本发明属于机械加工技术领域，尤其涉及一种浮动去毛刺装置。
背景技术：
传统工业领域大部分去毛刺加工工艺采用手工作业，借助手持气动或电动工具进行去毛刺加工，这类加工方法通常效率低下，且容易导致产品不良率上升，为此，一部分厂家开始使用机器人安装电动或气动工具进行自动化去毛刺加工。与手工作业相比较，机器人去毛刺能有效降低人力成本、提高生产效率，但是在针对复杂工件的去毛刺加工过程中，刚性去毛刺工具在加工边、角和交叉孔等不规则形状的工件毛刺时，容易出现断刀或者对工件造成损坏等情况。
近年来在国内外采用浮动去毛刺工具，例如aks公司推出的一款气动驱动的浮动去轮廓毛刺工具，该工具通过弹簧装置调节刀具侧向压力，从而实现刀具角度的侧向浮动；amtru公司推出的机器人浮动去毛刺主轴，通过外部气源提供驱动力，以实现刀具的360°径向浮动。
又例如公告号为cn204819033u的专利文献公开了一种浮动式去毛刺自适应装置，包括电主轴和安装在所述电主轴前端端部的刀具；所述电主轴前端的外表面一侧设置有多个单作用的浮动气缸，所述浮动气缸的活塞轴端部与电主轴的外侧壁接触，电主轴的后端固定连接有浮动连接体，所述浮动连接体的轴部后端伸入一浮动轴承的内孔中，所述浮动轴承为球面结构且可使浮动连接体带动电主轴在其内部摆动；所述浮动气缸连接气控单元，所述气控单元包括气源、与所述气源连接的过滤减压阀以及与所述过滤减压阀连接的电气比例阀，所述电气比例阀通过管道连接各个浮动气缸。该实用新型可以允许铸件的产品形变，不伤害铸件的本体，同时不遗留毛刺。
上述浮动去毛刺装置的共同优点是：自动化程度高，产品合格率高；然而它们都有以下共同缺点：浮动机构成本高、结构复杂、刀柄摆动幅度小等。
因此，市场上迫切需要一种新型浮动去毛刺工具，既能作为机器人末端执行器用于自动化作业中，又相对国外已有产品有更为简单的结构和相对较低的制造成本。
技术实现要素：
本发明提供了一种浮动去毛刺装置，能达到良好的毛刺去除效果，同时结构简单，制造成本低。
一种浮动去毛刺装置，包括外壳防护罩机构，固定在所述外壳防护罩机构的内侧底部的伸缩行程机构以及用于安装刀具的电主轴固定机构，还包括与伸缩行程机构前端连接的浮动运动机构，所述浮动运动机构的前端与所述电主轴固定机构的后端连接，所述电主轴固定机构的前端从外壳防护罩机构的前端伸出。
浮动运动机构是使浮动去毛刺装置具备浮动功能的机构。在垂直于电主轴方向的外力(去毛刺切削力)达到一定程度时，浮动运动机构允许电主轴顺着外力方向作一定程度摆动；外力消失后，电主轴恢复初始位置，从而实现浮动去毛刺功能。本浮动去毛刺装置的浮动运动功能是通过将气缸的单自由度直线运动转换为二自由度转动运动实现的。
本发明通过设置伸缩行程机构和浮动运动机构，允许刀具在加工过程中产生一定程度的径向浮动，不需要精确定义边界就能达到良好的毛刺去除效果；本发明可以安装在数控加工中心或机械手上，从而在处理不规则毛刺时，不容易损坏刀具或工件。
浮动运动机构只采用几组轴承配合伸缩行程机构就实现了刀具在360°方向的浮动，结构简单，制造成本低，优选的，所述浮动运动机构包括：
导向及定位固定座，与所述伸缩行程机构的固定件连接，中间设有活动盘安装腔；
活动机构支撑座，固定在所述导向及定位固定座的周围；
横向活动板，通过活动板轴承安装在所述活动机构支撑座内，中段设有横向通过孔；
纵向活动板，通过活动板轴承安装在所述活动机构支撑座内且与所述横向活动板的转动轴线具有夹角，中段设有与所述横向通过孔同轴设置的纵向通过孔；进一步优选的，纵向活动板与所述横向活动板的转动轴线相互垂直。
活动盘，后端伸入所述活动盘安装腔抵靠在所述伸缩行程机构的活动件上，前端沿着轴向穿过所述横向通过孔和纵向通过孔并与所述电主轴固定机构的后端连接。
活动盘安装轴是活动盘的主要配合对象，二者构成的铰链连接使活动盘只具备一个相对转动自由度和一个相对移动自由度，而该移动自由度又进一步被横向通过孔阻止，所以以横向活动盘为参考对象的话，活动盘只有一个转动自由度；由于横向活动盘又可以绕其本身的转动轴转动，所以使得活动盘最终具备两个垂直方向的转动自由度。
封油盖，与所述导向及定位固定座固定连接用于密封所述活动盘安装腔。
