CN116330055A - 一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置及其操作方法 - Google Patents
一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置及其操作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN116330055A CN116330055A CN202310241293.1A CN202310241293A CN116330055A CN 116330055 A CN116330055 A CN 116330055A CN 202310241293 A CN202310241293 A CN 202310241293A CN 116330055 A CN116330055 A CN 116330055A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- ultrasonic vibration
- ultrasonic
- polishing
- wireless transmission
- vibration
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000005498 polishing Methods 0.000 title claims abstract description 63
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 39
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims abstract description 20
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims abstract description 19
- 230000005674 electromagnetic induction Effects 0.000 claims abstract description 3
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims description 48
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 7
- 230000000694 effects Effects 0.000 claims description 6
- 238000005299 abrasion Methods 0.000 claims description 5
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 5
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims description 2
- 238000009837 dry grinding Methods 0.000 claims 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 abstract description 3
- 238000007517 polishing process Methods 0.000 description 5
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000002708 enhancing effect Effects 0.000 description 1
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000007921 spray Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
- B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B41/00—Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
- B24B41/04—Headstocks; Working-spindles; Features relating thereto
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B47/00—Drives or gearings; Equipment therefor
- B24B47/22—Equipment for exact control of the position of the grinding tool or work at the start of the grinding operation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B24—GRINDING; POLISHING
- B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
- B24B55/00—Safety devices for grinding or polishing machines; Accessories fitted to grinding or polishing machines for keeping tools or parts of the machine in good working condition
- B24B55/12—Devices for exhausting mist of oil or coolant; Devices for collecting or recovering materials resulting from grinding or polishing, e.g. of precious metals, precious stones, diamonds or the like
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)
