CN115533689A

CN115533689A - 用于自由曲面工件恒压的五自由度并联磨削装置

Info

Publication number: CN115533689A
Application number: CN202211132129.9A
Authority: CN
Inventors: 路懿; 路扬; 叶妮佳; 丁玲
Original assignee: Yanshan University
Current assignee: Yanshan University
Priority date: 2022-09-16
Filing date: 2022-09-16
Publication date: 2022-12-30

Abstract

本发明涉及一种用于自由曲面工件恒压的五自由度并联磨削装置，其包括机座、动平台、SPS直线驱动分支、SPR直线驱动分支、电机、转支座、皮带、主轴、磨轮、主带轮和从带轮，机座下方设有动平台，机座与动平台之间设有四个SPS直线驱动分支和SPR直线驱动分支，转支座设于动平台上，主轴支撑于转支座的下支撑座上，电机通过主带轮、从带轮以及皮带与主轴的第一端连接，且主轴的第二端与磨轮夹紧固连，磨轮弹性抵在工件的自由曲面上，且磨轮的轮面与工件的自由曲面保持垂直。本发明通过设置多个直线驱动分支，使得磨轮具有五自由度运动，满足了磨轮始终与工件自由曲面法向柔性恒压接触，能够有效提高工件自由曲面的磨削精度、耐腐蚀性以及使用寿命。

Description

用于自由曲面工件恒压的五自由度并联磨削装置

技术领域

本发明属于高端制造技术工程领域，特别涉及一种用于自由曲面工件恒压的五自由度并联磨削装置。

背景技术

金属自由曲面工件包括舰船桨叶、航空发动机螺旋桨叶、发电机叶片等，其在航空、航海、电力等领域具有重要用途。目前这些金属自由曲面多数是靠数控机床机械加工或数控锻造机制造而成。为了提高自由曲面工件机械特性和使用寿命，通常要对所得的工件自由曲面表面进行热处理，从而降低自由曲面表面精度、增高粗糙度。若对其不进行磨削处理，则金属自由曲面工件易被腐蚀，产生疲劳裂纹，摩擦阻力大，寿命低。目前对热处理后金属自由曲面工件进行高精度磨削一直是高端制造的难题，因为磨轮应保证始终与自由曲面法向恒压接触，因此需要为磨轮提供不少于五自由度的运动。现有金属曲面磨削方法具体如下：中国专利CN111673610B公开一种用于机器人曲面磨削加工的法向精度补偿机构，以期解决了现有技术中由于打磨工具与电主轴刚性连接带来的问题，提高打磨形面轮廓精度；中国专利CN110449995B公开一种用于自由曲面磨削的激光辅助磨削加工装置及方法，以期实现陶瓷基复合材料、硬质合金材料等难加工材料的微小盘类、叶片类等零件的高精度磨削加工；中国专利CN106853598B公开一种虚拟球刀半径的圆柱形砂轮曲面磨削方法，将圆柱形或类圆柱形砂轮用于自由曲面的四轴加工，具有刀具轨迹规划简单灵活，加工形状精度高及表明粗糙度低的特点，适用于光学玻璃等硬脆性材料的自由曲面加工；中国专利CN105500148B公开一种大型曲面磨削自适应打磨装置，以期实现曲面自适应移动机构和力控制打磨工具模块相连接。

但现有磨床难以保证磨轮始终与金属自由曲面法向柔性恒压接触，若磨轮不能与金属自由曲面法向柔性恒压接触时，其将会导致圆柱形磨轮容易被磨成鼓形或锥台形，进而磨削后的金属自由曲面难以达到精度高、耐腐蚀，阻力小，寿命长的要求。因此，本发明提出一种用于自由曲面工件恒压的五自由度并联磨削装置，使得在对金属自由曲面磨削中磨轮始终与金属自由曲面法向柔性恒压接触。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于自由曲面工件恒压的五自由度并联磨削装置，通过设置四个SPS直线驱动分支和一个SPR直线驱动分支，使得磨轮具有五自由度运动，满足了磨轮始终与工件自由曲面法向柔性恒压接触，能够有效提高工件自由曲面的磨削精度、耐腐蚀性以及使用寿命，具有结构简单、紧凑、安全可靠、控制简单等优点。

