可在线更换磨削轮的砂带磨削机床的研制.pdf

设计与研究 D 毗n a n d R e s e a 可在线更换磨削轮的砂带磨削机床的研制 李成群① ②付永领① 负 超① 张习加②孙云权③ ①北京航空航天大学机器人研究所， 北京 1 0 0 0 8 3 ； ②河北理工大学机械工程学院， 河北 唐山0 6 3 0 0 0 ； ③廊坊智通机器人系统有限公司， 河北 廊坊 0 6 5 0 0 1 摘要 介绍了应用于机器人磨削加工系统中的可在线更换磨削轮的砂带磨削机床的结构原理。阐述了在 线更换磨削轮的砂带磨削机床的磨削方式及其磨削力控制结构原理。 关键词 机器人砂带磨削砂带磨削机床磨 削方式 Th e De v e l o p me n t o f t h e Be l t Gr i n d i n g Ma c h i n e Ch a n g i n g Gr i n d i n g W h e e l On l i n e L I Che n g q u n ， F U Yo n g l i n g ① ， YUN Ch a o ① ，Z HA N G X i j i a ②- S U N Y u n q u a n ③ R o b o t i c s R e s e a r c h I n s ti t u t e ， B e i h a n g U n iv e r s it y， B e ij i n g 1 0 0 0 8 3 ， C H N ； C o l l e g e o f M e c h a n i c a l E n g i n e e ri n g ， H e b e i P o ly t e c h n i c U n i v e r s i t y， T a n g s h a n 0 6 3 0 0 9 ， C H N ； I n te r S m a r t R o b o t ic S y s t e m s C o ． ， L t d ， L a n g f a n g 0 6 5 0 0 1 ， C H N Ab s t r a c t An i n t r o d u c t i o n i s ma d e o n t h e c o n s t r u c t i o n p ri n c i p l e o f t h e b e l t g r i n d i n g ma c h i n e c h a n g i n g g rin d i n g wh e e l o n l i n e u s e d f o r t h e s y s t e m o f r o b o t a b r a s i v e ma c h i n i n g ．T h e g ri n d i n g mo d e a n d t h e c o n s t r u c t i o n p ri n c i p l e o f g ri n d i n g f o r c e c o n t r o l o f t h e b e l t g r i n d i n g ma c h i n e c h a n g i n g g r i n d i n g w h e e l o n l i n e a r e p r e s e n t e d． Ke y wo r d s Ro b o t ；B e l t G ri n d i n g；B e l t G rin d i n g Ma c h i n e；Gri n d i n g Mo d e 砂带磨削是根据工件形状 ， 用相应的接触方式及 高速运动的砂带对工件表面进行磨削和抛光的一种新 工艺 ， 并有“ 万能磨削” 之称 ， 它不仅能加工其它加工 方法难以加工或不能加工的材料 ， 而且 还能加工复杂 几何形状工件 如航空叶片 、 汽轮机叶片、 高档水龙头 等 。 J 。近年来， 机器人磨削加工引起了人们的关 注， 需要与之配套的砂带磨削机床， 因此研制了可在线 更换磨削轮 的砂带磨削机 床 以下简称砂带磨 削机 床 ， 以适应机器人 自动磨削加工过程中， 对不同直径 磨削轮的需求。 1 砂带磨削机床的结构原理 砂带磨削机床由磨削轮转位机构、 调偏机构、 张紧 机构 、 驱动轮和变频电动机等组成。磨削机器人的控 制器通过现场总线与砂带磨削机床的控制器通讯。根 据工件磨削工艺的要求 ， 磨削机器人 的控制器通过砂 带磨削机床的控制器改变磨削方式和磨削参数。砂带 磨削机床的控制器控制步进或伺服电动机驱动磨削轮 转位机构， 可改变两个磨削轮的位置， 实现多种磨削形 式的磨削。张紧机构由气缸推动安装 张紧轮的摆杆 ， 以适应磨削轮转位机构 中由于磨削轮位置的改变而导 致的张紧轮位置的改变。