CN110000719A - 金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置 - Google Patents

金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置，包括机器人刮刀***和模具定位旋转***，所述机器人刮刀***包括六轴关节机器人，六轴关节机器人末端设置有力觉传感器，力觉传感器底部设置有刮刀组件，模具定位旋转***包括旋转平台，旋转平台上设置有定位装置，定位装置内放置有模具组合体。本发明对金属砂轮制备过程中的原料金属进行摊料和刮料工艺操作，在能够保证产品质量一致性的同时，能够极大降低员工劳动工作强度，并且具备较高的生产效率。

Description

金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置
技术领域
本发明属于砂轮制备技术领域，具体涉及一种金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置。
背景技术
金属砂轮是磨削硬质合金、玻璃、陶瓷、宝石等高硬脆材料特效工具。近几年来，随着高速磨削超精密磨削技术的迅速发展，对砂轮提出了更高要求，陶瓷树脂结合剂砂轮已不能满足生产需要，金属结合剂砂轮因其结合强度高、成型性好、使用寿命长等显著特性而使生产得到了广泛应用。
金属砂轮中的烧结型金属结合剂砂轮多以青铜等金属作为结合剂，用高温烧结法制造，其结合强度高，成型性好，耐高温，导热性耐磨性好，使用寿命长，可承受较大负荷。
目前烧结型金属结合剂砂轮成形制造工艺包括：混料—压制成型—热压烧结—磨削加工—检测包装等。其中压制成型工艺为生产加工的关键工艺，通常采用冷成型工艺，其成型品质将直接影响最终产品的质量。目前压制成型工艺中的摊料和刮料工艺在极大程度上影响着压制成型产品的质量。
目前压制成型工艺中的摊料和刮料工艺均需采用人工进行操作，其中摊料和刮料操作共用同一旋转平台，旋转平台速度由人工操作脚踏板进行控制，金属粉末放置于模具组合体中，模具组合体放置于旋转平台进行旋转运动，在摊料中使用简易摊料刮刀操作，在刮料中使用刮料装置进行操作。目前摊料和刮料工艺操作难度很大，需要有天赋的工作人员经过长达约1年技术培训才能学会，过多存在经验成分，新老员工在技术交接时存在技术壁垒；另外人工进行摊料和刮料效率较低，需要投入大量人力参与，此工序直接影响整个生产进度；技术人员长期置于金属粉尘环境当中，对人员身体健康会带来一定程度上的损害。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，提供一种金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置，包括机器人刮刀***和模具定位旋转***，所述机器人刮刀***包括机器人，机器人上设置有多节活动臂，多节活动臂末端设置有力觉传感器，力觉传感器底部设置有刮刀组件，模具定位旋转***包括旋转平台，旋转平台上设置有定位装置，定位装置内放置有模具组合体。
所述刮刀组件包括换刀组件和刮刀，换刀组件包括转接板和刮刀压板，转接板上表面中心设置有定位凸台，转接板通过紧固件和定位凸台固定连接在力觉传感器上，转接板底部固定有刮刀安装底板，刮刀安装底板上设置有刮刀安装槽，刮刀压板底部侧面设置有两个固定块，刮刀压板和刮刀安装底板上均设置有定位孔，刮刀安装后通过紧固件将刮刀压板和刮刀安装底板固定在一起。
所述刮刀包括摊料刮刀和刮料刮刀，摊料刮刀底部设置为梳齿状刮刀，刮料刮刀底部设置为平面刮刀。
所述转接板采用法兰转接板，所述紧固件采用螺栓，机器人采用六轴关节机器人，力觉传感器采用六轴力觉传感器。
