一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置.pdf

本发明公开了一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置，包括机架、固定胚料的粘杆夹具、上料机构、下料机构、磨削滚筒、抛光滚筒、五自由度数控机构I、五自由度数控机构II、对接机构，上料机构和下料机构分别固定在机架下部的两端，磨削滚筒和抛光滚筒设置在机架下部的上料机构和下料机构之间，五自由度数控机构I和五自由度数控机构II分别装有粘杆夹具，五自由度数控机构I和五自由度数控机构II设置在机架上方的水平导轨上，对接机构设置在机架的下部。本发明的优点：无需人工干预，不需要多次拆装，实现了球面内磨削进给位置控制、抛光压力控制、以及前后半球面转接的自动化，能适应任意无凹陷面广义多面体的磨削抛光成形加工。

1、  一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置，该装置包括机架、固定胚料的粘杆夹具、上料机构、下料机构，上料机构和下料机构分别固定在机架下部的两端，其特征在于：该装置还包括磨削滚筒、抛光滚筒、五自由度数控机构I、五自由度数控机构II、对接机构，磨削滚筒和抛光滚筒设置在机架下部的上料机构和下料机构之间，五自由度数控机构I和五自由度数控机构II分别装有粘杆夹具，五自由度数控机构I和五自由度数控机构II设置在机架上方的水平导轨上，对接机构设置在机架的下部。

2、  根据权利要求1所述的一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置，其特征在于：上料机构、磨削滚筒、抛光滚筒、对接机构、下料机构依次设置在机架的下部。

3、  根据权利要求1或2所述的一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置，其特征在于：上料机构包括上料夹具、料斗、升降机构，上料夹具通过升降机构设置在料斗内，所述料斗设置在机架上。

4、  根据权利要求1或2所述的一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置，其特征在于：下料机构包括下料刷、下料收集器，所述下料刷设置在下料收集器的上方，所述下料收集器设置在机架上。

5、  根据权利要求1或2所述的一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置，其特征在于：对接机构包括对接感应器、感应器的升降驱动机构，对接感应器通过升降驱动机构与机架相连。

6、  根据权利要求1或2所述的一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置，其特征在于：磨削滚筒和抛光滚筒内部为空心结构。

7、  根据权利要求3所述的一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置，其特征在于：升降机构为升降气缸。

8、  根据权利要求5所述的一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置，其特征在于：升降驱动机构为升降气缸。

