CN115673934A - 一种磨抛测量一体式自动化加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磨抛测量一体式自动化加工装置及方法，该加工装置包括夹具、移动模组、磨抛机构以及测量机构；通过移动模组移动夹具，以使夹具上的待加工工件能够在磨抛机构和测量机构之间往复运动，有利于在磨抛后及时对磨抛效果进行测量，并可根据测量结构优化下一次的磨抛工艺；能够实现磨抛和测量一体化的工艺。

Description

一种磨抛测量一体式自动化加工装置及方法

技术领域

本发明涉及磨抛加工领域，尤其涉及一种磨抛测量一体式自动化加工装置及方法。

背景技术

超精密表面磨抛技术是现代制造技术的重要组成部分，对于各项科学技术的发展起到至关重要的作用。

然而，在目前的精密研磨技术中制造与测量的步骤通常相互分离，无法实时监控表面的研磨状态。另一方面，当今研磨步骤通常由专业操作人员进行，研磨精度受操作人员影响较大，设备自动化程度低，研磨周期长。

例如，管道运输系统中常用零件阀瓣的研磨过程中，通常由具备专业技能的人员，采用便携式研磨设备对阀瓣和阀座的密封面进行修复；而在此过程中，研磨和检测的步骤相分离，研磨时对表面的研磨状况并不清楚，需要在研磨过后进行兰油实验验证密封性，如果未能实现密封则需要重复上述过程。整个修复过程复杂，加工周期长，研磨效率低下。

因此亟需要一种能够解决上述问题的磨抛测量一体式自动化加工装置及方法。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供了一种磨抛测量一体式自动化加工装置及方法，通过移动模组移动夹具，以使夹具上的待加工工件能够在磨抛机构和测量机构之间往复运动，有利于在磨抛后及时对磨抛效果进行测量，并可根据测量结构优化下一次的磨抛工艺；能够实现磨抛和测量一体化的工艺。

本发明采用的技术方案是：

第一方面，公开了一种磨抛测量一体式自动化加工装置，包括：

夹具，用于夹持待加工工件；

移动模组，用于移动所述夹具；

磨抛机构，设置在所述夹具上方，且用于对所述待加工工件进行磨抛；

测量机构，与所述磨抛机构并排设置，且与所述磨抛机构之间具有第一间距；且所述测量机构用于对所述待加工工件的磨抛程度进行测量；

其中，所述移动模组被配置为可带动所述夹具在所述磨抛机构和所述测量机构之间往复运动。

在本申请的部分实施例中，所述加工装置还包括力位移控制系统，所述力位移控制系统用于检测所述磨抛机构与所述待加工工件之间压力，并根据检测到的压力信号控制所述磨抛机构的磨抛压力。

在本申请的部分实施例中，所述力位移控制系统包括压力传感器和压力闭环控制系统，所述压力传感器用于检测所述磨抛机构与所述待加工工件之间的压力，所述压力闭环控制系统根据检测到的压力信号控制所述磨抛结构输出到待加工工件上的压力。

在本申请的部分实施例中，所述加工装置还包括磨抛工具主轴，所述磨抛机构可拆卸的设置在磨抛工具主轴上。

在本申请的部分实施例中，所述磨抛机构包括主盘体，所述主盘体上设置有多个研磨盘，所述多个研磨盘间隔设置在所述主盘体上，且所述研磨盘可转动的设置在所述主盘体上。

在本申请的部分实施例中，所述测量机构包括激光测量仪，所述激光测量仪用于对待加工工件的表面进行扫描测量。

在本申请的部分实施例中，所述移动模组包括转动组件，所述转动组件包括第一转动装置和第二转动装置，所述第一转动装置可带动所述第二转动装置在第一平面内转动，所述第二转动装置可带动所述夹具在第二平面内转动；其中，所述第一平面与所述第二平面垂直。

在本申请的部分实施例中，所述移动模组还包括平移组件，所述平移组件用于带动所述转动组件在第三平面内运动，其中，所述第三平面与所述第二平面平行。

在本申请的部分实施例中，所述夹具包括第一固定座、第二固定座和第三固定座，所述第一固定座、所述第二固定座和所述第三固定座围设在待加工工件的四周，且所述第一固定座、所述第二固定座和所述第三固定座中的至少两者上设置有调节螺栓，并可通过调节螺栓与待加工工件抵接固定。