Abstract
本发明提供一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置及其操作方法,包括超声振动装置和机器人手臂调节装置,超声振动装置包括压电陶瓷换能器和变幅杆,振动变幅杆的尾端连接在打磨头,给打磨头提供有规律的纵扭高频超声振动;机器人手臂调节装置固定在主轴电机外侧,由机器人手臂与电主轴构成,实现打磨头任意轨迹的运动。电主轴输出轴与装有超声振动装置的刀柄通过联轴器进行连接,其中电主轴外壳上装有无线传输上盘,超声刀柄上装有无线传输下盘,利用电磁感应现象使得下盘线圈通电传递给压电陶瓷换能器,通过电主轴、上下盘协同作用完成打磨头的旋转运动和超声振动,并且能有效提高工件打磨精度和磨头使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及机械加工技术领域,具体涉及超声振动辅助机器人手臂的打磨装置及其方法。
背景技术
打磨加工作为一种有效的抛光加工工艺,在提高工件表面加工质量,增强加工表面的抗疲劳性能方面得到了广泛运用,近年来一些学者在打磨抛光方面做了一定的工作,并取得了良好的效果。
西北工业大学任敬心等开展了钛合金磨削试验,结果表明普通磨料在加工钛合金时,尤其是中软级或软级陶瓷结合剂砂轮容易产生磨削烧伤,采用CBN超硬砂轮磨料砂轮和浸渗固体润滑剂的陶瓷结合剂砂轮能够改善加工情况。
南京航空航天大学安庆龙等针对钛合金磨削加工中易产生磨削烧伤等问题,提出了一种低温气动喷雾射流冲击冷却技术,有效改善了磨削烧伤等问题。
苏州昊来顺精密制造有限公司钟鹏程在公开专利号为“CN 115401532 A”的专利中,公开了一种针对航空薄壁件的打磨工艺,其利用受力点来获取准确的施力点,并根据施力点来编制施力路线,从而准确地配合打磨,有效防止了工件加工变形且减缓了震动。
中国航发动力股份有限公司李康等在公开专利号为“CN 115401612 A”的专利中,公开了一种关于机匣类零件的打磨装置及方法,该装置由固定支架和活动支架构成,能够实现双工位、安全、方便、灵活可调的零件打磨,提升作业安全性同时保证打磨质量。
尽管磨削、打磨工艺得到了一定的运用,但往往受限比较大,需要配备各种冷却等辅助装置进行打磨,并且打磨位置、打磨精度以及磨头使用寿命等难以保证,因此亟需开发一套新型的打磨装置。
发明内容
为了克服上述问题,本发明提供了一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置及其操作方法,将机械手臂与超声振动相结合的装置,带动打磨头产生规律的高频纵扭超声振动,使得磨粒运动轨迹之间产生干涉现象,同时磨头与工具之间由传统的连续接触加工转变为有分离的断续加工,改善了打磨条件。磨粒运动轨迹干涉可以有效降低加工表面粗糙度,提高加工效率,而断续加工降低了磨削力,同时增加了磨削接触区域的换热效率,可以有效提高加工效率和打磨质量,降低磨头磨损。此外,机械手臂可以实现复杂轨迹路线的运动,在磨头高速转动以及超声振动的同时机械手臂带动打磨装置做各种复杂轨迹运动,采取锥形、指状形等不同形式的磨头就可以利用机械手臂与振动装置的协同运动来完成任意大型复杂结构型面不同位置的高效、精密打磨。
为了实现上述发明目的,本发明采用了以下技术方案:
一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置,包括超声振动装置和机器人手臂调节装置,其中,超声振动装置包括通过双头螺柱连接的压电陶瓷换能器和变幅杆,两者采用双头螺柱进行连接;磨头连接在振动变幅杆的尾端;超声刀柄上端带有圆柱段,超声高频振动通过无线传输装置进行传递。
电主轴输出轴与超声刀柄顶部的圆柱段通过联轴器连接。
超声振动装置安装在超声刀柄内后,借助螺栓11和变幅杆法兰盘12固定在超声刀柄内,超声振动装置的顶端保持游离。
所述的机器人手臂调节装置包括:机器人手臂、主轴电机、无线传输上盘,机械手臂与电机底座通过螺栓进行连接,无线传输上盘通过卡箍紧固在电机外壳上;
超声振动装置与机器人手臂调节装置通过联轴器将电主轴与超声刀柄外伸的圆柱段进行连接,无线传输下盘与安装超声振动装置的超声刀柄为一体。
本装置采用机械手臂与超声振动装置相结合的方式,实现对各种复杂结构型面不同位置的高效精密打磨,且有效提高打磨效率和精度,降低磨头磨损。
基于上述一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置的操作方法,步骤如下:
(1)将需要打磨的工件固定在工作台上,根据打磨位置选择合适的打磨头,然后将打磨头通过弹簧夹头安装在变幅杆末端;
(2)启动电主轴,然后开启超声发生器,利用无线传输装置使得无线传输下盘线圈通上电流,利用压电陶瓷的逆压电效应导致换能器产生往复式的机械振动,最后经过变幅杆放大后传递给打磨头;
(3)启动机械手臂,利用机械手臂完成各种复杂的运动,从而实现各种复杂结构面不同位置的精密、高效打磨;
(4)加工完成后,关闭超声电源,通过机器人手臂将工具头移出,停止机床。
有益效果:
(1)本装置采用机械手臂与超声振动装置相结合的方式,机械手臂可以实现不同复杂运动轨迹的动作,实现打磨头任意位置的调节;超声振动装置中的变幅杆末端与不同形式的打磨头相连接,实现工具头的超声振动;机械手臂与主轴电机底板通过螺栓进行连接,然后电机主轴与超声刀柄外主轴通过联轴器进行连接,利用两者协同作用完成对各种复杂结构型面不同位置的高效精密打磨。
(2)因为借助机器人手臂可以到达大型复杂构件的任意位置,因此本申请的超声振动辅助打磨装置可以用于复杂的加工型面。通过添加超声振动有利于提高砂轮的自锐能力,保持砂轮锋利度,同时有利于脱落磨粒和切屑排出加工区域,避免造成工件被二次划伤。对精度影响最大的是振动装置和砂轮头的形状。
附图说明
图1为一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置的结构示意图;
图2为变幅杆的结构示意图;(a)正视图、(b)仰视图;
图3为无线传输上盘结构示意图;(a)正视图、(b)俯视图;
图4为超声刀柄结构示意图;(a)正视图、(b)俯视图;
图5为不同形式磨头结构示意图;(a)锥形砂轮、(b)指状砂轮;
图6为加工效果示意图;(a)普通打磨、(b) 超声打磨。
