一种非结构自由曲面打磨装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种非结构自由曲面打磨装置，通过设置压缩浮动机构、六维力传感器、主动控制机构和六自由度机械手，能够通过六维力传感器实时测量打磨头多个维度的受力情况；控制器能够根据打磨过程中受力情况的变化采用不同的主被动柔顺控制方式，提高对打磨过程中对打磨力变化的响应速度，能够保证打磨过程中打磨头与被磨削表面的接触力始终保持在一定的合理范围内，同时使得打磨力的方向始终在被磨削曲面的垂直方向上；通过控制六自由度机械手的运行轨迹，调节打磨头的打磨轨迹，对待加工零件的非结构自由曲面进行打磨，并进行打磨力控制，有效提高打磨效率和表面光洁度，有利于降低劳动强度，同时提高零件打磨质量。

A kind of grinding device for unstructured freeform surface

【技术实现步骤摘要】
一种非结构自由曲面打磨装置
本专利技术涉及曲面打磨
，特别是指一种非结构自由曲面打磨装置。
技术介绍
随着机器人技术的发展，机器人应用领域在不断扩大，目前已经广泛应用于自动化生产、制造过程。采用具有灵活姿态调整能力的机器人进行打磨是提高非结构复杂自由曲面打磨质量和自动化程度的一种重要方式。文献“仿腕关节柔顺并联打磨机器人设计与试验”(朱伟等，农业机械学报，2016，47(02)：402-407+348)针对曲率变化平缓的大型面，采用盘状砂轮打磨工具，设计了并联打磨机器人；文献“基于复杂曲面加工的机器人砂带磨削装置的设计及其试验分析”(崔一辉等，中国机械工程，2009，20(10)：1144-1147+1154)采用砂带磨削工具设计了一种机器人磨削系统；专利“一种自由曲面机器人打磨系统”(专利号CN10388666A)和专利“大型曲面机器人打磨系统”(专利号CN108331695A)采用凹砂轮、蝶形砂轮、千叶砂轮或树脂砂轮，针对自由曲面设计了机器人打磨系统。但以上的文献中，所设计的机器人打磨装置均是针对曲率较小且变化平滑的自由曲面，无法用于曲率较大、且变化较为剧烈、狭小结构的非结构复杂曲面的打磨(比如，零件或磨具上的凹坑结构)；对打磨力的变化响应迟钝，当打磨装置结构刚度因素引起末端打磨工具轨迹偏离指令运行轨迹时，会引起打磨质量问题。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提出一种非结构自由曲面打磨装置，用于解决上述提出的全部或其中一个技术问题。基于上述目的本专利技术提供的一种非结构自由曲面打磨装置，包括：操作台，用于固定具有非结构自由曲面特征的待打磨工件；六自由度机械手，安装在操作台一侧；打磨装置，固定在六自由度机械手的端部；压缩浮动机构，连接在打磨装置端部，压缩浮动机构另一端夹持有打磨头，压缩浮动机构用于对打磨头的打磨力进行被动调节；主动控制机构，安装在打磨装置上，与打磨头连接，并可带动打磨头移动；六维力传感器，安装在打磨装置内，用于对打磨头六个维度的打磨力情况进行检测，六个维度的其中一个维度方向与打磨头中心线重合；控制器，用于读取六维力传感器检测的六个维度打磨力测量结果，当打磨头只受法向力或法向力大于作用于其它方向的力5倍以上，且法向力超过第一设定阈值时，则控制主动控制机构，带动打磨头沿待打磨工件非结构自由曲面的法向方向移动，控制器还用于当打磨头至少一个方向的力超过第二设定阈值时，控制六自由度机械手对打磨头的运行轨迹进行微调。优选地，打磨装置包括打磨主轴电机和传动机构，传动机构包括联轴器，联轴器一端连接打磨主轴电机，另一端连接有花键轴，花键轴连接有锥套，锥套与打磨头连接。优选地，打磨装置与打磨头之间还安装有快换机构，快换机构包括旋套和整体式刀具刀柄，旋套旋接在打磨装置端部，旋套内安装有可拉出的拉爪，整体式刀具刀柄端部连接有拉钉，拉钉可卡入拉爪中，打磨头嵌入安装在整体式刀具刀柄内，旋套端部安装有小圆螺母，可将拉钉紧固在旋套内。优选地，压缩浮动机构包括弹性元件和导杆，弹性元件套装在导杆上，导杆连接有浮动底座，浮动底座通过安装孔安装在导杆上，通过预紧螺母实现弹簧初步预紧，打磨头连接在浮动底座上。优选地，弹性元件为三根弹簧，导杆设置为三根，三根弹簧分别套装在三个导杆上。优选地，三根弹簧呈等边三角形布置。优选地，主动控制机构为伺服电机，伺服电机的输出轴与打磨头连接。优选地，打磨头为指状打磨头。优选地，还包括工作站，工作站用于设置六自由度机械手的运行路径，并通过通信总线传送给六自由度机械手。从上面所述可以看出，本专利技术提供的非结构自由曲面打磨装置，通过设置压缩浮动机构、六维力传感器、主动控制机构和六自由度机械手，能够通过六维力传感器实时测量打磨头多个维度的受力情况；控制器能够根据打磨过程中受力情况的变化采用不同的主被动柔顺控制方式，提高对打磨过程中对打磨力变化的响应速度，能够保证打磨过程中打磨头与被磨削表面的接触力始终保持在一定的合理范围内，同时使得打磨力的方向始终在被磨削曲面的垂直方向上；通过控制六自由度机械手的运行轨迹，调节打磨头的打磨轨迹，对待加工零件的非结构自由曲面进行打磨，并进行打磨力控制，有效提高打磨效率和表面光洁度，有利于降低劳动强度，同时提高零件打磨质量。附图说明图1为本专利技术实施例的装置整体结构示意图；图2为本专利技术实施例的打磨装置三维结构示意图；图3为本专利技术实施例的打磨装置省去压缩浮动机构和主动控制机构的结构示意图；图4为本专利技术实施例的压缩浮动机构结构示意图；图5为本专利技术实施例的六维力传感器结构示意图；图6为本专利技术实施例的主动控制机构结构示意图；图7为本专利技术实施例的快换机构结构示意图；图8为本专利技术实施例的打磨装置控制流程示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，本专利技术实施例中所有使用“第一”和“第二”的表述均是为了区分两个相同名称非相同的实体或者非相同的参量，可见“第一”“第二”仅为了表述的方便，不应理解为对本专利技术实施例的限定，后续实施例对此不再一一说明。一种非结构自由曲面打磨装置，包括用于固定具有非结构自由曲面特征的待打磨工件1的操作台5，操作台5的一侧安装有六自由度机械手3，六自由度机械手3的端部固定有打磨装置4，打磨装置4端部连接有压缩浮动机构7，压缩浮动机构7另一端夹持有打磨头，压缩浮动机构7用于对打磨头的打磨力进行被动调节，打磨装置4上还安装有主动控制机构8，主动控制机构8与打磨头连接，可带动打磨头移动，打磨装置4内安装有六维力传感器6，六维力传感器6用于对打磨头六个维度的打磨力情况进行检测，六个维度的其中一个维度方向与打磨头的中心线重合，本装置中还包括控制器2，控制器2用于读取六维力传感器6测得的六个维度打磨力，当打磨头只受法向力或法向力大于作用于其他方向的力5倍以上，且法向力超过第一设定阈值时，则控制主动控制机构8，带动打磨头沿待打磨工件1非结构自由曲面的法向方向移动，控制器2还用于当打磨头的至少一个方向的力超过第二设定阈值时，控制六自由度机械手3对打磨头的运行轨迹进行微调。本专利技术通过设置压缩浮动机构7、六维力传感器6、主动控制机构8和六自由度机械手3，能够通过六维力传感器6实时测量打磨头多个维度的受力情况；控制器2能够根据打磨过程中受力情况的变化采用不同的主被动柔顺控制方式，提高对打磨过程中对打磨力变化的响应速度，能够保证打磨过程中打磨头与被磨削表面的接触力始终保持在一定的合理范围内，同时使得打磨力的方向始终在被磨削曲面的垂直方向上；通过控制六自由度机械手3的运行轨迹，调节打磨头的打磨轨迹，对待加工零件的非结构自由曲面进行打磨，并进行打磨力控制，有效提高打磨效率和表面光洁度，有利于降低劳动强度，同时提高零件打磨质量。作为一种实施方式，打磨装置本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非结构自由曲面打磨装置，其特征在于，包括：/n操作台，用于固定具有非结构自由曲面特征的待打磨工件；/n六自由度机械手，安装在所述操作台一侧；/n打磨装置，固定在所述六自由度机械手的端部；/n压缩浮动机构，连接在所述打磨装置端部，所述压缩浮动机构另一端夹持有打磨头，所述压缩浮动机构用于对所述打磨头的打磨力进行被动调节；/n主动控制机构，安装在所述打磨装置上，与所述打磨头连接，并可带动所述打磨头移动；/n六维力传感器，安装在所述打磨装置内，用于对所述打磨头六个维度的打磨力情况进行检测，所述六个维度的其中一个维度方向与打磨头中心线重合；/n控制器，用于读取所述六维力传感器检测的六个维度打磨力测量结果，当所述打磨头只受法向力或法向力大于作用于其它方向的力5倍以上，且法向力超过第一设定阈值时，则控制所述主动控制机构，带动所述打磨头沿待打磨工件非结构自由曲面的法向方向移动，所述控制器还用于当所述打磨头至少一个方向的力超过第二设定阈值时，控制六自由度机械手对所述打磨头的运行轨迹进行微调。/n

