CN210757001U - 一种多打磨头被动柔顺打磨装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多打磨头被动柔顺打磨装置，主要包括多个柔顺打磨头和相应支撑机构，其周向等弧度布置在法兰连接机构。柔顺打磨头具有两个方向的自由度，摆动位姿受限于相应的支撑机构和实际工件的曲率，可单独控制，也可联动控制。法兰连接结构设置有打磨头控制器，与多个柔顺打磨头连接，用于实现多个柔顺打磨头启停的控制。本实用新型通过多个柔顺打磨头实现工件的高效高精打磨。

Description

一种多打磨头被动柔顺打磨装置

技术领域

本实用新型涉及机械零件加工领域，尤其涉及一种多打磨头的被动柔顺打磨装置，用于大型复杂曲面零件加工。

背景技术

在航空航天、汽车、轨道交通、船舶等领域中，其产品表面及动力系统零件多为复杂曲面，这些曲面不能通过初等解析曲面组成，且有加强肋等局部凸起，因此复杂曲面的高效高质量加工一直是国内外制造难题。

目前磨削加工主要是在简单几何形状零件领域中有着较大的优势，例如零件的外圆磨削、内圆磨削和平面磨削等。但是对于复杂曲面的磨削精加工，传统的磨削设备和工艺方法缺乏柔性，适应能力较差，而且修改工艺耗时长、费用高，而且国内大多仍采用手工研磨的方式，手工方式对人体伤害大易得职业病、劳动强度高、效率低、磨抛余量不均匀、零件表面一致性受工人技术熟练程度影响很大。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于针对现有技术中打磨头无法灵活调整适配加工面型的缺陷，提供一种多打磨头被动柔顺打磨装置。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种多打磨头被动柔顺打磨装置，其特征在于，包括多个柔顺打磨头和相应支撑机构，其周向等弧度布置在一法兰连接机构上，所述柔顺打磨头具有两个方向的自由度，所述法兰连接机构上设置有打磨头控制器，与多个柔顺打磨头连接。

接上述技术方案，其中，所述柔顺打磨头，包括双向气缸、万向节和气动打磨头，所述双向气缸和所述气动打磨头之间通过万向节连接，所述双向气缸固定于所述法兰连接机构上，双向气缸两端内部分别设置有压力传感器，双向气缸的推杆上设置有激光位移传感器，所述气动打磨头上设置有均匀分布的通风孔且留有相应的气路，其末端安装有圆形砂纸或者抛光布；

所述打磨头支撑机构，包括上支架、调整圆盘和下支架，所述上支架和所述下支架之间通过所述调整圆盘连接，所述调整圆盘上圆周等间距设置多个安装孔，所述下支架上开有用于限制气动打磨头摆动位姿的限位孔；

所述法兰连接结构，其上设置有安装所述多个柔顺打磨头和所述打磨头支撑机构的安装孔，还设置有打磨头控制器和气路控制用电磁阀，所述打磨头控制器根据所述传感器信号控制电磁阀为柔性打磨头提供动力。

接上述技术方案，所述打磨头支撑机构与所述柔顺打磨头个数相同，一个打磨头安装机构对应一个柔顺打磨头。

接上述技术方案，所述柔顺打磨头还包括工作气路，所述柔顺打磨头的工作状态由所述打磨头控制器控制。

接上述技术方案，所述柔顺打磨头中的万向节为十字轴式等速万向节。

接上述技术方案，该装置还包括视觉传感器，与所述打磨头控制器连接，获取待加工工件面型和气动打磨头的位姿。

接上述技术方案，所述连接法兰结构直接安装在机器人执行末端或者机床上。

提供一种多打磨头被动柔顺打磨控制方法，包括以下步骤：

S1：根据待打磨工件的加工需求，确定柔顺打磨头个数，并在法兰连接机构上安装好对应的柔顺打磨头和打磨头支撑机构，调整各个打磨头支撑机构的调整圆盘，调节各个气动打磨头的翻转方向；

S2：根据加工需求在气动打磨头上安装圆形砂纸或者抛光布，安装圆形砂纸用于打磨，安装抛光布用于抛光；

S3：启动打磨装置标定模式，进行重力补偿，并将标定结果存储到打磨头控制器中；

S4：切换至力控制模式，根据S3标定的结果和柔顺打磨头的姿态确定具体的重力补偿值，结合加工要求中的法向力设定接触力，根据传感器信息确定动态调整气动打磨头末端位置，使气动打磨头和待加工表面贴合更加紧密；

