对齿轮端面进行倒角打磨机械手及其打磨方法与流程

本发明涉及一种打磨机械手，特别是一种基于力控制仿型齿轮打磨机械手。

背景技术：

齿轮是变速机构的核心部件，是实现换挡导向及传递运动的重要元件，齿轮经打磨后使用可起到减轻冲击振动及提高齿轮使用寿命的作用。随着技术的进步和发展，对变速机构的性能及可靠性要求越来越高，相应的对齿轮加工质量要求越来越严格，已有的齿轮打磨机构大多采用非可控打磨方式，加工精度低、打磨质量不易保证。

技术实现要素：

本发明针对现有技术不足，提供了一种基于力控制仿型齿轮打磨机械手。

本发明采用如下技术方案：

一种对齿轮端面进行倒角打磨机械手，它包括六关节机器人本体、伺服回转工作台，其中六关节机器人本体上设有机械臂，机械臂由主控制器控制行动，伺服回转工作台上设有待打磨齿轮，所述机械臂末端固定安装有基板，基板上安装有定位装置和打磨装置，定位装置安装在基板内侧，打磨装置安装在基板外侧；所述打磨装置包括高速电机和打磨头，高速电机安装于基板上部，打磨头位于与基板下部；所述定位装置包括探头和监测探头与齿轮实时的接触压力值的力传感器，力传感器安装在基板底部，探头固接于力传感器末端，其方向垂直于打磨头回转轴线；力传感器与总控制器数据联通；主控制器通过机械臂调整下一时刻探头的位置；探头以设定的接触压力值紧贴在齿轮表面，探头因齿轮转动对齿轮外形轮廓作仿形描绘；打磨头与探头为一体连动整体；探头的仿形描绘是打磨头的打磨路径。

所述力传感器通过位置调整机构安装在基板底部，位置调整机构是：

一伺服电机通过电机座固接于基板内侧端部；一丝杠与该伺服电机的轴通过联轴器连接；一螺母与丝杠成螺旋副；力传感器的基座与螺母固接。伺服电机通过螺旋副带动力传感器实现前后移动，可调整探头与打磨头轴线间的距离。

探头与齿轮表面的接触压力值设定在不产生划痕的域值范围内。

一种如上述对齿轮端面进行倒角打磨机械手的打磨方法，按下列步骤进行：

1)主控制器控制机械臂行动，将探头以某个设定的压力值紧贴在齿轮表面；同时，高速旋转的打磨头与齿轮端面边缘接触；

2)齿轮在随伺服回转工作台转动，力传感器将探头与齿轮的实时接触压力值反馈给主控制器；

3)主控制器按实时的接触压力值调整探头下一时刻的位置，使探头始终保持紧贴状态在齿轮表面滑动，对齿轮轮廓进行仿形描绘；

4)打磨头通过基板与探头构成一体连动的整体，探头描绘的仿形轮廓转化成打磨头的打磨路径。

本打磨方法中，探头与齿轮表面的接触压力值始终设定在不产生划痕的域值范围内。

本发明的优点：采用机器人力控制方式进行齿轮的仿型打磨路径控制，实现探头与齿轮表面的接触力可控。运行轨迹为六自由度机器人控制，加工精度高，打磨质量好。结构简单，操作方便。

附图说明

图1为本发明整体图；

图2为本发明机械臂末端部分图；

图3为探头图；

图4为打磨头图；

图5为打磨状态图；

图6为齿轮打磨前后对比图。

具体实施方式

本发明设计思想是为机械手的打磨头9提供一个稳定的、可参照的打磨路径，保持打磨头9在齿轮10端面上的位置走向与齿轮边缘重合。

一种对齿轮端面进行倒角打磨机械手，如图1-6所示，包括机械臂1、基板2、伺服电机3、丝杠4、螺母6、力传感器6、探头7、高速电机8、打磨头9、齿轮10、伺服回转工作台11。

本发明提供的路径规划部分是：主控制器(图中不可见)、机械臂1、力传感器6、探头7以及基板2。其中力传感器6通过基板2安装于机械臂1末端，探头7安装于力传感器6末端。主控制器控制机械臂1的行动，力传感器6与主控制器数据联通。力传感器监测探头与齿轮实时的接触压力值；当齿轮10旋转时，力传感器6将接触压力值反馈给主控制器。主控制器通过机械臂调整下一时刻探头的位置。在齿轮旋转过程中，探头始终保护以一定压力紧贴在齿轮边缘，该压力值由主控制器设定，探头因齿轮转动对齿轮外形轮廓作仿形描绘。