所述定位装置包括定位卡盘，定位卡盘上安装有定位夹指，模具组合体放置在定位夹指内。
所述定位卡盘采用回转式气动卡盘，定位卡盘上均匀设置三个夹爪，夹爪可径向同心移动使工件自动定心，定位夹指有三个，每个定位夹指与定位卡盘的夹爪通过螺栓连接。
所述定位卡盘底部设置有卡盘转接板，定位卡盘通过卡盘转接板固定在旋转平台上。
所述模具组合体由内芯、下压板、外圈和下垫板组成，内芯外部套设有下压板，下压板外部套设有外圈，内芯与下压板之间以及下压板与外圈之间均以装配间隙进行配合，装配后的内芯、下压板和外圈放置在下垫板上，下压板的高度低于内芯和外圈的高度。
所述外圈的外侧中部设置为凹槽结构。
旋转平台底部设置有旋转驱动装置，所述旋转驱动装置采用步进电机。
本发明的有益效果在于：本发明提供的金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置对金属砂轮制备过程中的原料金属进行摊料和刮料工艺操作，在能够保证产品质量一致性的同时，能够极大降低员工劳动工作强度，并且具备较高的生产效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为刮刀组件结构示意图。
图3为刮刀组件的截面结构示意图。
图4为转接板的结构示意图。
图5为刮刀压板的结构示意图。
图6为摊料刮刀的结构示意图。
图7为刮料刮刀的结构示意图。
图8为模具定位旋转***结构示意图。
图9为定位卡盘的结构示意图。
图10为定位夹指的结构示意图。
图11为模具组合体的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
如图1-11所示，本发明提供一种金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置，包括机器人刮刀***和模具定位旋转***，所述机器人刮刀***包括六轴关节机器人1，六轴关节机器人1上设置有多节活动臂2，多节活动臂2末端设置有力觉传感器3，力觉传感器3底部设置有刮刀组件，模具定位旋转***包括旋转平台5，旋转平台5上设置有定位装置6，定位装置6内放置有模具组合体7。
刮刀组件包括换刀组件4和刮刀8，换刀组件4包括转接板9和刮刀压板10，转接板9上表面中心设置有定位凸台11，转接板9通过螺栓和定位凸台11固定连接在力觉传感器3上，转接板9底部固定有刮刀安装底板12，刮刀安装底板12上设置有刮刀安装槽13，刮刀压板10底部侧面设置有两个固定块14，用于固定刮刀8，刮刀压板10和刮刀安装底板12上均设置有定位孔，刮刀8安装在刮刀安装槽13内，并通过刮刀压板10底部的固定块14固定后，通过螺栓将刮刀压板10和刮刀安装底板12固定在一起。其中刮刀安装槽13中槽顶端面提供刮刀顶部定位，辅以刮刀压板底部侧面两个固定块14压紧刮刀，使得刮刀顶部完全接触安装槽槽顶端面，进而实现刮刀在上下方向上实现换刀后安装位置唯一性。其中安装槽中两个侧面与刮刀两个侧面形成过渡配合，既提供定位又实现夹紧功能，进而实现刮刀在左右方向上实现换刀后安装位置唯一性。其中刮刀安装槽底面提供刮刀在前后方向上定位，辅以刮刀压板的压紧作用，进而实现刮刀在前后方向上实现换刀后安装位置唯一性。
刮刀8包括摊料刮刀和刮料刮刀，摊料刮刀底部设置为梳齿状刮刀，刮料刮刀底部设置为平面刮刀。刮刀由刮刀安装底板12和刮刀压板10的结构决定位置固定且唯一，更换刮刀之后即可使用。在更换刮刀时，只需要拧松刮刀压板的两个螺栓，使得刮刀能够通过刮刀压板底部固定块，此时拔出刮刀，随后***所需刮刀，使用内六角扳手拧紧螺栓，通过压紧刮刀下部端面和正面进而完成定位安装。
