阅读说明：本技术 一种主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置 (Abrasive belt grinding device with active and passive compliant mechanism switching ) 是由 邹莱 王梓凌 刘希凡 吕冲 黄云 刘鑫 于 2019-11-24 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置,包括用以安装磨头组件的安装座,安装座设有能够沿轴向移动以调整磨头与工件间压力的主动柔顺机构,主动柔顺机构与磨头组件间设有被动柔顺机构、以使主动柔顺机构与磨头组件可移动连接,还包括用以固定主动柔顺机构和磨头组件的锁定机构。被动柔顺机构位于主动柔顺机构和磨头组件之间,在主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置工作过程中进行被动柔顺。同时主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置还设有锁定机构,当需要主动柔顺时,锁定机构将主动柔顺机构和磨头组件固定,从而使主动柔顺机构控制磨头组件,实现被动柔顺和主动柔顺之间切换。(The invention discloses an abrasive belt grinding device with switched active and passive compliant mechanisms, which comprises a mounting seat for mounting a grinding head assembly, wherein the mounting seat is provided with an active compliant mechanism capable of moving along the axial direction to adjust the pressure between a grinding head and a workpiece, a passive compliant mechanism is arranged between the active compliant mechanism and the grinding head assembly to enable the active compliant mechanism to be movably connected with the grinding head assembly, and the abrasive belt grinding device also comprises a locking mechanism for fixing the active compliant mechanism and the grinding head assembly. The passive compliance mechanism is positioned between the active compliance mechanism and the grinding head assembly and is passively compliant in the working process of the abrasive belt grinding device switched by the active compliance mechanism and the passive compliance mechanism. Meanwhile, the abrasive belt grinding device with the switching of the active and passive compliance mechanisms is also provided with a locking mechanism, and when active compliance is needed, the active compliance mechanism and the grinding head assembly are fixed by the locking mechanism, so that the grinding head assembly is controlled by the active compliance mechanism, and switching between passive compliance and active compliance is realized.)

一种主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置

技术领域

本发明涉及机加工设备技术领域，特别涉及一种主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置。

背景技术

随着工业制造技术整体水平的不断提高，工业体系对关键零件的质量要求也日趋苛刻，现代机械加工总体向高质、高效及产品高一致性等方向发展。砂带磨削作为一种具有“冷态”加工特性的弹性磨削技术，磨削后工件表面不易烧伤，同时具有磨削、抛光的双重作用，可获得较好的加工质量，所以常用于复杂曲面零件的精密、超精密加工。目前，数控砂带磨削技术逐渐取代传统的手工磨抛作业模式，且砂带磨削机床已经发展为一种加工效率高、适应性强、应用范围广、操作安全方便的精密加工设备，成功用于对航空发动机叶盘/叶片、核电汽轮机叶片、舰船螺旋桨等复杂曲面零件的精密磨抛加工领域。

由于复杂曲面零件上每一个加工点位的余量都不一样，采用传统的刚性磨具加工时易因为表面接触力过大或过小导致型面加工精度难以达到要求。基于此现状，机械加工领域提出柔顺控制的概念。目前柔顺控制方法主要分为主动柔顺和被动柔顺。砂带磨削中，被动柔顺主要是采用浮动磨头，磨头会因加工余量的不同而改变与零件加工表面的法向距离，该方法具有易控制、成本低等优点，同时会降低机构末端位置的精度，而其本身采用弹簧、阻尼等原件实现被动柔顺，并不具备控制能力，所以具有一定的局限性。主动柔顺因能够实现对期望力和期望位置的实时跟踪、很好地提高零件表面加工精度，因而逐渐成为砂带磨削设备主流的柔顺控制方式。但主动柔顺具有成本较高，控制系统不稳定等缺陷。

面对工程领域关键零件复杂多变的加工环境，若采用单一的柔顺控制方法会造成能量损耗，甚至会影响零件表面的加工精度。例如，零件抛光加工采用被动柔顺，磨头可随工件表面起伏移动，具有较好的跟踪性，同时也能避免损坏零件表面。磨头加工叶片时，若采用主动柔顺控制，由于碰撞接触时间极短，力响应速度不足以使末端磨头快速改变位置，易造成叶片表面冲击损伤，影响整个叶片的表面完整性。

