CN209773975U - 焊缝打磨组合工具 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种焊缝打磨组合工具，包括安装底板、铣削机构和磨削机构，所述铣削机构和所述磨削机构均可滑动地设于所述安装底板上，所述铣削机构和所述磨削机构分别连接一气浮动恒力系统。在打磨前，先通过铣削机构将大部分焊缝铣削掉，再通过磨削机构将剩余的焊缝余高打磨掉。在打磨组合工具上集成机械防过切机构、自适应跟随机构和气浮动恒力系统，以稳定的浮动压力保障焊缝打磨组合工具高效的打磨焊缝，而且杜绝了打磨时损伤到工件。本实用新型拥有铣削和磨削功能，以实现对长直焊缝和圆弧焊缝的打磨工作，大大提高了焊缝打磨工具的工作效率和打磨质量，同时避免了打磨过程损伤工件。

Description

焊缝打磨组合工具

技术领域

本实用新型涉及机械领域，尤其涉及金属切削技术，特别涉及焊缝打磨技术，具体的是一种焊缝打磨组合工具。

背景技术

目前，焊缝的打磨工具主要有三种：手持式气动打磨工具、带式打磨工具和千轮式打磨工具。其中，手持式气动打磨工具用于人工打磨作业领域。带式打磨工具和叶轮式打磨工具主要集成在机械设备或机器人上，焊缝进行自动化打磨。这三种打磨工具主要以磨削为主。

上述现有的打磨工具具有如下缺点：

（1）手持式气动打磨工具只能人工操作，打磨效率低，打磨质量不稳定；

（2）带式打磨工具和轮式打磨工具只能打磨高度较低的焊缝，当焊缝高度较大时，则无法快速有效的打磨；

（3）这三种打磨工具打磨过程中会存在机械过切现象，容易损伤工件；

（4）这三种打磨工具打磨过程中会因工件存在的小范围变形而损伤工件。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是如何提高焊缝打磨工具的工作效率和打磨质量，同时避免打磨过程损伤工件。

为了解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是提供一种焊缝打磨组合工具，其特征在于：包括安装底板、铣削机构和磨削机构，所述铣削机构和所述磨削机构均可滑动地设于所述安装底板上，所述铣削机构和所述磨削机构分别连接一气浮动恒力系统。

优选地，所述安装底板上设有两个平行的直线导轨，所述铣削机构和所述磨削机构分别通过滑块安装在两个所述直线导轨上。

优选地，所述铣削机构包括铣削单元，所述铣削单元设于旋转机构上，所述旋转机构可滑动地设于所述直线导轨上，所述铣削单元前侧设有机械防过切机构，所述旋转机构和所述铣削单元均连接自适应跟随机构。

更优选地，所述铣削单元包括铣削电主轴、铣削刀柄和立铣刀，所述铣削电主轴夹紧所述铣削刀柄，所述铣削刀柄连接所述立铣刀。

进一步地，所述铣削电主轴径向两侧设有旋转轴；所述铣削电主轴外侧设有电主轴安装框，所述电主轴安装框两侧设有轴孔；所述电主轴安装框外侧设有所述旋转机构，所述旋转机构两侧设有旋转轴承；所述铣削电主轴径向两侧的旋转轴穿过所述电主轴安装框两侧的轴孔后与所述旋转机构两侧的旋转轴承连接。

更进一步地，所述自适应跟随机构包括导向杆、弹簧和安装座；所述安装座连接所述旋转机构，所述安装座上设有槽体；所述导向杆一端连接所述电主轴安装框，所述导向杆另一端设于所述槽体内，所述导向杆外部套设有所述弹簧。

再进一步地，所述安装座为由第一侧板和第二侧板垂直连接构成的直角板结构，所述第一侧板末端连接所述旋转机构末端，所述第二侧板上设有所述槽体。

再进一步地，所述槽体为纵向设置的长条形。

再进一步地，所述机械防过切机构为限位滚轮，所述限位滚轮包括滚轮组件、滚轮固定架和千分尺调节机构；

所述滚轮组件包括两个滚轮，两个滚轮分别设于所述滚轮固定架一端两侧，所述两个滚轮相对设置且位于所述立铣刀的两侧，所述滚轮固定架另一端连接所述电主轴安装框；所述千分尺调节机构设于所述滚轮固定架上，所述千分尺调节机构连接所述两个滚轮。

