全自动打磨抛光机器人的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种全自动打磨抛光机器人。
【背景技术】
[0002]大型回转体薄壁结构件的加工一直是数控加工领域中的一大难题，薄壁件相对刚度低、外形协调要求高、加工工艺性差，装夹定位和加工过程中被加工件极易变形，难以控制加工精度和达到较高的加工效率。目前焊接成型已日趋成熟，由于具有可适应性强、连接强度高、连接密闭性好等优点，在大型薄壁回转结构成型中得到广泛应用，对于焊接成型的大型薄壁回转件，对其表面进行打磨抛光是不可缺少的一道工序，据考察，目前国内在薄壁件抛光打磨加工处理技术能力还处于相当薄弱的状态，主要通过工人手工完成，这种作业方法的弊端有以下几个方面:(I)工人加工效率低，对于大型薄壁回转工件每个熟练工人需要几天甚至一个月的时间。对于工件曲线不规则、表面凸凹不平的情况，加工效率更加低下，因此生产企业不得不雇佣大量的劳动力专门从事抛光加工，而近几年出现的“用工荒”，使企业越来越难招到足够的熟练抛光工人；(2)由于抛光打磨过程中产生大量的粉尘，由呼吸道以及皮肤渗入工人的身体，对工人的健康有很大危害，时间长了会恶化成尘肺病。尘肺病是在职业活动中长期吸入生产性粉尘，并在肺内储留而引起的以肺组织弥漫性纤维化为主的全身性疾病；(3)手工抛光质量难以保证。由于抛光过程是纯手工操作，抛光质量取决于工人操作熟练程度，因此抛光产品质量一致性差。
[0003]目前国内外有些企业或者高校进行了一些打磨抛光机器人的研宄，大多是采用机械手抛光系统，虽然其在抛光打磨过程中能够实现自动控制，但是机器手各关节都是转动自由度，且承载力有限(电机扭矩限制)，这就带来刚度不足，加工时(特别是打磨作业)极易产生颤振；另一方面通用机器人作业空间有限(从现在来看根本实现不了这么大空间运动)，且靠各关节的转动来实现位置控制，控制路径复杂，不易操作，非专业人员无法操作，并且难以在加工过程中磨头在一定程度上补偿工件表面形状变化。
【发明内容】
[0004]鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种全自动打磨抛光机器人，既能够实现加工表面压力恒定且可调，又能够在一定程度上补偿工件表面形状变化，不仅可以保证抛光打磨过程平稳，保证抛光打磨质量，而且控制简单，易于操作。
[0005]本发明提供一种全自动打磨抛光机器人，主要由抛光打磨机器人、工件自选驱动平台及粉尘抽排系统构成；抛光打磨机器人为不同材质及不同外形的工件提供高效、高精度抛光打磨作业，共有X向平移运动、Y向平移运动、支撑臂回旋运动、磨头摇臂摆动、抛光打磨轮自旋运动5个自由度；包括:X向平移运动机构'Y向平移运动机构；支撑臂回旋运动机构，方便初始‘对刀’操作；抛光打磨轮自旋运动机构，根据实际工况的不同，只需选用不同材质的抛光轮及设定不同转速；磨头摇臂摆动机构等机构；工件自旋驱动平台包括:车体，便于移动及手动调平；锥齿轮减速箱，实现平稳传动；变频驱动电机；安装平台；聚四氟乙烯材料工装，方便安装定位；夹紧定位轴；调速控制器等；粉尘抽排系统，采用移动式粉尘抽排系统，可有效排除抛光打磨灰尘，且其具有自动除灰功能，避免人力除灰麻烦。
[0006]X向平移运动机构，包括；X向驱动电机、联轴器、滚珠直线导轨、滚珠丝杠、支承轴承箱、溜板及X向支撑臂等；x向平移机构采用驱动电机加滚珠丝杠加滚珠直线导轨的直线驱动方式，其具有集成度高、通用性强、定位精度高(小于0.0lmm)、承载力大等优点，是抛光打磨执行机构精确大范围跟踪工件外形的重要保障；优选地，支撑臂采用焊接箱形梁结构；所述滚珠丝杠及导轨组合体通过螺栓联结在支撑臂腔体内，并用伸缩护罩防护；所述X向驱动电机为常闭型抱闸驱动电机，保证在系统断电后不会因为滚珠丝杠的不自锁性而带来的‘溜车’现象；X向驱动电机输出轴端加装光电编码器，不仅以实现位置伺服闭环控制，又可以将信号返回上位机进行实时反馈监控。
