CN108161680B - 一种柔顺抛光*** - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种柔顺抛光***，属于抛光设备技术领域。它解决了现有抛光***响应传动精度不精确等技术问题。本柔顺抛光***包括机架、抛光头、中心丝杆和若干滚动丝杆，抛光头转动连接在中心丝杆的外端部且轴向定位在中心丝杆上，中心丝杆绕自轴转动连接于机架上，各滚动丝杆均绕自轴转动且轴向定位于机架上，各滚动丝杆沿中心丝杆的周向分布且分别与中心丝杆螺纹传连接，抛光***还包括驱动所有滚动丝杆同时旋转的驱动机构。本抛光***的各滚动丝杠与中心丝杆都是螺纹线接触，这种结构的接触间隙更小，传动精度更高，刚度更高，可传递的力矩也更大，运动更平稳。

Description

一种柔顺抛光***
技术领域
本发明属于自动化抛光设备技术领域，涉及一种柔顺抛光***。
背景技术
机器人自动化抛磨相比于人工打磨具有高效、精度可控和节省成本等优点。机器人自动化抛磨广泛应用在卫浴件、水暖管件、光学定位设备、各种叶片及模具制造的过程中。在机器人自动化抛磨中，为了解决复杂曲面零件的打磨问题，降低表面粗糙度和提高面型精度，使用柔顺抛光工具是极具新颖的方式。目前，常用的抛光力控装置有气动力控、电磁力控、被动弹簧力控等。目前提高效率的主要方式是增大抛光盘尺寸，或者提高机器人进给速度。
现有技术中的自动抛光***的不足之处是，响应速度不够快，传动精度不够精确。
发明内容
本发明针对现有的技术存在的上述问题，提供一种柔顺抛光***，本发明所要解决的技术问题是：如何提高抛光***的传动精度。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：
一种柔顺抛光***，包括机架、抛光头、中心丝杆和若干滚动丝杆，所述抛光头转动连接在所述中心丝杆的外端部且轴向定位在中心丝杆上，其特征在于，所述中心丝杆绕自轴转动连接于机架上，各滚动丝杆均绕自轴转动且轴向定位于所述机架上，各滚动丝杆沿所述中心丝杆的周向分布且分别与所述中心丝杆螺纹传连接，所述抛光***还包括驱动所有滚动丝杆同时旋转的驱动机构。
其工作原理是：柔顺抛光***的所有滚动丝杆均绕自轴转动且轴向定位于所述机架上，驱动机构驱动所有滚动丝杆旋转，所有滚动丝杆均不发生轴向移动，因此这些滚动丝杆同时驱动中心丝杆转动且使中心丝杆轴向移动，中心丝杆带动抛光头轴向移动，各滚动丝杠由于与中心丝杆都是螺纹线接触，这种结构的接触间隙更小，传动精度更高，刚度更高，可传递的力矩也更大，运动更平稳。
在上述的一种柔顺抛光***中，驱动机构包括电机、主动齿轮和从动齿轮，所述电机固定在所述机架上，所述电机的输出轴与所述主动齿轮相固连，所述主动齿轮与所述从动齿轮相啮合，各滚动丝杆的一个端部均与从动齿轮相固连。电机驱动主动齿轮旋转，从动齿轮随主动齿轮旋转并带动所有滚动丝杆同时旋转，这些滚动丝杆同时驱动中心丝杆转动且使中心丝杆轴向移动。
在上述的一种柔顺抛光***中，各滚动丝杆均沿所述从动齿轮的周向均匀分布。沿从动齿轮的周向均匀分布的从动丝杆能够驱动中心丝杆更加平稳地旋转及移动，进一步提高传动精度，传递的力矩分配也更加均匀。
在上述的一种柔顺抛光***中，所述抛光***还包括丝杆套筒，所述丝杆套筒固定在所述机架上，所述中心丝杆和所有滚动丝杆均位于所述丝杆套筒内。
在上述的一种柔顺抛光***中，所述丝杆套筒的两端部分别连接有前内齿套筒和后内齿套筒，所述前内齿套筒和后内齿套筒内分别固定有前保持环和后保持环，各滚动丝杆的两个端部分别固定在所述前保持环和后保持环上，各滚动丝杆均沿所述前保持环的周向均匀分布，所述后保持环固定在所述从动齿轮上。该结构中，前内齿套筒、前保持环、后内齿套筒、后保持环、丝杆套筒、中心丝杆和若干滚动丝杆构成丝杆组件。
