CN108177082B - 一种用于机器人铸件打磨的快换浮动式工装 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于机器人铸件打磨的快换浮动式工装，包括安装板、工装板和安装在工装板上的多个浮动工装，可拆卸的工装板安装在安装板上，浮动工装包括弹簧压板和固定在其上的定位块，弹簧压板通过浮动机构安装在工装板上，通过弹簧压板和定位块一起对待加工工件定位。所述浮动机构包括螺栓和弹簧，弹簧压板四周设有供螺栓穿过的通孔，工装板上设有与通孔对应的螺纹孔，螺栓穿过通孔之后套上弹簧，然后拧紧在螺纹孔上，并通过锁紧螺母将螺栓锁紧在工装板上，通过弹簧使得弹簧压板可以上下运动。通过将工件定位装夹在浮动工装上，取放工件时可有效减少机器人抓手和工件直接接触造成的对抓手和工件的损伤，能为企业带来巨大经济效益。

Description

一种用于机器人铸件打磨的快换浮动式工装

技术领域

本发明属于机械工件夹持设备领域，涉及一种工装，具体涉及一种用于机器人铸件打磨的快换浮动式工装。

背景技术

随着中国制造2025的到来，机器人的应用越来越广泛。在汽车制造业中，汽车零件多为铸造件如汽车轮毂、发动机缸体、缸盖、曲轴、卡钳、支架、转向节等零部件，需要对其浇口、飞边、毛刺进行打磨，采用机器人打磨能够提高加工效率、保证加工精度、降低打磨成本。在机器人自动打磨***中，工装起到至关重要的作用，待加工工件在工装上进行定位，机器人抓手从工装上抓取工件进行打磨。目前实际生产中，工装存在以下四个问题：

1、由于待打磨工件多为铸造件，零件一致性差，工人在摆放零件时操作困难，难以定位或定位不准，机器人在抓取工件时由于未能准确定位导致与工件发生碰撞，对工装以及机械手造成损伤同时会造成停工影响生产进度，给企业带来损失；

2、机器人抓手和工件以及工装都为刚体，在接触以及夹紧过程中工件与抓手以及工件与工装之间存在刚性接触，刚性接触会对工装造成磨损，从而导致定位不准；同时刚性接触会对抓手造成磨损以及损伤，通常抓手气缸上装有传感器根据气缸行程来判断零件是否抓取准确，当抓手磨损后会导致判断不准等问题。

3、打磨工件通常为多种类大批量零件，不同零件需要不同的专用工装进行定位，由于机器人打磨***柔性高，配合快换抓手就可以实现一机多用，打磨多种零件，在实际生产中，更换工装操作往往比较复杂，不能实现快速更换，造成长时间停工影响了生产进度并且由于工装定位精度低，在更换工装后和之前预设的抓取位置存在误差，造成抓取时发生危险或者打磨时轨迹出现偏差，不能满足工艺要求，导致废品率变高，提高了加工成本；

4、在实际生产过程中由于摆放工件以及抓取工件时会导致工件与工装之间有碰撞和摩擦，并且长时间暴露在空气中工装表面会生锈造成定位不准等问题。上述问题诸多，对生产效率提升制约明显，因此急需一种能解决上述问题的工装。

发明内容

本发明的目的是提供一种在应用在机器人自动打磨***中能够快速更换的、浮动式、高柔性的工装。

为了改变现有存在的问题，可以从以下四个方面入手：1、提高定位装置的柔性，使其能够在铸件一致性误差范围内能够对工件进行准确定位，采用弹性定位装置既可以实现精准定位还能对工件施加一定的预紧力，使定位更加准确，降低摆放工件的人员的难度。

2、采用浮动支撑，将工装采用浮动支撑的方式安装在工装板上，在机器人抓手抓取工件发生刚性接触时，浮动支撑机构的阻尼会吸收碰撞的能量，使抓手与工件的接触不再是硬碰硬。

3、采用快换机构对工装进行更换并提高定位精度，通过安装板上和工装板上的销孔配合快速锁紧销进行定位。

4、对工装材料进行处理增加其表面硬度提高耐磨性以及防锈性能。因此在机器人打磨***中采用一种能够快换的浮动式工装成为必然。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

一种用于机器人铸件打磨的快换浮动式工装，其特征在于：包括安装板、工装板和安装在工装板上的多个浮动工装，可拆卸的工装板安装在安装板上，所述浮动工装包括弹簧压板和固定在其上的定位块，弹簧压板通过浮动机构安装在工装板上，通过弹簧压板和定位块一起对待加工工件定位。

作为改进，所述浮动机构包括螺栓和弹簧，弹簧压板四周设有供螺栓穿过的通孔，工装板上设有与通孔对应的螺纹孔，螺栓穿过通孔之后套上弹簧，然后拧紧在螺纹孔上，并在螺纹孔上通过锁紧螺母将螺栓锁紧在工装板上，通过弹簧使得弹簧压板可以上下运动。

作为改进，所述浮动机构的螺栓为沉头螺栓，弹簧压板上表面设有与沉头螺栓配合的锥形沉头孔，通过锥形沉头孔和沉头螺栓配合，弹簧弹起时，弹簧压板能相对于沉头螺栓自动对中。

作为改进，所述沉头螺栓为内六角花形沉头螺栓。

作为改进，所述工装板和安装板均为方形板，两者的对角线上设有相应的通孔，通过快速锁紧销穿过两者通孔锁紧，将工装板和安装板固定安装在一起。

作为改进，所述弹簧压板上设有定位止口，定位块上设有定位槽口，通过定位槽口和定位止口一起对待加工工件定位。

作为改进，所述定位槽口和定位止口为相背开口的成对凹槽，定位槽口内的左右两个面以及与定位止口相背的面上均设有弹性柱塞，弹性柱塞伸出的头部为与工件接触的弹性伸缩头部，通过左右两个面的弹性柱塞对工件左右夹持和定位，通过定位止口和与其相背的定位槽口内面上的弹性柱塞对工件进行前后夹持和定位。

作为改进，定位槽口的内侧面设有供安装所述弹性柱塞的螺纹孔，弹性柱塞通过螺纹连接安装在定位槽口内侧面的螺纹孔内，通过拧动弹性柱塞可调节其伸出长度，从而调节对工件的夹持力和定位点。

作为改进，所述工装板和安装板的一条对角线通过快速锁紧销相连，另一条对角线上通过紧固螺栓相连。

一种对上述浮动工装表面处理方法，其特征在于，该方法步骤如下：

步骤1，对浮动工装进行调质处理；

步骤2，对调质后的浮动工装进行表面淬火；

步骤3，对表面淬火后的浮动工装进行发黑处理。

本发明专利的有益效果是：

1、实现了对工件的快速定位以及夹持，降低了摆放工件工人的操作难度，解决了铸造件一致性差的问题，容错率高，降低了机器人撞机的风险，保证了***的安全。

2、采用浮动支撑结构，能够消除在机器人抓手抓取工装件时的刚性接触产生的接触力过大导致的碰撞与磨损，使工装实用性更强，与抓手协调配合，提高了***的稳定性。

3、加快了更换工装的节拍，减少了停工时间，即提高了生产效率。增加了更换工装后的精度，保证了抓取的稳定性以及加工零件的表面质量。

4、采用调质加表面淬火以及发黑处理，有效的减少了工装的磨损，提高了工装的防锈性能，延长了工装的使用寿命，降低了因工装磨损以及锈蚀导致的定位不准的风险，减少了因更换工装带来的成本问题。

附图说明

图1为本发明专利的快换浮动式工装整体示意图。

图2为本发明专利的快速锁紧销将安装板和工装板锁紧示意图。

图3为本发明专利的单个浮动工装安装示意图。

图4为本发明专利的浮动机构示意图。

图5为本发明专利的定位块示意图。

图6为浮动工装上夹持定位汽车卡钳实施例示意图。

1-紧固螺栓，2-工装板，3-安装板，4-快速锁紧销，5-定位块，6-弹簧压板，7-内六角花形沉头螺栓，8-弹簧，9-锁紧螺母，10、11、12、13-弹性柱塞，14-工件，15-定位槽口，16-定位止口。

具体实施方式

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。

如图1所示，为快换浮动式工装整体示意图，包括包括安装板3、工装板2和安装在工装板2上的九块浮动工装，如图2所示为快速锁紧销4将安装板3和工装板2锁紧示意图，在工装板2的一条对角线上为销孔与之对应的安装板3也为销孔，另一条对角线上为通孔与之对应的安装板3为螺纹孔，先用快速锁紧销4将安装板3与工装板2定位快速锁紧，然后在另一条对角线上拧上紧固螺栓1，在更换工装时取下快速锁紧销4和紧固螺栓1即可，这样既实现了快速更换工装又提高了定位精度。如图3所示为单个浮动工装安装示意图，包括定位块5、弹簧压板6和浮动机构，定位块5通过螺栓安装到弹簧压板6上，弹簧压板6通过浮动机构安装在工装板2上。如图4所示为浮动机构示意图，包括内六角花形沉头螺栓7、弹簧8、锁紧螺母9，内六角花形沉头螺栓7先穿过弹簧压板6上的锥形沉头孔，之后将弹簧8套在内六角花形沉头螺栓7上，然后将内六角花形沉头螺栓7拧紧在工装板2的螺纹孔上，通过调节内六角花形沉头螺栓7拧入深度可以调节弹簧8预紧力。内六角花形沉头螺栓7用来连接弹簧压板6与工装板2，锁紧螺母9用来防止内六角花形沉头螺栓7与工装板2之间松动，当弹簧8被压缩复位时，锥形沉头孔配合内六角花形沉头螺栓7具有自动对中的功能。

如图5所示为定位块5示意图，所述弹簧压板6上设有定位止口16，定位块5上设有定位槽口15，通过定位槽口15和定位止口16一起对待加工工件14定位。所述定位槽口15和定位止口16为相背开口的成对凹槽，定位槽口15内的左右两个面以及与定位止口16相背的面上均设有弹性柱塞，弹性柱塞伸出的头部为与工件14接触的弹性伸缩头部，通过左右两个面的弹性柱塞(即弹性柱塞10、13)对工件14左右X方向夹持和定位，通过定位止口16和与其相背的定位槽口15内面上的弹性柱塞(即弹性柱塞11、12)对工件14进行前后Y方向夹持和定位。

定位槽口15的内侧面设有供安装所述弹性柱塞的螺纹孔，弹性柱塞通过螺纹连接安装在定位槽口15内侧面的螺纹孔内，通过拧动弹性柱塞可调节其伸出长度，从而调节对工件14的夹持力和定位点。其定位方法是采用止口面与零件的基准面配合，采用弹性支撑与自由面配合，并且根据工件14一致性的误差对弹性柱塞前端的伸出长度进行了计算，通过调整使定位块5使其能够满足不同模号以及左右对称零件的定位以及夹持，弹性柱塞伸出的头部为与工件14接触的弹性伸缩头部，该弹性伸缩头部可以为橡胶制成的头部也可以为在弹性柱塞内设置弹簧进行弹性伸缩的头部。

如图6所示，以对汽车卡钳的夹持定位为例，汽车卡钳前面的基准面卡在弹簧压板6上的定位止口16内，通过定位止口16内侧端面定位，汽车卡钳后面的两个角卡在定位块5的定位槽口15内，通过弹性柱塞10、13对卡钳左右两个角进行X方向夹持和定位，通过弹性柱塞11、12配合定位止口16内侧端面对汽车卡钳进行前后Y方向夹持和定位。

需要指出的是弹簧压板6上的定位止口16和定位块5上的定位槽口15不限于本实施例所列举情况，可以根据实际工件14形状进行适应性更改，或者采用其他工件14夹持定位方式。

快换浮动式工装在机器人打磨***中的工作原理如下：

首先操作工人在浮动工装上摆放工件14，通过定位块5以及弹性柱塞对工件14进行定位和夹持，一块工装板2上有9个浮动工装，当所有零件摆放完成之后，点击上料按钮，此时工装板2在同步带的带动下进入打磨单元内部，机器人抓取工件14，当抓手与工件14接触时，浮动机构因受到力而被压缩从而防止工件14与浮动工装以及抓手与工件14之间的刚性碰撞。更换工装板2分为安装和拆卸两部分，安装工装板2时，将快速锁紧销4***安装板3与工装板2的销孔中，顺时针扭转快速锁紧销4的手柄头，钢球快速伸出顶住安装板3内倒角达到锁紧，然后用内六角扳手对快速锁紧销4顶部内六角沉口进行强力锁紧。拆卸工装板2时，首先逆时针扭转快速锁紧销4手柄头，钢球快速退回锁紧达到松开，然后用内六角扳手对快速锁紧销4顶部内六角沉口进行松开，最后用橡胶锤轻轻将快速锁紧销4敲出即可，本实施例所用快速锁紧销4为三威装备生产的SWK16-60002快速锁紧销，但是不限于该型号，任何能够将两块板锁紧在一起的锁紧销均可。