第二方面，本申请还提供一种磨抛测量一体式自动化加工方法，应用于上述的加工装置，且包括以下步骤：

将待加工工件装夹在夹具上，并调整所述夹具的位置和角度，使得待加工工件的位置和角度与磨抛机构相对应；

磨抛机构对待加工工件进行磨抛；

移动模组带动夹具运动至测量模组处对待加工工件的磨抛程度进行测量，并判断磨抛结果是否满足预设标准；

若满足预设标准，则完成加工步骤；若不满足预设标准，则移动模组带动夹具运动至磨抛机构处对待加工工件进行下一阶段磨抛；其中，下一阶段的磨抛参数依据该阶段上一阶段测量得到的磨抛结果生成；

重复上述步骤直至磨抛结果满足预设标准。

本发明的有益效果是：

本发明采用一种磨抛测量一体式自动化加工装置及方法，该加工装置包括夹具、移动模组、磨抛机构以及测量机构；通过移动模组移动夹具，以使夹具上的待加工工件能够在磨抛机构和测量机构之间往复运动，有利于在磨抛后及时对磨抛效果进行测量，并可根据测量结构优化下一次的磨抛工艺；能够实现磨抛和测量一体化的工艺。

附图说明

图1为本发明的加工装置的侧视图；

图2为本发明的加工装置的部分结构立体图；

图3是本发明的图2的局部A放大示意图；

图4是本发明的测量装置的结构示意图。

元素符号说明：

110-夹具，111-第一固定座，112-第二固定座，113-第三固定座，120-移动模组，121-转动组件，122-平移组件，123-第二转动装置，124-第一转动装置，130-磨抛机构，131-主盘体，132-研磨盘，140-力位移控制系统，150-测量机构，160-待加工工件。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、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，而不是全部的施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在当今，精密研磨技术已具有广泛的含义，涉及的领域包含了制造过程，制造工艺，测量修正，新型工具研制，误差修复等。高精密零件在使用的过程中会不可避免受到磨损，为了保持零件性能并延长其使用寿命，需要周期性进行研磨。

然而目前的研磨过程通常由具备专业技能的人员，采用便携式研磨设备对阀瓣和阀座的密封面进行修复。在传统过程中，研磨和检查的步骤分离，研磨时对表面的研磨状况未知，需要在研磨过后进行兰油实验验证密封性，如果未能实现密封则需要重复上述过程。整个修复过程复杂，加工周期长，研磨效率低下。

因此，本申请的实施例提供的加工装置及加工方法中能够解决现有零件研磨过程中的研磨效率低下、研磨周期长、工艺复杂、操作人员存在风险等问题；无需专业人员操作，实现全自动化加工。在将零件放进加工设备后，按照预先指定好的步骤自动实现工件的研磨和测量，并可通过操作系统控制表面加工精度等参数，最终实现零件表面的精密研磨或抛光。

实施例1：请参阅图1至图4，本实施例公开了一种磨抛测量一体式自动化加工装置，包括：夹具110，用于夹持待加工工件160；移动模组120，用于移动所述夹具110；磨抛机构130，设置在所述夹具110上方，且用于对所述待加工工件160进行磨抛；测量机构150，与所述磨抛机构130并排设置，且与所述磨抛机构130之间具有第一间距；且所述测量机构150用于对所述待加工工件160的磨抛程度进行测量；其中，所述移动模组120被配置为可带动所述夹具110在所述磨抛机构130和所述测量机构150之间往复运动。

通过移动模组120移动夹具110，以使夹具110上的待加工工件160能够在磨抛机构130和测量机构150之间往复运动，有利于在磨抛后及时对磨抛效果进行测量，并可根据测量结构优化下一次的磨抛工艺；能够实现磨抛和测量一体化的工艺。并且本实施例的加工装置可以使磨抛的过程全自动操作，包含高精度力位控制，自动对刀换刀，在线测量，表面监控，参数修正等功能，保证零件的表面形貌和精度。有利于提高研磨效率，缩短加工周期，减少对操作人员的专业性要求。

