一种剪草滚刀刀刃磨削装置及其磨削方法与流程

本发明属于草坪机械刀具加工领域，更具体地说，涉及一种剪草滚刀刀刃磨削装置及其磨削方法。

背景技术：

随着生活水平的提高，人们对生活居住的绿化水平要求越来越高，城市大型生态绿地、住宅绿地、道路绿地等不断增加，因此各种各样的割草机械也不断推出，其中滚刀式割草机(也称打草机、草坪机)因重量轻、体积小、操作灵活等优点，而受到用户的喜爱。

割草机的实现切割的原理是通过滚刀将草卷起，位于滚刀上的刀片将杂草割除。割草机的滚刀包括滚刀轴、刀盘以及滚刀片，滚刀组装顺序是先将多片刀盘间隔穿设在滚刀轴上，并焊接固定，然后将滚刀片插入刀盘的插槽内焊接固定，最后磨削刀刃，且滚刀片呈螺旋形。

由于滚刀片呈螺旋形，对滚刀轴上的刀盘之间的相对旋转角度要求较高，保证滚刀片能够顺利插入刀盘的插槽中，因此对于刀片在滚刀轴上的定位精度要求较高。正因如此，发明人先前设计了一种剪草滚刀的焊接工装，其对应的专利号为：201611023786.4，公开日为：2017年2月15日，该焊接工装

包括底座和若干支撑板，若干所述的支撑板垂直、等距设置在所述的底座上；若干所述的支撑板的一侧均设置有一刀盘定位块，所述的刀盘定位块与定位孔对应；若干所述的支撑板的顶部均设置有一主轴定位槽；若干所述的主轴定位槽均为半圆形槽，且均在同一轴线上；若干所述的刀盘定位块投影至同一平面上后成以所述的半圆形槽的圆心在所述的同一平面的投影点为中心点，并阵列排列。

通过上述焊接工装能够快速的将刀盘在主轴上的位置及角度定位，然后通过人工施焊，将刀盘焊接到主轴上，同时，该方案还给出了相应的焊接方法。但是，其并没有提供滚刀片如何焊接到刀盘上的方法，这是由于只要刀盘位置在主轴上位置定位后，直接将滚刀片插入刀盘上的插槽中，人工进行施焊即可，是比较传统简易的方式，并无创新可言。然可，长期的实际焊接操作表明此种方式极其不便，不仅效率低下，而且焊接质量难以保证，往往需要二次，甚至多次返工，偶尔还出现报废情况，这是由于滚刀整体呈圆柱形，各滚刀片在刀盘上沿圆周均布，相邻滚刀片之间空间较为狭小，工人手持焊枪在如此小的空间中施焊极其不易，视野也受到严重阻挡，又加上滚刀片为螺旋形，焊枪还需随焊缝走向不断变换焊接角度，焊接难度更大，往往出现断焊、焊瘤、焊缝不均等焊接缺陷，大大降低滚刀产品质量。

现有技术中也有其它涉及到滚刀加工的装置，但很少是针对滚刀片焊接的，例如，中国专利申请号为：201610791977.9，公开日为：2017年1月4日的专利文献，公开了一种割草机滚刀的滚刀片插装装置，它包括支架、滚刀轴固定装置、升降架和收刀装置，升降架上设有多个夹紧装置，夹紧装置自上而下绕组装工位螺旋形排列分布并在中心形成容纳待加工半成品的加工空间，各夹紧装置与升降架之间均设有驱动对应夹紧装置向螺旋中心轴线水平来回运动的插接驱动机构，升降架在升降机构的驱动下上下竖直运动，滚刀轴固定装置用于固定竖直的滚刀轴且能驱动滚刀轴转动。该方案能自动完成滚刀片与刀架的装配，提高滚刀片安装的自动化程度，但是滚刀片安装后还需焊接，其并没有提供相应的焊接方法。

另外，目前的滚刀在组装焊接后，一般直接磨削刀刃，滚刀整体不美观，刀刃不耐磨，使用一段时间后容易变钝，需要修磨，且抗腐蚀能力弱，久置容易生锈等。而且滚刀片的刀刃为螺旋形，其焊后磨削也是难点所在，目前还没有专门的磨削设备。

技术实现要素：

1、要解决的问题

本发明提供一种剪草滚刀的机器人焊接装置，其目的在于解决现有滚刀片人工焊接，由于施焊空间狭小，视野受阻而导致的焊接效率低，焊缝质量差的问题。本发明的焊接装置是剪草滚刀采用机器人焊接的配套辅助设备，可配合焊接机器人快速完成滚刀片与刀盘之间的焊接，一次装夹即可完成全部焊接，自动化程度高，焊接效率高，焊缝质量好。

本发明还提供了剪草滚刀的焊接方法，将组装好的滚刀一次装夹到焊接装置上，并配合焊接机器人高效、高质量的完成滚刀片的焊接。

2、技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。

一种剪草滚刀刀刃磨削装置，包括砂轮机构，所述砂轮机构包括固定支撑组件、活动支撑组件和砂轮组件；固定支撑组件包括固定支座和安装在固定支座上的第一支撑板，第一支撑板具有第一轴承孔；活动支撑组件包括滑动设置在导轨上的活动支座、第二支撑板和电机，第二支撑板安装在活动支座，并具有第二轴承孔，电机通过丝杠螺母副连接活动支座；砂轮组件包括砂轮座、砂轮和随动压板，砂轮和随动压板安装在砂轮座上，且随动压板位于砂轮的下方，砂轮通过砂轮电机驱动。

作为进一步改进，所述随动压板的前端设有滚珠。

作为进一步改进，砂轮组件安装在平移机构上；所述平移机构包括y轴导轨和设置于y轴导轨上的y轴滑座，y轴滑座通过丝杠螺母副与y轴电机连接；砂轮座通过直线导轨副设置于y轴滑座上，砂轮座与y轴滑座之间也通过丝杠螺母副连接。

一种剪草滚刀刀刃的磨削方法，上述的一种剪草滚刀刀刃磨削装置进行磨削加工，其操作步骤为：

首先，在滚刀轴的两端轴承段套上轴承，并通过电机驱动活动支座移动，使滚刀轴两端的轴承分别安装入第一支撑板的第一轴承孔和第二支撑板的第二轴承孔；然后，砂轮座移动至滚刀片的一端，并使砂轮座向滚刀片靠近，将滚刀片插入砂轮和随动压板之间，砂轮与滚刀片的上侧面接触，随动压板前端的滚珠与滚刀片的下侧面接触；接着，砂轮电机启动，砂轮对滚刀片进行磨削，随着砂轮座沿滚刀轴轴向移动，在砂轮和随动压板的限制下，滚刀轴转动，砂轮沿滚刀片磨削出刀刃。

作为进一步改进，在砂轮座从滚刀轴的一端移动至另一端完成一次磨削后，反向进行再一次磨削，两次磨削后，加工出对应刀刃面。

作为进一步改进，采用焊接机器人将滚刀片焊接到刀盘上后，再进行滚刀片刀刃磨削加工。

作为进一步改进，在滚刀片焊接时，通过剪草滚刀的机器人焊接装置对滚刀进行固定，再采用焊接机器人进行焊接；所述剪草滚刀的机器人焊接装置包括机座，以及机座上左右相对设置的驱动机构和顶紧机构；所述驱动机构包括电机箱、卡盘和第一顶针，卡盘通过电机箱中第一电机驱动，第一顶针安装在卡盘上；所述顶紧机构包括顶紧座、顶紧气缸和顶紧板，顶紧座滑动设置于固定在机座上的轨道上，顶紧气缸固定在顶紧座上，顶紧座连接顶紧板，顶紧板上设有与第一顶针同轴的第二顶针。

作为进一步改进，所述剪草滚刀的机器人焊接装置还包括位于驱动机构和顶紧机构之间的托料机构；所述托料机构包括设置于机座上的托料座、托料气缸和托料板；托料气缸安装在托料座上，其连接托料板，驱动托料板上下运动。