S5：启动气动打磨头开始打磨，打磨头控制器实时接收传感器信息并调整双向气缸压力，保持气动打磨头和待加工面形以最佳接触力接触；

S6：打磨头控制器根据视觉传感器获得的工件面型，确定各个柔顺打磨头的工作状态，实现不同面型打磨的快速切换。

接上述技术方案，所述S3包括以下步骤：

S31：选定一个打磨头为基准，并选取多个不同的位置；

S32：打磨头控制器控制双向气缸使气动打磨头在每个位置时与该位置工件表面相切，打磨头控制器获取柔顺打磨头传感器信息；

S33：打磨头控制器根据获取的多个不同位置的多组传感器信息，并计算标定结果，并将结果保存在控制器内，完成标定。

接上述技术方案，所述传感器信息包括双向气缸两端内部压力传感器获取的压力值，双向气缸推杆上激光位移传感器的值和视觉传感器获得的打磨头的位姿数据。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型的多打磨头被动柔顺打磨装置包括多个柔顺打磨头和相应的支撑机构，其周向等弧度布置在一法兰连接机构上，每个柔顺打磨头可单独控制也可联合控制，实现多个柔顺打磨头的自由组合。同时，本实用新型利用多个打磨头相互配合实现各个区域的加工，提高了加工效率和打磨精度。

进一步地，每个柔顺打磨头通过万向节实现两个自由度的位姿调整，并通过压力传感器和激光位移传感器实现柔顺打磨头和待加工表面接触力的监测与调整。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中：

图1是本实用新型三个柔顺打磨头实施例的结构图；

图2是本实用新型的柔顺打磨头结构图；

图3是本实用新型的打磨头支撑结构的结构图；

图4是本实用新型打磨装置控制方法流程图；

图5是本实用新型柔顺打磨头适配曲面加工面型的示意图；

图6是本实用新型柔顺打磨头适配平面加工面型的示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，以三个柔顺打磨头为例，本实用新型实施例的多打磨头被动柔顺打磨装置，包括法兰连接结构1、三个柔顺打磨头2和三个打磨头支撑机构3，法兰连接机构1周向成120°设置三个柔顺打磨头2和三个打磨头支撑机构3，打磨头支撑机构3用于限制柔顺打磨头2的摆动位姿。法兰连接结构1上设置有打磨头控制器11用于控制多个柔顺打磨头2的运动，可包括打磨头启停以及打磨过程中位姿的调整。每个柔顺打磨头2可单独控制，也可联动控制，其具有两个方向的自由度，摆动位姿受限于相应的支撑机构和实际工件的曲率。

如图2所示，柔顺打磨头2，包括双向气缸21、万向节22和气动打磨头23，双向气缸21和气动打磨头23通过万向节22，双向气缸21固定于法兰连接机构1上，双向气缸21两端内部分别设置有压力传感器24，双向气缸21的推杆上设置有激光位移传感器25，气动打磨头23上设置有均匀分布的通风孔且留有相应的气路，其末端安装有圆形砂纸或者抛光布4。设置通风孔和气路目的是为了外接吸尘装置，可实现对于打磨产生的粉尘的负压吸尘功能。如图1所示，打磨头控制器11通过控制双向气缸21使气动打磨头23沿图示的Z方向运动。

如图3所示，打磨头支撑机构3，包括上支架31、调整圆盘32和下支架33，上支架31和下支架33之间通过调整圆盘32连接，支架31和下支架33通过螺栓固定于调整圆盘32上，调整圆盘32上圆周等间距设置多个安装孔，下支架33上开有限位孔用于限制气动打磨头23摆动位姿。如图1所示，双向气缸21的推杆通过万向节22推动气动打磨头23，气动打磨头23在工件表面形状作用下沿XY平面翻转，从而使气动打磨头23能更好贴合工件表面。

法兰连接结构1，其上设置有所述多个柔顺打磨头2和所述多个打磨头支撑机构3的安装孔，还设置有打磨头控制器11和气路控制用电磁阀，打磨头控制器11根据传感器信号控制电磁阀为柔性打磨头2提供动力。

进一步地，如图1所示，打磨头支撑机构3与所述柔顺打磨头2个数相同，一个打磨头安装机构3对应一个柔顺打磨头2。

进一步地，柔顺打磨头2还包括工作气路，柔顺打磨头2的工作状态由所述打磨头控制器11控制。

进一步地，柔顺打磨头2中的万向节22为十字轴式等速万向节。

进一步地，该装置还视觉传感器，与打磨头控制器11连接，用于获取待加工工件面型和气动打磨头23的位姿。

进一步地，连接法兰结构1直接安装在机器人执行末端或者机床上。

如图4所示，本实用新型提供一种多打磨头被动柔顺打磨控制方法，包括以下步骤：

S1：根据待打磨工件的加工需求，确定柔顺打磨头个数，并安装好柔顺打磨头，调整各个打磨头支撑机构的调整圆盘，调节各个气动打磨头的翻转方向；

S2：根据加工需求在气动打磨头上安装圆形砂纸或者抛光布，安装圆形砂纸用于打磨，安装抛光布用于抛光；

S3：启动打磨装置标定模式，主要是进行重力补偿，并将标定结果存储到打磨头控制器中；

S4：切换至力控制模式，根据S3标定的结果和柔顺打磨头的姿态确定具体的重力补偿值，结合加工要求中的法向力设定接触力，根据传感器信息确定动态调整气动打磨头末端位置，使气动打磨头和待加工表面贴合更加紧密。