本发明采用的技术方案是一种用于自由曲面工件恒压的五自由度并联磨削装置，其包括机座、动平台、四个SPS直线驱动分支、SPR直线驱动分支、电机、转支座、皮带、主轴、磨轮、主带轮和从带轮，所述机座下方设有所述动平台，且所述机座与动平台之间设有所述四个SPS直线驱动分支和SPR直线驱动分支，每个SPS直线驱动分支的第一端均与所述机座上的第一球窝支座球副联接，且所述每个SPS直线驱动分支的第二端均与所述动平台上的第二球窝支座球副联接，SPR直线驱动分支的第一端与所述机座上的第一球窝支座球副联接，且所述SPR直线驱动分支的第二端与所述动平台上的转动支座转动副联接；所述动平台上的圆形通孔中设有导套，所述转支座的支撑柱设于所述导套中，且所述转支座中的下支撑座与动平台之间设有弹簧，所述动平台的一端固定设有定位销，且所述定位销的上端设于所述转支座的纵向支撑通孔中，所述定位销与所述转支座圆柱副联接，所述电机固定设于所述转支座中的上支撑座上，所述电机的输出轴与所述主带轮键连接，且所述主轴通过轴承支撑于所述转支座的横向支撑通孔中，所述主轴的第一端与所述从带轮键连接，且所述主带轮与所述从带轮通过皮带传动联接，所述主轴的第二端与所述磨轮夹紧固定连接，所述磨轮弹性抵在工件的自由曲面上，且所述磨轮的轮面与工件的自由曲面保持垂直。

优选地，所述机座呈圆板结构状，且所述机座的下方均布设有五个第一球窝支座。

优选地，所述动平台呈长槽型体结构状，且所述动平台上沿槽型体底面中心线依次设有垂直于底面的圆形凸台、定位销通孔和平行于底面短边的转动支座，所述定位销固定设于所述定位销通孔中，且所述转动支座轴线垂直于所述定位销轴线以及所述主轴轴线，所述圆形凸台的中间处设有圆形通孔，且所述动平台的每侧立板上设有两个第二球窝支座。

进一步地，所述转支座包括上支撑座、支撑柱和下支撑座，且所述上支撑座与下支撑座之间通过所述支撑柱连接，所述上支撑座的一侧设有纵向支撑通孔，且所述纵向支撑通孔的轴线平行于所述支撑柱轴线，所述下支撑座上设有横向支撑通孔，且所述横向支撑通孔轴线垂直于所述支撑柱轴线。

本发明的特点和有益效果是：

1、本发明提供的一种用于自由曲面工件恒压的五自由度并联磨削装置，通过设置四个SPS直线驱动分支和一个SPR直线驱动分支，使得磨轮具有五自由度运动，满足了磨轮始终与工件自由曲面法向柔性恒压接触，能够有效提高工件自由曲面的磨削精度、耐腐蚀性以及使用寿命。

2、本发明提供一种用于自由曲面工件恒压的五自由度并联磨削装置，在转支座与动平台之间设有弹簧，利用弹簧的预压力可以实现磨轮弹性恒压磨削工件的自由曲面，同时调整导套相对动平台的轴向位置可以调整对工件的磨削量，具有结构简单、紧凑、安全可靠、控制简单等优点。

附图说明

图1是本发明用于自由曲面工件恒压的五自由度并联磨削装置的主视图；

图2是本发明用于自由曲面工件恒压的五自由度并联磨削装置的右视图。

主要附图标记：

1-机座；2-动平台；3-SPS直线驱动分支；4-SPR直线驱动分支；5-电机；6-导套；7-转支座；71-上支撑座；72-支撑柱；73-下支撑座；8-弹簧；9-皮带；10-主轴；11-磨轮；12-主带轮；13-定位销；14-工件；15-从带轮。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

本发明提供一种用于自由曲面工件恒压的五自由度并联磨削装置，如图1和图2所示，其包括机座1、动平台2、四个SPS直线驱动分支3、SPR直线驱动分支4、电机5、转支座7、皮带9、主轴10、磨轮11、主带轮12和从带轮15，机座1呈圆板结构状，且机座1的下方均布设有五个第一球窝支座。动平台2呈长槽型体结构状，且动平台2上沿槽型体底面中心线依次设有垂直于底面的圆形凸台、定位销通孔和平行于底面短边的转动支座，定位销13固定设于定位销通孔中，且转动支座轴线垂直于定位销13轴线以及主轴10轴线，圆形凸台的中间处设有圆形通孔，且动平台2的每侧立板上设有两个第二球窝支座。

机座1下方设有动平台2，且机座1与动平台2之间设有四个SPS直线驱动分支3和SPR直线驱动分支4，SPS直线驱动分支3以及SPR直线驱动分支4均为能伸缩的电动缸，每个SPS直线驱动分支3的第一端均与机座1上的第一球窝支座球副联接，且每个SPS直线驱动分支3的第二端均与动平台2上的第二球窝支座球副联接，SPR直线驱动分支4的第一端与机座1上的第一球窝支座球副联接，且SPR直线驱动分支4的第二端与动平台2上的转动支座转动副联接。

