CN108907905A - 一种用于汽车轮毂铸造模具的机器人打磨抛光方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于汽车轮毂铸造模具的机器人打磨抛光方法及装置，包括工业机器人、末端抛光装置、轮毂铸造模具、气动轮毂夹具、带分度的旋转工作台、液压升降台，上位机与工业机器人连接，通过抛光软件操作机器人抛光动作，机器人控制柜上的变频器控制机器人末端的末端抛光装置，末端抛光装置中的电主轴旋转，带动抛光刀具抛光轮毂下模，液压升降台设置在带分度的旋转工作台下方，轮毂铸造模具、气动轮毂夹具设置在带分度的旋转工作台上，抛光刀具和电主轴通过末端快换装置连接在工业机器人第六关节的法兰盘上。本发明机器人打磨抛光方法及装置可以达到提高轮毂模具曲面型腔抛光效率，降低轮毂模具表面粗糙度的目的。

Description

一种用于汽车轮毂铸造模具的机器人打磨抛光方法及装置

技术领域

本发明属于机械加工打磨抛光技术领域，尤其涉及一种用于汽车轮毂铸造模具的机器人打磨抛光方法及装置。

背景技术

在模具制造行业，65％的模具型腔为曲面，其中自由曲面占40％。自由曲面使得模具结构更加紧凑，减轻了模具的重量，同时提高了模具的使用寿命。目前，汽车轮毂模具市场前景很好，但轮毂磨具的抛光主要还是依赖于人工完成，所以工人的技术和熟练度将大大影响抛光质量。另外，模具材料、热处理方式、原始表面状态、抛光工具材料等因素对抛光质量都有影响。针对于抛光表面质量的均匀性，材料内的夹杂、气孔以及待抛光零件表面硬度的不均匀性和特性不同对抛光表面的不均匀性产生较大的影响。轮毂模具的成型过程毛坯需要经过粗加工、热处理、CNC精加工、手工挫毛边以及抛光研磨处理。手工抛光存在着劳动强度大、效率低、耗时长、加工质量不稳定等缺点，因此采用工业机器人抛光轮毂模具受到广泛关注。

目前，铸件曲面在铣削工序后，表面通常会留下很深的刀痕，尤其针对曲面型腔零件铣削。磨具表面质量直接决定了其产品的表面质量和使用寿命，所以在铣削工序后，必须进行打磨。传统磨具人工打磨，模具型腔抛光一般分为三道工序，分别是粗抛，半精抛和精抛。粗抛光一般首先进行人工打磨将铣刀留下的刀痕去掉。半精抛光，一般使用粒度较小的砂纸进行磨削，针对于曲面零件的抛光，人工打磨采用砂纸时需要采用柔软的木棍实现微量均匀磨削。精抛光过程中需要使用到研磨膏，为了实现镜面效果一般采用两步进行研磨。镜面抛光的表面粗糙度等级分为四级，最后进行测量来检验是否实现预期标准等级。替代人工手工打磨抛光后，轮毂模具曲面型腔抛光效率低，轮毂模具表面粗糙度高的问题急需解决。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种用于汽车轮毂铸造模具的机器人打磨抛光方法及装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于汽车轮毂铸造模具的机器人打磨抛光方法，该方法包括以下步骤，步骤一，采用球形砂轮磨头进行粗抛，刀具转速范围选择在为1500r/min～3500r/min；进给速率范围在4.69mm/s～7.81mm/s；轨迹行距范围在0.5mm～0.9mm。

步骤二，采用弹性磨头进行半精抛，刀具转速范围为5000r/min～8000r/min；接触压力选择范围为2N～5N之间；行距选择范围在0.2mm～0.5mm之间,进给速率范围在3.13mm/s～5.47mm/s之间。

步骤三，采用羊毛磨头配合研磨膏进行抛光，刀具转速范围为7000r/min～10000r/min；接触压力范围为2N～5N；行距范围为0.4mm～0.7mm,进给速率范围为4.69mm/s～7.03mm/s。