S5：启动气动打磨头开始打磨，打磨头控制器实时接收传感器信息并调整双向气缸压力，保持气动打磨头和待加工面形以最佳接触力接触。

S6：打磨头控制器根据视觉传感器获得的工件面型，确定各个柔顺打磨头的工作状态，实现不同面型的快速切换。如图5所示，对于大面积的曲面区域，根据曲率变化采用三个气动打磨头不同位姿贴合打磨表面，提高打磨精度的同时提高了打磨效率；对于图5中工件的中间突起部分，可将一个打磨头放置在突起对面，即可实现两侧同时打磨。图6所示，对于狭长平面，只需启动一个或者两个打磨头工作既可，节约能源；对于大面积的平面区域，采用三个气动打磨头同一位姿贴合打磨表面，提高打磨效率。

进一步地，作为一种较佳的实施例，所述S3包括以下步骤：

S31：选定一个打磨头为基准，并选取四个不同的位置；

S32：打磨头控制器控制双向气缸使气动打磨头在每个位置时与该位置工件表面相切，打磨头控制器获取柔顺打磨头传感器信息；

S33：打磨头控制器根据获取的四个不同位置的四组传感器信息，并计算标定结果，并将结果保存在控制器内，完成标定。

进一步地，所述传感器信息包括双向气缸两端内部压力传感器获取的压力值，双向气缸推杆上激光位移传感器的值和视觉传感器获得的打磨头的位姿数据。

综上，本实用新型提供的打磨装置包括多个柔顺打磨头和相应的支撑机构，其周向等弧度布置在一法兰连接机构上，每个柔顺打磨头可单独控制也可联合控制，实现多个柔顺打磨头的自由组合，利用多个打磨头相互配合实现各个区域的加工，提高了加工效率和打磨精度。同时，每个柔顺打磨头通过万向节实现两个自由度的位姿调整，并通过压力传感器和激光位移传感器实现柔顺打磨头和待加工表面接触力的监测与调整。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种多打磨头被动柔顺打磨装置，其特征在于，包括多个柔顺打磨头和相应支撑机构，其周向等弧度布置在一法兰连接机构上，所述柔顺打磨头具有两个方向的自由度，所述法兰连接机构上设置有打磨头控制器，与多个柔顺打磨头连接。

2.根据权利要求1所述的多打磨头被动柔顺打磨装置，其特征在于，其中：

所述柔顺打磨头，包括双向气缸、万向节和气动打磨头，所述双向气缸和所述气动打磨头之间通过万向节连接，所述双向气缸固定于所述法兰连接机构上，双向气缸两端内部分别设置有压力传感器，双向气缸的推杆上设置有激光位移传感器，所述气动打磨头上设置有均匀分布的通风孔且留有相应的气路，其末端安装有圆形砂纸或者抛光布；

所述打磨头支撑机构，包括上支架、调整圆盘和下支架，所述上支架和所述下支架之间通过所述调整圆盘连接，所述调整圆盘上圆周等间距设置多个安装孔，所述下支架上开有用于限制气动打磨头摆动位姿的限位孔；

所述法兰连接结构，其上设置有安装所述多个柔顺打磨头和所述支撑机构的安装孔，还设置有打磨头控制器和气路控制用电磁阀，所述打磨头控制器根据所述压力传感器信号控制电磁阀为柔性打磨头提供动力。

3.根据权利要求1所述的多打磨头被动柔顺打磨装置，其特征在于，所述打磨头支撑机构与所述柔顺打磨头个数相同，一个打磨头安装机构对应一个柔顺打磨头。

4.根据权利要求1所述的多打磨头被动柔顺打磨装置，其特征在于，所述柔顺打磨头还包括工作气路，所述柔顺打磨头的工作状态由所述打磨头控制器控制。

5.根据权利要求1所述的多打磨头被动柔顺打磨装置，其特征在于，所述柔顺打磨头中的万向节为十字轴式等速万向节。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的多打磨头被动柔顺打磨装置，其特征在于，该装置还包括视觉传感器，与所述打磨头控制器连接，获取待加工工件面型和气动打磨头的位姿。

7.根据权利要求1-5中任一项所述的多打磨头被动柔顺打磨装置，其特征在于，所述法兰连接机构直接安装在机器人执行末端或者机床上。

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