优选地，所述磨削机构包括磨削单元和调节机构，所述调节机构可滑动地设于所述安装底板上，所述调节机构中心设有轴承，所述磨削单元底部通过转动轴设于所述轴承内。

更优选地，所述磨削单元包括磨削电主轴、磨削刀柄和千叶轮，所述磨削电主轴夹紧所述磨削刀柄，所述磨削刀柄和所述千叶轮连接。

更优选地，所述调节机构配套角度尺，所述角度尺连接所述磨削电主轴底部的转动轴。

优选地，所述气浮动恒力系统包括气缸，所述气缸的进气端和出气端分别连接一气动比例阀，两个所述气动比例阀均与气源连接，所述气缸的输出轴上设有压力传感器，所述压力传感器和两个所述气动比例阀均与PLC控制模块连接；

所述铣削机构和所述磨削机构分别与两个所述气浮动恒力系统的气缸的输出轴一一对应连接。

优选地，所述安装底板上还设有用于对焊缝进行实时的扫描和定位的激光定位跟踪系统。

本实用新型提供的焊缝打磨组合工具使用时，在打磨前，先通过铣削机构将大部分焊缝铣削掉，再通过磨削机构将剩余的焊缝余高打磨掉。同时，在打磨组合工具上集成机械防过切机构、自适应跟随机构和气浮动恒力系统，以稳定的浮动压力保障焊缝打磨组合工具高效的打磨焊缝，而且杜绝了打磨时损伤到工件。

本实用新型提供的装置克服了现有技术的不足，拥有铣削和磨削功能，以实现对长直焊缝和圆弧焊缝的打磨工作，大大提高了焊缝打磨工具的工作效率和打磨质量，同时避免了打磨过程损伤工件。

附图说明

图1为本实施例提供的焊缝打磨组合工具安装在机器人上示意图；

图2为本实施例提供的焊缝打磨组合工具的结构示意图；

图3为本实施例提供的焊缝打磨组合工具拆开外壳后的结构示意图；

图4为铣削机构的结构示意图；

图5为铣削机构的立体示意图；

图6为旋转机构的结构示意图；

图7为自适应跟随机构的结构示意图；

图8为限位滚轮的结构示意图；

图9为磨削机构的结构示意图；

图10为气浮动恒力系统原理图；

图11为本实施例提供的焊缝打磨组合工具的工作流程图。

具体实施方式

如图1所示，本实施例提供的焊缝打磨组合工具A是安装在机器人B上进行打磨作业，是机器人应用空间的拓展。

图2和图3为本实施例提供的焊缝打磨组合工具A的结构示意图，所述的焊缝打磨组合工具A由铣削机构1、磨削机构2、激光定位跟踪系统3、气浮动恒力系统4、安装地板5等组成。安装底板5上中部固定有两个平行的直线导轨，铣削机构1和磨削机构2分别安装在两个直线导轨上。安装底板5上两侧分别装有一气浮动恒力系统4，气浮动恒力系统4通过螺栓固定在安装底板5上，铣削机构1和磨削机构2分别与一气浮动恒力系统4连接。在气浮动恒力系统4的作用下，铣削机构1和磨削机构2可沿直线导轨进行伸缩运动。

激光定位跟踪系统3通过螺栓固定在安装底板5上，并与铣削机构1和磨削机构2平行。激光定位跟踪系统3用于对焊缝进行实时的扫描和定位，并反馈给机器人B的控制系统，从而使机器人B带动焊缝打磨组合工具A到达对应的工作位置。

结合图4和图5，铣削机构1由铣削电主轴1-1、铣削刀柄1-2、立铣刀1-3、限位滚轮1-4、旋转机构1-5和自适应跟随机构1-6组成。铣削电主轴1-1具备自动换刀功能，可自动夹紧铣削刀柄1-2，立铣刀1-3与铣削刀柄1-2通过弹性夹头夹持，用刀柄螺母进行固定；铣削电主轴1-1、铣削刀柄1-2和立铣刀1-3组成铣削单元。

结合图6，旋转机构1-5安装在安装底板5上的一个直线导轨上。旋转机构1-5包括一个U型框结构1-5-1，U型框结构1-5-1两侧嵌有旋转轴承1-5-2，U型框结构1-5-1顶部设有与直线导轨匹配的滑块1-5-3。旋转机构1-5通过滑块1-5-3安装在直线导轨上，且可沿直线导轨滑动。

结合图6和图7，铣削电主轴1-1外侧设有电主轴安装框1-1-1，电主轴安装框1-1-1为U型框结构，电主轴安装框1-1-1两侧设有轴孔1-1-2，铣削电主轴1-1径向两侧设有旋转轴1-1-3，铣削电主轴1-1径向两侧的旋转轴1-1-3分别插入电主轴安装框1-1-1两侧的轴孔1-1-2内。