为了进一步提高本发明的浮动运动机构转动灵活性，优选的，所述活动盘通过活动盘安装轴安装在所述横向通过孔中，所述活动盘安装轴垂直电主轴。活动盘安装轴通过活动盘安装孔贯穿活动盘，活动盘可以绕活动盘安装轴转动；初始状态下，横向通过孔与纵向通过孔所在平面相互平行，前者用于阻止活动盘在横向通过孔短边方向的滑动，并限制活动盘在横向通过孔短边方向的转动范围，后者用于限制活动盘在横向活动板转动轴线方向的转动角度范围；初始状态下，活动盘轴线与横向活动板转动轴线、纵向活动板转动轴线均相互垂直。优选的，所述活动盘安装轴与所述横向活动板的转动轴线相互垂直。
为了防止切削下来的毛刺、粉尘进入外壳保护罩机构内，优选的，还包括套在外壳防护罩机构的前端上将电主轴固定机构罩住的硅胶防尘套。
为了方便安装和拆卸，优选的，所述外壳防护罩机构包括依次连接的后端外壳罩、中间外壳罩和前端外壳罩。将外壳防护罩机构分为多段，便于安装伸缩行程机构、浮动运动机构和电主轴固定机构。
所述伸缩行程机构可以采用各类弹性件，例如气缸结构、弹簧、橡胶块等，优选的，所述伸缩行程机构包括：
气缸，底部固定在末端外壳罩的内侧壁上；
活动导向盘，后端与气缸的活塞连接，前端伸入所述活动盘安装腔与所述活动盘抵靠。初始状态下，活动盘与活动导向盘的端面重合，在发生浮动位移的情况下，活动盘倾斜一定角度，与活动导向盘构成点接触并导致活动导向盘压缩气缸发生移动。
与基于弹簧装置实现的浮动去毛刺装置相比，采用气缸的优点为：(1)具备更好的动态响应特性，可以实现恒力切削；(2)通过与力传感器结合，可以基于加工过程中切削力变化实现浮动刚性的动态调整。与现有气浮式去毛刺主轴相比，本发明结合气缸和浮动运动机构，优点为：(1)制造难度低，成本低；(2)主轴与浮动机构之间耦合程度低，可以较容易实现替换。
优选的，所述电主轴固定机构包括：
电主轴固定管，后端与所述活动盘的前端固定连接，前端从所述前端外壳罩中间的孔伸出；
电主轴，通过电主轴锁紧套与电主轴固定管的前端固定连接，实现电主轴到浮动运动机构的运动传递。
本发明的浮动去毛刺装置针对毛刺形状不规则、尺寸变化较大情况下的浮动去毛刺，默认情况下，通过对气缸施加恒定压力的压缩空气，可以使浮动去毛刺装置具备恒定大小的回复力(反映浮动的刚度)，从而实现恒压浮动控制；通过接入带气压控制功能的电气比例阀，可以对浮动的刚度进行调整。
通过引入力传感器检测实时切削力，可以判断当前浮动去毛刺装置的切削状态，一方面，如果切削力的幅值过大，说明毛刺尺寸过大，或者硬度过高；另一方面，可以通过切削力的变化范围判断去毛刺加工是否达到合格标准。
针对毛刺形状不规则的加工条件，采用多次加工的方式完成去毛刺加工，先通过电气比例阀调整气缸回复力，将去毛刺装置设置成较小浮动刚度，确保即使碰到较大的毛刺也能通过电主轴的浮动运动形成有效避让。与此同时，通过力传感器检验第一次加工的切削力变化，并依此调整第二次加工时的浮动刚度，一直到力传感器检测到的切削力范围达到合格标准。
本发明的有益效果：
本发明的浮动去毛刺装置和方法，通过设置伸缩行程机构和浮动运动机构，允许刀具在加工过程中产生一定程度的径向浮动，不需要精确定义边界就能达到良好的毛刺去除效果，可以安装在数控加工中心或机械手上，从而在处理不规则毛刺时，不容易损坏刀具或工件。
附图说明
图1是本发明的浮动去毛刺装置的剖面示意图。
图2是本发明的外壳防护罩机构的结构示意图。
图3是本发明的伸缩行程机构的结构示意图。
图4是本发明的浮动运动机构的结构示意图。
图5是本发明的浮动运动机构的剖面示意图。
图6是本发明的电主轴固定机构的结构示意图。
图7是本发明的硅胶防尘套的结构示意图。
图8是本发明的导向及定位固定座的结构示意图。
图9是本发明的横向活动板的结构示意图。
图10是本发明的纵向活动板的结构示意图。
图11是本发明的活动导向盘的结构示意图。
图12是本发明浮动去毛刺装置的工作原理示意图。
具体实施方式
为了进一步描述本发明的技术特点和效果，以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步描述。