因此，如何提供一种结合主动柔顺和被动柔顺的主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置是本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置，其设置了主动柔顺机构和被动柔顺机构，并通过锁定机构固定主动柔顺机构和磨头组件，实现主动柔顺控制。

为实现上述目的，本发明提供了一种主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置，包括磨头组件和用以安装所述磨头组件的安装座，所述安装座设有能够沿轴向移动以调整磨头与工件间压力的主动柔顺机构，所述主动柔顺机构与所述磨头组件间设有被动柔顺机构、以使所述主动柔顺机构与所述磨头组件可移动连接，还包括用以固定所述主动柔顺机构和所述磨头组件的锁定机构。

优选的，所述主动柔顺机构包括与所述安装座固定连接的主动柔顺电机、与所述主动柔顺电机通过同步齿形带传动的第一丝杠以及与所述第一丝杠通过螺纹连接的升降组件，所述升降组件的下端与所述被动柔顺机构相连，所述安装座中设有用以对所述升降组件进行周向限位的第一限位卡。

优选的，所述升降组件包括丝杠外筒和位于所述丝杠外筒上端的上端盖，所述上端盖设有与所述第一丝杠螺纹配合的螺纹孔。

优选的，所述丝杠外筒中设有用以安装所述锁定机构的安装腔和沿轴向延伸并与所述安装腔连通的通孔，所述锁定机构包括安装于所述安装腔中、并沿所述通孔延伸的伸缩机构和与所述磨头组件相连用以与所述伸缩机构固定的固定机构。

优选的，所述固定机构包括与所述磨头组件相连的连接卡，所述连接卡中设有用以供所述伸缩机构***的插接槽，所述插接槽两侧设有用以与所述伸缩机构上的限位缺口卡接配合的锁定组件。

优选的，所述伸缩机构包括丝杠电机和第二丝杠，所述丝杠电机固定于所述安装孔中，所述第二丝杠穿过所述通孔、且下端与升降筒螺纹连接，所述安装座中设有用以对所述升降筒进行周向限位的第二限位卡，所述限位缺口位于所述升降筒的两侧。

优选的，所述插接槽的底部设有与所述主动柔顺电机的控制器相连的限位开关。

优选的，所述升降筒的上部设有与所述第二丝杠配合的螺纹盲孔。

优选的，所述安装座下端设有沿轴向贯穿的过孔，所述磨头组件包括穿过所述过孔与所述被动柔顺组件相连的花键套，所述过孔与所述花键套之间设有圆筒。

优选的，所述被动柔顺机构为拉簧。

本发明所提供的主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置，包括磨头组件和用以安装磨头组件的安装座，安装座设有能够沿轴向移动以调整磨头与工件间压力的主动柔顺机构，主动柔顺机构与磨头组件间设有被动柔顺机构、以使主动柔顺机构与磨头组件可移动连接，还包括用以固定主动柔顺机构和磨头组件的锁定机构。

被动柔顺机构位于主动柔顺机构和磨头组件之间，主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置工作过程中进行被动柔顺。同时主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置还设有锁定机构，当需要主动柔顺时，锁定机构将主动柔顺机构和磨头组件固定，从而使主动柔顺机构控制磨头组件，实现被动柔顺和主动柔顺之间切换。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明所提供的主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置的主剖图；

图2为本发明所提供的主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置的侧剖图；

图3为电机安装板的结构示意图；

图4为主动柔顺机构的结构示意图；

图5为锁定机构的结构示意图。

接触轮1、过渡轮2、浮动板架3、花键套4、连接卡5、限位开关6、锁定组件7、拉簧8、丝杠外筒9、丝杠电机10、升降筒11、上端盖12、第一丝杠13、从动齿轮14、主动齿轮15、电机安装板16、同步齿形带17、主动柔顺电机18、安装座19、圆筒20、径向滚子轴承21、第一限位卡22、第二限位卡23。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

请参考图1至图5，图1为本发明所提供的主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置的主剖图；图2为本发明所提供的主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置的侧剖图；图3为电机安装板的结构示意图；图4为主动柔顺机构的结构示意图；图5为锁定机构的结构示意图。

