一種基于力補償的非圓零件去毛刺機器人的制作方法

本實用新型涉及一種自動去毛刺設備，尤其是一種基于力補償的非圓零件去毛刺機器人，屬于機械加工技術領域。

背景技術：

機械零件上的毛刺、凸起不僅導致形狀誤差、影響零件表面質量，而且給零件的后續加工、裝配帶來麻煩。所以及時去除毛刺是機械制造過程中的重要工序。

長期以來，擺線液壓馬達殼體的去毛刺工作由人工完成，先由工人從堆放擺線液壓馬達殼體的小推車上搬到操作臺上，再用銼刀在擺線液壓馬達殼體的主法蘭面和油口面的輪廓邊緣輕挫去掉毛刺，然后再放回運輸小推車上。迄今為止，人工去毛刺的效率與質量始終難以兼顧，并且勞作強度較大，效果不穩定。

為了改變這一落后狀況，有些地方已采用機械自動去毛刺。對于具有兩面非圓輪廓的擺線液壓馬達殼體而言，機械去毛刺需要刀具沿輪廓軌跡切削一周，可以采用X-Y數控平臺，通過兩軸位置插補運動完成。并且，擺線液壓馬達殼體為鑄件毛坯，不同廠家提供的毛坯質量不盡相同，實踐中由于毛坯制造誤差，只是開環走輪廓軌跡并不能保證去毛刺的質量，難以實現均勻去毛刺的效果。

檢索可知，已有去毛刺專利文獻公開的技術方案基本是采用刀具旋轉的方式去除軸類零件端面毛刺，或是采用線性進給方式去除板材棱邊毛刺。例如，公開號為CN103084947A的中國專利文獻記載了一種涉及軸類零件外圓去毛刺機床，可以同時去除多個被加工零件環槽、直槽及斜槽處的毛刺；又如，公開號為CN103029017A的中國專利文獻公開一種機器人去毛刺機，包括上料滾道、去毛刺裝置、機器人、機械手夾持裝置、下料滾道、機體及支架和防護，可實現汽車發動機零件表面及內孔大批量柔性化去毛刺，這些技術方案沒有切削力控制，均不適用于擺線液壓馬達殼體這種非圓零件均勻去毛刺及倒鈍加工。

技術實現要素：

本實用新型的首要目的在于：針對上述現有技術存在的缺點，提出一種基于力補償的非圓零件去毛刺機器人，從而通過控制切削力實現自動控制均勻去毛刺，保證去毛刺質量。

本實用新型進一步的目的在于：提出一種可以連續去毛刺的基于力補償的非圓零件去毛刺機器人，從而顯著提高工作效率。

為了達到首要目的，本實用新型基于力補償的非圓零件去毛刺機器人基本技術方案為：包括具有導向立柱的機架、安置在機架上的工件裝夾工裝以及控制電路，所述機架上安裝Y軸伺服運動裝置驅動的垂向移動安裝板，所述導向立柱與垂向移動安裝板構成垂向移動副，所述垂向移動安裝板上安置X軸伺服運動裝置驅動的水平移動安裝板，所述控制電路的軌跡控制輸出端分別接Y軸伺服運動裝置和X軸伺服運動裝置的受控端；其特征在于：所述水平移動安裝板上安置通過滑動座板與之構成水平移動副的可伸縮磨頭以及補償軸運動裝置，所述磨頭的伸縮方向朝工件裝夾工裝方向且與所述水平移動安裝板的移動方向垂直；所述補償軸運動裝置包括安置在水平移動安裝板上的伺服電缸，所述伺服電缸的伸出端與通過安裝座滑動支撐在滑動座板上的彈簧導桿同軸，所述安裝座的兩側分別裝有套在彈簧導桿上的前彈簧和后彈簧，所述前彈簧的前端裝有預緊件，所述后彈簧通過拉壓力傳感器與伺服電缸的伸出端銜接；所述拉壓力傳感器的信號輸出端通過控制電路接伺服電缸的受控端。

