一种基于工业机器人的钛合金环形铸件碗状内弧面抛光系统及工艺的制作方法

本发明属于机械加工领域，涉及一种抛光系统及工艺，特别涉及一种基于工业机器人的钛合金环形铸件碗状内弧面抛光系统及工艺。

背景技术：

钛合金比强度高、耐热耐蚀性能好，是一种轻质高温结构材料，在航空、航海、化工、武器装备等军用领域得到了大范围的应用；其中铸钛件因可以直接获得近净型结构件，降低生产成本，应用比例占到90％以上。钛合金环形铸件碗状内弧面抛光为钛合金零件加工过程中的主要工序之一，由于钛合金属于难加工材料，碗状内弧面形状为弧形，面积大，在加工过程中存在磨削力大，磨削温度高，砂轮粘附严重等问题，这些问题严重制约了钛合金环形铸件碗状内弧面抛光的效率和表面的质量。

目前传统的钛合金环形铸件碗状内弧面采用人将千页轮装在打磨枪上进行抛光，存在以下几个问题：(1)表面质量差，由于人在抛光时把握不好抛光的力度并且碗状内弧面为复杂的曲面，人手抛光后的表面与期望表面存在差异；(2)效率低，钛合金环形铸件碗状内弧面往往为面积较大的弧形面；(3)自动化程度较低，采用人工抛光，导致打磨后的工件表面质量差，一致性不好；(4)由于钛合金铸件的一致性比较差，碗状内弧面的弧度以及尺寸都存在一定的误差，采用机床或者人工打磨很容易因为人为的操作不当，打伤本体，造成整个零件的报废；这些问题都严重制约了钛合金的广泛应用以及企业的生产效率。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有技术中的关于钛合金环形铸件碗状内弧面抛光效率低、表面质量差以及一致性差等问题，提供一种基于工业机器人的钛合金环形铸件碗状内弧面抛光系统及工艺。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种基于工业机器人的钛合金环形铸件碗状内弧面抛光系统，包括安装底座、工业机器人、力控传感器、电主轴安装座、电主轴、延长杆、千页轮，其特征在于：所述工业机器人为六轴机器人，机器人六轴末端装有力控传感器，电主轴安装座通过螺钉和销固定在力控传感器下端，电主轴通过螺栓安装在电主轴安装座上，电主轴末端装有延长杆，千页轮装夹在延长杆上。

作为优选，所述延长杆材料为20铬钼钛，延长杆前端安装有用于夹持千叶轮的er16夹头。

一种基于工业机器人的钛合金环形铸件碗状内弧面抛光工艺，其特征在于，包括以下几个步骤：

步骤1：粗抛，选择小粒度的千页轮，低主轴转速，低走刀速度，大接触力，对工件来回磨抛多次；

步骤2：半精抛，选择中粒度的千页轮，高主轴转速，中走刀速度，中接触力，对工件来回磨抛多次；

步骤3：精抛，选择大粒度的千页轮，高主轴转速，高走刀速度，低接触力大小，对工件来回磨抛多次；

步骤4：研抛，选择超高粒度的研磨膏配合羊毛毡轮，高主轴转速，高走刀速度，低接触力大小，对工件来回磨抛多次。

作为优选，采用六轴机器人和力控传感器结合控制进行抛光，保证千页轮与钛合金环形铸件碗状内弧面的弧形面时刻保持压力接触，压力的方向与钛合金环形铸件碗状内弧面的法向保持一致。

作为优选，工业机器人带动千页轮采用在工件表面行走轨迹两侧上下振动的方式进行抛光。

作为优选，所述千页轮为布基的sic千页轮。

作为优选，所述千页轮的粒度大小，小粒度范围为50-150；中粒度范围为200-300；大粒度范围为350-480；超高粒度范围为800-1200。

作为优选，所述低主轴转速范围为5500-6500r/min；高主轴转速范围为7500-8500r/min。

作为优选，所述低走刀速度范围为10-17mm/s；中走刀速度范围为18-22mm/s；高走刀速度范围为23-27mm/s。

作为优选，所述大接触力范围为15-19n；中接触力范围为10-14n；小接触力范围为6-9n；步骤1至步骤4中来回磨抛次数为8-15次。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

1、本发明采用机器人进行抛光，通过基于力-位置的力控进行补偿，并且采用仿人手振动的抛光路径进行抛光，解决了传统加工工艺中表面质量差，一致性差等问题，大大提高了抛光表面表面质量和精度。

2、本发明采用的是软的千页轮以及羊毛毡，粒度从粗到细，柔性抛光。

3、本发明是基于工业机器人进行加工，大大提高了加工过程的自动化程度，降低了因人为误差造成的风险，响应了中国制造2025的政策，为传统制造企业向智能制造转型提供了新的思路。

附图说明

图1钛合金环形铸件碗状内弧面抛光系统示意图。

图2为钛合金环形铸件结构示意图。

图3为钛合金环形铸件剖视图。

附图标记：1-工业机器人，2-力控传感器，3-电主轴安装座，4-电主轴，5-延长杆，6-千页轮，7-安装底座，8-钛合金环形铸件，9-碗状内弧面。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

为了更好地理解本发明专利，下面结合附图和具体实施方式对本发明专利作进一步的说明，以下实施例，机器人基于采用abbirb6700-200/2.60型号六轴机器人来说明，力控传感器采用六轴力传感器。如图1所示的钛合金环形铸件碗状内弧面抛光系统示意图，包括安装底座7、工业机器人1、力控传感器2、电主轴安装座3、电主轴4、延长杆5、千页轮6，其中在工业机器人1安装在安装底座7上，工业机器人1的六轴末端装有力控传感器2，电主轴安装座3通过螺钉和销固定在力控传感器下2的端，电主轴4通过螺栓安装在电主轴安装座3上，电主轴3末端装有延长杆5，千页轮6通过er夹头装夹在延长杆5上，延长杆材料为20铬钼钛，直径为20mm，长度为100mm。

以钛合金环形铸件碗状内弧面的抛光为例，其加工要求是将碗状内弧面抛光至表面粗糙度为0.4um，其具体实施方案如下：

1、首先将钛合金环形铸件碗状内弧面抛光系统搭建完毕；

2、对钛合金环形铸件碗状内弧面的抛光轨迹进行编程导入到六轴机器人中，打开力控传感器，采用力-位置控制的方式进行恒力抛光，力的大小为变量可以根据工件表面粗糙度和抛光量进行设定，而力的方向始终保持与钛合金环形铸件碗状内弧面的法向保持一致；

3、粗抛：在延长杆末端的er夹头更换上粒度为80，直径为40mm的千页轮，主轴转速为6000r/min，走刀速度为15mm/s，接触力大小为16n，来回磨抛10次；

4、半精抛，在延长杆末端的er夹头更换上粒度为240，直径为40mm的千页轮，主轴转速为8000r/min，走刀速度为20mm/s，接触力大小为12n，来回磨抛10次；

5、精抛，在延长杆末端的er夹头更换上粒度为400，直径为40mm的千页轮，主轴转速为8000r/min，走刀速度为25mm/s，接触力大小为8n，来回磨抛10次；

6、研抛，在延长杆末端的er夹头更换上粒度为1000的研磨膏配合直径为40mm羊毛毡轮，主轴转速为8000r/min，走刀速度为25mm/s，接触力大小为8n，来回磨抛10次。

对抛光完成的碗状内弧面进行观察与检测，表面光滑无烧伤，粗糙度仪检测的粗糙度为0.23um，满足加工工艺要求。