主要附图标记的说明:螺栓-1、机械手臂-2、无线传输上盘-3、线圈-4、无线传输下盘-5、压电陶瓷换能器-6、压电陶瓷片-7、超声发生器-8、打磨头-9、变幅杆-10、螺栓-11、变幅杆法兰盘-12、联轴器-13、主轴电机-14、主轴电机底板-15。
具体实施方式
以下将结合实施例具体说明本发明的技术方案:
实施例1
如图1所示,一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置,包括超声振动装置和机器人手臂调节装置,采用机器手臂调节装置与超声振动装置相结合的方式,实现对各种复杂结构型面不同位置的高效精密打磨,且有效提高打磨效率和精度,降低磨头磨损。超声振动装置与电主轴通过联轴器13进行连接;超声高频振动通过无线传输装置进行传递。
其中,机器手臂调节装置由机械手臂与电主轴构成,用以实现打磨头任意轨迹的运动。机器手臂2与主轴电机底板15通过螺栓1进行连接,便于安装和拆卸;主轴电机底板固定在主轴电机14的侧面。
电主轴输出轴与装有超声振动装置的超声刀柄通过联轴器13进行连接,其中电主轴外壳上装有无线传输上盘3,超声刀柄上装有无线传输下盘5,通过电主轴、无线传输上下盘协同作用完成打磨头的旋转运动和超声振动。
超声刀柄上端带有圆柱段,电主轴输出轴与超声刀柄顶部的圆柱段通过联轴器连接。
无线传输上盘3通过卡箍固定在主轴电机外壳上,无线传输下盘5与安装超声振动装置的到刀柄为一体,且超声刀柄上端带有圆柱段;无线传输上盘3、无线传输下盘5都含有一定匝数的线圈4,利用电磁感应现象(超声发生器与无线传输上盘进行相连后,超声发生器产生的高频震荡电流传递给无线传输上盘中的线圈,此时在线圈周围产生磁场,当电主轴带着超声刀柄(无线传输下盘)转动时,下盘里的线圈就会切割磁感线,从而产生感应电流),使得下盘线圈通电传递给压电陶瓷换能器。
超声振动装置包括通过双头螺柱连接的压电陶瓷换能器6和变幅杆10,磨头9连接在振动变幅杆的尾端。所述的变幅杆采用纵扭变幅杆,并利用无线传输装置进行传递。由于采用了纵扭高频超声振动,使得磨粒运动轨迹之间产生了干涉现象,磨粒对加工区域进行多次重复磨削,可以有效提高打磨效率和精度。同时,由于扭振的存在,磨头与工具之间会重复产生接触-分离-接触现象,减小了加工过程中的磨削力,可以有效降低磨头磨损。此外这种分离现象减小了热量的产生并加快了散热,因此在磨削深度、进给量及磨削速度较小的条件下可实现干式打磨,可以降低成本和保护环境,效果如图6所示。
超声振动装置安装在超声刀柄内后,借助螺栓11和变幅杆法兰盘12固定在超声刀柄内,超声振动装置的顶端保持游离。通过下盘做切割磁感线运动从而使下盘线圈产生电流传递给压电陶瓷换能器。
一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置的操作方法,步骤如下:
(1)将需要打磨的工件固定在工作台上,根据打磨位置选择合适的打磨头,然后将打磨头通过弹簧夹头安装在变幅杆末端;
(2)启动电主轴,然后开启超声发生器,利用无线传输装置使得无线传输下盘线圈5通上电流,利用压电陶瓷的逆压电效应导致压电陶瓷换能器产生往复式的机械振动,最后经过变幅杆10放大后将有规律的超声高频振动传递给打磨头;
(3)启动机械手臂,利用机械手臂完成各种复杂的运动(三个自由度的转动、移动),从而实现各种复杂结构面、不同位置的精密、高效打磨。
Claims (8)
1.一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置,其特征在于,包括:(1)超声振动装置和(2)机器人手臂调节装置;
其中,超声振动装置顶部与电主轴通过联轴器(13)进行连接,超声振动装置的底部连接磨头;机器手臂调节装置固定在主轴电机(14)的侧面,能进行3个自由度的旋转和平移,机器手臂调节装置带动电主轴运动,进而带动超声振动装置运动,实现打磨头任意轨迹的运动,完成针对大型复杂构件的不同复杂运动轨迹的动作,超声高频振动通过无线传输装置传递给打磨头。
2.根据权利要求1所述的面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置,其特征在于,超声振动装置包括压电陶瓷换能器(6)和振动变幅杆(10),换能器(6)与变幅杆(10)通过双头螺柱进行连接;磨头(9)连接在振动变幅杆的尾端。
3.根据权利要求2所述的面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置,其特征在于,所述的变幅杆采用纵扭变幅杆,压电陶瓷换能器(6)产生的振动传递给变幅杆后被转化为纵扭高频超声振动,使得变幅杆端部磨头的磨粒运动轨迹之间产生了干涉现象,磨粒对加工区域进行多次重复磨削,提高打磨效率和精度;同时,由于扭振的存在,磨头与工具之间会重复产生接触-分离-接触现象,减小了加工过程中的磨削力,降低磨头磨损,且可实现干式打磨。
4.根据权利要求1所述的面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置,其特征在于,机器手臂调节装置由机械手臂与电主轴构成,机器手臂与主轴电机底板通过螺栓连接,主轴电机底板固定在主轴电机的侧面。
5.根据权利要求1所述的面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置,其特征在于,超声振动装置安装在超声刀柄内,电主轴输出轴与超声刀柄顶部通过联轴器进行连接,其中电主轴外壳上装有无线传输上盘,无线传输上盘连接超声发生器(8),超声刀柄上装有无线传输下盘,无线传输上盘和无线传输下盘都含有线圈,超声发生器产生的高频震荡电流传递给无线传输上盘中的线圈,在线圈周围产生磁场,当电主轴带着超声刀柄转动时,超声刀柄无线传输下盘里的线圈就会切割磁感线,从而产生感应电流,利用电磁感应现象,使得无线传输下盘的线圈通电传递给压电陶瓷换能器,通过电主轴、无线传输上下盘协同作用完成打磨头的旋转运动和超声振动。
6.根据权利要求5所述的面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置,其特征在于,无线传输上盘通过卡箍固定在电主轴外壳上,无线传输下盘与安装超声刀柄固定为一体,且超声刀柄上端带有圆柱段。
7.根据权利要求5所述的面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置,其特征在于,超声振动装置借助螺栓(11)和变幅杆法兰盘(12)固定在超声刀柄内,超声振动装置的顶端保持游离,远离超声刀柄的顶部内侧。