砂带磨削机床的控制器控制 变频器改变变频电动机的转速 ， 直接带动张紧轮驱动 砂带运动进行磨削加工 。 图1 可在线更换磨削轮的砂带磨削机床的结构 2 砂带磨削机床的磨削方式 砂带磨削机床磨削轮的位置由磨削轮转位机构控 制， 电动机 步进电动机或伺服电动机 驱动磨削轮转 位机构旋转到指定磨削轮的位置， 可实现磨削轮式磨 等 ￡u lV l耳 ‘ 削加工、 自由式砂带磨削加工和压磨板式磨削加工。 因此 ， 磨削轮转位机构可实现砂带与工件之间的几种 基本接触形式的磨削加工， 并且根据磨削工艺要求， 可 在线改变砂带与工件之间的接触形式。从而最大限度 满足机器人砂带磨削加工对接触方式的要求。 1 、2 一磨削轮；3 砂带； 4 一磨削力控制气缸；5 一调偏轮； 6 一变自由度平行四边形铰链四杆机构；7 砂带张紧机构； 8 一砂带驱 动轮。 图2 可在线更换磨削轮的砂带磨削机床机构原理图 1 磨削轮式磨削加工 当工件与磨削轮转位机 构的磨削轮接触进行磨削时， 可实现磨削轮式磨削方 式， 如图3 所示。根据磨削工艺要求， 安装不同直径的 磨削轮。若在磨削轮轴的位置增加自动卡具， 也可以 在线更换磨削轮， 实现多工位磨削轮式磨削加工。 5 6 1 一浮动横梁；2 一砂带；3 一磨削轮转位连杆； 4 一磨削轮；5 _ - 工件。 图3 磨削轮转位机构的磨削轮式磨削形式 1 一浮动横梁；2 一砂带； 3 一磨削 轮转位连杆； 4 一磨削轮； 5 - _ 工件； 6 _ _ 压磨板。 l 一浮动横梁；2 - 一砂带； 3 一磨削 轮转位连杆； 4 一磨削轮； 5 一工件； 6 一压磨板。 图4 磨削轮转位机构 图5 磨削轮转位机构的 的压磨板式磨削形式 自由式接触带磨削形式 2 压磨板式磨削加工 在两个磨削轮之间安装 压磨板， 当磨削轮转位机构转动， 使砂带在压磨板上滑 动时， 可实现压磨板式磨削加工 ， 如图4所示。 3 自由接触式磨削加工 当磨削轮转位机构转 动， 砂带位于两个磨削轮上时， 工件直接与柔性的砂带 接触， 中间不用任何物体支撑砂带， 可实现自由接触式 磨削加工 ， 如图5所示。 3 磨削力控制结构原理 砂带磨削机床的砂带磨削机构安装在变 自由度平 行 四边形铰链 四杆机构上， 如图 2所示。当机器人抓 持工件与磨削轮未接触或磨削力小于设定的最大磨削 力时 ， 变 自由度平行 四边形铰链 四杆机构与机架限位 挡块接触， 机构 自由度为零， 机构不动； 当工件与磨削 轮作用的磨削力大于设定的最大磨削力时， 变 自由度 平行 四边形铰链 四杆机构与机架限位挡块脱开， 机构 自由度为 1 ， 磨削力作为主动力推动铰链四杆机构运 动 ， 并与气动比例阀控制气缸输出力平衡 ， 组成磨削力 控制系统。选用铰链四杆机构可以减小摩擦力对磨削 力补偿的影响， 提高磨削力控制的精度。砂带磨削机 床的控制器中P L C的D ／ A模块输出0～ 1 0 V的电压 根据机器人控制器的指令控制气动 比例阀。气动比例 阀控制气缸来设置砂带磨削机床的最大磨削力。 4 结语 本文讨论了在线更换磨削轮的砂带磨削机床的结 构原理 、 磨削方式和磨削力控制 的结构原理。该砂带 磨削机床已应用于机器人磨削系统 中， 并 已在 国内外 几家生产飞机叶片和高档水龙头厂家应用 了两年多。 实践证明， 该系统操作方便 ， 运行稳定可靠 ， 自动化程 度高。 参考文献 1 朱凯旋， 陈延君， 黄云等． 叶片形面砂带磨削技术的现状和发展趋势 [ J ] ． 航空制造技术， 2 0 0 7 2 1 0 21 0 4 2 黄云， 朱派龙． 砂带磨 削原理 及其应 用 [ M] ．重庆 重庆 大学 出版 社 ， 1 9 9 3 1 1 0 1 1 1 3 Yu n q u a n S u n 。， 2 0 0 4，De v e l o p me n t o f a Co mp r e h e n s i v e G r i n d i n g Pr o c e s s [ D] ， P h D T h e s i s ， T h e U n i v e r s i t y of C o n n e c t i c u t ， C o n n e c t i c u t， U S A 4 李成群． 机器人磨抛机床的机构及动力学研究[ D ] ． 北京 北京航空 航天大学 ， 2 0 0 8 ． 第一作者 李成群 ， 男， 1 9 6 3年 生， 副教授 ， 博士， 北京航 空航天大学博士后 ， 研究方向为机器人技 术、 机 械 系统动力学、 工业控制和测试技术。发表学术论文 2 O余篇 。 编辑汪 艺 收稿 13 期 2 0 0 9 1 0 2 9 文章编 1 t 0 2 1 7 如果您想发 表对本交的看法。 请将文章编号填入 读者意见调查表中 的相应位置。