电主轴安装框1-1-1位于旋转机构1-5内侧，且铣削电主轴1-1径向两侧的旋转轴1-1-3穿过电主轴安装框1-1-1两侧的轴孔1-1-2后与旋转机构1-5两侧的旋转轴承1-5-1连接。

如此，实现了铣削单元可绕旋转机构1-5旋转。

结合图7，自适应跟随机构1-6由导向杆1-6-1、弹簧1-6-2和安装座1-6-3组成。安装座1-6-3为由第一侧板和第二侧板垂直连接构成的直角板结构，第一侧板末端连接旋转机构1-5末端，第二侧板上设有纵向的槽体。导向杆1-6-1一端通过螺栓固定在电主轴安装框1-1-1末端，导向杆1-6-1另一端设于第二侧板上的槽体内，导向杆1-6-1外部套有弹簧1-6-2。

自适应跟随机构1-6与旋转机构1-5连接，同时通过弹簧1-6-2与铣削单元相互施加作用力，如此能确保立铣刀1-3在铣削工件焊缝时，实时跟随工件的小范围变形，确保立铣刀1-3轴线和焊缝法线实时平齐。在气浮动恒力系统4和弹簧1-6-2的双重作用下，铣削机构1的铣削电主轴1-1会沿旋转轴1-1-3旋转，促使立铣刀1-3垂直工件焊缝。

结合图8，限位滚轮1-4由滚轮组件1-4-1、滚轮固定架1-4-2和千分尺调节机构1-4-3组成。

滚轮组件1-4-1包括两个滚轮，两个滚轮分别通过滚轮连接轴安装在滚轮固定架1-4-2一端两侧，两个滚轮相对设置且位于立铣刀1-3的两侧，滚轮固定架1-4-2另一端连接电主轴安装框1-1-1。千分尺调节机构1-4-3连接在滚轮固定架1-4-2上，千分尺调节机构1-4-3连接两个滚轮的连接轴，通过千分尺调节机构1-4-3可以对两个滚轮的位置进行微调。

限位滚轮1-4与立铣刀1-3刀尖的相对位置决定了焊缝铣削后的余高高度，通过调节所述相对位置，可对铣削后的焊缝余高高度进行控制。采用千分尺调节机构1-4-3，通过螺旋运动原理，调节精度为0.02mm。千分尺调节机构1-4-3具备自锁功能，当限位滚轮1-4与立铣刀1-3刀尖的相对位置调节好之后，可以稳定停留在该位置。

限位滚轮1-4与铣削单元集成在一起，可随着铣削单元的自适应跟随进行摆动。双滚轮在立铣刀1-3铣削焊缝时，会紧密贴合在焊缝两侧的工件上，防止立铣刀1-3沿焊缝法线方向损伤工件。限位滚轮1-4是刚性机械式限位机构，在设备出现故障时，同样可防止立铣刀1-3过渡铣削车体。

结合图9，磨削机构2由磨削电主轴2-1、磨削刀柄2-2、千叶轮2-3、调节机构2-4组成。磨削电主轴2-1具备自动换刀功能，可自动夹紧磨削刀柄2-2。千叶轮2-3与磨削刀柄2-2通过弹性夹头夹持，用刀柄螺母进行固定。磨削电主轴2-1、磨削刀柄2-2和千叶轮2-3组成磨削单元。

调节机构2-4顶部通过滑块安装在安装底板5上的另一个直线导轨上，且可沿该直线导轨滑动。调节机构2-4中心设有轴承。磨削电主轴2-1底部连接一转动轴，且该转动轴连接调节机构2-4中心的轴承。如此实现磨削单元可沿调节机构2-4进行平面转动，进行角度调整，目的在于调节千叶轮2-3与焊缝的接触面积。

其中，调节机构2-4配套角度尺，角度尺连接磨削电主轴2-1底部的转动轴，以手动方式进行调整，调节后进行螺栓紧固。

本实施例中，磨削电主轴2-1和铣削电主轴1-1选用相同品牌及型号的电主轴，目的在于控制磨削的精度和平稳度，最大限度的保证千叶轮2-3以最小的磨损量完成焊缝余高的打磨。此外，该型号的电主轴具备自动换刀功能，可以极大地简化打磨工具的更换时间。