8.基于权利要求1所述的一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置的操作方法,其特征在于,步骤如下:
(1)将需要打磨的工件固定在工作台上,根据打磨位置选择合适的打磨头,然后将打磨头通过弹簧夹头安装在变幅杆末端;
(2)启动电主轴,然后开启超声发生器,利用无线传输装置使得无线传输下盘线圈通上电流,利用压电陶瓷的逆压电效应导致压电陶瓷换能器产生往复式的机械振动,最后经过变幅杆放大后将有规律的超声高频振动传递给打磨头;
(3)启动机械手臂,利用机械手臂完成三个自由度的转动、移动,从而实现各种复杂结构面、不同位置的精密、高效打磨。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310241293.1A CN116330055A (zh) | 2023-03-14 | 2023-03-14 | 一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置及其操作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN202310241293.1A CN116330055A (zh) | 2023-03-14 | 2023-03-14 | 一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置及其操作方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN116330055A true CN116330055A (zh) | 2023-06-27 |
Family
ID=86888812
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN202310241293.1A Pending CN116330055A (zh) | 2023-03-14 | 2023-03-14 | 一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置及其操作方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN116330055A (zh) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117961727A (zh) * | 2024-04-01 | 2024-05-03 | 南京辉腾机械铸造有限公司 | 用于消失模铸件表面打磨的装置 |
-
2023
- 2023-03-14 CN CN202310241293.1A patent/CN116330055A/zh active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN117961727A (zh) * | 2024-04-01 | 2024-05-03 | 南京辉腾机械铸造有限公司 | 用于消失模铸件表面打磨的装置 |
CN117961727B (zh) * | 2024-04-01 | 2024-05-28 | 南京辉腾机械铸造有限公司 | 用于消失模铸件表面打磨的装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107876904B (zh) | 对齿轮端面进行倒角打磨机械手及其打磨方法 | |
CN204413769U (zh) | 一种三维超声振动elid内圆磨削实验装置 | |
CN203109722U (zh) | 超声振动内圆磨削装置 | |
CN105500148B (zh) | 一种大型曲面磨削自适应打磨装置 | |
CN107378655B (zh) | 多维旋转超声展成加工机构及其加工方法 | |
US9981321B2 (en) | Tool, machine tool, and workpiece machining method | |
CN108972302B (zh) | 一种非谐振式振动辅助抛光装置及方法 | |
CN104959639A (zh) | 一种超声振动钻孔末端执行器 | |
CN116330055A (zh) | 一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置及其操作方法 | |
WO2022222280A1 (zh) | 一种旋转超声磨削机床及应用 | |
CN103909288A (zh) | 一种电泳辅助超声机械复合微细钻削加工装置 | |
CN105563332B (zh) | 一种复合修整装置 | |
KR20130005614U (ko) | 초음파 비접촉식의 전력전달 가공장치 | |
CN112643911A (zh) | 一种自冷却中空杆超声刀柄系统 | |
JP2007216372A (ja) | 超音波加振ユニット・超音波加振テーブルユニット・超音波加振水槽ユニット・超音波加振ホーンユニット | |
CN105397640B (zh) | 一种复合式超硬砂轮修整器 | |
CN102886712A (zh) | 一种elid超声珩磨装置 | |
CN208866889U (zh) | 复合砂轮粗加工与超声辅助精加工的成形机床 | |
CN115972095A (zh) | 一种嵌入式数控机床力控磨抛装置 | |
CN107042426B (zh) | 一种采用线传动的超长旋转超声波主轴 | |
CN110681877A (zh) | 一种并联与螺旋槽组合式单激励三维曲面超声辅助车削装置 | |
CN109465680A (zh) | 一种用于整体叶盘或叶片型面超声强化的方法 | |
CN110625147A (zh) | 一种中心高可调的精密超声车削装置 | |
CN210360473U (zh) | 无电源声波振动辅助加工钻铣刀柄 | |
JPH09290356A (ja) | 超音波振動を用いた平面トラバース研削装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination |