难磨狭小空间零件的高频振动机器人打磨装置及刀具自补偿方法

本发明属于机器人打磨抛光的技术领域，具体公开了一种难磨狭小空间零件的高频振动机器人打磨装置及刀具自补偿方法。

背景技术：

打磨抛光通常作为产品的精加工工序，对产品的质量、外观、成本控制等方面有着重要作用。而手工打磨抛光存在着对操作者技能要求高、打磨工作环境恶劣，产品一致性差等不足，加之劳动成本逐年提升，招工难、效率低的难题不断涌现。特别对于难加工材料、兼具狭小空间表面（如异形凹槽、小棱边、台阶槽等工艺结构预留空间），受限于复杂异形边界的限制，需要大量的人工修磨，并且打磨工具存在着高损耗的情况，一把工具甚至不能完成一件零件的打磨，造成频繁更换打磨头、打磨效果不佳、自动化程度及加工效率低等一系列难题。因此，研制难加工材料狭小空间零件的机器人自动化打磨装置，同时兼顾工具磨损自动补偿系统，能够广泛应用于军工、航空、航天等多个领域，对工业生产具有重要的应用价值和显著的经济、社会效益。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种难磨狭小空间零件的高频振动机器人打磨装置及刀具自补偿方法，该装置不仅可以快速、准确的打磨狭小区域，而且随着打磨刀具的高损耗实时自动补偿，解决目前打磨装置中，靠经验人工来进行打磨，频繁更换打磨头，导致打磨效率、产品质量不理想的状况。

为实现上述目的，本发明提供一种难磨狭小空间零件的刀具自补偿高频振动机器人打磨装置，包括装置底板、横向往复机构、打磨底板、刀具自动补偿机构和刀具夹持机构；打磨底板通过横向往复机构与装置底板的正面连接，横向往复机构用于驱动打磨底板在装置底板的正面作横向往复运动；刀具自动补偿机构包括固定在打磨底板上的压力控制气缸和纵向固定件，以及与纵向固定件滑动配合的纵向滑动件；刀具夹持机构包括后夹持板、前夹持板、调整板和夹紧气缸；后夹持板固定在纵向滑动件上，位于压力控制气缸的下方与压力控制气缸的活塞端连接；前夹持板和后夹持板平行设置，通过垂直于夹持板的连接轴连接，前加持板与连接轴滑动配合，前夹持板和后夹持板的内壁设置有用于夹持刀具的刀具槽；调整板包括与夹持板平行的气缸安装板以及垂直于夹持板的连接板，两侧的连接板与后夹持板连接；夹紧气缸安装在气缸安装板，活塞端与前夹持板连接，驱动前夹持板沿着连接轴移动。

进一步地，上述装置还包括刀具限位检测机构；刀具限位检测机构包括限位检测气缸、悬臂、接近传感器和气管；限位检测气缸为旋转气缸，安装在打磨底板上；悬臂位于夹持板的下方，第一端与限位检测气缸的活塞端连接，第二端设置有用于检测刀具是否在工作位的接近传感器以及用于向刀具喷射竖直向上气体的气管。

进一步地，打磨底板上通过悬吊绳悬挂有辅助棒，辅助棒穿过刀具槽对刀具施加竖直向下的力。

进一步地，打磨底板的侧面沿着纵向设置有限位凹槽；后夹持板的侧面垂直设置有限位块，限位块的部分位于限位凹槽内。

进一步地，限位块位于限位凹槽内的部分穿设有限位螺栓i，限位螺栓i的底端穿过限位块与限位凹槽的底部相对设置。

进一步地，调整板两侧的连接板上设置有长孔，长孔垂直于后夹持板，限位螺栓ii穿过长孔与后夹持板连接。

进一步地，横向往复机构包括电机、联轴器、偏心轮、连杆、横向导轨以及与横向导轨滑动配合的横向滑块；电机位于装置底板的背面，输出轴通过联轴器与设置在装置底板的正面的偏心轮连接；连杆的两端分别与偏心轮和打磨底板铰接；横向滑块固定在打磨底板上。