一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置
技术领域
本发明涉及一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置。
背景技术
多面体包括所有不含凹面、由多个光洁平面构成的广义三维立体，常见的有钻石形(锥体)，足球形(近似球体)，扁平片状等。由于其成形过程依赖于脆性材料的去除，因此广泛采用磨削与抛光相结合的工艺方法。但在普通的磨削加工方式中，考虑到材料装夹方式，单次磨削和抛光加工在空间上最大只能覆盖半个球面区域，需要进行二次装夹和磨抛加工才能完成完整球面区域，而且要求第二次装夹过程与第一次加工要具有固定不变的相对基准关系。
由于完整的加工工艺复杂程度高，目前脆性材料的球形多面体成形加工普遍采用多台分立装置构成流水线方式：一般包括两套相同的磨削和抛光机器，上料机、下料机和转接机。还没有出现将全部工艺实现集成的全自动磨削抛光成形装置。上述流水线加工方式存在以下几个问题：1.专门化程度高，只能针对某种具体形状尺寸的多面体，加工适应能力差；2.磨削抛光加工进给控制的柔性和定位精度差，不能对磨削工具和抛光工具的磨损进行自动补偿；3.工件和夹具在多次拆装过程中会引入基准误差，使成品球体加工精度大大降低；4.自动化程度低，耗费大量劳动力并严重依赖于操作人员经验。
发明内容
本发明针对现有的脆性材料多面体成形加工所采用的多台分立装置构成流水线方式所存在的适应性能力差、控制精度低、工件和夹具多次拆装引起良品率和成品率低、耗费劳动力过高的不足之处，提供一种适应性能力强、控制精度高、良品率和成品率高、省劳力的脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置。
本发明所采用的技术方案是通过如下方式完成的：一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置，包括机架、固定胚料的粘杆夹具、上料机构、下料机构、磨削滚筒、抛光滚筒、五自由度数控机构I、五自由度数控机构II、对接机构，上料机构和下料机构分别固定在机架下部的两端，磨削滚筒和抛光滚筒设置在机架下部的上料机构和下料机构之间，五自由度数控机构I和五自由度数控机构II分别装有粘杆夹具，五自由度数控机构I和五自由度数控机构II设置在机架上方的水平导轨上，对接机构设置在机架的下部。
在上述的一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置中，上料机构、磨削滚筒、抛光滚筒、对接机构、下料机构依次设置在机架的下部；这样的设置能优化公共轨道上的两个五自由度数控机构的工作效率。
在上述的一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置中，上料机构包括上料夹具、料斗、升降机构，上料夹具通过升降机构设置在料斗内，料斗设置在机架上；下料机构包括下料刷、下料收集器，下料刷设置在下料收集器的上方，下料收集器设置在机架上；对接机构包括对接感应器、感应器的升降驱动机构，对接感应器通过升降驱动机构与机架相连，简单的结构与所述五自由度数控机构I和五自由度数控机构II相配合实现了上料、下料、对接的功能。
在上述的一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置中，磨削滚筒和抛光滚筒内部为空心结构，降低制造成本，减轻整体重量。
在上述的一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置中，升降机构为升降气缸，升降驱动机构为升降气缸，使用简单可靠，安装方便。
本发明与现有技术相比，具有以下优点：无需人工干预，采用两个五自由度数控机构工件和夹具不需要多次拆装，实现了多面体完整球面内磨削进给位置控制、抛光压力控制、以及前后半球面转接的高精度控制的自动化，对加工形体的适应性强，当满足加工工件最大尺寸、最小水平面夹角两个约束条件时，只需更换相对应的夹具，该设计可以适应任意无凹陷面广义多面体的磨削抛光成形加工。
附图说明
图1为本发明一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置整体结构示意图。
图2为本发明一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置的上料机构上升时的结构示意图。
图3为本发明一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置的上料机构下降时的结构示意图。
图4为本发明一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置的下料机构结构示意图。
图5为本发明一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置的对接机构结构示意图。
图6为本发明一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置的上料操作示意图。
图7为本发明一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置的磨削操作示意图。
图8为本发明一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置的抛光操作示意图。
图9为本发明一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置的对接操作示意图。
图10为本发明一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置的下料操作示意图。
图11为本发明一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置的控制系统框图。
具体实施方式
下面对照附图，通过实施例对本发明作进一步说明。