工作前，通過預緊件調節前彈簧與后彈簧的壓縮量相互平衡，此后當電缸前推時后彈簧壓縮量增大，拉壓力傳感器所受壓力增大；回拉時前彈簧壓縮量增大，拉壓力傳感器所受壓力減小。工作時，Y軸伺服運動裝置和X軸伺服運動裝置受控驅使磨頭做復合運動，按預定輪廓軌跡進行去毛刺切削。同時，對由于毛坯誤差、安裝誤差等引起的加工偏差進行補償，若磨頭切削的棱邊倒角比預設的倒角大，則拉壓力傳感器反饋到控制電路的軸向切削力將大于預定切削力，于是控制電路將控制電缸輸出端縮回而將磨頭相應回拉；反之，則將磨頭相應推出，從而實現均勻去毛刺切削，保證去毛刺質量。并且補償軸運動裝置中的雙彈簧結構還可緩解去毛刺過程中因未知環境發生的碰撞，避免傳感器所測數據跳變而控制系統反映不及，起到緩沖保護作用。

為了達到進一步的目的，本實用新型的工件裝夾工裝由安置在垂向軸分度盤上的對稱工裝構成，所述對稱工裝包括與垂向軸垂直的水平心軸，所述心軸位于垂向軸的兩側分別具有對稱的工件裝夾位置。因此，當一個工件裝夾位置上的工件在去毛刺時，另一工件裝夾位置可以卸下已去毛刺的工件，換上未去毛刺的工件，之后轉位180°，即可實現無裝夾時間間隔的連續去毛刺加工，使工作效率明顯提高。

附圖說明

圖1是本實用新型一個實施例的立體結構示意圖。

圖2是圖1實施例的主視結構示意圖。

圖2（A）是圖2的A處局部放大圖。

圖2（B）是圖3的B處局部放大圖。

圖3是圖1實施例的Y軸伺服運動裝置結構示意圖。

圖4是圖1實施例的X軸伺服運動裝置結構示意圖。

圖5是圖1實施例的補償軸運動裝置結構示意圖。

圖6是圖1實施例R軸旋轉裝置和對稱工裝的立體結構示意圖。

圖7是圖1實施例R軸旋轉裝置和對稱工裝的平面結構示意圖。

圖8是圖1實施例的電控系統組成方框圖。

具體實施方式

下面對本實用新型的實施例作詳細說明，本實施例在以本實用新型技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本實用新型的保護范圍不限于下述的實施例。

本實用新型基于力補償的非圓零件去毛刺機器人基本構成參見圖1、圖2，機架1中部的基板2上通過固定導向架4安裝四根導向立柱，該機架1的基板2還裝有位于固定導向架4一側作為工件裝夾工裝的對稱工裝11，以及Y軸伺服運動裝置5驅動的垂向移動安裝板6，導向立柱穿過垂向移動安裝板6，與之構成垂向移動副。垂向移動安裝板6上安置X軸伺服運動裝置7驅動的水平移動安裝板8。水平移動安裝板8上安置通過滑動座板5-7與之構成水平移動副的可伸縮磨頭組件5-9以及補償軸運動裝置9，磨頭組件5-9的伸縮方向朝工件裝夾工裝11方向且與水平移動安裝板8的移動方向垂直。補償軸運動裝置9包括安置在水平移動安裝板8上的伺服電缸5-3，該伺服電缸5-3的伸出端與通過安裝座24滑動支撐在滑動座板5-7上的彈簧導桿20同軸，安裝座24的兩側分別裝有套在彈簧導桿20上的前彈簧19和后彈簧21，前彈簧19的前端裝有螺母預緊件，后彈簧21通過拉壓力傳感器5-5與伺服電缸5-3的伸出端銜接（參見圖5）。機架1下部安置控制電路，該控制電路的軌跡控制輸出端分別接作為Y軸伺服運動裝置5和X軸伺服運動裝置7的Y軸伺服電缸和X軸伺服電缸的受控端，拉壓力傳感器5-5的信號輸出端通過控制電路接伺服電缸的受控端。

具體而言，如圖1、圖2所示，本實施例的非圓零件去毛刺機器人包括：機架1、基板2、臺面防塵罩3、固定導柱架4、Y軸伺服運動裝置5、垂向移動安裝板6、X軸伺服運動裝置7、水平移動安裝板8、補償軸運動裝置9、垂向軸分度盤（又稱R軸旋轉裝置）10、對稱工裝11。其中，機架1頂部與基板2底部相連，基板2作為一個安裝平臺，其頂部與臺面防塵罩3、固定導柱架4、R軸旋轉裝置10相連，其底部與Y軸伺服運動裝置5相連，Y軸伺服運動裝置5頂部與垂向移動安裝板6相連，垂向移動安裝板6頂部安裝X軸伺服運動裝置7，同時垂向移動安裝板6與光軸導柱15構成移動副實現Y軸導向，X軸伺服運動裝置7與水平移動安裝板8相連，水平移動安裝板8的頂部安裝補償軸運動裝置9，而對稱工裝11的底部與R軸旋轉裝置10頂部相連。