作为进一步改进，所述机座上设置有锁止杆，锁止杆沿长度方向设有多个锁止孔；顶紧座上设有耳板，可通过锁止销插入锁止孔中将耳板与锁止杆固定连接。

作为进一步改进，将滚刀片焊接到刀盘上，其操作步骤为：

①将滚刀片依次安装到刀盘上的插槽中，并固定滚刀片；

②将滚刀放置到托料机构的托料板上，托料气缸工作调整托料板高度，使滚刀的滚刀轴与第一顶针同轴，并使第一顶针顶入滚刀轴一端的顶针孔中；

③顶紧机构沿轨道向驱动机构靠近，顶紧气缸推动第二顶针顶入滚刀轴另一端的顶针孔中，顶紧滚刀，并保证定位销插入刀盘的定位孔中；同时，托料气缸带动托料板下降，收回托料板；

④向锁止杆上的锁止孔中插入锁止销，将顶紧座的位置锁定；

⑤采用焊接机器人对滚刀上的滚刀片与刀盘交界处进行角焊，从滚刀轴的一端到另一端的刀盘逐一焊接；每焊接一个刀盘上的相邻两个滚刀片焊接处后，驱动机构动作，带动滚动旋转720/n°，n为滚刀片数量，直至同一个刀盘上所有滚刀片焊接处焊接完毕，焊接机器人移到下一个刀盘进行焊接，依次类推，直至焊接完毕。

作为进一步改进，步骤①中通过打包钢带或环箍从滚刀片两端和/或中部进行固定。

3、有益效果

相比于现有技术，本发明的有益效果为：

(1)本发明剪草滚刀的机器人焊接装置，是剪草滚刀的滚刀片采用机器人焊接时的专用配套设备，可一次性装夹定位，并可根据不同的焊接点，控制滚刀按焊接步骤需要旋转相应角度，满足机器人对点焊接需求；用机器人取代人工焊接，完全避免了相邻滚刀片之间焊接空间狭小，焊接视野受限的问题，焊接效率相比人工焊接提高数十倍，且焊缝均匀饱满，质量好，增强了滚刀片与刀盘的连接强度。

(2)本发明剪草滚刀的机器人焊接装置，顶紧机构中定位销在顶紧板的调节槽中位置可调，可适应不同型号大小的滚刀焊接定位，适应性强。

(4)本发明剪草滚刀的机器人焊接装置，采用托料机构进行上料，将滚刀的滚刀轴调整到与顶针轴线等高，方便顶针从滚刀轴两端将其顶住，从而不用人工上料，省时省力，也提高操作安全性。

(5)本发明剪草滚刀的机器人焊接装置，通过锁止杆将顶紧机构的位置锁定，可防止在滚刀旋转过程中顶紧机构后退松动而导致滚刀抖动甚至坠落，提高焊接稳定性和安全性。

(6)本发明剪草滚刀的焊接方法，采用剪草滚刀的机器人焊接装置配合焊接机器人对滚刀片进行焊接，操作简单，自动化程度高，能够快速高效的完成焊接操作，焊缝质量高。

(7)本发明剪草滚刀的焊接方法，选择每次对同个刀盘上相邻两个滚刀片的焊接位进行焊接，这是受到焊接空间限制的焊接最佳方式，不仅能提高焊接效率，也便于简化焊接机器人的焊接流程。

(8)本发明剪草滚刀的焊接方法，采用砂轮机构对滚刀片的刀刃进行磨削，通过砂轮和随动压板的巧妙配合，将滚刀片限制在砂轮和随动压板之间，随着砂轮沿滚刀轴轴向移动，可带动滚刀转动，从而砂轮沿滚刀片边缘磨削出刀刃，结构非常简单，但也非常巧妙，极大的简化了螺旋形的滚刀片刀刃磨削难度；随动压板前端安装耐磨的滚珠，可减小随动压板与滚刀片之间的摩擦，降低随动压板磨损，有利于保证长久加工刀刃精度。

