本发明涉及一种抛光方法及装置，尤其涉及一种回转壳体零件的抛光。
背景技术：
在现代工艺中，砂带作为一种经济高效的新型工艺，已经成为抛光技术领域中一种不可或缺的加工方法。其加工效率高、能适应复杂异型工件的抛光。而且使用成本低、操作简单安全、砂带可以加工除了砂轮能加工的材料外，还可以加工一些有色金属和非金属软材料等，这使得它具有极其广泛的应用。但普通砂带抛光仍存在较多问题，比如在抛光过程中，若接触轮太软，则容易出现砂面的磨粒变钝但不脱落的情况，而硬质接触轮会导致砂带与工件表面刚性接触，磨粒会在工件表面造成划痕等加工缺陷。在现行的力控方案上，单一的主动力控方式存在响应滞后的问题，无法完全做到实时的恒力控制。单一的被动柔顺通过能够吸收或储存能量的机械器件来实现对工件的顺从运动。但这种柔顺方式无法根除机器人高刚度与抛光高柔顺要求之间的问题。且适应能力差，使用范围受到限制。
技术实现要素：
为了克服现有的砂带抛光装置存在的适应能力较差、使用范围受到限制的不足，本发明提出一种适应能力较好、使用范围不受到限制的超声振动辅助主被动复合柔性抛光方法及装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种超声振动辅助主被动复合柔性抛光方法，拉杆液压缸固定在底板上，拉杆液压缸拉杆端部装有六维力传感器采集接触力信息，通过伺服比例阀来控制流经拉杆液压缸的油量来控制拉杆的伸缩运动，以实现主动柔顺；变弹性柔性砂带由下基层、弹性层、中基层、磨粒层构成；在抛光过程中，抛光头接触到工件的时候，该变弹性砂带沿着带的切向张紧的情况下，砂带弹性层在变弹性砂带的法向上仍有充足的剩余弹性来提供被动接触柔顺；在抛光头与工件实现接触后，接触力慢慢增大，力由固定在上箱体上的变幅杆，再经过到固定在上箱体上的导杆、窄滑板传递到安装在拉杆液压缸拉杆前端的六维力传感器上，六维力传感器收集到从抛光头前端传递过来的接触力信息，通过调节伺服比例阀来控制流经拉杆液压缸的油量来控制拉杆的伸缩运动，来改变抛光头与工件的接触力；结合超声振动的方式，实现接触面力的平均分布、有效降低同等材料去除率下的接触力，从而获得更高的抛光质量。
进一步，超声振动实现方式为：由超声波发生器产生一个特定频率的信号，并将其传输到超声波换能器中，换能器将输入的电功率转换成机械振动，即超声波；再通过变幅杆将该振动放大，变幅杆的震动传递到砂带的接触轮上，通过接触轮带动变弹性砂带实现超声震动的辅助功能。
再进一步，所述变弹性柔性砂带中，由作为磨料和粘结剂承载体的基材，基材可选择布基、无纺布、或复合基材，通过底胶将一定厚度的弹性层材料粘附在基层上，在弹性层上直接植砂，选择在该变弹性砂带的弹性层的上方继续粘结一层基层，进而再基层上方植砂。
所述变弹性柔性砂带采用闭式结构，通过砂带主动轮、弹簧滚子机构、接触轮、弹簧滚子机构、从动轮、摆动气缸控制的张紧轮完成砂带的安装，在抛光的过程中，砂带通过砂带杆前端的接触轮支撑与工件接触，并由弹性层实现被动柔顺功能。