[0007]Y向平移运动机构，包括:Y向驱动电机、联轴器、滚珠直线导轨、滚珠丝杠、支承轴承箱、溜板、Y向支撑臂等'Y向平移机构采用伺服电机加滚珠丝杠加滚珠直线导轨的直线驱动方式，其具有集成度高、通用性强、定位精度高(小于0.0lmm)、承载力大等优点，是抛光打磨执行机构精确大范围跟踪工件外形的重要保障；优选地，支撑臂采用焊接箱形梁结构；所述滚珠丝杠及导轨组合体通过螺栓联结在支撑臂腔体内，并用伸缩护罩防护；所述Y向驱动电机为常闭型抱闸驱动电机，保证在系统断电后不会因为滚珠丝杠的不自锁性而带来的‘溜车’现象；Υ向驱动电机输出轴端加装光电编码器，不仅以实现位置伺服闭环控制，又可以将信号返回上位机进行实时反馈监控。
[0008]优选地，在X向导轨及Y向导轨行程两端设计双余度限位开关，起到行程限位和保护作用。
[0009]优选地，Y向平移机构安装在支撑臂回旋运动机构上，采用的是四点铰接触回转支承方式，驱动方式为手动，可以实现360°回转；所述回转支承一侧设计有两个偏心锁紧器，当Y向平移总成位置确定后，将其锁紧固定，方便初始‘对刀’操作。
[0010]磨头摇臂机构，包括:磨头摇臂、恒力控制装置、减振阻尼装置、回转轴及支承、皮带轮、皮带、皮带轮轴承箱、直流调速电机、抛光打磨轮及其锁紧器等；优选地，磨头摇臂摆动机构采用一对角接触轴承提供回旋自由度，驱动方式由恒力控制装置驱动，摇臂转角范围由恒力控制装置行程来决定；优选地，恒力控制装置输出压力的大小由控制系统根据需要给定，具有随工件表面形状变化的自定位功能，并始终保持压力恒定，保证抛光打磨过程的质量及安全性。
[0011]作为优选，磨头摇臂摆角范围为±15°，恒力控制装置可以在此范围内实现恒力跟随补偿；摆角极限位置设计有双余度限位开关，当摆角超行程，限位开关触发使得系统强制停机，以保证工件安全。
[0012]作为优选，恒力控制装置集位置控制和恒力控制于一体，即有工作位置控制模式及工作恒力控制模式；对刀调试采用位置控制模式，磨头摇臂预先置于合适角度位置，再在该模式下进行磨削加工作业；对工件进行抛光打磨采用恒力控制模式，压力大小可根据不同材质工件和抛光轮类型设定最佳值。
[0013]作为优选，磨头摇臂下端设有减振阻尼装置，可有效避免加工压力波动，降低加工力波动对抛光打磨精度的影响。
[0014]作为优选，抛光轮驱动采用可控无极调速方式，从而适应不同材质抛光线速度的要求；优选地，采用皮带传动，起到一定的减振作用，可大大降低因齿轮传动等振动对抛光轮的干扰。
[0015]作为优选，抛光方式采用可调高速抛光轮方式，抛光轮安装机构设计成通用拆装形式，根据不同工件抛光、打磨甚至磨削加工的任务需要，可任意换装磨轮，如按材质分有尼龙轮、金钢砂轮、羊毛轮、纤维轮等，外形尺寸及转速，可按任务需要选用，从而满足相应工况要求。
[0016]工件自旋驱动平台，包括车体、锥齿轮减速箱、变频驱动电机、安装平台、聚四氟乙烯材料工装、夹紧定位轴、调速控制器等；优选地，工件自旋驱动平台和自动抛光打磨机器人各自采用独立的电气控制系统，便于独立操作及平台移动，增强使用灵活性和通用性；优选地，传动机构选择斜齿圆锥齿轮减速器，速比为5.41:1，以便于空间布置并且实现平稳传动。
[0017]作为优选，安装平台为圆盘形钢制平台，其上开有T型槽，以便于不同工件安装、定位；优选地，安装平台上设计有安装定位工装，并用螺栓固定连接，工装采