在上述的一种柔顺抛光***中，所述中心丝杆的外端部连接有安装板，所述抛光头固定在所述安装板的中部，所述安装板的下端部固定有连杆，所述连杆滑动连接在所述机架上，所述连杆上套设且固定有限位螺母。在抛光头随中心丝杆轴向移动的过程中，连杆起到导向作用，使抛光头的移动更加平稳，限位螺母对安装板的行程起到限位作用。
在上述的一种柔顺抛光***中，所述中心丝杆的外端部套设且固定有调心球轴承，所述调心球轴承固定在所述安装板的上端部。设置调心球轴承，使安装板只随中心丝杆轴向移动，而不随中心丝杆旋转，因此安装板上的抛光头只发生水平移动。
在上述的一种柔顺抛光***中，所述抛光头与安装板之间设置有三维力传感器。三维传感器用于检测抛光头所受的法向力。
在上述的一种柔顺抛光***中，所述机架包括底板，所述底板的两端部分别固定有前支撑板和后支撑板，底板的中部固定有中间支撑板，所述丝杆套筒穿过所述中间支撑板且丝杆套筒的两个端部分别固定在所述前支撑板和后支撑板上。
在上述的一种柔顺抛光***中，所述中心丝杆为两个，各中心丝杆的外端部均设置有抛光头，各中心丝杆的轴向均分布有若干滚动丝杆，各滚动丝杆均绕自轴转动且轴向定位于所述机架上，各滚动丝杆分别与对应的中心丝杆螺纹传连接。本实施例中，抛光***为双抛光头结构，双抛光头能够同时对两个工件进行打磨抛光，提高工作效率。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
1、本抛光***的各滚动丝杠与中心丝杆都是螺纹线接触，这种结构的接触间隙更小，传动精度更高，刚度更高，可传递的力矩也更大，运动更平稳。
2、本抛光***的力矩传递效率高，由于传动刚度的提高，装置运行更平稳，响应速度快，装置发热小，使用寿命延更长。
3、本抛光***可以采用双抛光头结构，双抛光头能够同时对两个工件进行打磨抛光，提高工作效率。
附图说明
图1是本抛光***的结构示意图。
图2是本抛光***的***图。
图3是丝杆组件的***图。
图4是单抛光头抛光轨迹和双抛光头抛光轨迹的示意图。
图5是采用双抛光头时的行距示意图。
图6是丝杆组件的运动关系示意图。
图中，1、机架；1a、底板；1b、前支撑板；1c、后支撑板；1d、中间支撑板；2、抛光头；3、中心丝杆；4、滚动丝杆；5、电机；6、主动齿轮；7、从动齿轮；8、丝杆套筒；9、前内齿套筒；10、后内齿套筒；11、前保持环；12、后保持环；13、安装板；14、连杆；15、限位螺母；16、调心球轴承；17、三维力传感器。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
实施例一
如图1-3所示，本柔顺抛光***包括机架1、抛光头2、中心丝杆3和若干滚动丝杆4，抛光头2转动连接在中心丝杆3的外端部且轴向定位在中心丝杆3上，中心丝杆3绕自轴转动连接于机架1上，各滚动丝杆4均绕自轴转动且轴向定位于机架1上，各滚动丝杆4沿中心丝杆3的周向分布且分别与中心丝杆3螺纹传连接，抛光***还包括驱动所有滚动丝杆4同时旋转的驱动机构。
如图2所示，本实施例中，驱动机构包括电机5、主动齿轮6和从动齿轮7，电机5固定在机架1上，电机5的输出轴与主动齿轮6相固连，主动齿轮6与从动齿轮7相啮合，各滚动丝杆4的一个端部均与从动齿轮7相固连。电机5驱动主动齿轮6旋转，从动齿轮7随主动齿轮6旋转并带动所有滚动丝杆4同时旋转，这些滚动丝杆4同时驱动中心丝杆3转动且使中心丝杆3轴向移动。
优选的，各滚动丝杆4均沿从动齿轮7的周向均匀分布。沿从动齿轮7的周向均匀分布的从动丝杆能够驱动中心丝杆3更加平稳地旋转及移动，进一步提高传动精度，传递的力矩分配也更加均匀。