如图1～12所示，本实施例的浮动去毛刺装置，包括：外壳防护罩机构1、伸缩行程机构2、浮动运动机构3、电主轴固定机构4以及硅胶防尘套5。伸缩行程机构2固定在外壳防护罩机构1的内侧底部，浮动运动机构3与伸缩行程机构2前端连接，电主轴固定机构4的后端与浮动运动机构3前端连接，电主轴固定机构4的前端从外壳防护罩机构1的前端伸出，硅胶防尘套5套在外壳防护罩机构1上将电主轴固定机构4罩住。
外壳防护罩机构1包括：末端外壳罩10、中间外壳罩11和前端外壳罩12，中间外壳罩11的后端和末端外壳罩10的前端固定连接，前端外壳罩12的后端与中间外壳罩11的前端固定连接。
伸缩行程机构2包括：气缸20和活动导向盘21，活动导向盘21末端的外螺纹与气缸20的内螺纹孔相连接实现二者间相对固定，气缸20的底部固定在末端外壳罩10的内侧壁上，通过螺栓固定连接。
浮动运动机构3包括：导向及定位固定座30、横向活动板31、纵向活动板32、活动盘33、封油盖34、活动机构支撑座35、活动板轴承360、活动板轴承轴向定位螺母361、活动板轴承轴向定位弹性挡圈362、活动板轴承端盖363、活动盘安装轴370、活动盘轴承371、活动盘轴向定位螺母372、活动盘轴承端盖373以及活动盘弹性挡圈374。
活动机构支撑座35固定在导向及定位固定座30的周围，横向活动板31通过活动板轴承360安装在活动机构支撑座35上，活动板轴承360卡在活动机构支撑座35内,并通过活动板轴承轴向定位螺母361、活动板轴承轴向定位弹性挡圈362实现轴向定位，活动板轴承轴向定位螺母361和活动板轴承轴向定位弹性挡圈362分别设置在横向活动板31的两端。
同理，纵向活动板32通过活动板轴承360安装在活动机构支撑座35上，其通过活动板轴承轴向定位螺母361、活动板轴承轴向定位弹性挡圈362实现轴向定位，活动板轴承轴向定位螺母361与活动板轴承轴向定位弹性挡圈362分别设置在纵向活动板32的两端。
活动盘33穿过横向活动板31的横向通过孔，通过活动盘安装轴370安装在横向活动板31上(活动盘安装轴370穿过活动盘33)，活动盘安装轴370通过活动盘轴承371安装在横向活动板31的横向通过孔内，其通过活动盘轴向定位螺母372、活动盘轴向定位弹性挡圈374实现轴向定位；活动板轴承端盖363固定在活动机构支撑座35上，活动盘轴承端盖373固定在横向活动板31上；封油盖34通过螺纹连接安装在导向及定位固定座30上，导向及定位固定座30固定在气缸20上，活动盘33的后端抵在活动导向盘21上。
横向活动板31和纵向活动板32的安装方向相互垂直，且开设有同轴布置的横向通过孔3101和纵向通过孔3201，分别允许活动盘安装轴370在纵向和横向两个方向进行倾摆；活动盘安装轴370垂直于横向活动板31的轴向安装在活动盘安装孔3102(横向活动板31上的圆形通孔，需编辑图片)内，且在初始状态下与纵向活动板32的旋转轴同轴。纵向活动板32、横向活动板31、活动盘安装轴370及相关轴承共同组成类万向节机构。当活动盘33绕活动盘安装轴370旋转、即沿纵向倾摆时，将带动横向活动板31做等角度旋转。
电主轴固定机构4包括：电主轴40、电主轴固定管41、电主轴锁紧套42，电主轴40通过电主轴锁紧套42与电主轴固定管41固定连接，电主轴固定管41的末端通过螺栓与活动盘33的前端固定连接，电主轴固定管41的前端从前端外壳罩12中间的孔伸出，硅胶防尘套5利用其弹性套在电主轴40和中间外壳罩11上面，防止润滑脂流出。
如图12所示，在工作过程中，电主轴40在受到径向外力作用时，可以借助横向活动板31(可绕x方向旋转)、纵向活动板32(可绕y方向旋转)、活动盘安装轴370(可绕y方向旋转)、以及各支撑及安装固定部件构成的类万向节机构实现径向(xy平面)摆动，该摆动将导致活动盘33倾摆并挤压气缸20的活塞向下运动，外力消失后，气缸20的活塞在压缩空气作用下恢复初始位置，并带动类万向节机构恢复初始位置，此时电主轴40也将回到初始位置，从而实现浮动去毛刺效果。
上述实施例不以任何形式限定本发明，凡采取等同替换或等效变换的形式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。