(9)本发明剪草滚刀加工方法，加工出的剪草滚刀具有很强的耐磨性和耐腐蚀性，并且外观美观。

附图说明

图1为剪草滚刀的立体结构示意图；

图2为剪草滚刀的端面放大视图；

图3为本发明剪草滚刀的机器人焊接装置的主视示意图；

图4为本发明剪草滚刀的机器人焊接装置的俯视示意图；

图5为本发明剪草滚刀的机器人焊接装置中顶紧机构的示意图；

图6为本发明中剪草滚刀的刀刃磨削机构的结构示意图；

图7为图6中砂轮组件的示意图。

附图中的标号分别表示为：

1、滚刀轴；2、刀盘；3、定位孔；4、滚刀片；5、插槽；6、轴承段；

100、机座；110、轨道；120、锁止杆；200、驱动机构；210、卡盘；220、第一顶针；300、顶紧机构；310、顶紧座；320、顶紧气缸；330、顶紧板；331、调节槽；340、第二顶针；350、定位销；360、螺母；400、托料机构；410、托料座；420、托料气缸；430、托料板；500、固定支撑组件；510、固定支座；520、第一支撑板；600、活动支撑组件；610、活动支座；620、导轨；630、第二支撑板；640、电机；700、砂轮组件；710、砂轮座；720、砂轮；730、随动压板；

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明进一步进行描述。

实施例1

如图1和图2所示为剪草滚刀的结构，它主要包括滚刀轴1、刀盘2和滚刀片4；其中，刀盘2具有多个，沿滚刀轴1的轴向等间隔焊接，而刀盘2上沿圆周方向具有插槽5，螺旋形的滚刀片4依次插入这些插槽5中进行定位，然后焊接固定，并且对应插槽5的数量，一般在刀盘2上设置一圈圆周方向均布的定位孔3，用于滚刀加工后调节其转动的动平衡。另外，滚刀轴1的两端各有一个轴承段6，用于安装轴承，从而在使用时将滚刀安装到草坪机上。另外，滚刀片4的外侧面具有刀刃，且刀刃为两个斜面，分别为刃尖和刃背，刃尖角为β和刃背角为α，一般刃背角α在15°～20°，刃尖角β在50°～55°，割草时主要靠刃尖进行切割。本实施例的剪草滚刀的机器人焊接装置是针对采用焊接机器人将滚刀片4焊接到刀盘2的专用设备，下面对其结构进行详细说明。

如图3和图4所示，本实施例的剪草滚刀的机器人焊接装置，包括机座100，以及机座100上左右相对设置的驱动机构200和顶紧机构300。其中，驱动机构200包括电机箱、卡盘210和第一顶针220，卡盘210通过电机箱中第一电机驱动，第一顶针220安装在卡盘210上；顶紧机构300包括顶紧座310、顶紧气缸320和顶紧板330，顶紧座310滑动设置于固定在机座100上的轨道110上，顶紧气缸320固定在顶紧座310上，顶紧座310连接顶紧板330，顶紧板330上设有与第一顶针220同轴的第二顶针340。

托料机构400设置于驱动机构200和顶紧机构300之间，托料机构400包括设置于机座100上的托料座410、托料气缸420和托料板430。其中，托料气缸420安装在托料座410上，其连接托料板430，驱动托料板430上下运动。采用托料机构400进行上料，将滚刀的滚刀轴1调整到与顶针轴线等高，方便顶针从滚刀轴1两端将其顶住，从而不用人工上料，省时省力，也提高操作安全性。

因滚刀有不同的型号，大小不一，其所对应的定位孔3位置不一，从而焊接机器人不能准确的找到焊接初始点，因此，如图5所示，顶紧板330上开设调节槽331，调节槽331内通过螺母360固定定位销350的一端，定位销350的另一端为定位端，与刀盘2上的定位孔3配合，定位端可插入定位孔3内并通过螺母360锁紧定位，增强其适应性。

需要说明的是，为了将滚刀安装到装置上，顶紧机构300采用的是活动式结构，从而其将滚刀顶紧后，焊接过程中滚刀旋转可能导致松动，甚至滚刀坠落，因此，本实施例在机座100上设置有锁止杆120，锁止杆120沿长度方向设有多个锁止孔；顶紧座310上设有耳板，可通过锁止销插入锁止孔中将顶紧座310与锁止杆120固定连接，可防止在滚刀旋转过程中顶紧机构300后退松动而导致滚刀抖动甚至坠落，提高焊接稳定性和安全性。