按上述技术方案，弹性磨头为球形弹性磨头，羊毛磨头为球形羊毛磨头。对于轮毂模具复杂曲面的抛光，如果采用柱状抛光工具或盘式抛光工具很难避免干涉问题，所以采用球形磨头。

本发明还提供一种基于根据权利要求1的用于汽车轮毂铸造模具的机器人打磨抛光装置，其特征在于，包括底座、机器人控制柜、上位机、变频器、工业机器人、末端抛光装置、轮毂铸造模具、气动轮毂夹具、带分度的旋转工作台、液压升降台，工业机器人、机器人控制柜、液压升降台固定在底座上，上位机与工业机器人连接，通过抛光软件操作机器人抛光动作，机器人控制柜上的变频器控制机器人末端的末端抛光装置，末端抛光装置中的电主轴旋转，带动抛光刀具抛光轮毂下模，液压升降台设置在带分度的旋转工作台下方，轮毂铸造模具、气动轮毂夹具设置在带分度的旋转工作台上，抛光刀具和电主轴通过末端快换装置连接在工业机器人第六关节的法兰盘上。

按上述技术方案，针对本发明明确的轮毂模具3道抛光工艺，本发明设计了机器人末端抛光装置。为了减少3道工序频繁换刀，每次换刀机器人都要重新标定坐标系建立工件坐标小和机器人基坐标系的联系，且换刀会影响抛光精度和抛光效率，本发明设计了末端箱体。末端抛光装置中还包括末端箱体，末端箱体与机器人第六关节法兰采用螺纹连接，末端箱体为正方体，保证每个面安装刀具长度相同，避免3道工序加工时标定坐标系。末端箱体内部安装压力传感器，保证抛光力恒定从而提高抛光质量，末端箱体正前方采用玻璃罩，其三个侧面分别连接末端快换装置、电主轴、抛光刀具(砂轮、弹性磨头、羊毛磨头)。

按上述技术方案，三个侧面上的抛光刀具分别为球形砂轮磨头、球形弹性磨头、球形羊毛磨头。

按上述技术方案，末端快换装置分为固定连接盘和活动连接盘两部分，采用锥度连接，抛光时抛光力会反作用于抛光工具向内，能将圆锥头与圆锥孔压紧，所以该方法具有可行性。固定连接盘固定在机器人第六关节法兰上，活动连接盘与电主轴相连，固定连接盘带有锥度头，活动连接盘带有锥度孔，两者锥度相同。本发明快换装置采用莫氏锥度，选用尺寸较大的圆锥孔。机器人第六关节法兰与末端装置采用螺纹连接，末端装置与抛光工具同样用螺纹连接，而末端装置的固定连接盘与活动连接盘则采用锥度的配合实现中心定位，再通过销的配合实现周向定位，从而保证精确的定位及稳固的装夹。针对不同的抛光工具，活动连接盘的端面有3圈螺纹孔，有不同的安装尺寸，可以根据需求选择适当的安装螺纹孔，固定抛光工具。

按上述技术方案，液压升降台、电机、传动***、支撑柱、机器人标定块、轮毂铸造模具、气动轮毂夹具、带分度的旋转工作台组成轮毂模具打磨抛光工作台，轮毂模具为中心五等分对称，放置模具的带分度的旋转工作台可以72°旋转，带分度的旋转工作台上设有研磨膏喷嘴，配合球形羊毛磨头进行精抛，传动***由电机带动蜗轮蜗杆传动，从而带动带分度的旋转工作台旋转。因铸造轮毂磨具非常沉重，所以采用液压升降台将模具抬高到需要的高度从而利于机器人抛光。不同型号轮毂模具属于大尺寸、沉重的工件，一般夹具不能满足轮毂模具的夹持，为此设计了一种五气缸定位夹紧装置；该装置能够自动将轮毂模具定位夹紧，并且具有足够的夹持力，保证机器人抛光时轮毂模具的稳定。本发明能够根据不同大小的轮毂模具调整气缸的位置，自动松开和夹紧。

