具有恒定力的自动抛光方法及其设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及的是一种具有恒定力的自动抛光方法及其设备，是一种用于金属表面抛光的加工方法及设备，属于金属表面处理领域。包括抛光轮、机器手、压电传感器、控制器、计算机和夹具；所述的机器手设置有安装座，安装座上部设置有一根立柱，立柱后部设置有电器控制柜，电器控制柜与控制器相连接，计算机通过RS232C接口的数据连接线与控制器相连，立柱上部设置有一根与立柱成90°支撑杆，支撑杆的一端设置有与支撑杆成90°的机器手的上臂，机器手的上臂前端设置有机器手的小臂，机器手的小臂内部设置有压电传感器；机器手的小臂的前端设置有夹具连接器，机器手前端安装有夹具用来夹持工件；机器手通过夹具夹持工件压向高速旋转的抛光轮。
【专利说明】具有恒定力的自动抛光方法及其设备
【技术领域】
[0001]本发明涉及的是一种具有恒定力的自动抛光方法及其设备，是一种用于金属表面抛光的加工方法及设备，属于金属表面处理领域。
【背景技术】
[0002]人工关节，是进行关节置换术中用到的主要植入医疗器材，是骨科植入物中最复杂，最具有技术含量的医疗器械产品。目前，人工关节置换术已经被广泛应用于关节骨性关节炎、类风湿性关节炎和创伤后关节炎的治疗中。关节产品原理是关节两个相对运动摩擦副表面的内在机理，关节面材料和几何尺寸的选择，其中关键在于研究关节表面的摩擦学、生物力学等指标。粗糖度是关节面摩擦的关键因素，提升粗糖度指标，对于假体寿命，病人发生骨溶解的几率，是最为关键的因素。对于怎样通过先进的制造工艺去实现假体表面的高精度抛光，是一道摆在国内关节假体制造行业面前的难题。传统的手工抛光工艺中，高速旋转的抛光轮压向工件，使磨料对工件表面产生滚压和微量切削，从而获得光亮的加工表面。传统的手工抛光工艺，曲面抛光主要是依靠人工进行，人工操作很难保证抛光轮对工件表面产生的挤压力和摩擦力的恒定，表面质量得不到保证，产品精度太差。传统的作业方式要求操作人员有较高的技能，受员工情绪等偶然因素影响大，报废率高。且粉尘污染大，工人劳动条件差。
【发明内容】
[0003]本发明目的是针对上述不足之处，提供一种具有恒定力的自动抛光方法及其设备。具有恒定力的自动抛光设备包括抛光机、机器手、应力传感器、执行器、控制器和夹具，在进行复杂曲面工件抛光加工时比普通机械式抛光加工和手工抛光更能保证加工工件表面质量，加工出来的产品具备高度的质量一致性，而且加工效率大大提高。具有恒定力的自动抛光设备成为抛光机器人，被密封在机房内，抛光过程产生的废物污染，可以有效清理和控制，不会污染环境或影响操作人员健康。使用具有恒定力的自动抛光设备自动抛光成本得到显著降低。具有恒定力的自动抛光设备动态调整抛光力，柔性变换角度，合理规划抛光路径，得到高质量的表面。高质量的表面，可以减少使用时表面的磨损和骨溶解发生的几率，提闻广品使用寿命。
[0004]本发明具有恒定力的自动抛光的方法及其设备是采取以下技术方案实现的: 具有恒定力的自动抛光设备包括抛光轮、机器手、压电传感器、控制器、计算机和夹具。
所述的机器手设置有安装座，安装座底面设置有螺钉孔，螺钉通过螺钉孔将安装座固定在地面上。安装座上部设置有一根立柱，立柱后部设置有电器控制柜，电器控制柜通过电器控制线与控制器相连接，计算机通过RS232C接口的数据连接线与控制器相连，控制机器手的动作，立柱可以作旋转运动。立柱上部设置有一根与立柱成90°支撑杆，支撑杆是圆柱体。支撑杆的一端设置有与支撑杆成90°的机器手的上臂，机器手的上臂可以做旋转运动。机器手的上臂前端设置有机器手的小臂，机器手的小臂内部设置有压电传感器，压电传感器前端设置有弹簧，用来固定夹具连接器，并产生动态力。机器手的小臂端面设置有螺纹，端盖通过螺纹与小臂连接，并能调整弹簧的胀紧力。机器手的小臂可以做旋转运动。机器手的小臂的前端设置有夹具连接器，夹具连接器设置有两段，大端为一段圆柱体，并设置有两个直径不同的内孔，直径大的内孔用来连接夹具，在直径小的内孔终插入一根圆柱销用来固定夹具。机器手前端安装有夹具用来夹持工件，根据手夹持工件的不同，夹具会有所不同。机器手通过夹具夹持工件压向高速旋转的抛光轮，抛光轮转速3000r/min。抛光轮安装在旋转轴上，通过螺纹连接使之固定。旋转轴通过弹性联轴器与电动机连接在一起。电动机通过弹性联轴器使旋转轴及抛光轮旋转。