参照附图1至附图5，一种脆性材料多面体的全自动磨削抛光成形装置，包括机架1、固定胚料的粘杆夹具2、上料机构3、下料机构4、磨削滚筒5、抛光滚筒6、五自由度数控机构I 7、五自由度数控机构II 8、对接机构9，磨削滚筒5和抛光滚筒6设置在机架1下部的上料机构3和下料机构4之间，五自由度数控机构I 7和五自由度数控机构II 8分别装有粘杆夹具2，五自由度数控机构I 7和五自由度数控机构II 8设置在机架1上方水平导轨11上，上料机构3包括上料夹具31、料斗32、升降机构33，上料夹具31通过升降机构33设置在料斗32内，下料机构4包括下料刷41、下料收集器42，下料刷41设置在下料收集器42的上方，对接机构9包括对接感应器91、感应器的升降驱动机构92，对接感应器91通过升降驱动机构92与机架1相连，上料机构3、磨削滚筒5、抛光滚筒6、对接机构9、下料机构4依次设置在机架1的下部，磨削滚筒5和抛光滚筒6内部为空心结构，升降机构33和升降驱动机构92都为升降气缸，粘杆夹具2与上料机构3的上料感应器34、下料机构4的下料感应器43、对接机构9的对接感应器91配合实现感应加热装夹与释放操作。感应加热装夹与释放操作包含感应加热电源和三个感应器中依据装备工序所选定的一个，感应加热电源通过电磁接触器电气连接到三个不同机构中的感应器。
本装置由加工中心控制系统控制，所述的加工中心控制系统采用工业计算机、运动控制卡、开关量卡、模拟量卡、工业通讯卡、伺服驱动系统、步进驱动系统、以及配电盒继电保护回路构成。在工业计算平台上通过Visual Basic软件编程实现对运动控制卡资源、开关量-模拟量卡资源、工业通讯卡资源的集成和应用，实现对伺服驱动系统、步进驱动系统的控制，进而实现对磨削抛光加工中心各个机械机构的监测与控制。配电盒继电保护回路用来实现加工中心各个部件电源的供应、检测和故障保护。
参照附图11，三块四轴运动控制卡、一块32输入32输出开关量卡、一块CAN总线通讯卡通过PCI总线与工业计算机相连。其中的两块运动控制卡分别控制五自由度数控机构I 7、五自由度数控机构II 8中除了平移轴外的其他四轴所属伺服电机或步进电机。第三块运动卡用来控制五自由度数控机构I 7与五自由度数控机构II 8的平移轴。运动控制卡通过将其各个轴的输入、输出信号端子与相应轴伺服电气或步进电机的驱动器电连接实现对五自由度数控机构I 7、五自由度数控机构II 8各个自由度的位置、力矩、速度控制。开关量卡用于输入配电盒继电保护回路触点信号、压力开关、位置开关、温度开关信号，同时在计算机控制下输出信号控制气阀、水阀、油阀等。CAN总线通讯卡与感应加热控制电源相连接控制感应加热电源通过电磁接触器选择与不同机构中的感应器相连，加热该工位的粘杆夹具实现工件的装夹与释放操作。
本装置的工作步骤如下：
如图6所示，加工中心控制系统通过运动控制卡控制各个轴的伺服电机，使得五自由度数控机构I 7水平移动到上料机构3上方，调整夹具转角至垂直位置，然后调整横向摆动使得夹具针与上料夹具31在水平，横向方向对齐，然后驱动夹具垂直下降到上料的垂直工位，此时，磨削抛光控制系统通过开光量输出卡输出一个开通信号到气阀，通过气缸驱动上料夹具31从料斗32底部上升并与工作夹具发生弹性碰撞，升降机构33完全到位后，磨削抛光控制系统通过CAN总线通讯卡发出一个上料加热指令给感应加热控制电源，感应加热控制电源接收到控制指令后将高频电源切换到上料感应器34，通过感应发热熔化夹具针孔内的粘结剂，加热过程结束后接通冷却水，至此上料过程结束。
如图7所示，五自由度数控机构I 7完成上料后，加工中心控制系统通过运动控制卡控制各个轴的伺服电机使得五自由度数控机构I 7移动磨削滚筒5上方，在移动过程中通过各个轴优化配合避免与感应器及其它机架机构发生碰撞，调整夹具转角至编程设定的磨削角度，然后驱动夹具垂直下降至垂直进给位置，在磨削过程中通过水平移动消除滚筒磨削方式产生的弧面，通过横向持续往复摆动克服工件表面划痕和磨削滚筒5表面的不均匀磨损。当一个面磨削完成后夹具被提升至安全位置，通过夹具针转动电机变换至下一个分度面重复动作磨削。若整个切角的分度面全部完成，可以调整夹具转角进入下一个转角位置磨削或结束磨削。
如图8所示，五自由度数控机构I 7完成磨削后，加工中心控制系统通过运动控制卡控制各个轴的伺服电机使得五自由度数控机构I 7移动抛光滚筒6上方，在移动过程中通过各个轴优化配合避免与磨削滚筒5和其它机架机构发生碰撞，调整夹具转角至编程设定的抛光角度，采用和磨削相同的动作次序依次对磨削得到的各个平面进行抛光以获得光洁的表面，和图7所示磨削过程不同点在于抛光过程的进给控制依据的是升降轴的电磁力反馈，而不是根据产品尺寸计算得到的进给参数。
如图9所示五自由度数控机构I 7完成抛光后，加工中心控制系统通过运动控制卡控制各个轴的伺服电机使得五自由度数控机构I 7移动到对接粘结工位；从开关量卡发出一个气阀开通信号，通过气缸驱动对接感应器91上升至对接位置，在移动过程中通过各个轴优化配合避免与对接感应器91和其它机架机构发生碰撞。同时，控制五自由度数控机构II 8到达对接粘结工位。此时，五自由度数控机构I 7与五自由度数控机构II 8的夹具针在水平、横向、垂直方向关于竖值面水平对称且粘杆夹具完全对齐，五自由度数控机构II 8的夹具穿过对接感应器91。磨削抛光控制系统通过CAN总线通讯卡发出一个对接粘结加热指令给感应加热控制电源，感应加热控制电源接收到控制指令后将高频电源切换到对接感应器91，通过感应发热熔化夹具针孔内的粘结剂。粘结加热完毕后，五自由度数控机构I 7与五自由度数控机构II 8保持其它自由度不变水平联动移动使得五自由度数控机构I 7的夹具针进入对接感应器91，五自由度数控机构II 8则退出，磨削抛光控制系统通过CAN总线通讯卡发出一个对接分离加热指令给感应加热控制电源，五自由度数控机构I 7配置粘杆夹具2的加热过程中同时对五自由度数控机构II 8配置粘杆夹具2冷却。加热结束时，五自由度数控机构I 7和五自由度数控机构II 8即可分离，此时工件从五自由度数控机构I 7的夹具全部转移到五自由度数控机构II 8的夹具，其未加工半球面完全暴露。
如图10所示，五自由度数控机构II 8采用和图7、图8所属五自由度数控机构I 7相同的工序完成磨削、抛光后后，加工中心控制系统通过运动控制卡控制各个轴的伺服电机，使得五自由度数控机构II 8水平移动到下料机构4上方，调整夹具转角至垂直位置，然后调整横向摆动使得夹具针与下料感应器43在水平，横向方向对齐，然后驱动夹具垂直下降到上料的垂直工位，五自由度数控机构II 8的夹具针穿过下料感应器43，此时，磨削抛光控制系统通过CAN总线通讯卡发出一个下料加热指令给感应加热控制电源，感应加热控制电源接收到控制指令后将高频电源切换到下料感应器43，通过感应发热熔化夹具针孔内的粘结剂，使得成品从五自由度数控机构II 8的夹具上脱落。加热结束后，五自由度数控机构II 8被驱动使得其夹具和下料刷41对齐，通过下料刷41的转动清除五自由度数控机构II 8的夹具针孔内残留的工件。至此多面体成形数控磨削抛光加工中心的一次完整的工序结束。
以上所述仅为本发明最佳的具体实施例，但本发明的结构特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的专利范围之中。