转接板9采用法兰转接板，力觉传感器3采用六轴力觉传感器。
模具定位旋转***，即包括旋转平台，定位装置和模具组合体。作为一个定位旋转***，其中旋转平台具备高刚性（能够承受较大径向、轴向、倾覆等力矩）和高旋转精度（保证转盘旋转同轴度，平行度等形位公差），定位装置具备自定心夹紧功能，从而保证末端模具组合体具备优异的同轴度旋转和较低的端面圆跳动。
定位装置6包括定位卡盘15，定位卡盘15上安装有定位夹指16，模具组合体7放置在定位夹指16内。
定位卡盘15采用回转式气动卡盘，定位卡盘15上均匀设置三个夹爪17，夹爪17可径向同心移动使工件自动定心，定位夹指16有三个，定位夹指16上设置有螺栓孔，每个定位夹指16与定位卡盘的夹爪17通过螺栓固定连接。借助定位卡盘的自定心功能，可实现模具组合体和定位卡盘的同轴旋转。
定位卡盘15底部设置有卡盘转接板18，定位卡盘15通过卡盘转接板18固定在旋转平台5上，两者之间通过卡盘转接板18定位装配实现旋转同轴度。旋转平台5底部设置有旋转驱动装置51，旋转驱动装置51采用步进电机，旋转平台5采用中空旋转平台，旋转驱动装置51带动中空旋转平台进行旋转。
模具组合体7由内芯71、下压板72、外圈73和下垫板74组成，内芯71外部套设有下压板72，下压板72外部套设有外圈73，内芯71与下压板72之间以及下压板72与外圈73之间均以最小装配间隙进行配合，装配后的内芯71、下压板72和外圈73放置在下垫板74上。下压板72的高度低于内芯71和外圈73的高度，外圈73的外侧中部设置为凹槽结构，内芯和外圈之间的空间用于放置混合料。模具组合体具有多种规格尺寸，金属砂轮物料成分具备不同配方配比，均可通过更换不同尺寸刮刀并辅助不同刮平工艺参数进行刮平。
本发明提供的金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置对金属砂轮制备过程中的原料金属进行摊料和刮料工艺操作，在能够保证产品质量一致性的同时，能够极大降低员工劳动工作强度，并且具备较高的生产效率。
摊料工艺是将放置于模具组合体下压板上的不均匀的混合物料，通过摊料刮刀上下运动以及左右碰撞动作，辅助模具组合体本身旋转运动，使得混合物料多种成分均匀混合并且能够初步达到在圆周各个部位质量体积分布大致均匀。
刮料工艺是将已经经过摊料工艺操作的混合均匀且分布大致均匀的物料，通过刮料刮刀上下运动、左右碰壁动作和侧向碰壁碾压动作等，辅助模具组合体本身旋转运动，使得混合物料被刮料刮刀均匀稳定的在一定程度上压实蓬松状物料，且在内芯、外圈和刮料刮刀上无物料粘附。
具体工艺操作步骤如下：
摊料工艺流程包括以下步骤：
1.接通电源（机器人本体、机器人控制器、力觉传感器、中空旋转平台步进电机以及步进电机控制器）。
2.接通气源（回转式气动卡盘）。
3.夹爪张开（回转式气动卡盘通气，卡盘端部夹爪张开），放入模具组合体，此时模具组合体已经放入一定质量摊料所需的均匀分布物料。
4.夹爪夹紧（回转式气动卡盘反向通气，卡盘端部夹爪收缩），夹紧模具组合体。
5.中空旋转平台转动（步进电机驱动器控制中空旋转平台以适当速度稳定运行）。
6.机器人末端刮刀快速接近模具组合体（机器人末端刮刀从初始零位点快速运动至摊料刮料初始点上方h1高度）。
7.机器人末端刮刀慢速下降至至初始摊料示教点位。摊料示教点位位于模具组合体中下压环内外壁中间位置，且垂直于下压环端面，并且摊料刮刀通过下压环轴线。
8.机器人末端刮刀依次执行中间点位停留△t1，移动至接触外壁使得力值为f1并保持时间△t2，随后移动至接触内壁使得力值为f2并保持时间△t2，紧接着由内壁位置回到中间点位停留时间△t3，然后从中间点位开始下降高度h下；此段机器人末端刮刀依次执行动作可视为“中间停留—触碰外壁--触碰内壁—返回中间-中位下降”，并且在以下动作中会反复执行，可视为末端刮刀的“下降循环动作”；此处的保持力值为力觉传感器实时测得数据，并在一定允许范围内浮动，此处接触外壁或者内壁动作则由力觉传感器实时测得力值进而引导机器人本体执行相应运动。