按上述技术方案，机器人常用标定方法是三点法，三点法需要明显的和尖点和两条互相垂直的棱边，采用六点法时需要有一个尖点作为坐标系原点。由于轮毂模具表面一般没有明显的棱边和尖点，因此采用六点法和三点标定时存在较大的误差。针对轮毂模具标定难题，本发明设计了一种轮毂标定块。本发明还包括轮毂标定块，下端为圆柱体，与轮毂中心孔过盈配合，上端为正方体，可用正方体尖点和互相垂直的棱边标定。

按上述技术方案，还包括防尘罩、粉末吸收机，底座四周安装除尘罩，防止铸件抛光产生的粉尘引起***或者对工作人员身体造成危害。防尘罩外部设有粉末吸收机。将抛光产生的粉末通过吸管全部吸收在底部盒子里面。

本发明产生的有益效果是：采用本发明用于汽车轮毂铸造模具的机器人打磨抛光方法及装置，完成三道工序的抛光后，轮毂模具表面可以达到超精细抛光甚至镜面效果，完全满足模具制造企业的加工要求。本发明设计了机器人末端正方体箱体，实现三道工序的快速换刀，解决了目前多工序频繁换刀降低抛光精度和抛光效率的问题。还通过箱体与机器人末端的快换装置，采用锥度连接，解决了末端箱体与机器人的快换。本发明设计的轮毂标定块，结构成本低，实用易操作，可以解决轮毂模具机器人加工标定的难题。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1为本发明实施例中基于工业机器人的轮毂模具抛光流程图；

图2为本发明实施例的整体结构示意图；

图3为本发明实施例中多打磨头末端柔性抛光装置示意图；

图4为本发明实施例中机器人末端快换装置；

图5为本发明实施例中快换装置装配图；

图6为本发明实施例中活动连接盘俯视图；

图7为本发明实施例中轮毂铸造模具；

图8为本发明实施例中轮毂模具打磨抛光工作台；

1、底座2、机器人控制柜3、上位机4、变频器5、工业机器人6、末端抛光装置7、轮毂铸造模具8、气动轮毂夹具9、带分度的旋转工作台10、支撑柱11、研磨膏喷嘴12、液压升降台13、防尘罩14、粉末吸收机15、弹性球形磨头16、电主轴17、活动连接盘18、固定连接盘19、球形羊毛磨头20、内六角螺钉21、力传感器22、透明罩23、球形砂轮磨头24、末端箱体25、机器人第六关节法兰26、机器人第五关节27、螺纹连接28、销连接29、电机30、传动***31、轮毂标定块171、活动连接盘连接孔172、销孔173、锥头181、固定连接盘安装孔182、锥度孔。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，轮毂模具打磨抛光工艺针如图1。由于前道工序为铣削加工，存在较明显刀痕，为快速去除明显刀痕，第一道工序采用球形砂轮磨头进行粗抛；第二道工序采用弹性磨头有效并平稳地去除砂轮磨头加工后留下的表面纹理，实现半精抛；最后一道工序，羊毛磨头配合研磨膏，达到超精细抛光甚至镜面效果。通过轨迹规划，使用离线数据生成器软件得到轮毂磨具抛光轨迹，调节轨迹的行间距会影响抛光质量和效率。

具体方法包括以下步骤，步骤一，采用球形砂轮磨头进行粗抛，刀具转速范围选择在为1500r/min～3500r/min；进给速率范围在4.69mm/s～7.81mm/s；轨迹行距范围在0.5mm～0.9mm；刀具转速过大易引起吃刀量增大，不宜过高。步骤二，采用弹性磨头进行半精抛，刀具转速范围为5000r/min～8000r/min；接触压力选择范围为2N～5N之间；行距选择范围在0.2mm～0.5mm之间,进给速率范围在3.13mm/s～5.47mm/s之间；步骤三，采用羊毛磨头配合研磨膏进行抛光，刀具转速范围为7000r/min～10000r/min；接触压力范围为2N～5N；行距范围为0.4mm～0.7mm,进给速率范围为4.69mm/s～7.03mm/s。羊毛选择行距时可以适当选大以提高抛光效率。

