝杆，所述伺服电机的输出端通过联轴器与滚珠丝杆传动连接。

Description

一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置及其使 用方法
技术领域
本发明涉及铁质工艺品加工技术领域，具体为一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置及其使用方法。
背景技术
铁质工艺品在加工生产时，其表面需要经过抛光打磨处理，而铁质工艺品截面多为异形结构，故在常规工艺中，需要依靠工业机器人恒力浮动打磨。
但是工业机器人在打磨异形截面时，因偏转幅度较大，需预留较多的操作空间，易受空间限制影响，同时加工过程对机器人精度要求较高，效率较低。
所以我们提出了一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置及其使用方法，以便于解决上述中提出的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置及其使用方法，以解决上述背景技术中提出的现有工业机器人在抛光异形截面时，因偏转幅度较大，需预留较多的操作空间，易受空间限制影响，同时加工过程对机器人精度要求较高，效率较低的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置，包括底座，所述底座上表面的四周均安装有支柱，且支柱设置有四个，四个所述支柱的上端安装有顶板；
还包括：
抛光池，其安装在所述底座上表面的中间位置处，所述抛光池的前端设置有排料阀，所述抛光池的内部设置有液态磨粒流；
导轨，其安装在所述顶板的中间位置处，且两端均延伸至所述顶板的外部，所述导轨的两侧均通过安装片和螺钉与顶板连接，所述导轨的一端安装有伺服电机，所述导轨的内部安装有滚珠丝杆，所述伺服电机的输出端通过联轴器与滚珠丝杆传动连接，所述滚珠丝杆上安装有滑台，且滑台与滚珠丝杆传动连接；
抓取机构，其安装在所述滑台的下表面。
优选的，所述抛光池的下表面设置有振动底板，所述振动底板的下方设置有振动腔，且振动腔与底座一体成型设置，所述振动底板下表面的两侧均安装有超声波换能器，所述底座的前端设置有超声波发生器接口，所述振动底板下表面的四周均通过减震弹簧与振动腔底面连接。
优选的，所述抛光池的上端设置有防溢内收口，且防溢内收口与抛光池一体成型设置。
优选的，所述抓取机构包含有液压缸、转动机构、抽真空机构和吸附机构，所述转动机构安装在液压缸的输出端上，所述抽真空机构安装在转动机构的输出端上，所述吸附机构安装在转动机构的下端。
优选的，所述转动机构下端的一侧设置有皮带传动室，且皮带传动室与转动机构一体成型设置，所述皮带传动室的上端安装有异步电机，所述异步电机的输出端贯穿并延伸至皮带传动室的内部，且安装有第一皮带轮，所述转动机构的内部设置有传动柱，且传动柱的一端贯穿并延伸至转动机构的下方，所述传动柱的一端安装有连接片，且传动柱通过连接片与抽真空机构固定连接，所述传动柱的外壁上安装有第二皮带轮，所述第二皮带轮通过皮带与第一皮带轮传动连接。
优选的，所述异步电机的输出端与皮带传动室的连接处安装有第一轴承，所述传动柱的上端与转动机构内壁的连接处安装有第二轴承。
优选的，所述吸附机构包含有十字板和真空吸盘，真空吸盘设置有四个，且四个真空吸盘分别设置在十字板的四端，所述十字板的内部设置有十字调节槽，所述真空吸盘的上端设置有第二丝杆，所述第二丝杆下端的外壁上安装有吸气管接头，且吸气管接头与真空吸盘内腔相连通，所述第二丝杆的上端设置有第一丝杆，且第二丝杆与第一丝杆螺纹连接，所述第二丝杆与第一丝杆的连接处安装有第二螺母，所述第二丝杆的上端贯穿并延伸至十字调节槽的上端，且安装有限位片，所述第二丝杆与十字调节槽底面的连接处安装有第一螺母。
优选的，所述转动机构的两侧均安装有第一导向片，所述液压缸的两侧均安装有第二导向片，所述第一导向片和第二导向片之间通过辅助伸缩杆连接。
优选的，所述导轨两端的两侧均通过加固杆与顶板连接，且加固杆与导轨和顶板之间呈三角形结构。
优选的，所述一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：将输料线和下料线与抛光装置的前后端对接，由输料线将铁质工艺品送往抛光装置导轨一端的下方，输送时铁质工艺品底部朝上；
