一种具有变角度打磨能力的砂带磨削机的制作方法

本发明涉及砂带磨削技术领域，尤其涉及一种具有变角度打磨能力的砂带磨削机。

背景技术：

目前打磨和抛光行业正在部署自动化设备来抵消逐渐升高的人力成本。目前机器人化打磨系统使用机器人抓持零件与砂带机配合使用，面对复杂曲面打磨时，机器人需要具有多于六个自由度的冗余结构才能完成打磨和运动规划与避障的任务，冗余工业机器人不仅成本高而且控制复杂，并且成熟的工业机器人市场中可选择的型号较少。其次，现有打磨设备中有些打磨机设备没有顶出打磨机构，有些具有顶出打磨机构，但仅仅是顶出和收回两个位置，并不能根据打磨工件形状主动调节打磨的区域和位置。

在专利cn106514461a中阐述了一种机器人用砂带打磨机，其中包括张紧轮设计和吸尘设计，主动控制的打磨机构。在专利cn203390697u中给出了一种砂带摇摆机构，通过摇摆气缸控制被动辊的转动，利用伸缩气缸控制摇摆装置的升降运动。专利中的伸缩气缸仅仅是顶出摇摆机构，同样不具备主动打磨的功能，也不具备与工件柔性接触的功能，与机器人配合工作时，灵活性较低。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，而提出的一种具有变角度打磨能力的砂带磨削机。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种具有变角度打磨能力的砂带磨削机，包括砂带驱动机构、砂带支撑机构和变角度打磨机构，所述砂带驱动机构由固定在基座板上的电动机驱动主动辊，砂带绕过第一被动辊、第二被动辊、第三被动辊、第四被动辊并与主动辊形成一闭环路径，第一被动辊、第二被动辊、第四被动辊通过轴承铰接在基座板和基座盖板上；所述砂带支撑机构由摆杆、气弹簧、第一铜轴套、球关节轴承和轴套连接件构成，第三被动辊铰接在摆杆的一端，摆杆的另一端通过第一铜轴套与基座板和基座盖板铰接，摆杆的两个铰接点中间与气弹簧通过轴套连接件铰接，气弹簧另一端与基座盖板通过球关节轴承铰接；所述变角度打磨机构包括气缸，气缸固定在固定板上，固定板四个角处镶嵌有第二铜轴套，第二铜轴套放置有导向轴，四个导向轴和气缸的活塞杆与打磨平台底板固连，第一轴套座、第二轴套座和第三轴套座固定在打磨平台底板上，第一直线驱动单元、第二直线驱动单元和第三直线驱动单元通过固连在尾部的第一关节轴、第二关节轴和第三关节轴与第一轴套座、第二轴套座和第三轴套座相铰接，第一直线驱动单元、第二直线驱动单元和第三直线驱动单元的另一端与打磨板通过第一球关节轴承、第二球关节轴承和第三球关节轴承铰接，末端打磨板固定在打磨板的表面。

优选的，第一轴套座、第二轴套座和第三轴套座固定在打磨平台底板上，三个轴套座在打磨平台底板上呈等边三角形布置，每个轴套座的套孔中心轴线与该顶点处的等边三角形的中线垂直。

优选的，末端打磨板可以根据打磨工件形状的变化，进行更换。

优选的，第一轴套座、第二轴套座和第三轴套座与第一关节轴、第二关节轴和第三关节轴为单自由度的轴与轴套配合。

优选的，第一直线驱动单元、第二直线驱动单元和第三直线驱动单元中伺服电机固定在电机外套上，联轴器联接伺服电机和滚珠丝杆，固定在推杆外壳上的丝杆轴承座与滚珠丝杆铰接，推杆外壳内的两侧镶有侧导轨，丝母和与丝母固定的顶杆与侧导轨形成的平行面之间的滑动配合，推杆外壳的端部镶有截面为圆环的第三铜轴套，顶杆的一部分圆弧表面与第三铜轴套配合，顶杆的内部镶有内轴套并与滚珠丝杆相配合，推杆外壳和第三铜轴套的末端由端盖固定。

优选的，顶杆的外轮廓为一对圆弧和一对平面组成两个d字型相对的形状，圆弧段与第三铜轴套形成轴-轴套配合，一对平面与侧导轨之间形成直线滑动配合。

优选的，气缸通过导向轴和自身的活塞杆可以将变角度打磨机构整体顶出和拉回。

本发明提出了一种能够与工业机械手或者工装夹具配合使用的具有变角度打磨能力的砂带磨削机，该砂带磨削机具有一个三自由度的打磨机构，能够在伺服电机的驱动下控制打磨平台的姿态将砂带从不同的方向压在被打磨表面。这种具有主动打磨能力的砂带磨削机与工业机器人配合打磨工件时，能够打磨曲面形状而有不需要冗余自由度机器人（大于六个自由度的工业机器人），降低了整个打磨系统的部署成本，使得打磨作业更加灵活，通过调整打磨平台的姿态和工业机器人的位置和姿态能够极大的扩展打磨作业的范围。