本发明的一个实施例中，轮毂模具抛光装置整体结构如图2，包括：1、底座，2、机器人控制柜，3、上位机，4、变频器，5、工业机器人，6、末端抛光装置，7、轮毂铸造模具，8、气动轮毂夹具，9、带分度的旋转工作台，10、支撑柱，11、研磨膏喷嘴，12、液压升降台，13、防尘罩，14、粉末吸收机。所述工业机器人，机器人控制柜2，液压升降台12放在底座1上，底座1四周安装除尘罩13防止铸件抛光产生的粉尘引起***或者对工作人员身体造成危害。防尘罩外部有粉末吸收机14，将抛光产生的粉末通过吸管全部吸收在底部盒子里面。上位机3放置在除尘罩13外面，与工业机器人5连接，通过抛光软件操作机器人抛光动作。机器人控制柜2精确控制机器人轨迹，其上放置变频器4控制机器人末端的电主轴16高速旋转，带动弹性球形磨头15、球形羊毛磨头19、球形砂轮磨头23抛光轮毂下模。弹性球形磨头15、球形羊毛磨头19、球形砂轮磨头23和电主轴16通过末端快换装置连接在工业机器人第六关节的法兰盘25上。

本发明机器人末端抛光装置如图3，包括弹性球形磨头15、电主轴16、活动连接盘17、固定连接盘18、球形羊毛磨头19、内六角螺钉20、力传感器21、透明罩22、球形砂轮磨头23、末端箱体24。末端箱体与机器人第六关节法兰25采用螺纹连接，末端箱体内部安装力传感器21，保证抛光力恒定从而提高抛光质量，正前方采用透明罩22，三侧面分别连接末端快换装置、电主轴16、球形抛光刀具(砂轮磨头23、弹性磨头15、羊毛磨头19)。

本发明机器人末端快换装置如图4，分为固定连接盘18和活动连接盘17两部分，采用锥度连接。固定连接盘18固定在机器人第六关节法兰25上，活动连接盘17与电主轴16相连。固定连接盘带有锥度头，活动连接盘带有锥度孔，两者锥度相同。

图5为本发明的附图4快换装置装配图，机器人第六关节法兰25与末端快换装置采用螺纹连接，末端快换装置与抛光工具同样用螺纹连接，而末端快换装置的固定连接盘28与活动连接盘17则采用锥度的配合实现中心定位，通过销配合实现周向定位，从而保证精确的定位及稳固的装夹。

如图6本为发明的为活动连接盘俯视图，针对不同的抛光工具，活动连接盘的端面有3圈螺纹孔，有不同的安装尺寸，可以根据需求选择适当的安装螺纹孔固定抛光工具。

如图8本发明的轮毂模具打磨抛光工作台由液压升降台12、电机29、传动***30、支撑柱10、机器人标定块31、轮毂铸造模具7、气动轮毂夹具8、带分度的旋转工作台9组成。如图7为轮毂下模，呈中心五等分对称，要求放置模具的工作台可以72°旋转。工作台9上有研磨膏喷嘴11，配合羊毛磨头进行精抛。传动***30由电机带动蜗轮蜗杆传动，从而带动工作台9旋转。因铸造轮毂磨具非常沉重，所以采用液压升降台12将模具抬高到需要的高度从而利于机器人5抛光。不同型号轮毂模具属于大尺寸、沉重的工件，一般夹具不能满足轮毂模具的夹持，为此设计了一种五气缸定位夹紧装置7，能自动将轮毂模具定位夹紧，保证机器人抛光时轮毂模具的稳定。本发明能够根据不同大小的轮毂模具调整气缸的位置，自动松开和夹紧。