抛光时变弹性砂带通过砂带杆前端接触轮的支撑与工件接触，该装置在机械臂的带动下，有既定的空间路径规划；在抛光到不同的区域时，接触力的大小难以避免的会发生波动，而接触力的波动信息会被安装在窄滑块与拉杆之间的六维力传感器采集；在拉杆缸伸缩杆的前端装有一块窄滑板的矩形板材，窄滑板的四周有孔，孔上装有可以让导杆通过的导杆套，在该装置中布置了若干根导杆，以保证拉杆缸输出到矩形板材的运动的直线性；另外，靠近底板的导杆与导杆套采用的是间隙配合，可以让窄滑板连同导杆套一起在导杆上往复运动，而上方两根导杆上的导杆套采用的是相对位置固定的连接，导杆套连同窄滑板、导杆一起运动，上方的导杆通过与l形连接件的固定连接，实现了上箱体的运动；通过分析实时接触力与理想值之前的偏差，调节伺服比例阀来控制流经安装在底板上的拉杆液压缸的流量，进而控制拉杆液压缸拉杆的伸缩。
基座上固定连接了机械臂，用机械臂完成针对不同零件表面抛光的路径规划；然而在完成路径规划进行抛光时，由于接触面的形位变化，接触力会发生实时波动，然而机械臂无法根据接触力的变化对抛光路径做出实时的调整，即不能实现恒力抛光。
所述伺服比例阀为电液伺服比例阀中，液压拉杆缸通过螺栓连接在底板上，液压缸的进出油口通过油管连接在电液伺服比例阀上；液压缸拉杆前端安装有六维力传感器，其采集的接触力变化的信息通过传递给计算机，比对理想接触力，将反馈结果以电信号的形式输入电液伺服比例阀；电液伺服比例阀可以将传递来的小功率的电信号转化为大功率的液压能的输出，实现拉杆的伸缩控制。
一种主被动复合柔性抛光装置，包括主被动柔顺机构、机械臂、旋转工作台和超声振动辅助组件，所述主被动柔顺机构安装在机械臂的动作端，所述机械臂安装在基座上，所述主被动柔顺机构的执行端位于所述旋转工作台的抛光工位上；
所述主被动柔顺机构包括上箱体、下箱体和底板，拉杆液压缸固定安装在底板上，拉杆液压缸的伸缩杆与六维力传感器连接，六维力传感器的另一端连接在窄滑板上，窄滑板与底板上的导杆为滑动连接，窄滑板与上箱体的导杆为固定连接，实现上箱体和砂带杆整体的直线运动，通过调节伺服比例阀来控制流经拉杆液压缸的油量来控制拉杆的伸缩运动；所述上箱体安装变弹性柔性砂带，所述变弹性柔性砂带由自下而上的下基层、弹性层、中基层、磨粒层构成；
所述超声振动辅助组件包括超声波发生器、换能器和超声波变幅杆，所述超声波变幅杆的端部连接在上箱体的凸台上，并且在变幅杆中部靠后的位置上有一起提高连接稳定性的凸台，变幅杆的凸台连接到上箱体上，两个凸台相互平行；变幅杆的震动传递到砂带的接触轮上，通过接触轮带动变弹性砂带实现超声震动。
进一步，所述变弹性柔性砂带是闭式砂带，通过砂带主动轮、弹簧滚子机构、接触轮、从动轮、摆动气缸控制的张紧轮完成砂带的安装，所述变弹性砂带经过砂带主动轮、从动轮、张紧轮和安装在砂带杆前端的磨削接触轮实现变弹性砂带的安装，并由弹簧滚子机构实现该变弹性砂带与砂带杆的贴合，使用旋转摆动气缸来完成砂带的张紧；在砂带杆的边缘有段凹槽，配合弹簧滚子机构的挡叉，挡叉卡在砂带杆的凹槽内防止砂带在加工过程中发生侧向滑移。
所述砂带主动轮的转轴上安装被动齿轮，被动齿轮与主动齿轮啮合，所述主动齿轮与驱动电机的输出轴联接。
再进一步，在拉杆缸伸缩杆的前端装有一块窄滑板的矩形板材，窄滑板的四周有孔，孔上装有可以让导杆通过的导杆套，在该窄滑板中布置导杆以保证拉杆缸输出到矩形板材的运动的直线性；另外，靠近底板的导杆与导杆套采用的是间隙配合，可以让窄滑板连同导杆套一起在导杆上往复运动，而上方两根导杆上的导杆套采用的是相对位置固定的连接，导杆套连同窄滑板、导杆一起运动，上方的导杆通过与l形连接件固定连接，实现了上箱体的运动。
本发明的有益效果主要表现在：适应能力较好、使用范围不受到限制。
附图说明
图1是本发明的装配图。