步骤二：导轨端头的伺服电机驱动，带动滑台以及抓取机构移动至铁质工艺品上方，抓取机构内部的液压缸运行，带动抓取机构底端的吸附机构下移，待真空吸盘接触到铁质工艺品的底面后，抽真空机构运行，实现吸附抓取；
步骤三：抓取完毕后，液压缸回缩，由导轨继续带动抓取机构移动至抛光池正上方，完毕后液压缸重新伸出，使铁质工艺品的异形截面浸入抛光池内的液态磨粒流中；
步骤四：浸入后，由转动机构带动吸附机构以及铁质工艺品在液态磨粒流中旋转，使液态磨粒流流动，对铁质工艺品进行抛光打磨，同时液压缸在一定幅度往复伸缩，使铁质工艺品的异形截面持续挤压液态磨粒流，加强抛光效果，并且抛光池底部的超声波换能器运行，震荡内部的液态磨粒流，使磨粒高效扰动，提高抛光效率；
步骤四：抛光完毕后，液压缸回缩，由导轨将抓取机构以及铁质工艺品移动至下料线上方，降下液压缸并松脱真空吸盘，完成下料，如此往复，持续完成铁质工艺品的抛光加工工作
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过采用液态磨粒流对铁质工艺品的异形截面进行抛光，加工时，液态磨粒流存储至抛光池中，由伺服电机驱动导轨运行，带动滑台上的抓取机构吸附住铁质工艺品底部，将其移动至抛光池正上方，由抓取机构上的液压缸伸出，使铁质工艺品的异形截面浸入抛光池内的液态磨粒流中，浸入后，转动机构带动吸附机构以及铁质工艺品在液态磨粒流中旋转，使液态磨粒流流动，对铁质工艺品进行抛光打磨，同时液压缸在一定幅度往复伸缩，使铁质工艺品的异形截面持续挤压液态磨粒流，加强抛光效果，整个加工过程运行空间仅为抛光池的垂直范围，相较于工业机器人，空间利用率高，并且在打磨过程中，针对不同异形截面的铁质工艺品，需要调节的参数仅为电机运行速率以及液压缸的浸入深度，相较于工业机器人，对精度的要求显著降低，加工自由度高，同时整个异形截面同步进行抛光，过程均匀高效，解决了现有工业机器人在抛光异形截面时，因偏转幅度较大，需预留较多的操作空间，易受空间限制影响，同时加工过程对机器人精度要求较高，效率较低的问题。
2、通过在抛光池底部设置超声波换能器，超声波换能器通过超声波发生器接口与外置的超声波发生器连接，由超声波发生器将市电转换成与超声波换能器相匹配的高频交流电信号，驱动超声波换能器工作，持续震荡振动底板，使抛光池内的液态磨粒流扰流，让液态磨粒流内部的磨料能够高效的与铁质工艺品异形截面接触，提升抛光效率。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图；
图2为本发明的抛光池内部结构示意图；
图3为本发明的抓取机构局部结构示意图；
图4为本发明的转动机构内部结构示意图；
图5为本发明的导轨内部局部结构示意图；
图6为本发明的真空吸盘与十字板连接结构示意图；
图中：1、底座；2、支柱；3、顶板；4、导轨；5、安装片；6、加固杆；7、伺服电机；8、滑台；9、抓取机构；10、抛光池；11、排料阀；12、超声波发生器接口；13、振动底板；14、振动腔；15、减震弹簧；16、超声波换能器；17、液态磨粒流；18、防溢内收口；19、液压缸；20、转动机构；21、抽真空机构；22、吸附机构；23、十字板；24、皮带传动室；25、异步电机；26、第一轴承；27、第一皮带轮；28、传动柱；29、第二轴承；30、第二皮带轮；31、皮带；32、连接片；33、联轴器；34、滚珠丝杆；35、十字调节槽；36、限位片；37、第一丝杆；38、第一螺母；39、第二丝杆；40、第二螺母；41、吸气管接头；42、真空吸盘；43、第一导向片；44、第二导向片；45、辅助伸缩杆。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
请参阅图1-6，本发明提供的一种实施例：一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置，包括底座1，底座1上表面的四周均安装有支柱2，且支柱2设置有四个，四个支柱2的上端安装有顶板3；
还包括：
