三坐标数字化抛光的制造方法

文档序号:3320692阅读:489来源:国知局
三坐标数字化抛光的制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种可对航空航天关键零件进行表面处理的三坐标数字化抛光机,包括底座、转动平台、大臂、小臂、丝杠、电机、电主轴、减速器、传感器和抛光头等组成。本发明与现有技术相比,其显著优点是:采用无线传感器来减少抛光头对零件抛光力的误差,提高了表面质量、生产和时间效率高,更便捷地抛光某一零件的表面。
【专利说明】三坐标数字化抛光机

【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种表面抛光机,尤其涉及一种可对航空航天关键零件进行表面处理的三坐标数字化抛光机。

【背景技术】
[0002]目前,随着科学技术的发展,各个国家的企业生产量也随之提高。在很多国家,设计并生产机器是日常生活中的必要实践。在中国,机器制造业也已经有了很大的发展,例如这些年来一直在研究并设计的机器人、汽车等等。但是机器或零部件刚被制造出的时候,其表面大部分比较粗糙,还需要进行表面处理使得机器可以更好地使用。为了使零部件的表面变光滑、变美观,工程师设计了一种机器专来门处理粗糙的平面和自由曲面,称为抛光机。
[0003]在18世纪前抛光机的形式一直为手动式,18世纪之后发生了转变,由手动变成了自动。而随着科学进一步的发展,抛光机也进入了快速发展阶段。很多国家,尤其美国、欧洲和中国,设计并制造出很多种类的抛光机,甚至很多生产机械的厂商也研制出自己的抛光机。
[0004]进入80年代,日本、美国、德国、法国等国家开始研究并成功地生产了抛光机器人。现如今很多工业领域,比如航空航天,都广泛地应用了抛光机器人。本设计的数字化三坐标表面抛光机器的实现改进了原来抛光机的许多不足。本设计通过闭环伺服电机驱动机器臂实现机器人运动,通过传感器与抛光头相连接测量抛光应力,通过无线采集-发射装置获得数据并进行调节,除此之外还有以下优点:
[0005]1.减少抛光头对零件抛光力的误差。
[0006]2.提闻表面质量。
[0007]3.生产和时间效率高。
[0008]4.更便捷地抛光某一零件的表面。


【发明内容】

[0009]基于上述背景,本设计的数字化三坐标抛光机通过使用无线传感器来测量应变力,通过计算机运算来调整抛光头所施加的压力,通过电机驱动两个机械臂来实现三自由度抛光运动,即三坐标数字化的小范围抛光,从而提高抛光精度。

【专利附图】

【附图说明】
[0010]图1是数字化三坐标机器人的整体方案设计;
[0011]图2是机器人的底座;
[0012]图3是机器人的转动平台;
[0013]图4是机器人的大臂;
[0014]图5是机器人的电机;
[0015]图6是机器人的小臂;
[0016]图7是机器人使用的丝杠;
[0017]图8是机器人的抛光头;
[0018]图9是机器人的减速器;
[0019]图10是机器人的轴承;
[0020]图11是传感器整体结构;
[0021]图12是被抛光的航空薄壁件。
[0022]图中I为底座,2为转动平台,3为电机一,4为大臂,5为电机二,6为小臂,7为电机三,8为套筒,9为电主轴,10为传感器,11为抛光头,12为丝杠,13为丝杠连接件,14为减速器,15为轴承,16为滑环,17为电刷,18为无线采集-发射装置,19为导体,20为航空薄壁件。