本发明所提供的主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置可应用于数控砂带磨床或工业机器人等场景中。如图1所示，主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置包括磨头组件、安装座19、主动柔顺机构、被动柔顺机构以及锁定机构。安装座19用于安装磨头组件，具体的，磨头组件包括浮动板架3、接触轮1和过渡轮2，接触轮1安装在浮动板架3的下端，用于支撑砂带与零件接触。过渡轮2安装在浮动板架3上，用于撑起砂带，使砂带能够绕过接触轮1。接触轮1和过渡轮2的中心竖直面均位于同一平面内，二者通过六角螺栓固定在浮动板架3上，浮动板架3可带动接触轮1和过渡轮2上下浮动。浮动板架3通过紧定螺钉固定于花键套4上，方便装卸浮动板架3。

安装座19呈筒状，其内部具有用于容纳主动柔顺机构、被动柔顺机构以及锁定机构的腔体。安装座19的下端设有沿轴向贯穿的过孔，花键套4穿过过孔与被动柔顺组件相连。主动柔顺机构的下端与被动柔顺机构相连，被动柔顺机构的下端与磨头组件相连，一般工况下，主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置处于被动柔顺状态。具体的，主动柔顺机构的结构可参考现有技术，被动柔顺机构可具体为拉簧8、阻尼等，图1中采用拉簧8为被动柔顺机构。锁定机构也位于主动柔顺机构和磨头组件之间，锁定机构可参考现有技术中的通过电磁铁固定的锁定结构，其能够固定主动柔顺机构和磨头组件，使磨头组件在主动柔顺机构的带动下移动，实现主动柔顺。

可选的，为对花键套4进行限位，避免磨头组件产生径向位移，过孔与花键套4之间设有与花键套4间隙配合的圆筒20，保证花键套4可沿圆筒20上下浮动，而圆筒20则用紧定螺钉固定在安装座19上。

本实施例中，主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置的主动柔顺机构通过被动柔顺机构与磨头组件相连，通常采用被动柔顺加工零件。主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置还设有锁定机构，当需要主动柔顺控制时，锁定机构能够固定主动柔顺机构和磨头组件，从而实现被动柔顺向主动柔顺切换。

可选的，主动柔顺机构包括主动柔顺电机18、第一丝杠13以及升降组件。安装座19上端通过内螺钉与电机安装板16相连，如图3所示，电机安装板16具有两个沿厚度方向贯穿的安装孔，主动柔顺电机18的机轴穿过其中一个安装孔，并与主动齿轮15相连，主动柔顺电机18与电机安装板16固定连接。第一丝杠13穿过另一个安装孔，并通过径向滚子轴承21固定在安装孔内，第一丝杠13的上端与从动齿轮14相连。主动齿轮15和从动齿轮14通过同步齿形带17传动，从而使第一丝杠13在主动柔顺电机18的带动下转动。径向滚子轴承21能够抵消同步齿形带17所带来的径向力，防止丝杠在孔内发生偏斜。升降组件包括丝杠外筒9和位于丝杠外筒9上端的上端盖12，两者中心面处于同一水平面上，两者通过螺栓连接等方式实现可拆卸地连接，上端盖12沿轴线设置的螺纹孔。第一丝杠13的下端穿过螺纹孔，并与螺纹孔通过螺纹配合。第一丝杠13转动，能够对上端盖12施加轴向的分离作用，从而推动升降组件上下运动。安装座19中设有第一限位卡22，如图2所示，丝杠外筒9的外周设有沿轴向延伸的限位条，第一限位卡22沿径向延伸、并与限位条相抵，实现对升降组件进行的周向限位。当然，用户也可将丝杠外筒9的外形设置成矩形等形状，与第一限位卡22配合，实现周向限位。

主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置进行被动柔顺时，以拉簧8作为“动力源”，随着零件加工余量的不同，拉簧8被动响应外界余量变化处于伸缩状态或者拉伸状态。与拉簧8固定连接的磨头组件也随之做上下浮动。而主动柔顺控制是指磨头组件的法向进给由主动柔顺电机18直接控制，每个点的加工余量需提前获取确定该点的磨头法向进给量，确定该点的法矢。再通过视觉传感器获取当前磨头的法向位移，将此法向位移(实际位移)与理论位移相比较，计算出差值，然后通过公式代换求出主动柔顺电机18需转的圈数，实现对磨头的实时控制，达到主动柔顺控制的目的。