上述的基板2用于安装力传感器及探头同时还用于固定打磨装置，打磨装置安装在基板外侧，探头安装在基板内侧，探头方向垂直于打磨头回转轴线。基板2使打磨头9与探头7成为一个一体连动的运行整体。

如图3所示，探头7的结构优选的是顶端带有一个小圆弧面和两个锥面的顶尖结构，其中两锥面之间的夹角小于被测齿轮分度圆压力角。

本发明打磨装置包括高速电机8、打磨头9。高速电机8安装在基板2上部，高速电机8输出轴安装打磨头9，打磨头9位于基板2下部。基板2使打磨头9与探头7成为一个一体连动的运行整体，实现将探头7的轮廓描绘转化为打磨头9的打磨路径的工作。

打磨头9优选形状为圆锥体，其锥度的大小决定了齿轮10的打磨倒角斜度。打磨头9的位置走向依探头7对齿轮10轮廓的描绘走向同步进行。

所述力传感器6的安装结构具体为：基板2下部固定安装一丝杠4，丝杠4外端头设有伺服电机3，力传感器6固定在丝杠4上，丝杠4转动时力传感器6沿丝杠4移动。这样的结构能够适应不同规格大小的齿轮打磨。

工作时，在齿轮10安装在伺服回转工作台11中心位置。机械臂1行动，使探头7的圆弧面紧贴于齿轮10表面，使探头7与齿轮10之间保持一定的压力，启动伺服回转工作台11，齿轮10以一定速度旋转，力传感器6实时采集探头7与齿轮10的接触压力值，并传递给机器人主控制器。主控制器按照设置好的算法控制机器人六个关节运动，使固接于机器臂1末端的探头7与齿轮10表面保持恒定接触压力，并将压力控制在不产生划痕范围内，在齿轮10回转的同时，探头7沿齿轮10横截面外形轮廓运动，同时，打磨头9在探头与齿轮接触力的驱使下，沿着齿轮10端面轮廓进行打磨。

综合上述结构方案的设定过程，总结出一种基于上述对齿轮端面进行倒角打磨机械手的打磨方法，按下列步骤进行：

1)主控制器控制机械臂行动，将探头以某个设定的压力值紧贴在齿轮表面；同时，高速旋转的打磨头与齿轮端面边缘接触；

2)齿轮在随伺服回转工作台转动，力传感器将探头与齿轮的实时接触压力值反馈给主控制器；

3)主控制器按实时的接触压力值调整探头下一时刻的位置，使探头始终保持紧贴状态在齿轮表面滑动，对齿轮轮廓进行仿形描绘；

4)打磨头通过基板与探头构成一体连动的整体，探头描绘的仿形轮廓转化成打磨头的打磨路径。

本方法有益效果：

1、本方法采用机器人力控制方式进行齿轮的仿型打磨加工，实现探头与齿轮表面的接触力可控。

2、运行轨迹为六自由度机器人控制，加工精度高，打磨质量好。

3、结构简单，占地面积小，操作方便。

技术特征：

技术总结
本发明提供一种对齿轮端面进行倒角打磨机械手，机械手末端探头和打磨头设置为一体连动的整体，主控制器使探头以设定接触压力值与齿轮接触，探头配置有实时监测该接触压力值的传感器；主控制器调整下一时刻的接触压力值；探头的位移路线是打磨头的打磨路径，本发明还提供如上述对齿轮端面进行倒角打磨机械手的打磨方法：1探头以设定接触压力值与齿轮边缘接触；2齿轮转动时，力传感器向主控制器反馈探头与齿轮的实时接触压力值；3调整探头下一时刻的位置，使探头保持与齿轮紧贴，对齿轮轮廓仿形描绘；4打磨头与探头一体连动，探头描绘的仿形轮廓转化为打磨头的打磨路径，本发明探头与齿轮表面的接触力可控，加工精度高，打磨质量好。

技术研发人员：王莹;李晨辉;张建宝;黄宝旺;刘志伟
受保护的技术使用者：华北理工大学
技术研发日：2017.12.18
技术公布日：2018.04.06