CN217097229U - 一种用于机械手自动化打磨的磨片快换结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于机械手自动化打磨的磨片快换结构，包括磨片、托盘组件、刀柄以及中空气缸夹爪组件；所述磨片的背面固定有下面齿卡扣盘；托盘组件由上面齿盘、可伸缩锁销机构、磨片支撑托盘和芯轴组成，可伸缩锁销机构将磨片上的下面齿卡扣盘抓紧到上面齿盘上，实现两边面齿轮的啮合；所述刀柄一端通过托盘组件与磨片连接，刀柄另一端装载连接到磨机上。本实用新型解决了强切削磨片的快换问题，从而大幅提高机器人打磨加工的效率和效能。

Description

一种用于机械手自动化打磨的磨片快换结构

技术领域

本实用新型涉及一种磨片快换结构，具体涉及一种用于机械手自动化打磨的磨片快换结构。

背景技术

由于打磨是一个高强度、高粉尘、高噪音的高风险工种，同时熟练、稳定的打磨劳动力资源在当代也愈发稀缺，因此今后越来越多的打磨工艺会通过自动化设备或系统来实现。而机械手臂由于其操作的灵活性，已经逐渐被应用在打磨领域。但是，目前市面上绝大多数的打磨工具和打磨耗材都是为人工操作而设计，并不适合直接被机械手所采用。尽管针对机械手使用的打磨工具，目前开始已有一些研究和发明，但是专门适合机械手打磨使用的新型耗材形式，以及如何将耗材与打磨工具更好配合的自动化系统，却研究得非常少。

机械手打磨可分为手持工件与手持打磨工具两大类，而机械手持工具打磨必须首先解决打磨耗材的快换问题。因为任何打磨耗材的使用寿命都非常有限，尤其是小尺寸的打磨片。目前磨片的主流快换方式主要有两种，其一是将磨片做成背绒的形式，利用工具托盘的魔术贴式的挂钩粘住磨片。这种方式简便快捷，在磨片使用完后由机器人系统的辅助机构撕掉磨片，然后重新粘上新的磨片即可实现快换。但是这种形式的快换只能适用于质量较轻的磨片，如砂纸，砂碟，较薄的尼龙碟片等，更多地是使用在低速偏心打磨砂光的领域。对于一些需要大功率和高转速的打磨场景，例如打磨焊缝，这种背绒的快换形式就不能胜任，因为磨片质量大容易造成飞片的问题。目前对于这种大功率和高转速下运行的磨片的快换方式主要依靠刀柄，即为每一个磨片安装一个刀柄，许多需要更换的磨片组成一个刀柄库，机械手通过更换刀柄的方式来实现磨片的快换。但这种方式也有很多缺点：第一，刀柄库的成本比较高；第二，刀柄的数量有限，当打磨程序涉及到多种磨片组合使用时，刀柄的数量就非常庞大，从而使整个快换系统非常复杂；第三，每个刀柄上的磨片仍旧需要人工实行安装，因此非常费时费力。

因此如何通过简便、经济的方式实现强切削磨片的快换是一个迫切需要解决的重要技术问题，其直接影响到机器人打磨的普及。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种用于机械手自动化打磨的磨片快换结构，解决了强切削磨片的快换问题，从而大幅提高机器人打磨加工的效率和效能。

本实用新型用于机械手自动化打磨的磨片快换结构是通过以下技术方案来实现的：包括磨片、托盘组件、刀柄以及中空气缸夹爪组件；

磨片的背面固定有下面齿卡扣盘；托盘组件由上面齿盘、可伸缩锁销机构、磨片支撑托盘和芯轴组成，可伸缩锁销机构将磨片上的下面齿卡扣盘抓紧到上面齿盘上，实现两边面齿轮的啮合；刀柄一端通过托盘组件与磨片连接，刀柄另一端装载连接到磨机上；中空气缸夹爪组件由中空气缸和由中空气缸活塞驱动的夹爪组成；中空气缸带有中心通孔，刀柄通过该中心通孔穿过中空气缸，而中空气缸驱动的夹爪用于压缩托盘组件上的可伸缩锁销机构。