丝杠外筒9中设有安装腔和沿轴向延伸并与安装腔连通的通孔，安装腔的直径大于通孔的直径，二者间形成台阶面。锁定机构包括伸缩机构和固定机构，伸缩机构安装在安装腔中、并沿通孔延伸，固定机构与磨头组件相连。伸缩机构伸出后与锁定机构固定，实现主动柔顺机构和磨头组件之间锁定；伸缩机构缩回后与伸缩机构分离，实现主动柔顺机构和磨头组件之间解除锁定。

可选的，伸缩机构包括丝杠电机10和第二丝杠，丝杠电机10通过固定板固定于安装孔中，第二丝杠穿过通孔。拉簧8的上端与丝杠外筒9的下端相连，第二丝杠与拉簧8同轴，第二丝杠的下端伸入拉簧8中，并与升降筒11通过螺纹连接。另外，安装座19中设有第二限位卡23，第二限位卡23用于对升降筒11进行周向限位，具体的限位方式可参考第一限位卡22，在此不再赘述。第二丝杠转动时，升降筒11会产生轴向移动，当其向下移动时与固定机构锁定，向上移动时与固定机构分离。当然，用户也可根据需要选用气缸或电动伸缩杆等伸缩机构。

可选的，固定机构包括连接卡5，连接卡5的结构如图5所示，连接卡5大致呈Y型，其上部形成插接槽，拉簧8与连接卡5的上部相连，升降筒11可沿轴向移动并***插接槽中。连接卡5的下部呈圆柱状，且具有沉头孔，花键套4与连接卡5的下部通过六角螺栓连接。插接槽两侧设有锁定组件7，升降筒11的两侧设有限位缺口，锁定组件7伸入限位缺口使，升降筒11与固定机构锁定。具体的，锁定组件7可包括锁定块和位于锁定块和插接槽之间的复位弹簧，锁定块在复位弹簧的推动下嵌入限位缺口中。

进一步的，插接槽的底部设有限位开关6，限位开关6与主动柔顺电机18的控制器相连。控制器可具体为PLC控制器或MCU微型控制芯片等。丝杠电机10也可与控制器相连，在控制器的控制下实现主动柔顺和被动柔顺的切换。

当用户需要将被动模式切换为主动模式时，可通过PLC控制。按下主动模式开关，PLC便控制丝杠电机10的控制板，进而控制丝杠电机10转动，丝杠电机10转到一定圈数(预先设定)，升降筒11便会随着第二丝杠的旋转下降直到触碰限位开关6，此时限位开关6的闭合给PLC一个信号，提示现已处于主动模式，伺服电机接通控制器和电源，由于复位弹簧的存在导致升降筒11和拉簧8下端连接结构固连在一起，拉簧8失去作用，这就由被动柔顺控制转变为主动柔顺控制。

当用户需要将主动柔顺切换为被动柔顺时，按下被动柔顺开关，该开关向PLC控制器发生被动切换信号，PLC控制器接到被动切换信号后向主动柔顺电机18发生急停信号，此时伺服电机停止工作。同时PLC控制器也向丝杠电机10发送启动信号，启动丝杠电机10转动，使升降筒11上升，限位开关6自动复位。当丝杠电机10旋转到一定步数时，向PLC控制器反馈执行信号，PLC控制器接收到执行信号后向丝杠电机10发送停止信号，停止丝杠电机10转动，使拉簧8重新恢复工作，主动柔顺控制便转变为被动柔顺控制。其中，丝杠电机10旋转的步数可根据用户需要预先设定。

进一步的，为与限位开关6配合，升降筒11与第二丝杠配合的结构为螺纹盲孔，螺纹盲孔位于升降筒11的上部，升降筒11的下部为实心结构。设有与第二丝杠配合的螺纹盲孔。

本实施例中，丝杠电机10的旋转带动升降筒11升降，升降筒11升降过程触碰限位开关6实现主被动柔顺控制的自由切换，消除了主被动柔顺控制所需的设备更改和装卸所带来的复杂操作，极大地提高了生产效率。

需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明所提供的主被动柔顺机构切换的砂带磨削装置进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。