如图2、3、6所示，作为优选，抛光***还包括丝杆套筒8，丝杆套筒8固定在机架1上，中心丝杆3和所有滚动丝杆4均位于丝杆套筒8内。
如图3所示，本实施例中，丝杆套筒8的两端部分别连接有前内齿套筒9和后内齿套筒10，前内齿套筒9和后内齿套筒10内分别固定有前保持环11和后保持环12，各滚动丝杆4的两个端部分别固定在前保持环11和后保持环12上，各滚动丝杆4均沿前保持环11的周向均匀分布，后保持环12固定在从动齿轮7上。该结构中，前内齿套筒9、前保持环11、后内齿套筒10、后保持环12、丝杆套筒8、中心丝杆3和若干滚动丝杆4构成丝杆组件。
如图2所示，中心丝杆3的外端部连接有安装板13，抛光头2固定在安装板13的中部，安装板13的下端部固定有连杆14，连杆14滑动连接在机架1上，连杆14上套设且固定有限位螺母15。在抛光头2随中心丝杆3轴向移动的过程中，连杆14起到导向作用，使抛光头2的移动更加平稳，限位螺母15对安装板13的行程起到限位作用。
如图2所示，优选的，中心丝杆3的外端部套设且固定有调心球轴承16，调心球轴承16固定在安装板13的上端部。设置调心球轴承16，使安装板13只随中心丝杆3轴向移动，而不随中心丝杆3旋转，因此安装板13上的抛光头2只发生水平移动。
如图2所示，抛光头2与安装板13之间设置有三维力传感器17。三维传感器用于检测抛光头2所受的法向力。
如图2所示，本实施例中，机架1包括底板1a，底板1a的两端部分别固定有前支撑板1b和后支撑板1c，底板1a的中部固定有中间支撑板1d，丝杆套筒8穿过中间支撑板1d且丝杆套筒8的两个端部分别固定在前支撑板1b和后支撑板1c上。
如图1所示，作为优选，中心丝杆3为两个，各中心丝杆3的外端部均设置有抛光头2，各中心丝杆3的周向均分布有若干滚动丝杆4，各滚动丝杆4均绕自轴转动且轴向定位于机架1上，各滚动丝杆4分别与对应的中心丝杆3螺纹传连接。本实施例中，抛光***为双抛光头2结构，双抛光头2能够同时对两个工件进行打磨抛光，提高工作效率。
如图4所示，双头抛光头2对抛光行距的影响：为达到要求的磨削深度，通常重复地去进行抛光加工，图4的左图表示常规的单头抛光方式，图4的右图为双抛光头2方式(含有一组抛光盘)，双抛光头2的进给方向为图示抛光轨迹方向，显然其效率为左图的2倍。
图5所示为采用双头抛光头2方式时的行距示意图，双头抛光头2的进给方向与图4右图中双抛光头2的进给方向垂直，为确保均匀的材料去除深度，规划如图5所示的行距，其平均行距为显然会大于图4的L1，故提高了抛光效率。
电机转角与抛光头2移动距离的关系，设主动齿轮6与从动齿轮7之间的传动比为i,则R2为从动齿轮7节圆直径，R1为主动齿轮6节圆直径，滚动丝杠4沿中心丝杠3运动一周滚动的圈数/>D为丝杠套筒8的直径，d为滚动丝杠4的直径，由此会带动中心丝杠3运动n圈，设滚动丝杠4和中心丝杠3的螺距为P，电机转动角度为θ，滚动丝杠4沿中心丝杠3运动的角速度为ω，抛光头2移动的距离为x,则如下等式成立：
***控制原理描述：考虑到不同加工位置接触状态的差异性，双抛光头2装置的每一个抛光头2由独立的驱动器控制，互不影响。在某个加工时刻，由重力传感器(未画出)测量抛光头2与重力方向的夹角，末端力传感器检测到的法向力转换为工件接触表面的法向力，反馈给控制器与期望的力做差，对力偏差进行自适应PID或者模糊PID控制，计算电机转角并以合理的速度运动，直至力偏差小于设定的阈值。如此循环，完成需要的恒力或者变力控制。
实施例二