作为优选的技术方案，下面齿卡扣盘由位于周边的直立卡扣以及位于中央的面齿盘组成，下面齿卡扣盘的尺寸与使用的磨片尺寸对应。

作为优选的技术方案，下面齿卡扣盘的直立卡扣上设置具有弧度的滑入面，当可伸缩锁销机构的锁销插入直立卡扣后便能将径向力转化为轴向上的提拉力，从而实现上下两面面齿盘的啮合。

作为优选的技术方案，可伸缩锁销机构包括弹簧机构座、锁销、解锁压缩柱和弹簧；在弹簧机构座上加工有滑动槽，锁销和弹簧装入滑动槽内，解锁压缩柱与锁销直接通过螺纹垂直连接。

作为优选的技术方案，锁销的一头为滑动端，锁销的滑动端装入弹簧机构座的滑动槽内，锁销的另一头为锁紧端，锁销的锁紧端带有与下面齿卡扣盘的直立卡扣滑入面相契合的锁紧面；锁销沿着轴芯的径向圆周呈等分排列。

作为优选的技术方案，上面齿盘、可伸缩锁销机构的弹簧机构座以及磨片支撑托盘均通过固紧螺丝与轴芯共轴装配。

本实用新型的有益效果是：本实用新型解决了强切削磨片的快换问题，从而大幅提高机器人打磨加工的效率和效能。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的整体装配图；

图2为本实用新型的A-A剖视结构示意图；

图3为本实用新型的托盘组件结构图；

图4为本实用新型的B-B剖视结构示意图；

图5为本实用新型的带连续面齿卡扣盘的磨片示意图；

图6为本实用新型的带分立结构面齿卡扣盘的磨片示意图；

图7为本实用新型的夹爪示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

如图1—图7所示，本实用新型的一种用于机械手自动化打磨的磨片快换结构，包括磨片1、托盘组件2、刀柄3以及中空气缸夹爪组件4；

磨片1的背面固定有下面齿卡扣盘5；托盘组件2由上面齿盘10、可伸缩锁销机构7、磨片支撑托盘8和芯轴9组成，可伸缩锁销机构7将磨片1上的下面齿卡扣盘5抓紧到上面齿盘10上，实现两边面齿轮的啮合；刀柄3一端通过托盘组件2与磨片1连接，刀柄3另一端装载连接到磨机11上；中空气缸夹爪组件4由中空气缸12和由中空气缸12活塞20驱动的夹爪13组成；中空气缸12带有中心通孔，刀柄3通过该中心通孔穿过中空气缸12，而中空气缸12驱动的夹爪13用于压缩托盘组件2上的可伸缩锁销机构7；中空气缸可以是径向动作气缸或者轴向动作气缸，本发明中优选径向动作气缸；夹爪的功能为将将中空气缸的径向活塞力或者轴向活塞力转换成对托盘组件上的压缩柱的握紧力，其末端可以为半圆型抱紧环21，在气缸提供握紧力后，其抱紧环21可以将托盘组件上的压缩柱压缩，从而带动锁销与下面齿卡扣盘解锁脱开。

本实施例中，下面齿卡扣盘5由位于周边的直立卡扣14以及位于中央的面齿盘15组成，直立卡扣14可以连接在一起成为一个整体，也可以相互分立，为了更好的力学性能，本实施例中，优选两部分组成一个整体；下面齿卡扣盘5的尺寸与使用的磨片1尺寸对应，下面齿卡扣盘5的齿型可选择螺旋齿和直齿，本实施例优选螺旋齿。

本实施例中，下面齿卡扣盘5的直立卡扣14上设置具有弧度的滑入面，当可伸缩锁销机构7的锁销插入直立卡扣14后便能将径向力转化为轴向上的提拉力，从而实现上下两面面齿盘的啮合，直立卡扣14可以为内卡扣或外卡扣，内卡扣指锁销从内往外撑出给卡扣盘上提力，外卡扣指锁销从外往内握紧给卡扣盘上提力，本实施例优选内卡扣结构。

