一种径向恒力浮动装置的制作方法

本发明涉及工业自动化设备技术领域，尤其涉及一种径向恒力浮动装置。

背景技术：

在工业生产过程中，打磨是很常见的工序。铸件（如铸铁、铸铝、铸钢）的飞边和浇口以及焊接件中间的焊缝常需要打磨。目前多数是靠人力打磨，费时费力，且现场工作环境差（如粉尘很大），安全事故时有发生，使得打磨工作人员的工作环境相当恶劣。如今，使用机器人或其它自动化设备进行打磨逐渐成为趋势。

传统方式往往在打磨过程中在轴向施力以实现打磨。但由于待打磨器件的表面形状、位置以及打磨方式等不同，因此对打磨工具的径向力的把控也很重要。现有的机器轴承基本都是刚性轴承，少部分能实现恒力收缩的也是在轴向的恒力浮动，而对于径向力，往往只是一些径向的柔性调整，还无法实现径向的恒力浮动，使得一些需要径向恒力浮动的工艺操作难以完成或者完成的效率、完成后工件的精度等都难以达到要求。

技术实现要素：

针对以上不足，本发明的目的是提供一种径向恒力浮动装置，该径向恒力浮动装置辅助打磨工具等实现径向的恒力浮动以实现恒力打磨。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种径向恒力浮动装置，包括有气缸筒、活塞、万向轴承、支承筒、承力爪、支撑座和加力爪，所述气缸筒套设于所述活塞外部并与所述活塞形成一个气腔，所述气缸筒上开设有一进气口，所述进气口与所述气腔相连通，所述支撑座固定连接于所述气缸筒的底端；所述万向轴承设置在所述支撑座上，所述万向轴承内配套装有与所述万向轴承相匹配的所述支承筒；所述承力爪与所述支承筒固定连接，所述加力爪与所述活塞固定连接，所述承力爪与所述加力爪相接触。

进一步地，所述气缸筒和活塞之间设置有线性轴承。

进一步地，所述气缸筒的一端内侧套设有套筒，所述套筒位于所述气缸筒与所述活塞之间，所述套筒、气缸筒和活塞之间形成所述气腔，所述气缸筒和活塞之间和/或所述套筒和活塞之间设置有线性轴承。

进一步地，所述支承筒一端固定设置有延长筒。

进一步地，所述支承筒一端固定设置有用于测量所述支承筒所受径向力的力传感器。

进一步地，所述延长筒和支承筒为空心筒状结构。

进一步地，所述延长筒和支承筒所成的结构的重心与所述万向轴承的转动中心相重叠。

进一步地，所述延长筒和/或支承筒上设置有配重块用以实现所述延长筒、支承筒和配重块以及固定在所述延长筒和支承筒上的外部器件所成的结构的重心与所述万向轴承的转动中心相重叠。

进一步地，所述万向轴承内设置有限位块，所述限位块使得所述万向轴承只能进行径向的摆动。

进一步地，所述径向恒力浮动装置还包括用于测量所述活塞位移量的位移传感器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出一种径向恒力浮动装置，工作时，安装于支承筒上的打磨器件（如打磨头）等可实现对待加工器件施以一个沿支承筒径向的恒力，使打磨压力始终恒定，以实现一种柔性的打磨加工，其能够很人性化地吸收机械加工的路径与被加工毛坯材料的曲线偏差，使得安装在本发明的打磨器件等可以非常灵活的沿着被加工毛坯表面运转以实现打磨等工艺；同时，还可以结合到自动化设备上，由于本发明的径向恒力浮动装置，具有一定的柔软度，当打磨力太大时，打磨器件等会摆动，还能够解决自动化设备的实时性不够（即动作反应不够快）问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，以下将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为实施例1的结构示意图（剖视图）；

图2为配重块的装配示意图；

图3为实施例2的结构示意图（剖视图）。

其中，图中所示标记为：1：气缸筒；2：活塞；3：万向轴承；4：支承筒；5：承力爪；6：支撑座；7：加力爪；8：气腔；9：进气口；10：套筒；11：线性轴承；12：延长筒；13：配重块；14：限位块；15：位移传感器；16：打磨头；17：力传感器。

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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

请参照图1和图2，本发明优选的实施例中提出的一种径向恒力浮动装置，包括有气缸筒1、活塞2、万向轴承3、支承筒4、承力爪5、支撑座6和加力爪7；

气缸筒1套设于活塞2外部并与活塞2形成一个气腔8，气缸筒1上开设有一进气口9，进气口9与气腔8相连通，支撑座6固定连接于气缸筒1的底端；万向轴承3设置在支撑座6的中心，万向轴承3内配套装有与万向轴承3相匹配的支承筒4；承力爪5与支承筒4固定连接，加力爪7与活塞2固定连接，承力爪5与加力爪7相接触。

工作时，打磨头16等安装于支承筒4上，打磨头16等所受径向力（设为f1）使得支承筒4绕万向轴承3的转动中心摆动偏向一侧。f1所产生的摆动力矩m1=f1×l1（l1为力臂）。气腔8内有气体，活塞2承受气体压力（设为f2），f2传递给加力爪7并作用于承力爪5，阻止支承筒4绕万向轴承3的转动中心摆动。f2产生的阻力矩m2=f2×l2（l2为力臂）。当m1=m2时，浮动装置受力平衡，万向轴承3不摆动，此时f1=f2×l2/l1。浮动装置摆动的过程中，若摆动幅度不大，l1、l2变化也不大，在工程上可认为是恒力浮动。同时，通过调节气腔8内的气压大小也能调节装置径向恒力的大小。