进一步地，电机通过连接架与装置底板连接，限位检测气缸通过l形支撑板与装置底板连接。

进一步地，纵向固定件为两侧设置有导轨槽的纵向导轨，纵向滑动件为纵向滑块。

本发明还提供一种难磨狭小空间零件的刀具自补偿方法，包括下述步骤：

s1，将刀具放置在上述难磨狭小空间零件的刀具自补偿高频振动机器人打磨装置的刀具槽内；

s2，进行刀具离线自动补偿：利用限位检测气缸将悬臂旋转至刀具下方，通过接近传感器检测刀具是否在工作位，若刀具位置满足工作条件，限位检测气缸向下伸出并将悬臂回转到刀具后方，开始进行打磨工作；若刀具位置不满足工作条件，则压力控制气缸带动刀具夹持机构向上提起，接着夹紧气缸松开，利用刀具自重，加之刀具上方辅助棒的重力使得刀具向下跌落，刀具的跌落位置以悬臂上端面为准，当刀具紧贴悬臂上端面后，利用夹紧气缸夹紧刀具，限位检测气缸向下伸出并将悬臂回转到刀具后方，开始打磨工作；若刀具补给过程中卡顿，利用气管喷出竖直向上的气体，给予刀具竖直向上的气动力，调整刀具位置，以使刀具向下顺利补给；

s3，打磨工作中进行刀具实时自动补偿：在刀具不断磨损的同时，压力控制气缸推动刀具夹持机构同时向下补偿，抵消刀具的磨损量，使得刀具与零件始终接触。

本发明具有以下有益效果：

1、在打磨装置上集成刀具自动补偿机构和刀具限位检测机构，结构紧凑，解决难磨材料狭小空间零件打磨时，打磨刀具磨损过快，狭小空间难以实现机器人打磨的难题；

2、利用压力控制气缸使刀具夹持机构向下浮动补给，保证刀具始终在工作状态，使零件待打磨的面与刀具打磨端面紧贴，贴紧压力由压力控制气缸控制，采用气动比例阀实现压力控制气缸的在线控制及压力稳定；

3、通过控制气缸对刀具的夹紧和松开进行调整，使得装置结构简单、轻量化；

4、为防止打磨刀具不到位，利用刀具限位检测机构对刀具进行检测，并配合刀具自动补偿机构实现刀具自动补偿，确保工作开始前刀具可靠到位，检测完成后，限位检测气缸将悬臂回转到刀具后方，不干涉打磨工作；

5、为防止刀具跌落过程卡顿，利用气动系统给予刀具竖直向上的气动力，保障刀具顺利向下补给，防止卡顿；

6、在刀具自动补偿过程中，除利用刀具自重，刀具上方还装有辅助棒确保刀具进行自动补偿更为顺畅，且辅助棒由悬吊绳悬挂，防止跌落；

7、利用偏心轮的高速旋转实现刀具夹持机构在小范围内的高频振动，对狭小空间零件进行打磨；

8、该装置结构新奇，是长期理论研究，并结合针对打磨装置长期实践的基础上，突破性地发明，有效的提高了难加工材料的打磨效率和打磨质量，对于打磨装置技术领域的进一步发展产生深远影响。

附图说明

图1为难磨狭小空间零件的刀具自补偿高频振动机器人打磨装置的主视图；

图2为图1的右视图；

图3为打磨底板、后夹持板和限位块的安装示意图；

图4为连接轴的安装示意图。

图中：1-电机；2-联轴器；3-连接架；4-装置底板；5-横向滑块i；6-压力控制气缸；7-纵向导轨；8-辅助棒；9-纵向滑块i；10-前夹持板；11-限位螺栓ii；12-限位块；13-夹紧气缸；14-纵向滑块ii；15-后夹持板；16-气管；17-接近传感器；18-横向滑块ii；19-悬臂；20-l形支撑板；21-限位检测气缸；22-打磨底板；23-连杆；24-偏心轮；25-横向导轨ii；26-调整板；27-连接轴；28-限位螺栓i；29-内六角圆柱头螺栓；30-横向导轨i；31-刀具槽；32-限位凹槽。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。

实施例1

本实施例提供一种难磨狭小空间零件的刀具自补偿高频振动机器人打磨装置，包括装置底板4、横向往复机构、打磨底板22、刀具自动补偿机构和刀具夹持机构；打磨底板22通过横向往复机构与装置底板4的正面连接，横向往复机构用于驱动打磨底板22在装置底板4的正面作横向往复运动；刀具自动补偿机构包括固定在打磨底板22上的压力控制气缸6和纵向固定件，以及与纵向固定件滑动配合的纵向滑动件；刀具夹持机构包括后夹持板15、前夹持板10、调整板26和夹紧气缸13；后夹持板15固定在纵向滑动件上，位于压力控制气缸6的下方与压力控制气缸6的活塞端连接；前夹持板10和后夹持板15平行设置，通过垂直于夹持板的连接轴27连接，前加持板10与连接轴27滑动配合，连接轴27设置有光滑段的螺栓，前夹持板10和后夹持板15的内壁设置有用于夹持刀具的刀具槽31；调整板26包括与夹持板平行的气缸安装板以及垂直于夹持板的连接板，两侧的连接板与后夹持板15连接；夹紧气缸13安装在气缸安装板上，活塞端与前夹持板10连接，驱动前夹持板10沿着连接轴27移动。