本实施例中，可伸缩锁销机构7包括弹簧机构座15、锁销16、解锁压缩柱17和弹簧18；在弹簧机构座上加工有滑动槽19，锁销16和弹簧18装入滑动槽19内，解锁压缩柱17与锁销16直接通过螺纹垂直连接；中空气缸的夹爪压力首先加载在解锁压缩柱上，带动锁销并同时压缩弹簧在滑动槽内滑动，当撤去中空气缸外力时，弹簧的恢复力则可以将锁销推出，如此实现托盘组件对磨片的锁紧功能。

本实施例中，锁销16的一头为滑动端，锁销16的滑动端装入弹簧机构座15的滑动槽19内，锁销16的另一头为锁紧端，锁销16的锁紧端带有与下面齿卡扣盘5的直立卡扣14滑入面相契合的锁紧面；锁销16沿着轴芯的径向圆周呈等分排列，其数量可以为2-6个，本实施例优选锁销16的数量为四个。

本实施例中，上面齿盘10、可伸缩锁销机构7的弹簧机构座15以及磨片支撑托盘8均通过固紧螺丝与轴芯9共轴装配，从而实现整体的高速旋转。

本实施例中，下面齿卡扣盘的材料可以包括但不限于工程塑料如ABS、尼龙、PC、POM，PLA等，经无机粉体增强的工程塑料如纳米钛酸钙增强ABS等，碳纤维或玻璃纤维复合材料，轻质的铝合金、镁合金等，本实施例优选尼龙和ABS塑料。

本实施例中，下面齿卡扣盘的制备工艺为注塑成型、浇注成型、3D打印、数控机加工等，面齿轮卡扣盘与磨片的结合可以包括胶粘结、超声波焊接等方式，本实施例优选结构胶粘结。

本实施例中，磨片支持托盘可根据磨片的尺寸调节大小，其软硬度也可根据研磨要求调节。

本实施例中，刀柄为将磨片与托盘组件快速连接到磨机上的过渡连接部件，刀柄选择标准类型，包括但不限于ISO系列、BT系列、NT系列、JT系列、HSK系列等。

实施例1

将5寸百叶盘磨片研磨面的反面用环氧结构胶粘结一个直径为70mm的面齿卡扣盘，从而组成一个易于快换的快切削磨片。面齿卡扣盘由位于中心的螺旋面齿圈和位于周边的直立卡扣圈这两部分组成，采用ABS工程塑料一体注塑成型。

为了抓取和更换该百叶盘磨片，重新设计一个与之匹配的托盘组件，该托盘组件由上面齿盘、可伸缩锁销机构、磨片支撑托盘和中心轴这四部分组成，而可伸缩锁销机构又包括了弹簧机构座、锁销、解锁压缩柱、弹簧等部件(如图4)。该托盘组件的四个锁销由于弹簧的作用可在弹簧机构座内的滑动槽内径向向外滑出，并可插入磨片的直立卡扣圈内，从而将磨片与托盘组件相互贴合锁紧，并实现磨片上的下面齿圈与托盘组件上的上面齿盘相啮合。当径向往内聚拢四个压缩销柱时，对应的四个锁销也随之往内收缩，从而与磨片的直立卡扣圈脱开，磨片可在重力的作用下脱落。

托盘组件的螺旋上面齿盘和可伸缩锁销机构由模具钢材料制成，而5寸的磨片支撑托盘则由ABS塑料制成。

上面齿盘、可伸缩锁销机构和磨片支撑托盘统一紧固连接到中心轴上，中心轴顶部再连接一个BT-30快换刀柄，这样打磨机即可通过刀柄抓取整个托盘组件和啮合锁紧在托盘组件上的百叶盘磨片，实现机器人对焊缝的打磨。