结合图10，气浮动恒力系统4由气缸、两个气动比例阀、压力传感器、气源及PLC控制模块组成。气缸的进气端和出气端分别连接一气动比例阀一端，两个气动比例阀的另一端均与气源连接，气缸的输出轴上设有压力传感器，压力传感器和两个气动比例阀均与PLC控制模块连接。

本实施例提供的焊缝打磨组合工具包括两个气浮动恒力系统4，铣削机构1和磨削机构2采用相同的气浮动恒力系统4。一个气浮动恒力系统4的气缸固定于铣削机构1一侧，且气缸的输出轴通过连接板连接铣削机构1的旋转机构1-5的U型框结构1-5-1，通过气缸的输出轴带动铣削机构1沿直线导轨进行伸缩运动。另一个气浮动恒力系统4的气缸固定于磨削机构2一侧，且气缸的输出轴通过连接板连接磨削机构2的调节机构2-4，通过气缸的输出轴带动磨削机构2沿直线导轨进行伸缩运动。

在铣削和磨削过程中，需要打磨刀具紧贴焊缝，形成一定的压力。同时该压力不能过大而对产品造成损伤。气浮动恒力系统4由PLC控制模块进行控制，PLC控制模块通过分析判断压力传感器实时反馈的模拟量型号，自动调整气动比例阀的进气量大小，实现电主轴气浮力的实时监控和均衡，确保铣削和磨削的电主轴气浮力处于一个稳定范围。

本实施例中，激光定位跟踪系统3选用的是赛融公司的NANO-TRAC/C系统。兼容机器人系统，能很好的集成在机器人系统中，做到与机器人系统无缝连接。

使用时，根据工件的设定位置，机器人B协同焊缝打磨组合工具A快速接近工件，在距离工件大约100mm的位置停下。然后启动激光定位跟踪系统3，机器人B协同焊缝打磨组合工具A以10mm/s的速度开始寻找焊缝起点。激光定位跟踪系统3能覆盖的范围很大，短时间既可找到焊缝的起点，并转换成机器人B的坐标。

激光定位跟踪系统3在找到焊缝初始位置后，机器人B协同焊缝打磨组合工具A以50mm/s的速度移动，激光定位追踪系统3实时将扫描的数据传递给机器人B，机器人B动态调整姿态和角度，带动焊缝打磨组合工具A进行焊缝打磨作业。

结合图11，本实施例提供的焊缝打磨组合工具的工作原理如下：

首先，激光定位跟踪系统3扫描工件焊缝，用实时扫描的焊缝坐标引导机器人调整姿态。其次，机器人移动焊缝打磨组合工具切入车体焊缝，开始打磨焊缝。焊缝打磨组合工具切入焊缝时，铣削机构1由气浮动恒力系统4控制铣削预紧力，铣削机构上的限位滚轮1-4在自适应跟随机构1-6和气浮动恒力系统4的双重作用下，会贴合在焊缝两侧的工件上，保证立铣刀1-3始终垂直焊缝进行铣削。最后，相邻的磨削电主轴2-1在气浮动恒力系统4的恒定气浮压力下，对铣削后的焊缝余高进行磨削。

本实施例提供的焊缝打磨组合工具对工件焊缝的铣削量＞95%，焊缝剩余部分通过磨削机构2打磨掉。

本实施例提供的焊缝打磨组合工具具有如下特性：

1）焊缝打磨组合工具拥有铣削和磨削功能，铣削、磨削可同步进行，也可分步进行，以实现对长直焊缝和圆弧焊缝的打磨工作。

2）铣削机构1和磨削机构2都采用气浮动恒力系统4控制刀具对于焊缝的接触力，通过气动比例阀控制气缸的进出口压力来调整该接触力的大小。通过压力传感器实时监测打磨过程中的气浮力大小，与气动比例阀协同工作，通过电气系统精确控制输出压力。

3）铣削机构1上集成有限位滚轮1-4，防止立铣刀在铣削焊缝时损伤工件。同时铣削机构1配置了自适应跟随机构1-6，可跟随工件的小范围变形，进行实时自主化的摆动，确保立铣刀在工作状态下实时垂直于焊缝。

4）激光定位跟踪系统3可对焊缝进行实扫描定位和跟踪，激光定位跟踪系统3能够和机器人进行实时通讯、引导机器人调整姿态。该控制系统响应快速、输出精度高。

以上所述，仅为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型任何形式上和实质上的限制，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型方法的前提下，还将可以做出若干改进和补充，这些改进和补充也应视为本实用新型的保护范围。凡熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，当可利用以上所揭示的技术内容而做出的些许更动、修饰与演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例；同时，凡依据本实用新型的实质技术对上述实施例所作的任何等同变化的更动、修饰与演变，均仍属于本实用新型的技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种焊缝打磨组合工具，其特征在于：包括安装底板（5）、铣削机构（1）和磨削机构（2），所述铣削机构（1）和所述磨削机构（2）均可滑动地设于所述安装底板（5）上，所述铣削机构（1）和所述磨削机构（2）分别连接一气浮动恒力系统（4）。