本实施例剪草滚刀的机器人焊接装置，是剪草滚刀的滚刀片4采用机器人焊接时的专用配套设备，可一次性装夹定位，并可根据不同的焊接点，控制滚刀按焊接步骤需要旋转相应角度，满足焊接机器人对点焊接需求；用焊接机器人取代人工焊接，完全避免了相邻滚刀片之间焊接空间狭小，焊接视野受限的问题，焊接效率相比人工焊接提高数十倍，且焊缝均匀饱满，质量好，增强了滚刀片4与刀盘2的连接强度。

实施例2

本实施例提供了一种剪草滚刀的焊接方法，采用实施例1中剪草滚刀的机器人焊接装置配合焊接机器人，将滚刀片4焊接到刀盘2上。在本实施例中，刀盘2具有5个，滚刀片4具有10个，般刃背角α＝16°，刃尖角β＝53°，焊接的具体操作步骤如下：

①将滚刀片4依次安装到刀盘2上的插槽5中，并通过打包钢带或环箍从滚刀片4两端和/或中部进行固定，此处选在环箍从滚刀片4两端固定；

②将滚刀放置到托料机构400的托料板430上，托料气缸420工作调整托料板430高度，使滚刀的滚刀轴1与第一顶针220同轴，并使第一顶针220顶入滚刀轴1一端的顶针孔中；

③顶紧机构300沿轨道110向驱动机构200靠近，顶紧气缸320推动第二顶针340顶入滚刀轴1另一端的顶针孔中，顶紧滚刀，并保证定位销350插入刀盘2的定位孔3中；同时，托料气缸420带动托料板430下降，收回托料板430；

④向锁止杆120上的锁止孔中插入锁止销，将顶紧座310的位置锁定；

⑤采用焊接机器人对滚刀上的滚刀片4与刀盘2交界处进行角焊，从滚刀轴1的一端到另一端的刀盘2逐一焊接；每焊接一个刀盘2上的相邻两个滚刀片4安装位后，驱动机构200动作，带动滚动旋转72°，直至同一个刀盘2上所有滚刀片4安装位焊接完毕，焊接机器人移到下一个刀盘2进行焊接，依次类推，直至焊接完毕。

本实施例的剪草滚刀的焊接方法，采用剪草滚刀的机器人焊接装置配合焊接机器人对滚刀片4进行焊接，操作简单，自动化程度高，能够快速高效的完成焊接操作，焊缝质量高。并且选择每次对同个刀盘2上相邻两个滚刀片4的焊接位进行焊接，这是受到焊接空间限制的焊接最佳方式，不仅能提高焊接效率，也便于简化焊接机器人的焊接流程。

实施例3

本实施例提供了一种剪草滚刀的磨削方法，对实施例1焊接后的滚刀进行磨削加工，磨削出滚刀片4的刀刃。而滚刀片4本身为螺旋形，其刀刃也为螺旋形，沿螺旋线的磨削是目前普通磨床所无法完成的，也是滚刀磨削的难点所在，正因如此，本实施例专门设计了一种剪草滚刀刀刃磨削装置，用它对滚刀片4的刀刃进行磨削。

如图6和图7所示，本实施例剪草滚刀刀刃磨削装置包括砂轮机构，砂轮机构包括固定支撑组件500、活动支撑组件600和砂轮组件700。其中，固定支撑组件500包括固定支座510和安装在固定支座510上的第一支撑板520，第一支撑板520具有第一轴承孔；活动支撑组件600包括滑动设置在导轨620上的活动支座610、第二支撑板630和电机640，第二支撑板630安装在活动支座610，并具有第二轴承孔，电机640通过丝杠螺母副连接活动支座610；砂轮组件700包括砂轮座710、砂轮720和随动压板730，砂轮720和随动压板730安装在砂轮座710上，且随动压板730位于砂轮720的下方，砂轮720通过砂轮电机驱动；随动压板730的前端设有滚珠，可减小随动压板730与滚刀片4之间的摩擦，降低随动压板730磨损，有利于保证长久加工刀刃精度。