9.在下降过程中，“下降循环动作”会一直进行，直至末端刮刀运行至竖直方向设置最低点。此处下降高度h下，具有多种不同参数数值，且高度h下数值会随着“下降循环动作”次数增大而减小，设定“下降循环动作”次数为4n次,此处n为自然数，在第1次到第n次时下降高度△h, 在第n次到第3n次时下降高度△h/2, 在第3n次到第4n次时下降高度△h/4，此处△h为固定值。
10. 机器人末端刮刀依次执行中间点位停留时间△t1，移动至接触外壁使得力值为f1并保持时间△t2，随后移动至接触内壁使得力值为f2并保持时间△t2，紧接着由内壁位置回到中间点位停留时间△t3，然后从中间点位上升高度h上。此段机器人末端刮刀依次执行动作可视为“中位停留—触碰外壁—触碰内壁—返回中位-中位上升”，并且在上升动作中会反复执行，可视为末端刮刀的“上升循环动作”。此处的保持力值为力觉传感器实时测得数据，并在一定允许范围内浮动，此处接触外壁或者内壁动作则由力觉传感器实时测得力值进而引导机器人本体执行相应运动。
11. 在上升过程中，“上升循环动作”会一直进行，直至末端刮刀运行至摊料示教点位。此处上升高度h上具有多种不同参数数值，且高度h上数值会随着“上升循环动作”次数增大而减小，次数设定“上升循环动作”次数为4n次, 此处n为自然数，在第1次到第n次时上升高度△h, 在第n次到第3n次时上升高度△h/2, 在第3n次到第4n次时上升高度△h/4，此处△h为固定值。
12. 步骤（8-11）为“下降循环动作”和“上升循环动作”以及下降深度和上升高度的描述，末端刮刀从初始摊料示教点位运动直至回到初始摊料示教点位，执行4n次“下降循环动作”直至竖直下降到最低点，从竖直下降最低点执行2n次“上升循环动作”总共上升高度3*n*△h/2，然后执行2n次“下降循环动作”直至竖直下降最低点，最后由竖直下降最低点执行4n次“上升循环动作”回到初始摊料示教点位。上升和下降动作可一次执行，也可多次执行，执行次数需要根据物料属性和模具情况调整。
13. 此时末端刮刀端部离开已刮物料，然后由初始摊料示教点位慢速提升至初始摊料示教点位上方h1高度。
14. 机器人快速回位（机器人末端刮刀从摊料初始点上方h1高度快速运动至初始零位点）。
15. 中空旋转平台转动停止（中空旋转平台从适当速度缓慢减速直至完全停下）。
16. 夹爪张开取模具组合体（自定心外夹卡盘通气，卡盘端部夹爪张开）。
此时摊料工艺流程完整流程结束，等待进入下个循环操作。
其中针对不同配方配比的物料和不同尺寸规格产品，摊料工艺过程步骤大体流程相同，文中△t1（中间点位停留时间）、△t2（触碰外壁保持时间）、△t3（触碰内壁保持时间）、f1（触碰外壁力值）、f2（触碰内壁力值）、n（上升或下降循环动作次数基数）、△h（上升或下降高度）、d（上升下降动作次数），这些参数需要根据物料配方和产品尺寸等因素进行相应调整。
刮料工艺过程包括以下步骤：
1.接通电源（机器人本体、机器人控制器、力觉传感器、中空旋转平台步进电机以及步进电机控制器）。
2.接通气源（回转式气动卡盘）。
3.夹爪张开（回转式气动卡盘通气，卡盘端部夹爪张开），放入模具组合体，此时模具组合体内置物料为已经完成摊料工艺并且检验合格的物料，此时物料各物质混合均匀且物料表面比较平整。
4.夹爪夹紧（回转式气动卡盘反向通气，卡盘端部夹爪收缩），夹紧模具组合体。
5.中空旋转平台转动（步进电机驱动器控制中空旋转平台以适当速度运行）。