图2是本发明的变弹性砂带轴测图，其中，下基层241、弹性层242、中基层243、磨粒层244。
图3是本发明的末端的磨削装置装配图，其中，上箱体12、下箱体42和基座43。
图4是本发明的末端磨削装置的上箱体装配图。
图5是本发明的末端磨削装置的下箱体装配图，其中，(a)是正视图，(b)是俯视图。
图6是本发明的末端仰视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图6，一种超声振动辅助主被动复合柔性抛光方法，拉杆液压缸固定在底板上，拉杆液压缸拉杆端部装有六维力传感器采集接触力信息，通过伺服比例阀来控制流经拉杆液压缸的油量来控制拉杆的伸缩运动，以实现主动柔顺；变弹性柔性砂带由下基层、弹性层、中基层、磨粒层构成；在抛光过程中，抛光头接触到工件的时候，该变弹性砂带沿着带的切向张紧的情况下，砂带弹性层在变弹性砂带的法向上仍有充足的剩余弹性来提供被动接触柔顺；在抛光头与工件实现接触后，接触力慢慢增大，力由固定在上箱体上的变幅杆，再经过到固定在上箱体上的导杆、窄滑板传递到安装在拉杆液压缸拉杆前端的六维力传感器上，六维力传感器收集到从抛光头前端传递过来的接触力信息，通过调节伺服比例阀来控制流经拉杆液压缸的油量来控制拉杆的伸缩运动，来改变抛光头与工件的接触力；结合超声振动的方式，实现接触面力的平均分布、有效降低同等材料去除率下的接触力，从而获得更高的抛光质量。
进一步，超声振动实现方式为：由超声波发生器产生一个特定频率的信号，并将其传输到超声波换能器中，换能器将输入的电功率转换成机械振动，即超声波；再通过变幅杆将该振动放大，变幅杆的震动传递到砂带的接触轮上，通过接触轮带动变弹性砂带实现超声震动的辅助功能。
再进一步，所述变弹性柔性砂带中，由作为磨料和粘结剂承载体的基材，基材可选择布基、无纺布、或复合基材，通过底胶将一定厚度的弹性层材料粘附在基层上，在弹性层上直接植砂，选择在该变弹性砂带的弹性层的上方继续粘结一层基层，进而再基层上方植砂。
所述变弹性柔性砂带采用闭式结构，通过砂带主动轮、弹簧滚子机构、接触轮、弹簧滚子机构、从动轮、摆动气缸控制的张紧轮完成砂带的安装，在抛光的过程中，砂带通过砂带杆前端的接触轮支撑与工件接触，并由弹性层实现被动柔顺功能。
抛光时变弹性砂带通过砂带杆前端接触轮的支撑与工件接触，该装置在机械臂的带动下，有既定的空间路径规划；在抛光到不同的区域时，接触力的大小难以避免的会发生波动，而接触力的波动信息会被安装在窄滑块与拉杆之间的六维力传感器采集；在拉杆缸伸缩杆的前端装有一块窄滑板的矩形板材，窄滑板的四周有孔，孔上装有可以让导杆通过的导杆套，在该装置中布置了若干根导杆，以保证拉杆缸输出到矩形板材的运动的直线性；另外，靠近底板的导杆与导杆套采用的是间隙配合，可以让窄滑板连同导杆套一起在导杆上往复运动，而上方两根导杆上的导杆套采用的是相对位置固定的连接，导杆套连同窄滑板、导杆一起运动，上方的导杆通过与l形连接件的固定连接，实现了上箱体的运动；通过分析实时接触力与理想值之前的偏差，调节伺服比例阀来控制流经安装在底板上的拉杆液压缸的流量，进而控制拉杆液压缸拉杆的伸缩。
基座上固定连接了机械臂，用机械臂完成针对不同零件表面抛光的路径规划；然而在完成路径规划进行抛光时，由于接触面的形位变化，接触力会发生实时波动，然而机械臂无法根据接触力的变化对抛光路径做出实时的调整，即不能实现恒力抛光。