本实施例的结构及原理与实施例一基本相同，不一样的地方在于，驱动机构包括电机5、滚轮、同步带和转动盘，滚轮套设且固定在电机5的输出轴上，同步带连接在滚轮和转动盘上，各滚动丝杆4的一个端部均分别与转动盘相固连，各滚动丝杆4沿转动盘的周向均匀分布。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种柔顺抛光***，包括机架(1)、抛光头(2)、中心丝杆(3)和若干滚动丝杆(4)，所述抛光头(2)转动连接在所述中心丝杆(3)的外端部且轴向定位在中心丝杆(3)上，其特征在于，所述中心丝杆(3)绕自轴转动连接于机架(1)上，各滚动丝杆(4)均绕自轴转动且轴向定位于所述机架(1)上，各滚动丝杆(4)沿所述中心丝杆(3)的周向分布且分别与所述中心丝杆(3)螺纹传连接，所述抛光***还包括驱动所有滚动丝杆(4)同时旋转的驱动机构；
电机驱动主动齿轮旋转，从动齿轮随主动齿轮旋转并带动所有滚动丝杆同时旋转，滚动丝杆同时驱动中心丝杆转动且使中心丝杆轴向移动；
所述中心丝杆(3)的外端部连接有安装板(13)，所述抛光头(2)固定在所述安装板(13)的中部，所述安装板(13)的下端部固定有连杆(14)，所述连杆(14)滑动连接在所述机架(1)上，所述连杆(14)上套设且固定有限位螺母(15)；在抛光头随中心丝杆轴向移动的过程中，连杆起到导向作用，使抛光头的移动更加平稳，限位螺母对安装板的行程起到限位作用；
所述中心丝杆(3)的外端部套设且固定有调心球轴承(16)，所述调心球轴承(16)固定在所述安装板(13)的上端部；所述抛光头(2)与安装板(13)之间设置有三维力传感器(17)；
双抛光头装置的每一个抛光头由独立的驱动器控制，在加工时刻，由重力传感器测量抛光头与重力方向的夹角，末端力传感器检测到的法向力转换为工件接触表面的法向力，反馈给控制器与期望的力做差，对力偏差进行自适应PID或者模糊PID控制，计算电机转角并以合理的速度运动，直至力偏差小于设定的阈值，完成需要的恒力或者变力控制。
2.根据权利要求1所述的一种柔顺抛光***，其特征在于，驱动机构包括电机(5)、主动齿轮(6)和从动齿轮(7)，所述电机(5)固定在所述机架(1)上，所述电机(5)的输出轴与所述主动齿轮(6)相固连，所述主动齿轮(6)与所述从动齿轮(7)相啮合，各滚动丝杆(4)的一个端部均与从动齿轮(7)相固连。
3.根据权利要求2所述的一种柔顺抛光***，其特征在于，各滚动丝杆(4)均沿所述从动齿轮(7)的周向均匀分布。
4.根据权利要求2所述的一种柔顺抛光***，其特征在于，所述抛光***还包括丝杆套筒(8)，所述丝杆套筒(8)固定在所述机架(1)上，所述中心丝杆(3)和所有滚动丝杆(4)均位于所述丝杆套筒(8)内。
5.根据权利要求4所述的一种柔顺抛光***，其特征在于，所述丝杆套筒(8)的两端部分别连接有前内齿套筒(9)和后内齿套筒(10)，所述前内齿套筒(9)和后内齿套筒(10)内分别固定有前保持环(11)和后保持环(12)，各滚动丝杆(4)的两个端部分别固定在所述前保持环(11)和后保持环(12)上，各滚动丝杆(4)均沿所述前保持环(11)的周向均匀分布，所述后保持环(12)固定在所述从动齿轮(7)上。
6.根据权利要求5所述的一种柔顺抛光***，其特征在于，所述机架(1)包括底板(1a)，所述底板(1a)的两端部分别固定有前支撑板(1b)和后支撑板(1c)，底板(1a)的中部固定有中间支撑板(1d)，所述丝杆套筒(8)穿过所述中间支撑板(1d)且丝杆套筒(8)的两个端部分别固定在所述前支撑板(1b)和后支撑板(1c)上。
7.根据权利要求1所述的一种柔顺抛光***，其特征在于，所述中心丝杆(3)为两个，各中心丝杆(3)的外端部均设置有抛光头(2)，各中心丝杆(3)的周向均分布有若干滚动丝杆(4)，各滚动丝杆(4)均绕自轴转动且轴向定位于所述机架(1)上，各滚动丝杆(4)分别与对应的中心丝杆(3)螺纹传连接。
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