6.机器人末端刮刀快速接近模具组合体（机器人末端刮刀从初始零位点快速运动至刮料初始点上方H1高度）。
7.机器人末端刮刀慢速下降至初始刮料示教点位。刮料示教点位位于模具组合体中下压环内外壁中间位置，且垂直于下压环端面，并且刮料刮刀通过下压环轴线。
8.机器人末端刮刀依次执行中间点位停留时间△T1，移动至接触外壁使得力值为F1并保持时间△T2，随后移动至接触内壁使得力值为F2并保持时间△T2，紧接着由内壁位置回到中间点位停留时间△T3，然后从中间点位开始下降高度H下。此段机器人末端刮刀依次执行动作可视为“中位停留—触碰外壁—触碰内壁—返回中位-中位下降”，并且在以下动作中会反复执行，可视为末端刮刀的“下降循环动作”。此处的保持力值为力觉传感器实时测得数据，并在一定允许范围内浮动，此处接触外壁或者内壁动作则由力觉传感器实时测得力值进而引导机器人本体执行相应运动。
9.在下降过程中，“下降循环动作”会一直进行，直至末端刮刀运行至竖直方向设置最低点。此处下降高度H下具有多种不同参数数值，且高度H下数值会随着“下降循环动作”次数增大而减小，设定“下降循环动作”次数为4N次,此处N为自然数，在第1次到第N次时下降高度△H, 在第N次到第3N次时下降高度△H/2, 在第3N次到第4N次时下降高度△H/4，此处△H为固定值。
10. 机器人末端刮刀依次执行中间点位停留时间△T1，移动至接触外壁使得力值为F1并保持时间△T2，随后移动至接触内壁使得力值为F2并保持时间△T2，紧接着由内壁位置回到中间点位停留时间△T3，然后从中间点位上升高度H上。此段机器人末端刮刀依次执行动作可视为“中位停留—触碰外壁—触碰内壁—返回中位-中位上升” ，并且在上升动作中会反复执行，可视为末端刮刀的“上升循环动作”。此处的保持力值为力觉传感器实时测得数据，并在一定允许范围内浮动，此处接触外壁或者内壁动作则由力觉传感器实时测得力值进而引导机器人本体执行相应运动。
11. 在上升过程中，“上升循环动作”会一直进行，直至末端刮刀运行至刮料示教点位。此处上升高度H上具有多种不同参数数值，且高度H上数值会随着“上升循环动作”次数增大而减小，次数设定“上升循环动作”次数为4N次, 此处N为自然数，在第1次到第N次时上升高度△H, 在第N次到第3N次时上升高度△H/2, 在第3N次到第4N次时上升高度△H/4，此处△H为固定值。
12. 步骤（8-11）为“下降循环动作”和“上升循环动作”以及下降深度和上升高度的描述，末端刮刀从初始刮料示教点位运动直至回到初始刮料示教点位，执行4N次“下降循环动作”直至竖直下降到最低点，从竖直下降最低点执行2N次“上升循环动作”总共上升高度3*N*△H/2,然后执行2N次“下降循环动作”直至竖直下降最低点，最后由竖直下降最低点执行4N次“上升循环动作”回到初始刮料示教点位；上升下降动作可一次执行，也可多次执行，执行次数需要根据物料属性和模具情况调整。
13. 其中在步骤（12）中，最后一次执行由竖直下降最低点执行4N次“上升循环动作”回到初始刮料示教点位过程中，需要添加多次刮刀旋转碰外壁动作。具体动作执行描述如下，刮刀在竖直上升后，以末端刮刀竖直中心位置进行旋转M度，使得刮刀前部堆积物料向着外壁方向运动，旋转M度结束后刮刀水平移动使得刮刀一侧触碰外壁，并需要保持△T2秒，随后水平移动至内外壁中部经过旋转M度回到原来中间位置点位。此刮刀旋转碰外壁动作在最后一次执行由竖直下降最低点执行4N次“上升循环动作”回到初始刮料示教点位过程中，在 “上升循环动作”前2N次，每间隔2次“上升循环动作”执行一次。
14. 此时末端刮刀端部离开已刮物料，然后由初始刮料示教点位慢速提升至初始刮料示教点位上方H1高度。