所述伺服比例阀为电液伺服比例阀中，液压拉杆缸通过螺栓连接在底板上，液压缸的进出油口通过油管连接在电液伺服比例阀上；液压缸拉杆前端安装有六维力传感器，其采集的接触力变化的信息通过传递给计算机，比对理想接触力，将反馈结果以电信号的形式输入电液伺服比例阀；电液伺服比例阀可以将传递来的小功率的电信号转化为大功率的液压能的输出，实现拉杆的伸缩控制。
一种主被动复合柔性抛光装置，包括主被动柔顺机构、机械臂、旋转工作台和超声振动辅助组件，所述主被动柔顺机构安装在机械臂的动作端，所述机械臂安装在基座上，所述主被动柔顺机构的执行端位于所述旋转工作台的抛光工位上；
所述主被动柔顺机构包括上箱体、下箱体和底板，拉杆液压缸固定安装在底板上，拉杆液压缸的伸缩杆与六维力传感器连接，六维力传感器的另一端连接在窄滑板上，窄滑板与底板上的导杆为滑动连接，窄滑板与上箱体的导杆为固定连接，实现上箱体和砂带杆整体的直线运动，通过调节伺服比例阀来控制流经拉杆液压缸的油量来控制拉杆的伸缩运动；所述上箱体安装变弹性柔性砂带，所述变弹性柔性砂带由自下而上的下基层、弹性层、中基层、磨粒层构成；
所述超声振动辅助组件包括超声波发生器、换能器和超声波变幅杆，所述超声波变幅杆的端部连接在上箱体的凸台上，并且在变幅杆中部靠后的位置上有一起提高连接稳定性的凸台，变幅杆的凸台连接到上箱体上，两个凸台相互平行；变幅杆的震动传递到砂带的接触轮上，通过接触轮带动变弹性砂带实现超声震动。
进一步，所述变弹性柔性砂带是闭式砂带，通过砂带主动轮、弹簧滚子机构、接触轮、从动轮、摆动气缸控制的张紧轮完成砂带的安装，所述变弹性砂带经过砂带主动轮、从动轮、张紧轮和安装在砂带杆前端的磨削接触轮实现变弹性砂带的安装，并由弹簧滚子机构实现该变弹性砂带与砂带杆的贴合，使用旋转摆动气缸来完成砂带的张紧；在砂带杆的边缘有段凹槽，配合弹簧滚子机构的挡叉，挡叉卡在砂带杆的凹槽内防止砂带在加工过程中发生侧向滑移。
所述砂带主动轮的转轴上安装被动齿轮，被动齿轮与主动齿轮啮合，所述主动齿轮与驱动电机的输出轴联接。
再进一步，在拉杆缸伸缩杆的前端装有一块窄滑板的矩形板材，窄滑板的四周有孔，孔上装有可以让导杆通过的导杆套，在该窄滑板中布置导杆以保证拉杆缸输出到矩形板材的运动的直线性；另外，靠近底板的导杆与导杆套采用的是间隙配合，可以让窄滑板连同导杆套一起在导杆上往复运动，而上方两根导杆上的导杆套采用的是相对位置固定的连接，导杆套连同窄滑板、导杆一起运动，上方的导杆通过与l形连接件固定连接，实现了上箱体的运动。
本实施例的超声振动辅助主被动复合柔性抛光装置，包括机器人前端(1)、机器人小臂(2)、转轴(3)、连接块(4)、机器人大臂(5)、旋转台(6)、基座(7)、工件旋转台(8)、工件(9)、主动轮(10)、螺母(11)、上箱体(12)、张紧轮(13)、张紧杆(14)、旋转摆动气缸(15)、从动轮(16)、l形连接(17)、螺栓(18)、螺母(19)、弹簧(20)、变幅杆(21)、接触轮(22)、接触轮支撑件(23)、变弹性砂带(24)、凸台(25)、挡叉(26)、螺钉(27)、连接件(28)、上导杆套(29)、导杆(30)、滑板(31)、下导杆套(32)、底板(33)、拉杆液压缸导杆(34)、六维力传感器(35)、拉杆液压缸(36)、凸台(37)、齿轮箱(38)、从动锥齿轮(39)、主动锥齿轮(40)、电机(41)。机械臂装在基座上，主被动柔顺机构装在机械臂的末端，通过分析六维力传感器的接触力信息，改变电液伺服比例阀的流量来控制上箱体的运动来实现该主被动柔顺。使用变幅杆(连同超声波发生器、换能器)实现超声震动的辅助功能，使用机械臂实现机构的空间位姿调整和既定的轨迹运动。