機架1為焊接式結構，直接與基板2通過螺栓進行連接。整個機架上的運動裝置均以基板2為平臺進行安裝，故只需對基板2進行機加工即可，減小了機架的加工難度。

臺面防塵罩3的底部與基板2的頂部相連，主要由鋁型材搭建，其兩側小拉門、頂部、后面均嵌入安裝透明亞克力板，前面留空方便工人安裝、拆卸被加工件，并在前面另行安裝方便迅速開關的拉門，防止外部灰塵進入與內部加工飛屑，為工業吸塵器構成一個吸塵空間。

固定導柱架4與基板2相連，主要包括：立柱12、加固連桿13、導柱頂部連接板14、光軸導柱15、調整墊片16、鎖緊螺母18。如圖2（B）所示，其中立柱12通過方鋼和鋼板焊接后加工而成，與基板2通過螺釘直接相連，光軸導柱15是由40Cr熱處理、精加工后的精制軸，通過基板2上精加工的孔定位，并在基板2底部用鎖緊螺母18進行鎖緊，精制軸的頂部同樣通過導柱頂部連接板14和鎖緊螺母18固定安裝，并可通過微調調整墊片16保證四根精制軸安裝的平行度。

如圖3所示，Y軸伺服運動裝置5包括：伺服電機3-1、電缸3-2、墊鐵3-3、浮動接頭3-4，該運動裝置5通過墊鐵3-3與基板2上的定位孔配合，由螺栓直接與基板2相連，并通過浮動接頭3-4與垂向移動安裝板6相連。浮動接頭3-4可適應加工過程中的重心偏移，防止Y軸伺服運動裝置5卡住。

如圖4所示，垂向移動安裝板6和X軸伺服運動裝置7的具體結構為：垂向移動安裝板6的底部與Y軸伺服運動裝置5中的浮動接頭3-4相連，其頂部安裝的X軸伺服運動裝置7采用絲杠螺母傳動機構，主要包括伺服電機4-7、電機傳動座4-8、彈性聯軸器4-9、絲杠支撐座固定側4-10、絲杠4-11、螺母4-12、螺母座4-13、絲杠支撐座支撐側4-14。X軸運動采用雙導軌滑塊結構進行導向，導軌墊鐵4-3與垂向移動安裝板6的頂部相連，導軌4-4上的滑塊4-5與螺母座4-13等高，同時和水平移動安裝板相連。自潤滑軸承4-2作為導向套，通過法蘭方式與垂向移動安裝板6相連，與光軸導柱形成移動副起導向作用。

如圖5所示，水平移動安裝板6和補償軸運動裝置9的具體結構為：水平移動安裝板8的底部與X軸伺服運動裝置7的螺母座、滑塊相連，其頂部安裝補償軸運動裝置9。補償軸運動裝置9采用電缸軸驅動，電缸座5-4的底部與水平移動安裝板8的頂部相連，其上安裝伺服電缸5-3，該電缸5-3的伸出端通過螺紋連接件與拉壓力傳感器5-5的一端相連，拉壓力傳感器5-5的另一端與彈簧裝置5-6相連。彈簧裝置5-6的構成如圖2（A）所示，為對稱安裝的雙彈簧結構，彈簧安裝座24的底部與滑動座板5-7的頂部相連，彈簧安裝座24與銅套23過盈配合，彈簧導桿20與伺服電缸5-3的伸出端同軸，且該導桿20中間為光軸，兩端螺紋分與拉壓力傳感器5-5和鎖緊螺母25相連，可通過鎖緊螺母調整彈簧的預緊量，靜止時前彈簧19與后彈簧21壓縮量相同，伺服電缸5-3往前推時后彈簧21壓縮量增大，拉壓力傳感器5-5所受壓力增大，伺服電缸5-3往回拉時前彈簧19壓縮量增大，拉壓力傳感器5-5所受壓力減小。該雙彈簧結構可緩解去毛刺過程中因未知環境發生的碰撞，保護傳感器5-5，避免了其所測數據發生跳變而導致控制系統跟蹤不及。磨頭組件5-9的底部與滑動座板5-7的頂部相連，滑動座板5-7的底部與雙導軌5-8上的滑塊相連，磨頭電機軸與伺服電缸5-3伸出端同軸，喇叭罩5-10由緊定螺釘安裝與磨頭組件5-9上，可防止飛屑，配重塊5-11直接與水平移動安裝板8通過螺紋連接固定，平衡補償軸的重心分配，并在一定程度阻止飛屑進入X軸。

