一种薄壁多通工件机器人自动打磨装备的制作方法

本发明涉及一种自动打磨技术领域，具体涉及一种薄壁多通工件机器人自动打磨装备。

背景技术：

航天产品桁架结构由复合材料杆件和接头胶接而成。胶接过程通过胶接工装对其进行定位，胶接前需要对接头进行修配和预装，确保可以顺畅装入，同时保证定位点与工装匹配。由于设计公差较小，加上制造误差累积，导致装配过程中需要对接头进行修配，以保证胶接面较小的胶接间隙；同时，桁架结构为立体交叉结构，1个接头最多需要同10多根杆件连接，需要利用一定的装配间隙实现同时装配。因此，胶接间隙的控制是桁架装配过程中最为关键的控制点。目前桁架装配胶接间隙的控制是通过反复试装、手工打磨接头实现，主要存在以下问题：

(1)胶接间隙难以精确控制。反复试装和手工打磨接头对操作者的经验依赖大，打磨量不能量化，胶接间隙不均匀、易超差。

(2)打磨表面均匀性不高。胶接面的预处理主要依赖手工打磨和有机溶剂清洗工艺。手工打磨的工作环境恶劣、打磨表面质量不均、表层纤维易损伤、工艺过程难以量化。

(3)打磨粉尘对人体伤害大。为确保桁架胶接间隙，胶接前采用人工打磨方式反复打磨、试装。打磨时粉尘很多，对操作人员的呼吸系统和皮肤造成损害。现场配备了安全防护措施，但是时间长了难免会有粉尘透过防护服接触人体。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提出了一种薄壁多通工件机器人自动打磨装备，旨在使机器人自动打磨装备替代现有手工打磨，并全部适用或部分适用与多种薄壁多通复合材料桁架接头，提高机器人自动打磨装备的适用范围。

本发明设计了一种薄壁多通工件机器人自动打磨装备，包括位于打磨房内部的接头机器人上下料系统、工件几何外形测量系统、测量/磨削换位平台、工件精确磨削加工系统，以及位于打磨房外部的总体控制系统；所述接头工件机器人上下料系统主要包括工业机器人、上下料平台、装夹手爪和夹具；所述工业机器人安装在所述上下料平台和所述测量/磨削换位平台之间；所述工件几何外形测量系统和所述工件精确磨削加工系统水平安装在所述测量/磨削换位平台上，通过安装在所述测量/磨削换位平台上的线性移动轴进行往复平移；所述线性移动轴通过电机带动丝杠沿着导轨运动。

进一步，所述的工件几何外形测量系统主要包括三个三维智能快照式传感器和线性滑台；其中三个三维智能快照式传感器沿水平圆周均匀分布，并固定在线性滑台上，可通过滑台移动多次拍照实现对静止目标物的多个特征同时进行三维质量检测。

进一步，所述的工件精确磨削加工系统主要包括工件轴线调姿定位平台、磨削二轴数控加工平台、主动柔顺装置、磨削工具和集尘罩。

进一步，所述的工件轴线调姿定位平台为六自由度调姿定位平台，用于调整高精度回转台位置和姿态，使其回转轴线与测定后的工件轴线重合，并可以用于刀具轴向进给量的调节。

进一步，所述的磨削二轴数控加工平台包括回转台和单轴平移台；其中所述回转台用于实现刀具的周向旋转，配合放置于台面上的单轴平移台，可打磨不同直径的工件，或者通过回转台和单轴平移台联动实现平行四边形工件的打磨；所述单轴平移台上放置主动力控柔顺装置，通过精密控制磨削工具的侧向压力，以保证较高的打磨质量，同时防止工件夹持时发生晃动。