抛光池10，其安装在底座1上表面的中间位置处，抛光池10的前端设置有排料阀11，抛光池10的内部设置有液态磨粒流17；
导轨4，其安装在顶板3的中间位置处，且两端均延伸至顶板3的外部，导轨4的两侧均通过安装片5和螺钉与顶板3连接，导轨4的一端安装有伺服电机7，导轨4的内部安装有滚珠丝杆34，伺服电机7的输出端通过联轴器33与滚珠丝杆34传动连接，滚珠丝杆34上安装有滑台8，且滑台8与滚珠丝杆34传动连接；
抓取机构9，其安装在滑台8的下表面。
请参阅图1和图2，抛光池10的下表面设置有振动底板13，振动底板13的下方设置有振动腔14，且振动腔14与底座1一体成型设置，振动底板13下表面的两侧均安装有超声波换能器16，底座1的前端设置有超声波发生器接口12，振动底板13下表面的四周均通过减震弹簧15与振动腔14底面连接，超声波换能器16通过超声波发生器接口12与外置的超声波发生器连接，由超声波发生器将市电转换成与超声波换能器16相匹配的高频交流电信号，驱动超声波换能器16工作，持续震荡振动底板13，使抛光池10内的液态磨粒流17扰流，提升抛光效率。
请参阅图2，抛光池10的上端设置有防溢内收口18，且防溢内收口18与抛光池10一体成型设置，防溢内收口18能够在一定程度上避免铁质工艺品异形截面浸入液态磨粒流17后，液态磨粒流17液位升高溢出的情况发生。
请参阅图1和图3，抓取机构9包含有液压缸19、转动机构20、抽真空机构21和吸附机构22，转动机构20安装在液压缸19的输出端上，抽真空机构21安装在转动机构20的输出端上，吸附机构22安装在转动机构20的下端，液压缸19能够驱动转动机构20、抽真空机构21和吸附机构22伸缩，而转动机构20则能带动抽真空机构21和吸附机构22以及吸附的物料旋转，吸附机构22采用抽真空吸附抓取物料。
请参阅图4，转动机构20下端的一侧设置有皮带传动室24，且皮带传动室24与转动机构20一体成型设置，皮带传动室24的上端安装有异步电机25，异步电机25的输出端贯穿并延伸至皮带传动室24的内部，且安装有第一皮带轮27，转动机构20的内部设置有传动柱28，且传动柱28的一端贯穿并延伸至转动机构20的下方，传动柱28的一端安装有连接片32，且传动柱28通过连接片32与抽真空机构21固定连接，传动柱28的外壁上安装有第二皮带轮30，第二皮带轮30通过皮带31与第一皮带轮27传动连接，异步电机25的输出端带动第一皮带轮27旋转，使第一皮带轮27利用皮带31与第二皮带轮30传动，第二皮带轮30内部的传动柱28在该作用下同步旋转，带动底部的抽真空机构21和吸附机构22旋转。
请参阅图4，异步电机25的输出端与皮带传动室24的连接处安装有第一轴承26，传动柱28的上端与转动机构20内壁的连接处安装有第二轴承29，第一轴承26和第二轴承29可显著提高异步电机25输出端以及传动柱28的旋转精度，延长传动机构使用寿命。
请参阅图6，吸附机构22包含有十字板23和真空吸盘42，真空吸盘42设置有四个，且四个真空吸盘42分别设置在十字板23的四端，十字板23的内部设置有十字调节槽35，真空吸盘42的上端设置有第二丝杆39，第二丝杆39下端的外壁上安装有吸气管接头41，且吸气管接头41与真空吸盘42内腔相连通，第二丝杆39的上端设置有第一丝杆37，且第二丝杆39与第一丝杆37螺纹连接，第二丝杆39与第一丝杆37的连接处安装有第二螺母40，第二丝杆39的上端贯穿并延伸至十字调节槽35的上端，且安装有限位片36，第二丝杆39与十字调节槽35底面的连接处安装有第一螺母38，真空吸盘42可通过第一丝杆37与十字调节槽35滑动，调节位置，使其与铁质工艺品底部尺寸适配，调节完毕后通过第一螺母38锁紧固定，而第二丝杆39则能调节真空吸盘42高度，使其更好的吸附物料。
请参阅图3，转动机构20的两侧均安装有第一导向片43，液压缸19的两侧均安装有第二导向片44，第一导向片43和第二导向片44之间通过辅助伸缩杆45连接，当液压缸19伸缩时，辅助伸缩杆45能够连带伸缩，起到导向的作用，避免伸缩发生偏移。
请参阅图1，导轨4两端的两侧均通过加固杆6与顶板3连接，且加固杆6与导轨4和顶板3之间呈三角形结构，加固杆6结构的设置，显著提升了导轨4两端的结构强度，保证了导轨4的承载力。