在本申请的部分实施例中，所述加工装置还包括力位移控制系统140，所述力位移控制系统140用于检测所述磨抛机构130与所述待加工工件160之间压力，并根据检测到的压力信号控制所述磨抛机构130的磨抛压力。

需要解释的是，力位移控制系统140与工具主轴相连，其下方连接磨抛工具。

在本申请的部分实施例中，所述力位移控制系统140包括压力传感器和压力闭环控制系统，所述压力传感器用于检测所述磨抛机构130与所述待加工工件160之间的压力，所述压力闭环控制系统根据检测到的压力信号控制所述磨抛结构输出到待加工工件160上的压力。

例如，当磨抛工具沿着Z轴主动运动时，工件与磨抛机构130相接触时，压力传感器对控制力进行测量，由闭环控制系统处理测量信号，之后控制执行器改变施加压力，使磨抛机构130在接触表面的压力达到平衡值，实现力位闭环控制，以此完成高精度磨抛过程。

在一些实施例中，还设置有转速控制系统，可以根据工件的状况调整加工转速。

在本申请的部分实施例中，所述加工装置还包括磨抛工具主轴，所述磨抛机构130可拆卸的设置在磨抛工具主轴上。

在一些实施例中，磨抛机构130由数控系统进行控制。

需要说明的是，磨抛机构130与磨抛工具主轴相连，可根据不同的磨抛阶段，切换不同尺寸和型号的磨抛工具。磨抛工具具备不同尺寸型号，通过切换不同的尺寸和研磨和抛光材料，实现不同表面的磨抛，并提升加工精度和加工效率。研磨盘132可以单个使用，也可以连接在行星式盘体上组成行星式研磨盘132。

例如，行星式研磨盘132由主盘体131、轴承、行星轮、研磨垫组成，在旋转时能够提升研磨速度和研磨面积，提高研磨效率。

在本申请的部分实施例中，所述磨抛机构130包括主盘体131，所述主盘体131上设置有多个研磨盘132，所述多个研磨盘132间隔设置在所述主盘体131上，且所述研磨盘132可转动的设置在所述主盘体131上。

在本申请的部分实施例中，所述测量机构150包括激光测量仪，所述激光测量仪用于对待加工工件160的表面进行扫描测量。

测量装置由激光测量仪，测量架，数据处理系统组成。测量装置布置在五轴加工设备的Y轴末端，可以将激光测量仪安装在一体化加工设备的测量架上，也可以连接至外部的工业机器人。激光测量仪可以沿测量架进行Z轴方向的运动，完成表面对焦。在研磨的过程中，研磨和测量按照提前设定好的步骤穿插进行，实现阶段研磨后，工件运动到Y轴末端到达测量区域内，由C轴带动工件旋转，激光测量仪对整个工件表面进行扫描实现测量。测量得到的数据传递至数据处理系统中，进行相关运算，根据检测结果对下一阶段的研磨进行调整，确定下一个研磨阶段的运动路径等参数。

在一些实施例中，如图4所示，测量架上设置有X、Y、Z轴位移系统，可带动激光测量仪在X、Y、Z轴的方向运动。

在本申请的部分实施例中，所述移动模组120包括转动组件121，所述转动组件121包括第一转动装置124和第二转动装置123，所述第一转动装置124可带动所述第二转动装置123在第一平面内转动，所述第二转动装置123可带动所述夹具110在第二平面内转动；其中，所述第一平面与所述第二平面垂直。

需要说明的是，转动组件121可以给夹具110提供A轴和C轴两个方向的旋转运功。其中，A轴在第一平面内，C轴在第二平面内。

在本申请的部分实施例中，所述移动模组120还包括平移组件122，所述平移组件122用于带动所述转动组件121在第三平面内运动，其中，所述第三平面与所述第二平面平行。