动平台2上的圆形通孔中设有导套6，且导套6与圆形通孔螺纹连接，转支座7的支撑柱72设于导套6中，且转支座7包括上支撑座71、支撑柱72和下支撑座73，且上支撑座71与下支撑座73之间通过支撑柱72连接，上支撑座71的一侧设有纵向支撑通孔，且纵向支撑通孔的轴线平行于支撑柱72轴线，下支撑座73上设有横向支撑通孔，且横向支撑通孔轴线垂直于支撑柱72轴线，转支座7中的下支撑座73与动平台2之间设有弹簧8，且弹簧8的第一端与下支撑座73的上端面抵接，弹簧8的第二端与动平台2的槽型底面抵接，动平台2的一端固定设有定位销13，且定位销13的上端设于转支座7的纵向支撑通孔中，定位销13与转支座7圆柱副联接，电机5固定设于转支座7中的上支撑座71上，电机5的输出轴与主带轮12键连接，且主轴10通过轴承支撑于转支座7的横向支撑通孔中，主轴10的第一端与从带轮15键连接，且主带轮12与从带轮15通过皮带9传动联接，主轴10的第二端与磨轮11夹紧固定连接，磨轮11弹性抵在工件14的自由曲面上，且磨轮11的轮面与工件14的自由曲面保持垂直。

本发明的用于自由曲面工件恒压的五自由度并联磨削装置工作过程如下：

如图1和图2所示，四个SPS直线驱动分支3和一个SPR直线驱动分支4共同驱动动平台2带动转支座7和磨轮11相对工件14的自由曲面进行五自由度磨削运动，确保磨轮11始终法向抵在工件14的自由曲面上。同时利用弹簧8的预压力实现磨轮11弹性恒压磨削工件14的自由曲面，同时调整导套6相对动平台2的轴向位置能调整磨削量，并用定位销13约束转支座7相对于动平台2的转动。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims

1.一种用于自由曲面工件恒压的五自由度并联磨削装置，其特征在于，其包括机座、动平台、SPS直线驱动分支、SPR直线驱动分支、主轴、磨轮、主带轮和从带轮，

所述机座下方设有所述动平台，且所述机座与动平台之间设有四个所述SPS直线驱动分支和SPR直线驱动分支，每个SPS直线驱动分支的第一端均与所述机座上的第一球窝支座球副联接，且所述每个SPS直线驱动分支的第二端均与所述动平台上的第二球窝支座球副联接，所述SPR直线驱动分支的第一端与所述机座上的第一球窝支座球副联接，且所述SPR直线驱动分支的第二端与所述动平台上的转动支座转动副联接；

所述动平台上的圆形通孔中设有导套，转支座的支撑柱设于所述导套中，且所述转支座中的下支撑座与动平台之间设有弹簧，所述动平台上设有定位销，且所述定位销的上端设于转支座的纵向支撑通孔中，所述定位销与所述转支座圆柱副联接，电机固定设于所述转支座中的上支撑座上，所述电机的输出轴与所述主带轮通过键连接，且所述主轴通过轴承支撑于所述转支座的横向支撑通孔中，所述主轴的第一端与所述从带轮键连接，且所述主带轮与所述从带轮通过皮带传动联接，所述主轴的第二端与所述磨轮夹紧固定连接，所述磨轮弹性抵在工件的自由曲面上，且所述磨轮的轮面与工件的自由曲面保持垂直。

2.根据权利要求1所述的用于自由曲面工件恒压的五自由度并联磨削装置，其特征在于，所述机座呈圆板结构状，且所述机座的下方均布设有五个第一球窝支座。

3.根据权利要求2所述的用于自由曲面工件恒压的五自由度并联磨削装置，其特征在于，所述动平台呈长槽型体结构状，且所述动平台上沿槽型体底面中心线依次设有垂直于底面的圆形凸台、定位销通孔和平行于底面短边的转动支座，所述定位销固定设于所述定位销通孔中，且所述转动支座轴线垂直于所述定位销轴线以及所述主轴轴线，所述圆形凸台的中间处设有圆形通孔，且所述动平台的每侧立板上设有两个第二球窝支座。

4.根据权利要求3所述的用于自由曲面工件恒压的五自由度并联磨削装置，其特征在于，所述转支座包括上支撑座、支撑柱和下支撑座，且所述上支撑座与下支撑座之间通过所述支撑柱连接，所述上支撑座的一侧设有纵向支撑通孔，且所述纵向支撑通孔的轴线平行于所述支撑柱轴线，所述下支撑座上设有横向支撑通孔，且所述横向支撑通孔轴线垂直于所述支撑柱轴线。