【技术特征摘要】
1.一种非结构自由曲面打磨装置，其特征在于，包括：
操作台，用于固定具有非结构自由曲面特征的待打磨工件；
六自由度机械手，安装在所述操作台一侧；
打磨装置，固定在所述六自由度机械手的端部；
压缩浮动机构，连接在所述打磨装置端部，所述压缩浮动机构另一端夹持有打磨头，所述压缩浮动机构用于对所述打磨头的打磨力进行被动调节；
主动控制机构，安装在所述打磨装置上，与所述打磨头连接，并可带动所述打磨头移动；
六维力传感器，安装在所述打磨装置内，用于对所述打磨头六个维度的打磨力情况进行检测，所述六个维度的其中一个维度方向与打磨头中心线重合；
控制器，用于读取所述六维力传感器检测的六个维度打磨力测量结果，当所述打磨头只受法向力或法向力大于作用于其它方向的力5倍以上，且法向力超过第一设定阈值时，则控制所述主动控制机构，带动所述打磨头沿待打磨工件非结构自由曲面的法向方向移动，所述控制器还用于当所述打磨头至少一个方向的力超过第二设定阈值时，控制六自由度机械手对所述打磨头的运行轨迹进行微调。


2.根据权利要求1所述的非结构自由曲面打磨装置，其特征在于，所述打磨装置包括打磨主轴电机和传动机构，所述传动机构包括联轴器，所述联轴器一端连接所述打磨主轴电机，另一端连接有花键轴，所述花键轴连接有锥套，所述锥套与所述打磨头连接。


3.根据权利要求1所述的非结构自由曲面打磨装置，其特征在于，所述打磨装置与所述打...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴路路，殷长城，王园，江本赤，梁艺，方明，
申请(专利权)人：安徽工程大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34