请参阅图1至图6，一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置的使用方法，包括以下步骤：
步骤一：将输料线和下料线与抛光装置的前后端对接，由输料线将铁质工艺品送往抛光装置导轨4一端的下方，输送时铁质工艺品底部朝上；
步骤二：导轨4端头的伺服电机7驱动，带动滑台8以及抓取机构9移动至铁质工艺品上方，抓取机构9内部的液压缸19运行，带动抓取机构9底端的吸附机构22下移，待真空吸盘42接触到铁质工艺品的底面后，抽真空机构21运行，实现吸附抓取；
步骤三：抓取完毕后，液压缸19回缩，由导轨4继续带动抓取机构9移动至抛光池10正上方，完毕后液压缸19重新伸出，使铁质工艺品的异形截面浸入抛光池10内的液态磨粒流17中；
步骤四：浸入后，由转动机构20带动吸附机构22以及铁质工艺品在液态磨粒流17中旋转，使液态磨粒流17流动，对铁质工艺品进行抛光打磨，同时液压缸19在一定幅度往复伸缩，使铁质工艺品的异形截面持续挤压液态磨粒流17，加强抛光效果，并且抛光池10底部的超声波换能器16运行，震荡内部的液态磨粒流17，使磨粒高效扰动，提高抛光效率；
步骤四：抛光完毕后，液压缸19回缩，由导轨4将抓取机构9以及铁质工艺品移动至下料线上方，降下液压缸19并松脱真空吸盘42，完成下料，如此往复，持续完成铁质工艺品的抛光加工工作。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (10)

1.一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置，包括底座(1)，所述底座(1)上表面的四周均安装有支柱(2)，且支柱(2)设置有四个，四个所述支柱(2)的上端安装有顶板(3)；
其特征在于：还包括：
抛光池(10)，其安装在所述底座(1)上表面的中间位置处，所述抛光池(10)的前端设置有排料阀(11)，所述抛光池(10)的内部设置有液态磨粒流(17)；
导轨(4)，其安装在所述顶板(3)的中间位置处，且两端均延伸至所述顶板(3)的外部，所述导轨(4)的两侧均通过安装片(5)和螺钉与顶板(3)连接，所述导轨(4)的一端安装有伺服电机(7)，所述导轨(4)的内部安装有滚珠丝杆(34)，所述伺服电机(7)的输出端通过联轴器(33)与滚珠丝杆(34)传动连接，所述滚珠丝杆(34)上安装有滑台(8)，且滑台(8)与滚珠丝杆(34)传动连接；
抓取机构(9)，其安装在所述滑台(8)的下表面。
2.根据权利要求1所述的一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置，其特征在于：所述抛光池(10)的下表面设置有振动底板(13)，所述振动底板(13)的下方设置有振动腔(14)，且振动腔(14)与底座(1)一体成型设置，所述振动底板(13)下表面的两侧均安装有超声波换能器(16)，所述底座(1)的前端设置有超声波发生器接口(12)，所述振动底板(13)下表面的四周均通过减震弹簧(15)与振动腔(14)底面连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置，其特征在于：所述抛光池(10)的上端设置有防溢内收口(18)，且防溢内收口(18)与抛光池(10)一体成型设置。
4.根据权利要求1所述的一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置，其特征在于：所述抓取机构(9)包含有液压缸(19)、转动机构(20)、抽真空机构(21)和吸附机构(22)，所述转动机构(20)安装在液压缸(19)的输出端上，所述抽真空机构(21)安装在转动机构(20)的输出端上，所述吸附机构(22)安装在转动机构(20)的下端。