采用砂轮机构对滚刀片4的刀刃进行磨削的过程为：首先，在滚刀轴1的两端轴承段6套上轴承，并通过电机640驱动活动支座610移动，使滚刀轴1两端的轴承分别安装入第一支撑板520的第一轴承孔和第二支撑板630的第二轴承孔；然后，砂轮座710移动至滚刀片4的一端，并使砂轮座710向滚刀片4靠近，将滚刀片4插入砂轮720和随动压板730之间，砂轮720与滚刀片4的上侧面接触，随动压板730前端的滚珠与滚刀片4的下侧面接触；接着，砂轮电机启动，砂轮720对滚刀片4进行磨削，随着砂轮座710沿滚刀轴1轴向移动，在砂轮720和随动压板730的限制下，滚刀轴1转动，砂轮720沿滚刀片4磨削出刀刃。

为提高刀刃磨削表面精度，在砂轮座710从滚刀轴1的一端移动至另一端完成一次磨削后，反向进行再一次磨削，两次磨削后，加工出对应刀刃面。其中，先磨削刃背角α，磨削完后，调整随动压板730的位置，再磨削刃尖角β＝53°。

本实施例剪草滚刀的磨削方法，采用砂轮机构对滚刀片4的刀刃进行磨削，通过砂轮720和随动压板730的巧妙配合，将滚刀片4限制在砂轮720和随动压板730之间，随着砂轮720沿滚刀轴1轴向移动，可带动滚刀4转动，从而砂轮720沿滚刀片4边缘磨削出刀刃，结构非常简单，但也非常巧妙，极大的简化了螺旋形的滚刀片4刀刃磨削难度。

实施例4

本实施例提供了一种剪草滚刀的磨削方法，与实施例3基本相同，所不同的是：剪草滚刀刀刃磨削装置中砂轮组件700安装在平移机构上，平移机构可驱动砂轮组件700沿x轴(平行于滚刀轴1的轴向)和y轴(垂直于滚刀轴1的轴向)移动，从而实现砂轮720进刀和走向。所述平移机构包括y轴导轨和设置于y轴导轨上的y轴滑座，y轴滑座通过丝杠螺母副与y轴电机连接，从而y轴电机可驱动y轴滑座沿y轴运动；砂轮座710通过直线导轨副设置于y轴滑座上，砂轮座710与y轴滑座之间也通过丝杠螺母副连接，通过手柄可驱动砂轮座710可沿x轴移动，进行进刀。

实施例5

本实施例提供了一种剪草滚刀的加工方法，在实施例2焊接后的滚刀基础上进行进一步深加工，具体操作步骤如下：

一、滚刀片焊接

采用实施例2的焊接方法对滚刀片4进行焊接。

二、滚刀片热处理

1)炉内加热

将实施例2焊接后的滚刀竖直吊起，并放入热处理炉内进行热处理，炉内温度890℃～890℃，保温1～1.5小时；

2)油淬处理

从热处理炉内取出滚刀，放入油中进行油淬，油淬时间为2～3分钟，取出空冷至室温；

3)回火处理

回火温度340℃～355℃，保温，2～3小时，自然冷却至室温；经过回火处理后的滚刀片4的硬度在48～52hrc，且滚刀片4的变形和内应力相对较小，便于后续磨削加工处理。

三、车端面

用车床对滚刀端面进行加工，使滚刀两端的滚刀片4端面齐平。

四、外圆磨

在磨床上对滚刀的外圆进行磨削，使得滚刀片4的外边缘位于同一个圆柱面上；同时，磨削滚刀轴1的轴承段6，使轴承段6与滚刀片4的回转轴线重合，有效降低滚刀安装到草坪机上使用时产生的震动和噪音。

五、一次磨削刀刃

采用实施例3的磨削方法，磨削出滚刀片4的刃背角α；

六、烤漆处理

将步骤五后的滚刀先进行喷砂处理，去除表面锈、氧化层、油污等，然后对除滚刀轴1两端轴承、键连接等安装位外的其它部位进行喷漆；最后进行烤漆。

七、二次磨削刀刃

再次采用实施例3的磨削方法，磨削出滚刀片4的刃尖角β，完成对滚刀的整个加工。

通过本实施例的剪草滚刀加工方法加工出的剪草滚刀具有很强的耐磨性和耐腐蚀性，并且外观美观。

本发明所述实例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围。