[0005]利用计算机辅助制造系统在AutoCAD环境下二次开发，AutoCAD对零件进行实体造型，并将实体模型保存为实体模型文件，通过二次开发的刀轨生成程序读取实体模型文件，实现无干涉的抛光刀具加工轨迹的生成，并通过坐标变换将工件坐标系中的刀具轨迹转换为机器手坐标系统中工件的运动轨迹，从而控制机器手的运动。在机器手前端设置有压电传感器用于测量接触应力，当工件产生接触应力，应力通过夹具、夹具连接器传递到压电传感器，压电传感器接触到应力就会输出脉冲信号，接触应力越大脉冲型号越大，控制器根据脉冲信号判断抛光力的大小，动态的微调机器手运动的轨迹，从而实现工件与抛光轮接触时抛光力的恒定。通过计算机辅助制造程序对抛光线路的规划使抛光力方向的变换更加柔性，减少工件表面的凹坑。
[0006]机器手是一个具有六自由度的手腕式PUMA-562机器手，微型计算机通过RS232C接口的数据连接线与机器手的控制器相连。控制器采用发那科或西门子的数控系统，数控系统执行通过电脑编译好的代码，机器手通过安装在前端的夹具夹持工件，控制器根据预想设定好的程序控制机器手在空间三维运动，将空间压向抛光轮。
[0007]所述的机器手采用PUMA-562机器手。
[0008]具有恒定力的自动抛光设备的自动抛光方法如下:
在机器手坐标系中，抛光轮被安装在旋转轴上，旋转轴的回转中心到机器手的回转中心的相对位置是固定的，机器手是一个具有六自由度的手腕式PUMA-562机器手，计算机通过RS232C接口的数据连接线与机器手控制器相连，控制器采用发那科或西门子的数控系统，数控系统执行通过计算机编译好的代码，机器手通过安装在前端的夹具夹持工件，控制器根据预先设定好的程序控制机器手在空间三维运动，将空间压向抛光轮；当工件产生接触应力时，控制器接收压电传感器反馈脉冲信号的大小，控制器动态微调机器手的运动轨迹，当工件的接触应力小于预先设定的值时，控制器会控制机器手接近抛光轮，使工件表面产生足够的摩擦力；当工件接触应力大于预先设定值时，控制器会控制机器手远离抛光轮，使工件表面的摩擦力减少摩擦力，机器手在控制器控制下可以柔性地改变工件运动的轨迹，动态调整抛光力的大小，保持抛光力的恒定。
[0009]具有恒定力的自动抛光方法及其设备的特点:
由于手工抛光质量很难控制，一旦操作人员稍有失误，就会对加工表面造成致命损伤甚至导致整个零件报废，报废率高。虽然人工抛光的设备投入非常低，工时成本不高，但是考虑精密铸锻件原料的报废，和已经投入的人力和物力等因素，实际成本还是比较高。
[0010]使用具有恒定力的自动抛光的方法及其设备自动抛光成本得到显著降低。通过计算机合理规划抛光路径，通过传感器对抛光力的反馈，控制器动态调整，柔性变换角度，得到恒定的抛光力，产品得到高质量的表面。
[0011]具有恒定力的自动抛光设备由于具有抛光机、机器手、应力传感器、执行器、控制器和夹具，在进行复杂曲面工件抛光加工时比普通机械式抛光加工和手工抛光更能保证加工工件表面质量，加工出来的产品具备高度的质量一致性，而且加工效率大大提高。具有恒定力的自动抛光设备成为抛光机器人，被密封在机房内，抛光过程产生的废物污染，可以有效清理和控制，不会污染环境或影响操作人员健康。使用具有恒定力的自动抛光设备自动抛光成本得到显著降低。具有恒定力的自动抛光设备动态调整抛光力，柔性变换角度，合理规划抛光路径，得到高质量的表面。高质量的表面，可以减少使用时表面的磨损和骨溶解发生的几率，提闻广品使用寿命。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]以下将结合附图对本发明作进一步说明:
图1是具有恒定力的自动抛光设备结构示意图。
[0013]图2是具有恒定力的自动抛光设备的夹具连接器的示意图。
【具体实施方式】
[0014]参照附图1、2，具有恒定力的自动抛光设备包括抛光轮12、机器手18、压电传感器16、控制器2，计算机I和夹具11。所述的机器手18采用PUMA-562机器手，所述的机器手18设置有安装座3，安装座3底面设置有螺钉孔4，螺钉通过螺钉孔4将安装座3固定在地面上。安装座3上部设置有一根立柱19，立柱19后部设置有电器控制柜5，电器控制柜5通过电器控制线与控制器2相连接，计算机I通过RS232C接口的数据连接线与控制器2相连，用来控制机器手18的动作，立柱19可以作旋转运动。立柱19上部设置有一根与立柱成90°支撑杆6，支撑杆6是圆柱体。支撑杆6的一端设置有与支撑杆成90°的机器手18的上臂7，机器手18的上臂7可以做旋转运动。机器手18的上臂7的前端设置有机器手18小臂8，机器手18小臂8设置有台阶内孔26，压电传感器16安装在台阶内孔26的台阶面27上，压电传感器16前端设置有弹簧17，弹簧17安装在夹具连接器9的小圆柱体24上，用来固定夹具连接器9，并产生动态力。机器手18的小臂8端面设置有螺纹20，端盖21通过螺纹20与小臂8连接，并能调整弹簧17的胀紧力。机器手18的小臂8可以做旋转运动。机器手18的小臂8的前端设置有夹具连接器9，夹具连接器9设置有两段，大端为一段圆柱体22，并设置有两个直径不同的内孔，直径大的内孔25用来连接夹具，在直径小的内孔23终插入一根圆柱销10用来固定夹具。夹具连接器9小端设置有与圆柱体22成90°小圆柱体24，小圆柱体24用来安装弹簧17。机器手18前端安装有夹具11用来夹持工件，根据夹持工件的不同，夹具11会有所不同。机器手18通过夹具11夹持工件压向高速旋转的抛光轮12，抛光轮12转速为3000r/min。抛光轮12安装在旋转轴13上，抛光轮12通过螺纹连接使之固定。旋转轴13通过弹性联轴器14与电动机15连接在一起。电动机15通过弹性联轴器14使旋转轴13及抛光轮12旋转。利用计算机辅助制造系统在AutoCAD环境下二次开发，AutoCAD对零件进行实体造型，并将实体模型保存为实体模型文件，通过二次开发的刀轨生成程序读取实体模型文件，实现无干涉的抛光刀具加工轨迹的生成，并通过坐标变换将工件坐标系中的刀具轨迹转换为机器手18坐标系统中工件的运动轨迹，从而控制机器2手的运动。在机器手18前端设置有压电传感器16用于测量接触应力，当工件产生接触应力，应力通过夹具11、夹具连接器9传递到压电传感器16，压电传感器16接触到应力就通过电线25会输出脉冲信号到控制器2，接触应力越大脉冲型号越大，控制器2根据脉冲信号判断抛光力的大小，动态的微调机器手18运动的轨迹，从而实现工件与抛光轮12接触时抛光力的恒定。通过计算机辅助制造程序对抛光线路的规划使抛光力方向的变换更加柔性，减少工件表面的凹坑。
[0015]机器手18是一个具有六自由度的手腕式PUMA-562机器手，计算机通过RS232C接口的数据连接线与机器手控制器相连。控制器采用市售发那科或西门子的数控系统，数控系统执行通过电脑编译好的代码，机器手通过安装在前端的夹具夹持工件，控制器根据预想设定好的程序控制机器手在空间三维运动，将空间压向抛光轮。
[0016]计算机采用市售工业控制计算机。
[0017]所述的机器手采用具有六自由度的手腕式PUMA-562机器手。
[0018]参照附图1、2，具有恒定力的自动抛光设备的自动抛光方法如下:
在机器手18坐标系中，抛光轮12被安装在旋转轴13上，选转轴13的回转中心到机器手的回转中心的相对位置是固定的。机器手18是一个具有六自由度的手腕式PUMA-562机器手18，计算机通过RS232C接口的数据连接线与机器手18控制器相连。控制器2采用发那科或西门子的数控系统，数控系统执行通过计算机编译好的代码，机器手18通过安装在前端的夹具11夹持工件，控制器2根据预先设定好的程序控制机器手18在空间三维运动，将工件压向抛光轮12。当工件产生接触应力时，控制器2接收压电传感器16反馈脉冲信号的大小，控制器2动态微调机器手18的运动轨迹，当工件的接触应力小于预先设定的值时，控制器2会控制机器手18接近抛光轮12，使工件表面产生足够的摩擦力。当工件接触应力大于预先设定值时，控制器2会控制机器手18远离抛光轮，使工件表面的摩擦力减少摩擦力。机器手18在控制器控制下可以柔性地改变工件运动的轨迹，动态调整抛光力的大小，保持抛光力的恒定。
【权利要求】
1.一种具有恒定力的自动抛光设备，其特征在于:包括抛光轮、机器手、压电传感器、控制器、计算机和夹具；所述的机器手设置有安装座，安装座上部设置有一根立柱，立柱后部设置有电器控制柜，电器控制柜通过电器控制线与控制器相连接，计算机通过RS232C接口的数据连接线与控制器相连，控制机器手的动作，立柱可以作旋转运动，立柱上部设置有一根与立柱成90°支撑杆,支撑杆的一端设置有与支撑杆成90°的机器手的上臂,机器手的上臂可以做旋转运动；机器手的上臂前端设置有机器手的小臂，机器手的小臂内部设置有压电传感器，压电传感器前端设置有弹簧，用来固定夹具连接器，并产生动态力；机器手的小臂端面设置有螺纹，端盖通过螺纹与小臂连接，并能调整弹簧的胀紧力，机器手的小臂可以做旋转运动；机器手的小臂的前端设置有夹具连接器，夹具连接器设置有两段，大端为一段圆柱体，并设置有两个直径不同的内孔，直径大的内孔用来连接夹具，在直径小的内孔终插入一根圆柱销用来固定夹具；机器手前端安装有夹具用来夹持工件；机器手通过夹具夹持工件压向高速旋转的抛光轮，抛光轮安装在旋转轴上，通过螺纹连接使之固定，旋转轴通过弹性联轴器与电动机连接在一起，电动机通过弹性联轴器使旋转轴及抛光轮旋转。
2.根据权利要求1所述的具有恒定力的自动抛光设备，其特征在于:所述的机器手采用具有六自由度的手腕式PUMA-562机器手。
3.根据权利要求1所述的具有恒定力的自动抛光设备，其特征在于:所述的控制器采用发那科或西门子的数控系统。
4.根据权利要求1所述的具有恒定力的自动抛光设备，其特征在于:所述的安装座底面设置有螺钉孔，螺钉通过螺钉孔将安装座固定在地面上。
5.根据权利要求1所述的具有恒定力的自动抛光设备，其特征在于:所述的支撑杆是圆柱体。
6.根据权利要求1所述的具有恒定力的自动抛光设备，其特征在于:所述的抛光轮转速为 3000r/min。
7.根据权利要求1所述的具有恒定力的自动抛光设备，其特征在于:夹具连接器小端设置有与圆柱体成90°小圆柱体，小圆柱体用来安装弹簧。
8.权利要求1所述的具有恒定力的自动抛光设备的自动抛光方法，其特征在于: 在机器手坐标系中，抛光轮被安装在旋转轴上，旋转轴的回转中心到机器手的回转中心的相对位置是固定的，机器手是一个具有六自由度的手腕式PUMA-562机器手，计算机通过RS232C接口的数据连接线与机器手控制器相连，控制器采用发那科或西门子的数控系统，数控系统执行通过计算机编译好的代码，机器手通过安装在前端的夹具夹持工件，控制器根据预先设定好的程序控制机器手在空间三维运动，将空间压向抛光轮；当工件产生接触应力时，控制器接收压电传感器反馈脉冲信号的大小，控制器动态微调机器手的运动轨迹，当工件的接触应力小于预先设定的值时，控制器会控制机器手接近抛光轮，使工件表面产生足够的摩擦力；当工件接触应力大于预先设定值时，控制器会控制机器手远离抛光轮，使工件表面的摩擦力减少摩擦力，机器手在控制器控制下可以柔性地改变工件运动的轨迹，动态调整抛光力的大小，保持抛光力的恒定。
【文档编号】B24B41/06GK103522159SQ201310477910
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月14日 优先权日:2013年10月14日
【发明者】陈功 申请人:陈功