5.根据权利要求4所述的一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置，其特征在于：所述转动机构(20)下端的一侧设置有皮带传动室(24)，且皮带传动室(24)与转动机构(20)一体成型设置，所述皮带传动室(24)的上端安装有异步电机(25)，所述异步电机(25)的输出端贯穿并延伸至皮带传动室(24)的内部，且安装有第一皮带轮(27)，所述转动机构(20)的内部设置有传动柱(28)，且传动柱(28)的一端贯穿并延伸至转动机构(20)的下方，所述传动柱(28)的一端安装有连接片(32)，且传动柱(28)通过连接片(32)与抽真空机构(21)固定连接，所述传动柱(28)的外壁上安装有第二皮带轮(30)，所述第二皮带轮(30)通过皮带(31)与第一皮带轮(27)传动连接。
6.根据权利要求5所述的一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置，其特征在于：所述异步电机(25)的输出端与皮带传动室(24)的连接处安装有第一轴承(26)，所述传动柱(28)的上端与转动机构(20)内壁的连接处安装有第二轴承(29)。
7.根据权利要求4所述的一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置，其特征在于：所述吸附机构(22)包含有十字板(23)和真空吸盘(42)，真空吸盘(42)设置有四个，且四个真空吸盘(42)分别设置在十字板(23)的四端，所述十字板(23)的内部设置有十字调节槽(35)，所述真空吸盘(42)的上端设置有第二丝杆(39)，所述第二丝杆(39)下端的外壁上安装有吸气管接头(41)，且吸气管接头(41)与真空吸盘(42)内腔相连通，所述第二丝杆(39)的上端设置有第一丝杆(37)，且第二丝杆(39)与第一丝杆(37)螺纹连接，所述第二丝杆(39)与第一丝杆(37)的连接处安装有第二螺母(40)，所述第二丝杆(39)的上端贯穿并延伸至十字调节槽(35)的上端，且安装有限位片(36)，所述第二丝杆(39)与十字调节槽(35)底面的连接处安装有第一螺母(38)。
8.根据权利要求4所述的一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置，其特征在于：所述转动机构(20)的两侧均安装有第一导向片(43)，所述液压缸(19)的两侧均安装有第二导向片(44)，所述第一导向片(43)和第二导向片(44)之间通过辅助伸缩杆(45)连接。
9.根据权利要求1所述的一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置，其特征在于：所述导轨(4)两端的两侧均通过加固杆(6)与顶板(3)连接，且加固杆(6)与导轨(4)和顶板(3)之间呈三角形结构。
10.基于权利要求1-9任意一项所述的一种基于三维空间受限的多自由度异形截面抛光装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：将输料线和下料线与抛光装置的前后端对接，由输料线将铁质工艺品送往抛光装置导轨(4)一端的下方，输送时铁质工艺品底部朝上；
步骤二：导轨(4)端头的伺服电机(7)驱动，带动滑台(8)以及抓取机构(9)移动至铁质工艺品上方，抓取机构(9)内部的液压缸(19)运行，带动抓取机构(9)底端的吸附机构(22)下移，待真空吸盘(42)接触到铁质工艺品的底面后，抽真空机构(21)运行，实现吸附抓取；
步骤三：抓取完毕后，液压缸(19)回缩，由导轨(4)继续带动抓取机构(9)移动至抛光池(10)正上方，完毕后液压缸(19)重新伸出，使铁质工艺品的异形截面浸入抛光池(10)内的液态磨粒流(17)中；
步骤四：浸入后，由转动机构(20)带动吸附机构(22)以及铁质工艺品在液态磨粒流(17)中旋转，使液态磨粒流(17)流动，对铁质工艺品进行抛光打磨，同时液压缸(19)在一定幅度往复伸缩，使铁质工艺品的异形截面持续挤压液态磨粒流(17)，加强抛光效果，并且抛光池(10)底部的超声波换能器(16)运行，震荡内部的液态磨粒流(17)，使磨粒高效扰动，提高抛光效率；
步骤四：抛光完毕后，液压缸(19)回缩，由导轨(4)将抓取机构(9)以及铁质工艺品移动至下料线上方，降下液压缸(19)并松脱真空吸盘(42)，完成下料，如此往复，持续完成铁质工艺品的抛光加工工作。
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