所述变弹性砂带由作为磨料和粘结剂承载体的基材，基材可选择布基、无纺布、或复合基材等。在基材上方粘结了一层弹性体材料，该弹性层材料的选择可以根据实际磨削过程中的工件材料、磨削参数选择合适的材料。例如：丁苯橡胶、sbs以及其他可供选择的弹性材料。在所述弹性层的上方粘结一层底胶，在其上粘结一层基层，在这层基层上，为其植入作为切削刃、起磨削作用的磨料。磨料的材料也根据要加工的工件材料的性质以及磨削的相关参数进行选择。该变弹性砂带在沿着切线的方向上，由于基材的弹性模量相对较大。在磨削时，受到的拉力一定，该变弹性砂带的变形量相对较小。而此时在垂直于该变弹性砂带的运动方向上，由于弹性层的存在，仍可以在该方向上线弹性变形，以提供接触柔性。
在所述的上箱体后端，开有一圆孔在保证电机的输出轴与圆孔保证同轴度的情况下，通过螺栓连接将该电机装到上箱体上，同时实现定位要求。在连接部分通过在上箱体上设置凸台来增强连接部分的强度与稳定性。该电机的输出轴末端连接有一组直齿圆锥齿轮，实现运动运动传递到砂带主动轮上。
在所述上箱体背面的锥齿轮箱上，通过螺栓连接将电机连接到上箱体，在电机的轴端连接一直齿圆锥齿轮，另一配合的直齿圆锥齿轮连接到一根与主动轮同轴的轴上，该直齿圆锥齿轮与轴通过键连接，实现周向定位，配合螺母实现轴向定位。在抛光加工过程中，该伺服电机的动力通过锥齿轮传到主动砂带轮轴上，主动砂轮轴通过键连接与主动砂轮实现周向定位，并将轴上的运动传递到主动砂轮上，在上箱体中主动砂轮带动变弹性砂带运动。在上箱体的锥齿轮安装有齿轮箱，防止锥齿轮在运动过程中被磨屑污染，影响使用寿命。
在所述的上箱体下方有一电液伺服比例控制装置，该装置以拉杆缸为末端的输出元件，拉杆液压缸通过螺栓连接，连接在底板上。在底板上装有l形连接，一面有可供螺栓连接使用，通过螺栓连接，将该l形结构连接到底板上。另一半有可供连接导杆套的孔，导杆和导杆套配合，导杆套和l形连接配合。在底板的上方，有相同的l形连接。该l形连接通过螺栓连接到上箱体，另一边的孔与导杆套配合，导杆套与导杆配合。
在所述的导杆机构中，拉杆缸的伸缩轴的轴端连接了六维力传感器，六维力传感器另一边连接到矩形窄滑板。在该矩形窄滑板四周开有与四根导杆配合的孔，它们之间通过轴套连接，轴套固定连接在窄滑板上，上方的两个导杆套与导杆是固定连接，下方的连个导杆套与导杆是间隙配合，可以实现相对滑动，又可以保证运动的直线性。
接触轮通过固定的旋转轴装在上述砂带杆的前端。该接触轮的尺寸一定，装到砂带杆上后与有斜度的砂带杆边缘线形成相切。在砂带杆的边缘有凹槽，本装置中的弹簧滚子机构与其配合使用，起到对该便弹性砂带的预紧，侧向定位，防止砂带在抛光过程中发生偏移，影响加工精度。对于提高工件的抛光质量有良好的效果。
螺栓连上挡叉且穿过弹簧，并通过螺母连接在l形连接的前端，通过拧动螺母，使弹簧形成一定的预压力。在挡叉的下方的u形槽内，放置一个圆柱滚子。圆柱滚子在弹簧与压力的作用下，完成了砂带与砂带杆的预紧。l形连接通过螺钉连接到主箱体上。
