一种工业机器人研抛加工系统的抑振气囊工具头的制作方法

本发明涉及消能减振的气囊工具头领域，尤其涉及一种工业机器人研抛加工系统的抑振气囊工具头。
背景技术：
：气囊抛光技术(bonnetpolishing,bp)是一种材料去除效率高、稳定性好、精度高的新兴抛光技术，且因其橡胶气囊的柔性，抛光工具可适应各种面形抛光，可应用在不同场合的抛光，同时由于气囊工具头的高转速控制，常被用于光学元件的快速抛光环节。工业机器人因其开发成本低、自动化程度高、可编程性好、适应性强等优势，在制造业的应用普及率不断升高。结合气囊抛光技术与工业工业机器人的光学元件精密抛光技术，既能满足光学元件快速抛光环节的高效率和高精度的要求，又可以降低开发成本，是十分有效的抛光技术。但由于工业机器人加工系统的整体刚度过低，末端连接高速旋转的气囊工具头，在实际加工过程中较易产生振动现象，进而严重影响光学元件的抛光精度。因此，如何抑制工业机器人研抛加工过程产生的振动是当前工业机器人加工系统应用研究需要解决的技术难题。技术实现要素：本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种工业机器人研抛加工系统的抑振气囊工具头，具有消能减振、加速振动衰减的优点。为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种工业机器人研抛加工系统的抑振气囊工具头，包括从上到下同轴心设置的夹持刀柄、弹簧-橡胶弹性元件、连接底座、半柔性气囊头，且夹持刀柄、弹簧-橡胶弹性元件、连接底座的中心轴线上均开设有相互连通的通气孔。所述夹持刀柄的刀柄轴与气囊抛光工业机器人末端电机轴密封连接，夹持刀柄的底部为圆盘结构，该圆盘结构与连接底座固定连接并形成有供弹簧-橡胶弹性元件压紧置入其中的容置腔，所述连接底座与半柔性气囊头通过锁紧螺母连接。所述弹簧-橡胶弹性元件包括波形弹簧组和橡胶环，所述波形弹簧组位于橡胶环的外周，所述橡胶环的内孔为弹簧-橡胶弹性元件的通气孔。所述波形弹簧组由数片波形弹簧组成，其组合形式采用叠合形式、对合形式或复合形式。所述橡胶环的材质为高阻尼粘弹性橡胶，橡胶环的上下两端面采用粘结密封胶与夹持刀柄和连接底座固结并保证气体通入路径的密封性能。所述连接底座设有用于定位弹簧-橡胶弹性元件的定位导向结构，所述定位导向结构包括1个圆形凸台和若干个扇环凸台；所述圆形凸台位于连接底座的中央，用于橡胶环定位；所述扇环凸台位于圆形凸台的外周并与圆形凸台同心分布，扇环凸台用于波形弹簧组导向。所述扇环凸台均布设有3个，所述扇环凸台和夹持刀柄的圆盘结构上设有相对应的螺栓连接孔，所述夹持刀柄和连接底座上的扇环凸台螺接固定。所述夹持刀柄的圆盘结构与连接底座通过铰制螺栓连接。所述铰制螺栓设有三个，且呈圆周等间距阵列设置。所述连接底座的底部开设有密封圈槽，所述密封圈槽中安装有密封圈。所述连接底座的底部向下延伸凸出设有气囊头定位结构，所述半柔性气囊头通过气囊头定位结构定位与连接底座连接。相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：本发明利用高阻尼弹性元件将抛光组件与工业机器人系统隔离开，高阻尼弹性元件增大气囊工具头的阻尼比，提高工业机器人串联系统的消能减振能力，在一定程度上抑制工业机器人研抛加工系统加工过程产生的振动，从而保证工业机器人研抛加工系统的加工精度。附图说明图1为本发明的整体结构示意图；图2为本发明的半剖视示意图；图3为本发明的立体分解示意图；图4为无抑振结构气囊工具头自由振动衰减曲线；图5为抑振气囊工具头自由振动衰减曲线。附图标记：1-夹持刀柄；2-铰制螺栓；3-弹簧-橡胶弹性元件；31-橡胶环；32-金属环形薄片；33-波形弹簧组；4-连接底座；5-锁紧螺母；6-密封圈；7-半柔性气囊头；8-定位导向结构；81-扇环凸台；82-圆形凸台；9-底座通气孔；10-橡胶环的内孔；11-刀柄轴；12-刀柄通气孔；13-密封圈槽；14-气囊头定位结构。具体实施方式为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。如图1～3所示，本实施例包括从上到下且同轴心设置的夹持刀柄1、弹簧-橡胶弹性元件3、连接底座4、半柔性气囊头7；所述夹持刀柄1、弹簧-橡胶弹性元件3、连接底座4的中心轴线上均开设有相互连通的通气孔；气体通入路径为：夹持刀柄1、弹簧-橡胶弹性元件3、连接底座4、半柔性气囊头7；所述夹持刀柄1的刀柄轴11上设有刀柄密封圈槽与刀柄通气孔12，刀柄轴11与气囊抛光工业机器人末端电机轴连接并用密封圈密封，夹持刀柄1的底部为圆盘结构，该圆盘结构与连接底座4固定连接并形成有供弹簧-橡胶弹性元件3压紧置入其中的容置腔，所述连接底座4与半柔性气囊头7通过锁紧螺母5连接。