附图说明

图1为本发明一种具有变角度打磨能力的砂带磨削机的整体结构图。

图2为本发明一种具有变角度打磨能力的砂带磨削机的内部结构图。

图3为本发明一种具有变角度打磨能力的砂带磨削机的变角度打磨机构图。

图4为本发明一种具有变角度打磨能力的砂带磨削机直线运动关节结构图。

图5为本发明一种具有变角度打磨能力的砂带磨削机与机械臂配合图。

图中：1-主动辊；2-基座板；3-第一被动辊；4-第二被动辊；5-第三被动辊；6-第四被动辊；7-砂带；8-电动机；9-基座盖板；10-摆杆；11-气弹簧；12-第一铜轴套；13-球关节轴承；14-轴套联接件；15-气缸固定板；16-气缸；17-第二铜轴套；18-导向轴；19-打磨平台底板；20-第一直线驱动单元；21-第二直线驱动单元；22-第三直线驱动单元；23-第一轴套座；24-第一关节轴；25-第一球关节轴承；26-第二轴套座；27-第二关节轴；28-第二球关节轴承；29-第三轴套座；30-第三关节轴；31-第三球关节轴承；32-打磨板；33-末端打磨板；34-电机外套；35-伺服电机；36-推杆外壳；37-联轴器；38-丝杆轴承座；39-滚珠丝杆；40-丝母；41-侧导轨；42-顶杆；43-第三铜轴套；44-内轴套；45-顶杆头；46-端盖；47-打磨工件；48-工业机器人。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施方式1：

本发明所述的一种具有变角度打磨能力的砂带磨削机，砂带驱动机构由固定在基座板2上的电动机8驱动主动辊1运动，主动辊1为铝芯包胶圆柱形状辊，其外表面开有螺旋形斜槽，螺旋斜槽沿圆柱表面周向均布，增加主动辊与砂带之间的摩擦力。砂带7绕过第一被动辊3、第二被动辊4、第三被动辊5、第四被动辊6和主动辊1形成一闭环路径，在主动辊1的带动下进行闭环往复运动。第一被动辊3、第二被动辊4、第四被动辊6通过轴承铰接在基座板2上，可以自由转动。第三被动辊5通过轴承铰接在支撑机构摆杆10的一端，摆杆10的另一端通过第一铜轴套12与基座板2和基座盖板9铰接，并且在摆杆10的两个铰接点中间部位与气弹簧11通过轴套连接件14铰接，气弹簧11另一端与基座盖板9通过球关节轴承13铰接共同形成弹力支撑辊机构，可以在砂带运转时从内向外将砂带胀紧，随着砂带受力的变化，第三被动辊5可以发生一定程度的浮动以补偿砂带7的形状变化。

参照图2和3，在砂带运行的封闭区域内布置有变角度打磨机构，固定板15与基座板2和基座盖板9相互垂直并用螺钉连接。气缸16固定在固定板15上，固定位置为固定板15的几何中心，在固定板15的几何中心向外辐射的四个角处镶嵌有第二铜轴套17，每个铜轴套中放置有导向轴18，四个导向轴18和气缸16的活塞杆与打磨平台底板19固连。在打磨平台底板19上，固定有与第一直线驱动单元20、第二直线驱动单元21和第三直线驱动单元22相铰接的第一轴套座23、第二轴套座26和第三轴套座29，三个轴套座呈等边三角形配置，轴套座套孔的中心轴线与等边三角形的中线垂直。各个直线驱动单元通过第一关节轴24、第二关节轴27和第三关节轴30与第一轴套座23、第二轴套座26和第三轴套座29分别铰接，铰接后具有一个自由度的转动。第一直线驱动单元20、第二直线驱动单元21和第三直线驱动单元22的另一端与打磨板32通过第一球关节轴承25、第二球关节轴承28和第三球关节轴承31铰接，三个铰接点仍然构成等边三角形。打磨板32平面上固定有末端打磨板33，末端打磨板33可以根据打磨工件47的形状不同而进行更换。

参照图4，变角度打磨平台主要有直线驱动单元构成，直线驱动单元由伺服电机35固定在电机外套34上，电机外套有外螺纹杆与第一关节轴24联接。联轴器37联接伺服电机35和滚珠丝杆39，滚珠丝杆39一端通过丝杆轴承座38固定在推杆外壳36上，推杆外壳36内的两侧镶有尼龙材料的侧导轨41，两个相对的侧导轨41形成两个平行的平面，滚珠丝杆39上的丝母40和与丝母40固定的顶杆42与侧导轨41的面配合形成直线滑动配合。顶杆42的外轮廓为一对圆弧和一对平面组成两个d字型相对的形状，推杆外壳36的端部镶有截面为圆环的第三铜轴套43，顶杆42的一部分圆弧表面与第三铜轴套43的内表面配合形成支撑，顶杆42的内部也镶有内轴套44，内轴套44与滚珠丝杆39相配合。顶杆42的端部固定有带外螺纹顶杆头45，第一球关节轴承25、第二球关节轴承28和第三球关节轴承31与顶杆头45通过螺纹连接。推杆外壳36和第三铜轴套43的末端有端盖46固定，防止内部结构掉出。通过控制伺服电机35的旋转角度就可以控制顶杆42的伸出长度，在三个直线驱动单元和打磨板32和打磨板底板19组成的机构中，就可以控制打磨板32绕着自身直角坐标系中的三个自由度的转动，当后部气缸16将打磨机构整体顶出时，打磨板32和末端打磨板33就能够以不同的角度将砂带压在被打磨工件47表面。

图5中所示为一种具有变角度打磨能力的砂带磨削机与六自由度工业机械臂配合的实施例子，工业机器人48夹持打磨工件47靠近砂带机，打磨板32和末端打磨板33在直线驱动单元的驱动下变换角度，并在气缸16的作用下整个机构被顶出压在工件上。

实施方式2

将图4中滚珠丝杆39和丝母40更换成滑动螺杆和滑动丝母，其他零件和连接关系不变，同样能组成变角度打磨能力的砂带磨削机。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。