进一步，所述的主动柔顺装置上放置微角度偏摆机构，使磨削工具可以偏摆一定的微小角度，以配合回转台打磨工件前端锥度部分。

进一步，所述的磨削工具通过主轴电机经由换向器带动实现高速转动；所述换向器前端放置集尘罩，用于收集磨削过程中产生的粉尘。

进一步，所述的装夹手爪通过螺钉固定在工业机器人的末端法兰盘上，配合夹具实现航天产品桁架接头的抓取与固定。

本发明提供的薄壁多通工件机器人自动打磨装备具有如下优点或有益效果：(1)通过扫描即可实现对不同规格航天产品桁架接头高精度、全视野的三维测量，且测量过程中被测物完全静止不动，避免了运动控制系统所引起的振动误差；(2)通过测量平台与磨削加工平台沿线性移动轴进行更换，以保证精度，避免机器人换位带来的位姿不确定误差；(3)替代手工打磨，实现桁架高精度、高质量和高效率的自动化打磨，提高桁架装配精度，适用于薄壁多通桁架接头的自动化打磨。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明工件几何外形测量系统的结构示意图。

图3为本发明测量/磨削换位平台的结构示意图。

图中：1-打磨房；2-接头机器人上下料系统；3-工件几何外形测量系统；4-测量/磨削换位平台；5-工件精确磨削加工系统；6-总体控制系统；7-工业机器人；8-上下料平台；9-装夹手爪；10-夹具；11-线性移动轴；12-三维智能快照式传感器；13-线性滑台；14-工件轴线调姿定位平台；15-磨削二轴数控加工平台；16-主动柔顺装置；17-磨削工具；18-集尘罩；19-回转台；20-单轴平移台；21-微角度偏摆机构；22-主轴电机；23-换向器；24-法兰盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施。

如图1所示，本实施例一种薄壁多通工件机器人自动打磨装备，主要包括位于打磨房1内部的接头机器人上下料系统2、工件几何外形测量系统3、测量/磨削换位平台4、工件精确磨削加工系统5，以及位于打磨房1外部的总体控制系统6；所述接头工件机器人上下料系统2主要包括工业机器人7、上下料平台8、装夹手爪9和夹具10；所述工业机器人7安装在所述上下料平台8和所述测量/磨削换位平台4之间；所述工件几何外形测量系统3和所述工件精确磨削加工系统5水平安装在所述测量/磨削换位平台4上，通过安装在所述测量/磨削换位平台4上的线性移动轴11进行往复平移。

所述的工件几何外形测量系统3主要包括三个三维智能快照式传感器12和线性滑台13；其中三个三维智能快照式传感器12沿水平圆周均匀分布，并固定在线性滑台13上，可通过滑台移动多次拍照实现对静止目标物的多个特征同时进行三维质量检测。

所述的工件精确磨削加工系统5主要包括工件轴线调姿定位平台14、磨削二轴数控加工平台15、主动柔顺装置16、磨削工具17和集尘罩18。

所述的工件轴线调姿定位平台14为六自由度调姿定位平台，用于调整高精度回转台位置和姿态，使其回转轴线与测定后的工件轴线重合，并可以用于刀具轴向进给量的调节。

所述的磨削二轴数控加工平台15包括回转台19和单轴平移台20；其中所述回转台19用于实现刀具的周向旋转，配合放置于台面上的单轴平移台20，可打磨不同直径的工件，或者通过回转台19和单轴平移台20联动实现平行四边形工件的打磨；所述单轴平移台20上放置主动柔顺装置16，通过精密控制磨削工具17的侧向压力，以保证较高的打磨质量，同时防止工件夹持时发生晃动。

所述的主动柔顺装置16上放置微角度偏摆机构21，使磨削工具17可以偏摆一定的微小角度，以配合回转台打磨工件前端锥度部分。

所述的磨削工具17通过主轴电机22经由换向器23带动实现高速转动；所述换向器23前端放置集尘罩18，用于收集磨削过程中产生的粉尘。

所述的装夹手爪9通过螺钉固定在工业机器人的末端法兰盘24上，配合夹具实现航天产品桁架接头的抓取与固定。

本发明对某航天产品桁架接头进行自动打磨加工的具体工艺流程如下：接头机器人上下料系统中的工业机器人在上下料平台上通过装夹手爪和夹具实现桁架接头的抓取和固定后，通过工件几何外形测量系统3进行工件三维几何外形测量，而后通过控制系统进行点云数据逆向成形后，并由控制系统根据加工位置自动生成磨削加工轨迹，然后将控制指令传送到工件磨削系统，实现桁架接头的精确磨削加工。