在磨机下方再安装一个气缸夹爪组件，其由一个带中心通孔的径向动作气缸和一个由该气缸活塞驱动的夹爪组成，刀柄连同托盘组件中心轴可穿过该中心通孔与磨机连接。当气缸夹爪提供握紧力后，即可将托盘组件上的解锁压缩柱压缩，从而带动锁销与下面齿卡扣盘解锁脱开，旧磨片掉落；当气缸夹爪泄力后，锁销在弹簧的作用力下重新伸出，锁紧新的磨片实现打磨。

实施例2

将5寸尼龙碟片研磨面的反面用环氧结构胶粘结一个直径为70mm的面齿卡扣盘，从而组成一个易于快换的表面调和磨片。面齿卡扣盘由位于中心的螺旋面齿圈和位于周边的直立卡扣圈这两部分组成，采用尼龙塑料一体注塑成型。

为了抓取和更换该尼龙碟片，重新设计一个与之匹配的托盘组件，该托盘组件由上面齿盘、可伸缩锁销机构、磨片支撑托盘和中心轴这四部分组成，而可伸缩锁销机构又包括了弹簧机构座、锁销、解锁压缩柱、弹簧等部件。该托盘组件的四个锁销由于弹簧的作用可在弹簧机构座内的滑动槽内径向向外滑出，并可插入磨片的直立卡扣圈内，从而将磨片与托盘组件相互贴合锁紧，并实现磨片上的下面齿圈与托盘组件上的上面齿盘相啮合。当径向往内聚拢四个压缩柱时，对应的四个锁销也随之往内收缩，从而与磨片的直立卡扣圈脱开，磨片可在重力的作用下脱落。

托盘组件的螺旋上面齿盘和可伸缩锁销机构由铝合金材料制成，而5寸的磨片支撑托盘则由不同硬度的橡胶制成。

上面齿盘、可伸缩锁销机构和磨片支撑托盘统一紧固连接到中心轴上，中心轴顶部再连接一个HSK-63A快换刀柄，这样打磨机即可通过刀柄抓取整个托盘组件和啮合锁紧在托盘组件上的尼龙碟片，实现机器人对工件表面的调和。

在磨机下方再安装一个气缸夹爪组件，其由一个带中心通孔的径向动作气缸和一个由该气缸活塞驱动的夹爪组成，刀柄连同托盘组件中心轴可穿过该气缸中心通孔与磨机连接。当气缸夹爪提供握紧力后，即可将托盘组件上的压缩销柱压缩，从而带动锁销与下面齿卡扣盘解锁脱开，旧磨片掉落；当气缸夹爪泄力后，锁销在弹簧的作用力下重新伸出，锁紧新的磨片实现打磨调和。

实施例3

选用ABS板作为6寸百叶盘的基底，并在其反面用环氧结构胶粘结一个外径为80mm的面齿卡扣盘，从而组成一个易于快换的打磨片。面齿卡扣盘由位于中心的螺旋面齿圈和位于周边的直立卡扣圈这两部分组成，采用PLA塑料一体注塑成型。

为了抓取和更换该百叶盘磨片，重新设计一个与之匹配的托盘组件，该托盘组件由上面齿盘、可伸缩锁销机构、磨片支撑托盘和中心轴这四部分组成，而可伸缩锁销机构又包括了弹簧机构座、锁销、解锁压缩柱、弹簧等部件。该托盘组件的四个锁销由于弹簧的作用可在弹簧机构座内的滑动槽内径向向外滑出，并可插入磨片的直立卡扣圈内，从而将磨片与托盘组件相互贴合锁紧，并实现磨片上的下面齿圈与托盘组件上的上面齿盘相啮合。当径向往内聚拢四个压缩柱时，对应的四个锁销也随之往内收缩，从而与磨片的直立卡扣圈脱开，磨片可在重力的作用下脱落。

托盘组件的螺旋上面齿盘和可伸缩锁销机构由模具钢材料制成。

上面齿盘、可伸缩锁销机构和磨片支撑托盘统一紧固连接到中心轴上，中心轴顶部再连接一个BT-40快换刀柄，这样打磨机即可通过刀柄抓取整个托盘组件和啮合锁紧在托盘组件上的百叶盘磨片，实现机器人对焊缝的打磨。