需要说明的是，平移组件122可以给夹具110提供X轴、Y轴、Z轴方向的运动。其中，X轴、Y轴、Z轴均落在第三平面内。

在一些实施例中，测量机构150可以为机械臂，且机械臂上设置有传感器。可通过机械臂实现对待加工工件160的装夹和翻转，同时可用传感器对待加工工件160的表面进行扫描测量。

需要解释的是，测量机构150也可以为与机械臂相似的其他结构。

在本申请的部分实施例中，所述夹具110包括第一固定座111、第二固定座112和第三固定座113，所述第一固定座111、所述第二固定座112和所述第三固定座113围设在待加工工件160的四周，且所述第一固定座111、所述第二固定座112和所述第三固定座113中的至少两者上设置有调节螺栓，并可通过调节螺栓与待加工工件160抵接固定。

在一些实施例中，所述夹具110为液压夹具110，通过液压实现对待加工工件160的夹紧，且能够通过调节夹具110的松紧以适配不同尺寸的待加工工件160。

在一些实施例中，所述夹具110靠所述待加工工件160的一侧表面设置有定位凸台，所述定位凸台用于与待加工工件160抵持，且暴露出所述待加工工件160的侧壁表面，以便对待加工工件160的侧壁表面进行加工以及测量。

在一些实施例中，所述夹具110还包括下拉夹紧器，下拉夹紧器的一端固定在工作台面上、另一端固定在第一固定座111或第二固定座112或第三固定座113上。

在更为具体地实施例中，下拉夹紧器的数量为4个，4个下拉夹紧器均固定在工作台面上、另一端分别与第一固定座111、第二固定座112以及第三固定座113连接。更为具体地，2个下拉夹紧器与第二固定座112固定。

在一些实施例中，夹具为柔性夹具，可在一定范围内夹紧不同尺寸的工件，以此完成工件的装夹。

实施例2：本实施例提供一种磨抛测量一体式自动化加工方法，应用于上述的加工装置，且包括以下步骤：

S1：将待加工工件160装夹在夹具110上，并调整所述夹具110的位置和角度，使得待加工工件160的位置和角度与磨抛机构130相对应；

S2：磨抛机构130对待加工工件160进行磨抛；

S3：移动模组120带动夹具110运动至测量模组处对待加工工件160的磨抛程度进行测量，并判断磨抛结果是否满足预设标准；

S4：若满足预设标准，则完成加工步骤；若不满足预设标准，则移动模组120带动夹具110运动至磨抛机构130处对待加工工件160进行下一阶段磨抛；其中，下一阶段的磨抛参数依据该阶段上一阶段测量得到的磨抛结果生成；

S5：重复上述步骤直至磨抛结果满足预设标准。

实施例3：在更为具体的实施例中，还提供一种磨抛测量一体式自动化加工方法，包括以下步骤：

S1：把待加工工件160装夹在夹具110上，卡紧工件，调整A轴和C轴至待加工表面与研磨盘132相平行、调整磨抛磨抛工具与工件的位置，避免研磨盘132直接与工件相接触；

S2：选取合适尺寸和型号的研磨盘132，开启主轴旋转，当转速稳定时与工件相接触，对待研磨表面进行加工。采用预先设定好的算法实现精确的参数设定和磨抛工具运动轨迹。

S3：完成阶段性研磨后，工件随Y轴运动平台到达测量位置，在C轴运动下进行旋转，由激光测量仪对研磨表面进行表面测量，并将测量结果进行数据处理，确定下一个研磨步骤的加工参数。

S4：测量完成后，工件再次回到研磨区域内，由根据测量结果新生成的参数完成下一阶段的研磨。

S5：重复上述S2至S4，直至通过测量确定研磨表面形貌和表面质量达到加工要求要求。

在一些实施例中，磨抛工艺为固结磨料研磨方法。固结磨料附在研磨盘132上，当研磨盘132旋转时，固结磨料与工件表面相接触完成表面研磨，固结磨料的磨粒尺寸、粘结剂和材料可根据实际加工工件进行切换。所述抛光工艺包含接触式抛光，如气囊抛光或非接触式抛光，如射流抛光。可根据实际加工情况进行切换。