本发明提出的径向恒力浮动装置，能使打磨压力始终恒定，以实现恒力浮动打磨加工。能够很人性化地吸收机械加工的路径与被加工毛坯材料的曲线偏差，使得安装在本发明的打磨器件等可以非常灵活的沿着被加工毛坯表面运转以实现打磨等工艺；同时，本发明提出的径向恒力浮动装置，气腔8内的气压不变时，径向力始终恒定，不用做额外的控制，能够解决自动化设备（如机器人）的实时性不够，动作反应不够快的问题。

进一步地，请参照图1，气缸筒1和活塞2之间设置有线性轴承11。当支承筒4承受径向力时，万向轴承3摆动，在承力爪5、加力爪7作用下，活塞2会对气缸筒1和套筒10施以一定的侧向力，该侧向力与活塞2和气缸筒1的互相运动轨迹并不平行，因此会使得活塞2与气缸筒1之间容易造成磨损，不利于装置的使用。线性轴承11可以用来承受侧向力，降低活塞2与气缸筒1之间的磨损，利于活塞2和气缸筒1的互相运动。

在优选的实施例中，请参照图1，支承筒4一端固定设置有延长筒12，延长筒12有助于安装、固定外部器件。延长筒12和支承筒4为空心筒状结构。在具体实施时，延长筒12或支承筒4上根据使用需求可能会安装、固定有外部器件，如动力源、打磨头16等。延长筒12和支承筒4为空心筒状结构可将这些外部器件分别安置于两头，如将动力源安装于延长筒12一端，打磨头16安装于支承筒4一端，此时动力源的输出轴可通过延长筒12和支承筒4中空的内部延伸至支承筒4一端，给支承筒4上的打磨头16提供动力。当然，外部器件也可以集中安装固定于支承筒4一头。

支承筒4一端固定设置有用于测量支承筒4所受径向力的力传感器17。力传感器17用于测量实际的径向打磨力，可作为监控用，也可将测量的数据实时反馈至外部的控制系统并通过外部系统调节气腔8中的气压。

延长筒12和支承筒4具有一定的重力，本发明在具体使用时会以不同的角度使用，因此延长筒12和支承筒4具有的重力可能会对支承筒4及其上器件所受的径向作用力有一定影响，即这些重力可能会加重或者抵消一定的径向力，使得对待打磨器件的径向力大小并不一定为理想的、预设的大小。本发明中，延长筒12和支承筒4所成的结构的重心与万向轴承3的转动中心相重叠，因为延长筒12和支承筒4是绕万向轴承3的转动中心摆动的，因此通过这种设计，能使得延长筒12和支承筒4的重力互相抵消、互相弥补，从而消除重力对径向力的影响，使得对待打磨器件的径向力大小与预设的大小一致。更进一步的，请参照图2，延长筒12上设置有配重块13用以实现延长筒12、支承筒4、配重块13、力传感器17和打磨头16以及固定在延长筒12和支承筒4上的外部器件所成的结构的重心与万向轴承3的转动中心相重叠。在具体实施时，延长筒12或支承筒4上根据使用需求可能会安装、固定有外部器件，如动力源、打磨头16等，外部器件自带的重力可能也会影响延长筒12、支承筒4以及固定在延长筒12和支承筒4上的本发明的器件以及外部器件所成的结构的重心，因此通过添加配重块13，来调整延长筒12、支承筒4、配重块13、力传感器17和打磨头16以及固定在延长筒12和支承筒4上的外部器件等所成的结构的重心位置，使重心与万向轴承3的转动中心相重叠。值得注意的是，本优选的实施例所示的配重块13的位置关系以及样式，只是一种优选的示例，具体实施时，可根据具体的使用情况来具体设置。

本发明主要应用于打磨，如果万向轴承3能够转动，则会影响打磨效果。请参照图1，万向轴承3内设置有限位块14，限位块14使得万向轴承3只能进行径向的摆动，而不会转动以影响打磨。

进一步的，如图1所示，径向恒力浮动装置还包括用于测量活塞2位移量的位移传感器15。具体为，位移传感器15一端与气缸筒1固定连接，另一端与活塞2或者活塞2上固定连接的平板、法兰等固定连接或者活动连接。假设向气腔8充入的气体流量一定，则活塞2所受力一定，因此当知道活塞2的位置（位移量），即可知道径向力的大小。

实施例2

请参照图3，与实施例1不同的是，在优选的实施例中，气缸筒1的一端内侧套设有套筒10，套筒10位于气缸筒1与活塞2之间，套筒10、气缸筒1和活塞2之间形成气腔8。套筒10的设置既可以有利于气缸筒1的加工成型，降低气缸筒1的制备难度，还有利于气缸筒1和活塞2的调整，如气缸筒1和活塞2致密性的调整、气缸筒1和活塞2相互作用力的调整以及气缸筒1和活塞2相互运动关系的调整以及气缸筒1的结构、加工性的调整等。

进一步地，套筒10和活塞2之间设置有线性轴承11。当支承筒4承受径向力时，万向轴承3摆动，在承力爪5、加力爪7作用下，活塞2会对气缸筒1和套筒10施以一定的侧向力，该侧向力与活塞2和套筒10的互相运动轨迹并不平行，因此会使得活塞2与套筒10之间容易造成磨损，不利于装置的使用。线性轴承11可以用来承受侧向力，降低活塞2与套筒10之间的磨损，利于活塞2与套筒10的互相运动。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。