在磨机下方再安装一个气缸夹爪组件，其由一个带中心通孔的轴向动作气缸和一个由该气缸活塞驱动的夹爪组成，刀柄连同托盘组件中心轴可穿过该中心通孔与磨机连接。当气缸夹爪提供握紧力后，即可将托盘组件上的压缩销柱压缩，从而带动锁销与下面齿卡扣盘解锁脱开，旧磨片掉落；当气缸夹爪泄力后，锁销在弹簧的作用力下重新伸出，锁紧新的磨片实现打磨。

工作原理如下：

当需要抓取磨片时，气缸夹爪组件驱动其夹爪向内压缩抱紧托盘组件上的压缩柱，从而使得锁销向内收缩，机械手根据磨片定位，将末端磨机及托盘组件进行移动，使托盘组件上的上面齿盘与磨片上的下面齿卡扣盘对准并压实契合，松开气缸夹爪，锁销在弹簧作用下伸出，并与下面齿卡扣盘锁紧，磨机高速转动，通过面齿盘将扭矩传递给磨片，并按照预先设定的机械手轨迹进行打磨。当打磨完成后或磨片使用寿命终止时，气缸夹爪组件又可驱动夹爪抱紧压缩柱，磨片与托盘组件的锁销解锁，磨片在重力作用下自动掉落，从而可以接下去完成下一个循环的磨片更换。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种用于机械手自动化打磨的磨片快换结构，其特征在于：包括磨片、托盘组件、刀柄以及中空气缸夹爪组件；

所述磨片的背面固定有下面齿卡扣盘；托盘组件由上面齿盘、可伸缩锁销机构、磨片支撑托盘和芯轴组成，可伸缩锁销机构将磨片上的下面齿卡扣盘抓紧到上面齿盘上，实现两边面齿轮的啮合；所述刀柄一端通过托盘组件与磨片连接，刀柄另一端装载连接到磨机上；所述中空气缸夹爪组件由中空气缸和由中空气缸活塞驱动的夹爪组成；所述中空气缸带有中心通孔，刀柄通过该中心通孔穿过中空气缸，而中空气缸驱动的夹爪用于压缩托盘组件上的可伸缩锁销机构。

2.根据权利要求1所述的用于机械手自动化打磨的磨片快换结构，其特征在于：所述下面齿卡扣盘由位于周边的直立卡扣以及位于中央的面齿盘组成，下面齿卡扣盘的尺寸与使用的磨片尺寸对应。

3.根据权利要求1所述的用于机械手自动化打磨的磨片快换结构，其特征在于：下面齿卡扣盘的直立卡扣上设置具有弧度的滑入面，当可伸缩锁销机构的锁销插入直立卡扣后便能将径向力转化为轴向上的提拉力，从而实现上下两面面齿盘的啮合。

4.根据权利要求1所述的用于机械手自动化打磨的磨片快换结构，其特征在于：所述可伸缩锁销机构包括弹簧机构座、锁销、解锁压缩柱和弹簧；在弹簧机构座上加工有滑动槽，锁销和弹簧装入滑动槽内，解锁压缩柱与锁销直接通过螺纹垂直连接。

5.根据权利要求3所述的用于机械手自动化打磨的磨片快换结构，其特征在于：所述锁销的一头为滑动端，锁销的滑动端装入弹簧机构座的滑动槽内，锁销的另一头为锁紧端，锁销的锁紧端带有与下面齿卡扣盘的直立卡扣滑入面相契合的锁紧面；所述锁销沿着轴芯的径向圆周呈等分排列。

6.根据权利要求1所述的用于机械手自动化打磨的磨片快换结构，其特征在于：所述上面齿盘、可伸缩锁销机构的弹簧机构座以及磨片支撑托盘均通过固紧螺丝与轴芯共轴装配。

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