2.如权利要求1所述的一种焊缝打磨组合工具，其特征在于：所述安装底板（5）上设有两个平行的直线导轨，所述铣削机构（1）和所述磨削机构（2）分别通过滑块安装在两个所述直线导轨上。

3.如权利要求2所述的一种焊缝打磨组合工具，其特征在于：所述铣削机构（1）包括铣削单元，所述铣削单元设于旋转机构（1-5）上，所述旋转机构（1-5）可滑动地设于所述直线导轨上，所述铣削单元前侧设有机械防过切机构，所述旋转机构（1-5）和所述铣削单元均连接自适应跟随机构（1-6）。

4.如权利要求3所述的一种焊缝打磨组合工具，其特征在于：所述铣削单元包括铣削电主轴（1-1）、铣削刀柄（1-2）和立铣刀（1-3），所述铣削电主轴（1-1）夹紧所述铣削刀柄（1-2），所述铣削刀柄（1-2）连接所述立铣刀（1-3）。

5.如权利要求4所述的一种焊缝打磨组合工具，其特征在于：所述铣削电主轴（1-1）径向两侧设有旋转轴（1-1-3）；所述铣削电主轴（1-1）外侧设有电主轴安装框（1-1-1），所述电主轴安装框（1-1-1）两侧设有轴孔（1-1-2）；所述电主轴安装框（1-1-1）外侧设有所述旋转机构（1-5），所述旋转机构（1-5）两侧设有旋转轴承（1-5-1）；所述铣削电主轴（1-1）径向两侧的旋转轴（1-1-3）穿过所述电主轴安装框（1-1-1）两侧的轴孔（1-1-2）后与所述旋转机构（1-5）两侧的旋转轴承（1-5-1）连接。

6.如权利要求5所述的一种焊缝打磨组合工具，其特征在于：所述自适应跟随机构（1-6）包括导向杆（1-6-1）、弹簧（1-6-2）和安装座（1-6-3）；所述安装座（1-6-3）连接所述旋转机构（1-5），所述安装座（1-6-3）上设有槽体；所述导向杆（1-6-1）一端连接所述电主轴安装框（1-1-1），所述导向杆（1-6-1）另一端设于所述槽体内，所述导向杆（1-6-1）外部套设有所述弹簧（1-6-2）。

7.如权利要求4所述的一种焊缝打磨组合工具，其特征在于：所述机械防过切机构为限位滚轮（1-4），所述限位滚轮（1-4）包括滚轮组件（1-4-1）、滚轮固定架（1-4-2）和千分尺调节机构（1-4-3）；

所述滚轮组件（1-4-1）包括两个滚轮，两个滚轮分别设于所述滚轮固定架（1-4-2）一端两侧，所述两个滚轮相对设置且位于所述立铣刀（1-3）的两侧，所述滚轮固定架（1-4-2）另一端连接所述电主轴安装框（1-1-1）；所述千分尺调节机构（1-4-3）设于所述滚轮固定架（1-4-2）上，所述千分尺调节机构（1-4-3）连接所述两个滚轮。

8.如权利要求1或2所述的一种焊缝打磨组合工具，其特征在于：所述磨削机构（2）包括磨削单元和调节机构（2-4），所述调节机构（2-4）可滑动地设于所述安装底板（5）上，所述调节机构（2-4）中心设有轴承，所述磨削单元底部通过转动轴设于所述轴承内。

9.如权利要求1所述的一种焊缝打磨组合工具，其特征在于：所述气浮动恒力系统（4）包括气缸，所述气缸的进气端和出气端分别连接一气动比例阀，两个所述气动比例阀均与气源连接，所述气缸的输出轴上设有压力传感器，所述压力传感器和两个所述气动比例阀均与PLC控制模块连接；

所述铣削机构（1）和所述磨削机构（2）分别与两个所述气浮动恒力系统（4）的气缸的输出轴一一对应连接。

10.如权利要求1所述的一种焊缝打磨组合工具，其特征在于：所述安装底板（5）上还设有用于对焊缝进行实时的扫描和定位的激光定位跟踪系统（3）。