如圖6、圖7所示，R軸運動裝置和對稱工裝11的具體結構為，R軸運動裝置實質為可四等分的氣動分度盤10，俯視圖順時針旋轉。氣動分度盤10與基板2固連，其頂面與過渡安裝板6-2的底部相連，過渡安裝板6-2的頂部與對稱工裝11相連，對稱工裝11的主體包括左側板6-6、立板6-7、底板6-8、右側板6-9，均采用螺紋連接，立板6-7上裝配一根對稱加工的心軸6-11、兩根削邊銷6-10，兩個擺線液壓馬達殼體件采用一面兩銷的安裝方式對稱裝在工裝上，端部用開口墊片和螺母鎖緊。Z形隔板6-3通過螺釘緊固在立板6-7上，可防止飛屑傷害到操作工。加工過程中，氣動分度盤10帶動工裝旋轉一個90°，即可換一個面加工，以滿足擺線液壓馬達殼體非圓輪廓的連續去毛刺加工。

如圖8所示，電控系統的控制電路基于歐姆龍PLC搭建，可控終端觸摸屏作為上位機，下位機主要包括PLC主體CPU以及數字量輸入輸出模塊、模擬量輸入輸出模塊以及運動控制模塊。其中顯示屏實時顯示XY跟蹤的軌跡及切削力等，并在調試時給技術人員提供操作端口；X軸和Y軸由運動模塊控制進行插補運動來跟蹤被試件的輪廓軌跡；補償軸由模擬量控制實現力閉環結構，R軸的控制由數字量輸出模塊控制氣動電磁閥來實現，另有若干開關信號輸入等。

本實施例的非圓零件去毛刺機器人在運行過程中，當將第一個擺線液壓馬達殼體裝到對稱工裝后，R軸旋轉裝置旋轉180°達到第一個擺線液壓馬達殼體的主法蘭面加工位， X軸伺服運動裝置、Y軸伺服運動裝置聯動進刀完畢后，補償軸運動裝置開始推動其磨頭向法蘭面理想加工位置運動，然后X軸、Y軸開始按照擺線液壓馬達殼體的理想輪廓軌跡進行去毛刺，同時補償軸根據拉壓力傳感器反饋的軸向切削力信號進行PID力閉環控制，對擺線液壓馬達殼體的毛坯誤差、機構的安裝誤差等引起的加工偏差進行補償，若磨頭切削的棱邊倒角比預設的倒角要大，則此時拉壓力傳感器采集的軸向切削力比期望切削力要大，電缸將磨頭相應拉回，若磨頭切削的棱邊倒角比預設的倒角要小甚至切削不到時，電缸將磨頭相應推出，以此實現均勻去毛刺切削的目標。在加工第一個擺線液壓馬達殼體的主法蘭面時可安裝第二個擺線液壓馬達殼體，然后在第一個擺線液壓馬達殼體的主法蘭面加工完畢后，補償軸運動裝置退回原點，R軸旋轉90°，補償軸、X軸、Y軸開始聯動進刀并在力閉環控制下加工第一個擺線液壓馬達殼體的油口面，該面去毛刺完成后，補償軸退回，R軸旋轉90°，然后開始加工第二個擺線液壓馬達殼體的主法蘭面，同時操作工可拆下第一個擺線液壓馬達殼體，并安裝下一個擺線液壓馬達殼體，實現擺線液壓馬達主法蘭面和油口面輪廓連續、均勻去毛刺加工。總之，在輪廓軌跡跟蹤的基礎上，采用力反饋，結合常規PID控制軸向切削力即可實現液壓馬達主法蘭面和油口面輪廓連續、均勻去毛刺加工,操作工只需要上下工件，啟停開關即可，加工效率顯著提高，連續加工一個擺線液壓馬達殼體的法蘭面和油口面只需約50秒。