上箱体的右侧分布了两个砂带轮的回转轴，最右侧安装有一摆动气缸，采用旋转的摆动气缸，通过控制旋转杆带动张紧轮做回转运动，实现该变弹性柔性砂带的张紧。在上箱体得左侧安装有一砂带杆，该砂带杆通过螺钉连接，固定在主箱体上。将电机安装在对应上箱体主动轮的背面，并设置齿轮箱，避免加工磨屑的污染。在该电机另的一侧，安装拉杆缸，平衡两侧的配重。使装配体的尺寸尽量小，有利于最大化该装置在机械臂末端的空间位置运动不受装置本身的尺寸限制。
下面结合附图，通过对本发明专利的具体实施方式作进一步的描述，使本项发明的技术方案及其效果更加清楚、明确。
本实施例以抛光回转类壳体水杯为例。如图1所示旋转台(8)上方装有工件水杯(9)。机械臂安装在基座(7)上，主被动柔顺机构安装在机械臂的末端。在上箱体中，变弹性砂带(24)采用闭式结构，经过砂带主动轮(10)、从动轮(16)、张紧轮(13)和安装在变幅杆(21)前端的磨削接触轮(22)，实现变弹性砂带(24)的安装。变弹性砂带(24)安装时通过弹簧滚子机构挡叉(26)的凹槽，可以防止砂带在加工过程中发生侧向滑移。提高砂带运行的稳定性，以提高磨削的表面精度。使用旋转摆动气缸(15)来完成变弹性砂带(24)的张紧。在上箱体的下方有放置主动砂带轮的驱动电机(41)以及传动的锥齿轮(39、40)，两根导杆通过螺栓连接到上箱体，此处两根导杆(30)与导杆套(29)为固定连接，且该导杆套(29)与滑板(31)之间也为固定连接。同时，底板上页连接有两根导杆和与其配合使用的导杆套，底板上连接的两根导杆与导杆套之间为可以相对滑动的间隙配合，此时导杆套与滑板之间为固定连接。底板上安装有一拉杆液压杆(34)，该液压拉杆缸(37)的拉杆端部装有一六维力传感器(35)，所使用的六维力传感器另一端连接到滑板上，滑板连接有上述的四个导杆套。
在加工过程中，旋转台(8)带动工件(9)做定轴的回转运动。可通过调节旋转工作台的转速来调整抛光过程中工件与砂带之间相对速度。本发明中提出的抛光装置，在机械臂的带动下，实现空间位姿的调整。在本实例中针对该回转类壳体水杯(9)，实现抛光头抛光路径的规划，抛光头慢慢接近目标工件的起始加工点附近，缓慢的进给。直到该变弹性砂带(24)在接触轮(22)的支撑作用下与工件贴合上。由于该变弹性砂带(24)自身的弹性，即可以实现加工的被动柔顺。上箱体中的变幅杆(21)实现了接触轮(22)按照一定振幅的震动，改善接触力情况。该装置在机械臂控制下按照既定的空间加工路径运动。在加工过程中，由于砂带与工件的接触力对加工的表面质量有很大的影响，在接触力发生较大波动的地方，力的变化经由变幅杆(21)、上箱体、导杆(30)、滑板(31)传递到六维力传感器(35)上，六维力传感器(35)将力的变化信息实时传递给计算机，计算机通过比对实际值与理想值之间的偏差，将电信号传递给电液伺服比例阀。电液伺服比例阀将小功率的电信号转化为大功率的液压能输出，控制流经拉杆液压缸的进出口流量，实现拉杆(34)的伸缩运动。滑板(31)与拉杆(34)以及六维力传感器(35)一起运动，带动上箱体做直线方向上的进给运动，抛光头与工件之间相对位置的改变，直接改变接触力的大小，并且在拉杆(34)端部的六维力传感器同时仍在收集接触力信息，电液伺服比例阀可以在很短的时间内完成动态响应，避免了主动柔顺的滞后性，实现了该抛光装置对抛光过程中接触力的实时控制。该抛光装置很好的实现了主、被动柔顺功能复合使用，并且使用超声辅助装置改善同等材料去除率下的接触力分布情况。提高了该装置对加工接触力要求较高工件的适应性，机械臂对路径的强适应性使得该装置很好的完成抛光。