针对轮毂模具标定难题，本发明设计了一种轮毂标定块31。该标定块31下端为圆柱体，与轮毂中心孔过盈配合，上端为正方体，可用正方体尖点和互相垂直的棱边标定。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (9)

1.一种用于汽车轮毂铸造模具的机器人打磨抛光方法，其特征在于，该方法包括以下步骤，步骤一，采用球形砂轮磨头进行粗抛，刀具转速范围选择在为1500r/min～3500r/min；进给速率范围在4.69mm/s～7.81mm/s；轨迹行距范围在0.5mm～0.9mm；

步骤二，采用弹性磨头进行半精抛，刀具转速范围为5000r/min～8000r/min；接触压力选择范围为2N～5N之间；行距选择范围在0.2mm～0.5mm之间,进给速率范围在3.13mm/s～5.47mm/s之间；

步骤三，采用羊毛磨头配合研磨膏进行抛光，刀具转速范围为7000r/min～10000r/min；接触压力范围为2N～5N；行距范围为0.4mm～0.7mm,进给速率范围为4.69mm/s～7.03mm/s。

2.根据权利要求1所述的用于汽车轮毂铸造模具的机器人打磨抛光方法，其特征在于，弹性磨头为球形弹性磨头，羊毛磨头为球形羊毛磨头。

3.一种基于根据权利要求1的用于汽车轮毂铸造模具的机器人打磨抛光装置，其特征在于，包括底座、机器人控制柜、上位机、变频器、工业机器人、末端抛光装置、轮毂铸造模具、气动轮毂夹具、带分度的旋转工作台、液压升降台，工业机器人、机器人控制柜、液压升降台固定在底座上，上位机与工业机器人连接，通过抛光软件操作机器人抛光动作，机器人控制柜上的变频器控制机器人末端的末端抛光装置，末端抛光装置中的电主轴旋转，带动抛光刀具抛光轮毂下模，液压升降台设置在带分度的旋转工作台下方，轮毂铸造模具、气动轮毂夹具设置在带分度的旋转工作台上，抛光刀具和电主轴通过末端快换装置连接在工业机器人第六关节的法兰盘上。

4.根据权利要求3所述的用于汽车轮毂铸造模具的机器人打磨抛光装置，其特征在于，末端抛光装置中还包括末端箱体，末端箱体与机器人第六关节法兰连接，末端箱体为正方体，末端箱体内部安装压力传感器，末端箱体正前方采用玻璃罩，其三个侧面分别连接末端快换装置、电主轴、抛光刀具。

5.根据权利要求4所述的用于汽车轮毂铸造模具的机器人打磨抛光装置，其特征在于，三个侧面上的抛光刀具分别为球形砂轮磨头、球形弹性磨头、球形羊毛磨头。

6.根据权利要求4所述的用于汽车轮毂铸造模具的机器人打磨抛光装置，其特征在于，末端快换装置分为固定连接盘和活动连接盘两部分，采用锥度连接，固定连接盘固定在机器人第六关节法兰上，活动连接盘与电主轴相连，固定连接盘带有锥度头，活动连接盘带有锥度孔，两者锥度相同。

7.根据权利要求5所述的用于汽车轮毂铸造模具的机器人打磨抛光装置，其特征在于，放置模具的带分度的旋转工作台可以72°旋转，带分度的旋转工作台上设有研磨膏喷嘴，配合球形羊毛磨头进行精抛，传动***由电机带动蜗轮蜗杆传动，从而带动带分度的旋转工作台旋转。

8.根据权利要求5所述的用于汽车轮毂铸造模具的机器人打磨抛光装置，其特征在于，还包括轮毂标定块，下端为圆柱体，与轮毂中心孔过盈配合，上端为正方体，可用正方体尖点和以此尖点为顶点的互相垂直的两条边长标定。

9.根据权利要求5所述的用于汽车轮毂铸造模具的机器人打磨抛光装置，其特征在于，还包括防尘罩、粉末吸收机，底座四周安装除尘罩，防尘罩外部设有粉末吸收机。