具体地，所述连接底座4的侧边设有外螺纹，底部设有底座通气孔9、密封圈槽13与气囊头定位结构14，所述气囊头定位结构14由连接底座4的底面向下延伸凸出，半柔性气囊头7由气囊头定位结构14定位，密封圈6安装在密封圈槽13中，通过锁紧螺母5将连接底座4、密封圈6与半柔性气囊头7紧密连接。所述弹簧-橡胶弹性元件3包括波形弹簧组33与橡胶环31，所述波形弹簧组33位于橡胶环31的外周，橡胶环的内孔10即为弹簧-橡胶弹性元件3的通气孔。所述波形弹簧组33由数片波形弹簧组成，其组合形式可采用叠合形式、对合形式或复合形式。此处举一具体实例但实际使用不仅限于此：以20片波形弹簧为例，其中每10片波形弹簧叠合形成叠合波簧组，而2组叠合波形弹簧组经由一片金属环形薄片32相互对合形成复合波簧组。复合波簧组为减振结构提供主要的刚度性能及少量摩擦阻尼，缓冲减振并避免气囊工具头加工时形变过大。所述橡胶环31所用材料为高阻尼粘弹性橡胶，为气囊减振结构主要耗能元件，起吸能消振效果。高阻尼粘弹性橡胶环31上下两端面涂抹足量粘结密封胶与夹持刀柄1和连接底座4固结并保证气体通入路径的密封性能。所述连接底座4的上端面设有用于定位弹簧-橡胶弹性元件3的定位导向结构8，其由3个扇环凸台81与1个圆形凸台82组成；所述圆形凸台82位于连接底座4的中央，用于橡胶环31定位；所述扇环凸台81均布位于圆形凸台82的外周并与圆形凸台82同心分布，用于波形弹簧组33导向。所述扇环凸台81和夹持刀柄1的圆盘结构上设有相对应的螺栓连接孔，相对应地，所述铰制螺栓2设有三个，且呈圆周等间距阵列设置；所述夹持刀柄1和连接底座4上的扇环凸台81通过铰制螺栓2连接并进行一定预紧。所述弹簧-橡胶弹性元件3置于定位导向结构8中并由夹持刀柄1与连接底座4经由预紧的铰制螺栓2将其压紧。所述气囊工具头以弹簧-橡胶弹性元件作为工业机器人串联系统中的一环，将抛光组件与工业机器人系统隔离。弹簧-橡胶弹性元件提高气囊工具头的阻尼系数，增大气囊工具头消能减振能力，有效抑制抛光工业机器人振动。本实施例的具体操作方法如下：使用时先将本实施例中的各个零件组装成如图1所示的结构之后，将抑振气囊工具头的刀柄轴与抛光工业机器人末端电机主轴相连。工业机器人末端电机运转带动抑振气囊工具头高速旋转。当工业机器人进行研磨抛光时，工业机器人系统受到内部与外界各种激励力产生振动。抛光时，工业机器人系统与工件系统形成统一的串联系统即：工件-气囊工具头-工业机器人本体，实际上气囊工具头的连接刀柄与抛光组件被高阻尼粘弹性橡胶环与复合波形弹簧组隔离，工业机器人串联系统可以表示为：工件-抛光组件-高阻尼弹性元件-工业机器人。阻尼使得串联系统中的振动迅速衰减，以此实现工业机器人振动抑制效果。下面以一个有限元仿真实例辅助说明气囊工具头的消能减振效果，此次仿真通过对比无抑振结构气囊工具头与抑振气囊工具头自由振动衰减曲线来说明抑振气囊工具头消能减振效果：上述弹簧-橡胶弹性元件为波形弹簧组与橡胶环并联组成。波形弹簧仿真材料为60si2mna，橡胶环仿真材料为高阻尼粘弹性橡胶，半柔性气囊头材料为铝合金，其余零部件材料统一设置为结构钢。波形弹簧组耗能形式主要为摩擦耗能，设置各个波簧之间、波簧与夹持刀柄和连接底座之间的摩擦系数为0.03。高阻尼粘弹性橡胶的阻尼表现形式主要为粘弹性阻尼，仿真中设置其超弹性本构模型为mooney-rivilin模型，粘弹性本构模型为3阶广义麦克斯维模型，仿真参数如表1、表2所示。表1(mooney-rivilin模型)模型参数参数数值c102.45e6c01-9.58e5表2(3阶广义麦克斯韦模型)材料常数参数值松弛时间参数值g10.10293τ10.02905g20.57067τ20.00082g30.05479τ30.78611在瞬态动力学模块中分别对无抑振结构气囊工具头与抑振气囊工具头的半柔性气囊头施加大小为1mm的初始位移载荷，待其形变稳定后释放载荷，从而得到载荷施加点的自由振动曲线。如图4所示为无抑振结构气囊工具头释放初始位移载荷后0.0076s的振动曲线。从图中可以看出，无抑振结构气囊工具头的自由振动近乎为等幅振动，幅值几乎没有衰减。如图5所示为抑振结构气囊工具头释放初始位移载荷后0.035s的振动曲线。与无抑振结构气囊工具头相比，抑振结构气囊工具头每个周期的自由振动都有较为明显的振幅衰减。通过图4、图5自由振动曲线对比可以判断：抑振气囊工具头的消能减振能力优于无抑振结构气囊工具头。本发明利用高阻尼弹性元件将抛光组件与工业机器人系统隔离开来以降低工业机器人系统的振动对抛光组件的影响。高阻尼弹性元件主要包含波形弹簧组与高阻尼橡胶环，波形弹簧组主要提供刚度性能并提供少量摩擦阻尼，高阻尼橡胶环主要提供粘弹性阻尼。阻尼意味着耗能，本发明通过牺牲气囊工具头一部分刚度性能换取更高的消能减振能力。当前第1页12