弹簧压板6通过浮动机构安装在工装板2上，在弹簧压板6的四个角上装有四个浮动机构，浮动机构由内六角花形沉头螺栓7以及弹簧8组成，弹簧8套在内六角花形沉头螺栓7上，弹簧8上面和下面分别顶住弹簧压板6和锁紧螺母9，采用锁紧螺母9是为了防止螺栓松动造成定位不准。通过对机器人抓取零件时的接触力进行计算，在满足一定安全系数范围内，考率到浮动工装自身的重力，通过调整内六角花形沉头螺栓7拧入深度，施加一定的预紧力，使工件14摆放在浮动工装上时，弹簧8不会因为工件14的重力而产生变形。内六角花形沉头螺栓7通过弹簧压板6的锥形沉头孔与工装板2的螺纹孔相连，当弹簧8压缩复位时，锥形沉头孔具有自动对中导向功能。

为实现快速更换工装，在工装板2以及安装板3的对角线上加工两个销孔，通过快速锁紧销4进行定位，采用过渡配合，锁紧销内部装有5个同心滚珠，当松动锁紧销螺纹时，钢珠会自动缩回锁紧体内部，这时锁紧销可以***或抽出被锁机构(工装板2和安装板3)的销孔，使用时锁紧销***被锁机构(工装板2和安装板3)销孔后用手逐渐拧紧锁紧销头部，同时钢珠逐渐突出，通过在安装板3的销孔靠其底部表面处设置锥形孔配合，锁紧销自动对中并夹紧工装板2和安装板3，然后用扳手拧紧，拧紧力要适当。锁紧销拧紧后可达压紧力50KN，剪切力200KN。

所述浮动工装采用材料为45钢，切削加工性能好，所以选用45钢作为定位块5、弹簧压板6、工装板2以及安装板3的材料，45钢是中碳钢，表面硬度低，不耐磨。因此为提高耐磨性，对定位块5和弹簧压板6进行调质和表面淬火来使其表面硬度得到提高，从而提高耐磨性。为了防止生锈，对定位块5、弹簧压板6、工装板2以及安装板3进行发黑处理，使其表面产生一层氧化膜。

Claims (8)

1.一种用于机器人铸件打磨的快换浮动式工装，其特征在于：包括安装板、工装板和安装在工装板上的多个浮动工装，可拆卸的工装板安装在安装板上，所述浮动工装包括弹簧压板和固定在其上的定位块，弹簧压板通过浮动机构安装在工装板上，通过弹簧压板和定位块一起对待加工工件定位和夹持；

所述浮动机构包括螺栓和弹簧，弹簧压板四周设有供螺栓穿过的通孔，工装板上设有与通孔对应的螺纹孔，螺栓穿过通孔之后套上弹簧，然后拧紧在螺纹孔上，并在螺纹孔上通过锁紧螺母将螺栓锁紧在工装板上，通过弹簧使得弹簧压板可以上下运动；

所述浮动机构的螺栓为沉头螺栓，弹簧压板上表面设有与沉头螺栓配合的锥形沉头孔，通过锥形沉头孔和沉头螺栓配合，弹簧弹起时，弹簧压板能相对于沉头螺栓自动对中。

2.如权利要求1所述的快换浮动式工装，其特征在于：所述沉头螺栓为内六角花形沉头螺栓。

3.如权利要求1所述的快换浮动式工装，其特征在于：所述工装板和安装板均为方形板，两者的对角线上设有相应的通孔，通过快速锁紧销穿过两者通孔将工装板和安装板锁紧固定在一起。

4.如权利要求1所述的快换浮动式工装，其特征在于：所述弹簧压板上设有定位止口，定位块上设有定位槽口，通过定位槽口和定位止口一起对待加工工件定位。

5.如权利要求4所述的快换浮动式工装，其特征在于：所述定位槽口和定位止口为相背开口的成对凹槽，定位槽口内的左右两个面以及与定位止口相背的面上均设有弹性柱塞，弹性柱塞伸出的头部为与工件接触的弹性伸缩头部，通过左右两个面的弹性柱塞对工件左右夹持和定位，通过定位止口和与其相背的定位槽口内面上的弹性柱塞对工件进行前后夹持和定位。

6.如权利要求5所述的快换浮动式工装，其特征在于：定位槽口的内侧面设有供安装所述弹性柱塞的螺纹孔，弹性柱塞通过螺纹连接安装在定位槽口内侧面的螺纹孔内，通过拧动弹性柱塞可调节其伸出长度，从而调节对工件的夹持力和定位点。

7.如权利要求4所述的快换浮动式工装，其特征在于：所述工装板和安装板的一条对角线通过快速锁紧销相连，另一条对角线上通过紧固螺栓相连。

8.一种对权利要求1所述的浮动工装表面处理方法，其特征在于，该方法步骤如下：

步骤1，对浮动工装进行调质处理；

步骤2，对调质后的浮动工装进行表面淬火；

步骤3，对表面淬火后的浮动工装进行发黑处理。

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