本实施例中采用油石作为刀具，提高耐磨性，刀具槽31为半圆槽。利用压力控制气缸6控制补给距离，补给距离由试验测试磨损量后再作适当扩大，保证油石始终在工作状态，能与零件接触。。

进一步地，上述装置还包括刀具限位检测机构；刀具限位检测机构包括限位检测气缸21、悬臂19、接近传感器17和气管16；限位检测气缸21为旋转气缸，安装在打磨底板22上；悬臂19位于夹持板的下方，第一端与限位检测气缸21的活塞端连接，第二端设置有用于检测刀具是否在工作位的接近传感器17以及用于向刀具喷射竖直向上气体的气管16。

进一步地，打磨底板22上通过悬吊绳悬挂有辅助棒8，辅助棒8穿过刀具槽31对刀具施加竖直向下的力。辅助棒8为铁芯棒，通过铁丝悬挂在夹持板的上方。

进一步地，打磨底板22的侧面沿着纵向设置有限位凹槽32；后夹持板15的侧面垂直设置有限位块12，限位块12的部分位于限位凹槽32内，实现对刀具夹持机构的限位，避免无限制的补偿，造成刀具夹持机构撞击零件的危险。

进一步地，限位块12位于限位凹槽32内的部分穿设有限位螺栓i28，限位螺栓i28的底端穿过限位块12与限位凹槽32的底部相对设置。通过调整限位螺栓i28与限位凹槽32的底面间距，控制补给距离。

进一步地，调整板26两侧的连接板上设置有长孔，长孔垂直于后夹持板15，限位螺栓ii11穿过长孔与后夹持板15连接。通过长孔实现调整板26相对于后夹持板15的前后小范围移动，调整对刀具的夹紧力。

进一步地，横向往复机构包括电机1、联轴器2、偏心轮24、连杆23、横向导轨以及与横向导轨滑动配合的横向滑块；电机1位于装置底板4的背面，输出轴通过联轴器2与设置在装置底板4的正面的偏心轮24连接；连杆23的两端分别与偏心轮24和打磨底板22铰接；横向滑块固定在打磨底板22上。利用偏心轮24的高速旋转实现刀具夹持机构在小范围内的高频振动，对零件进行打磨。进一步地，电机1通过连接架3与装置底板4连接，限位检测气缸21通过l形支撑板20与装置底板4连接。

进一步地，纵向固定件为两侧设置有导轨槽的纵向导轨7，纵向滑动件为纵向滑块。

该装置的具体连接方式为：

电机1与连接架3之间以及连接架3与装置底板4之间均通过内六角圆柱头螺栓连接；横向导轨包括设置在连杆23两侧的横向导轨i30和横向导轨ii25，均通过内六角圆柱头螺栓固定在装置底板4上；横向滑块包括横向滑块i5和横向滑块ii18，均通过内六角圆柱头螺栓固定在打磨底板22的背面；纵向导轨7通过内六角圆柱头螺栓固定在打磨底板22的正面，每侧滑槽配有纵向滑块i9和纵向滑块ii14，纵向滑块i9和纵向滑块ii14通过内六角圆柱头螺栓固定29在后夹持板15的背面；压力控制气缸6通过内六角圆柱头螺栓固定在打磨底板22上；限位块12通过内六角圆柱头螺栓固定在后夹持板15上；l形支撑板20通过内六角圆柱头螺栓固定在装置底板4上；限位检测气缸21通过内六角圆柱头螺栓固定在l形支撑板20上。

实施例2

本实施例提供一种难磨狭小空间零件的刀具自补偿方法，包括下述步骤：

s1，将刀具放置在上述难磨狭小空间零件的刀具自补偿高频振动机器人打磨装置的刀具槽31内；

s2，进行刀具离线自动补偿：

利用限位检测气缸21将悬臂19旋转至刀具下方，通过接近传感器17检测刀具是否在工作位，若刀具位置满足工作条件，限位检测气缸21向下伸出并将悬臂19回转到刀具后方，开始进行打磨工作；若刀具位置不满足工作条件，则压力控制气缸6带动刀具夹持机构向上提起，接着夹紧气缸13松开，利用刀具自重，加之刀具上方辅助棒的8重力使得刀具向下跌落，刀具的跌落位置以悬臂19上端面为准，当刀具紧贴悬臂19上端面后，利用夹紧气缸13夹紧刀具，限位检测气缸21向下伸出并将悬臂19回转到刀具后方，开始打磨工作；若刀具补给过程中卡顿，利用气管16喷出竖直向上的气体，给予刀具竖直向上的气动力，调整刀具位置，以使刀具向下顺利补给；

s3，打磨工作中进行刀具实时自动补偿：在刀具不断磨损的同时，压力控制气缸6推动刀具夹持机构同时向下补偿，抵消刀具的磨损量，使得刀具与零件始终接触。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。