本申请的优势在于：

1)、能够改变现研磨设备全程需要人工参与，研磨结果受加工人员操作技术水平较大，无法实现确定性研磨等缺陷，全面提升研磨时的自动化水平，减轻对操作人员的要求；

2)、通过转速控制系统和力位控制系统，能够针对工件的状况调整加工参数，具备一定的表面自适应能力，以提升研磨质量；

3)、将研磨与测量相结合，通过在研磨过程中加入测量步骤，能对研磨的结果进行实时的监控，通过计算可以确定加工参数，以实现对研磨转速、运动轨迹等参数的精确控制，提升表面精度；

4)、配备不同型号和尺寸的研磨盘132；可根据不同工件的表面状况和加工阶段，可以对研磨盘132的数量、角度、尺寸、粒度进行调整，以在保证表面质量的同时尽可能的提升研磨效率。

以上对本申请实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种磨抛测量一体式自动化加工装置，其特征在于，包括：

夹具，用于夹持待加工工件；

移动模组，用于移动所述夹具；

磨抛机构，设置在所述夹具上方，且用于对所述待加工工件进行磨抛；

测量机构，与所述磨抛机构并排设置，且与所述磨抛机构之间具有第一间距；且所述测量机构用于对所述待加工工件的磨抛程度进行测量；

其中，所述移动模组被配置为可带动所述夹具在所述磨抛机构和所述测量机构之间往复运动。

2.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，所述加工装置还包括力位移控制系统，所述力位移控制系统用于检测所述磨抛机构与所述待加工工件之间压力，并根据检测到的压力信号控制所述磨抛机构的磨抛压力。

3.根据权利要求2所述的加工装置，其特征在于，所述力位移控制系统包括压力传感器和压力闭环控制系统，所述压力传感器用于检测所述磨抛机构与所述待加工工件之间的压力，所述压力闭环控制系统根据检测到的压力信号控制所述磨抛结构输出到待加工工件上的压力。

4.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，所述加工装置还包括磨抛工具主轴，所述磨抛机构可拆卸的设置在磨抛工具主轴上。

5.根据权利要求4所述的加工装置，其特征在于，所述磨抛机构包括主盘体，所述主盘体上设置有多个研磨盘，所述多个研磨盘间隔环绕设置在所述主盘体上，且所述研磨盘可转动的设置在所述主盘体上。

6.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，所述测量机构包括激光测量仪，所述激光测量仪用于对待加工工件的表面进行扫描测量。

7.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，所述移动模组包括转动组件，所述转动组件包括第一转动装置和第二转动装置，所述第一转动装置可带动所述第二转动装置在第一平面内转动，所述第二转动装置可带动所述夹具在第二平面内转动；其中，所述第一平面与所述第二平面垂直。

8.根据权利要求7所述的加工装置，其特征在于，所述移动模组还包括平移组件，所述平移组件用于带动所述转动组件在第三平面内运动，其中，所述第三平面与所述第二平面平行。

9.根据权利要求1所述的加工装置，其特征在于，所述夹具包括第一固定座、第二固定座和第三固定座，所述第一固定座、所述第二固定座和所述第三固定座围设在待加工工件的四周，且所述第一固定座、所述第二固定座和所述第三固定座中的至少两者上设置有调节螺栓，并可通过调节螺栓与待加工工件抵接固定。

10.一种磨抛测量一体式自动化加工方法，其特征在于，应用于权利要求1-8任意一项所述的加工装置，且包括以下步骤：

将待加工工件装夹在夹具上，并调整所述夹具的位置和角度，使得待加工工件的位置和角度与磨抛机构相对应；

磨抛机构对待加工工件进行磨抛；

移动模组带动夹具运动至测量模组处对待加工工件的磨抛程度进行测量，并判断磨抛结果是否满足预设标准；

若满足预设标准，则完成加工步骤；若不满足预设标准，则移动模组带动夹具运动至磨抛机构处对待加工工件进行下一阶段磨抛；其中，下一阶段的磨抛参数依据该阶段上一阶段测量得到的磨抛结果生成；

重复上述步骤直至磨抛结果满足预设标准。

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