【具体实施方式】
[0023]下面详细描述本发明的实施例,所述实施例附图中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,仅用于解释本发明,而不能解释为对本发明的限制。
[0024]在本发明的描述中,术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
[0025]下面结合附图及实施例对本发明的设计原理、各部分功能结构及装配工艺进行介绍:
[0026]如图1所示,该机器人的机械臂是由底座、连接件、电机、大臂、小臂等基本元件组成。首先底座I与转动平台2连接,而转动平台2与减速器14、轴承15、以及电机一 3连接。之后,转动平台2将与大臂4、小臂6、其他电机、丝杠12、电主轴9等零件连接。该机器人主要由7075-T651铝合金材料制造的,运动范围为400mm*400mm*200mm。
[0027]如图4和图6所示,本设计的大臂4和小臂6的尺寸是一样的,长度为500mm,宽度为200mm,厚度为20mm。二者都可以做旋转幅度为360°、半径为450mm的圆周运动。大臂4是与转动平台2连接,而小臂6与丝杠12连接。
[0028]如图5所示,所谓的机器人,每个关节处设计有电机,使得机械臂能够运动。本设计的机器人使用的是闭环系统的伺服电机,因为若有转速或者其他方面的运动问题,闭环系统可以把问题反馈到电机,进而对问题加以控制和解决。
[0029]本设计采用三个不同大小的电机,这三个电机都是带制动。电机一 3驱动机器人的大臂运动,长度为155.5mm、宽度为40mm、高度为50mm,转速为3000r/min,额定功率为
0.lkW,重量为0.7kg。电机二 5驱动机器人的小臂,由于小臂的尺寸与大臂相同,所以电机二 5的尺寸跟电机一 3相同。电机三7带动丝杠12上下运动,长度为137.5mm、宽度为40mm、高度为50mm,转速3000r/min,额定功率0.05kff,重量为0.6kg
[0030]如图8所示,本设计的抛光头11的材料选择为金刚砂,详细物理性能为密度为3.lg/cm3,抗弯强度为550MPa,弹性模量41OGPa,泊松比0.14,抗压强度3900MPa,硬度2800kg/mm2。抛光头的直径为25mm。由于本设计里被抛光的航空薄壁结构件20的目标面为平面,因此使用的抛光头形式为圆柱形。从结构上来看,此设计采用的是机械抛光。零件通过机械抛光方法进行表面处理时,可分为粗抛光和细抛光。粗抛光的抛光转速范围为200-300r/min,
[0031]细抛光的抛光转速范围为150_200r/min。
[0032]如图11所示,抛光机器人的设计是以对零件进行表面处理为目的的一种机器。抛光某零件的时候,需要注意被抛光的零件的工艺和技术参数。为了确定该零件的表面不会有很多的缺陷,则需要保证抛光机器人所输出的力是足够的。因此,传感器是一个必要的工具,而且传感器装在机器人上除了测量抛光头所输出的力之外,还能实现精确抛光的作用。本设计希望该传感器也能够显示该力的值。这样一来,假如上一个过程压力过大我们可以关掉机器人,而在下个过程中减少该力。传感器使用的测量方法是应变片测量。在这个设计中,为了避免抛光过程中有线的干扰,因此设计了无线的传感器。然而,现在的科技水平还未存在无线测力的传感器,则本设计使用的传感部分由传感器10、滑环16、电刷17、数据采集-发射装置18组成。具体结构为本身带着应变片的传感器10放在滑环16中,滑环16与电刷17通过与导体19接触连接,电刷17与无线数据采集-发射装置18相连。无线采集-发射装置18通过几条线传送应变片变化后的电压信号给无线接收器,无线接收器把电压信号输入到电脑里,从而实现对抛光头施加的力的检测和控制,即先把电压转换到应变,应变转换到应力,最终把应力转换成力。
[0033]以上对本发明所提出的三坐标数字化抛光机进行了详细的介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出,对于本【技术领域】的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以对本发明进行若干改进和修饰,这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
【权利要求】
1.一种可对航空航天关键零件进行表面处理的三坐标数字化抛光机,其特征在于,包括硬件部分和软件部分。硬件包括结构支撑部分、传动部分、丝杠进给部分和抛光部分;软件包括无线采集部分。
2.如权利要求1所述的三坐标数字化抛光机,其特征在于:所述的结构支撑部分包括底座(11转动平台(2)、机器大臂(4)、机器小臂¢)、套筒(8)以及各连接件组成,通过底座(1)与转动平台(2)相连来提供支撑力,通过转动平台(2)、大臂(4)和小臂(6)依次连接来实现机器臂运动。
3.如权利要求1所述的三坐标数字化抛光机,其特征在于:所述的传动部分包括三个关节处的电机以及相应的减速器,动力由电机一(3)经减速器(14)输出,带动大臂(4)实现转动,电机二(5)输出动力带动小臂(6)转动,电机三(7)带动丝杠传动,实现上下往复运动,进而实现机器人的三自由度的精确抛光。
4.如权利要求1所述的三坐标数字化抛光机,其特征在于:所述的丝杠进给部分包括丝杠(12)和丝杠连接件(13)。通过丝杠连接件(13),丝杠(12)与电机三(7)和小臂(6)相连,电机三(7)输出动力,丝杠(12)将旋转运动转化直线运动,实现抛光头(11)的上下往复运动。
5.如权利要求1所述的三坐标数字化抛光机,其特征在于:所述的抛光部分指抛光头(11),本设计的抛光头(11)为圆柱形,所选材料为金刚砂(碳化硅
6.如权利要求1所述的三坐标数字化抛光机,其特征在于:所述的无线采集部分包括传感器(10)、滑环(16)、电刷(17)、无线采集-发射装置(18)和导体(19)。带有应变片的传感器(10)放在滑环(16)里,滑环(16)与电刷(17)通过导体(19)相连,进而使得无线采集-发射装置(18)获得数据。
【文档编号】B24B29/00GK104385105SQ201410498576
【公开日】2015年3月4日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2014年9月25日
【发明者】吴琼, 司宇, 张以都, 李大鹏 申请人:北京航空航天大学
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