15. 机器人快速回位（机器人末端刮刀从刮料初始点上方H1高度快速运动至初始零位点）。
16. 中空旋转平台转动停止（中空旋转平台从适当速度缓慢减速直至完全停下）。
17. 夹爪张开取模具组合体（自定心外夹卡盘通气，卡盘端部夹爪张开）。
此时刮料工艺流程完整流程结束，等待进入下个循环操作。
以上所述为本发明的优选实施例，应当指出，对于本领域的技术人员来说，本发明不受上述实施例的限制，在不脱离本发明整体构思的前提下，还可以做出若干变化和改进，这些也应该视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置，其特征在于：包括机器人刮刀***和模具定位旋转***，所述机器人刮刀***包括机器人，机器人上设置有多节活动臂，多节活动臂末端设置有力觉传感器，力觉传感器底部设置有刮刀组件，模具定位旋转***包括旋转平台，旋转平台上设置有定位装置，定位装置内放置有模具组合体。
2.如权利要求1所述的金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置，其特征在于：所述刮刀组件包括换刀组件和刮刀，换刀组件包括转接板和刮刀压板，转接板上表面中心设置有定位凸台，转接板通过紧固件和定位凸台固定连接在力觉传感器上，转接板底部固定有刮刀安装底板，刮刀安装底板上设置有刮刀安装槽，刮刀压板底部侧面设置有两个固定块，刮刀压板和刮刀安装底板上均设置有定位孔，刮刀安装后通过紧固件将刮刀压板和刮刀安装底板固定在一起。
3.如权利要求2所述的金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置，其特征在于：所述刮刀包括摊料刮刀和刮料刮刀，摊料刮刀底部设置为梳齿状刮刀，刮料刮刀底部设置为平面刮刀。
4.如权利要求2所述的金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置，其特征在于：所述转接板采用法兰转接板，所述紧固件采用螺栓，机器人采用六轴关节机器人，力觉传感器采用六轴力觉传感器。
5.如权利要求1所述的金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置，其特征在于：所述定位装置包括定位卡盘，定位卡盘上安装有定位夹指，模具组合体放置在定位夹指内。
6.如权利要求5所述的金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置，其特征在于：所述定位卡盘采用回转式气动卡盘，定位卡盘上均匀设置三个夹爪，夹爪可径向同心移动使工件自动定心，定位夹指有三个，每个定位夹指与定位卡盘的夹爪通过螺栓连接。
7.如权利要求5所述的金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置，其特征在于：所述定位卡盘底部设置有卡盘转接板，定位卡盘通过卡盘转接板固定在旋转平台上。
8.如权利要求1所述的金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置，其特征在于：所述模具组合体由内芯、下压板、外圈和下垫板组成，内芯外部套设有下压板，下压板外部套设有外圈，内芯与下压板之间以及下压板与外圈之间均以装配间隙进行配合，装配后的内芯、下压板和外圈放置在下垫板上，下压板的高度低于内芯和外圈的高度。
9.如权利要求8所述的金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置，其特征在于：所述外圈的外侧中部设置为凹槽结构。
10.如权利要求1所述的金属砂轮磨具冷成型智能刮平装置，其特征在于：旋转平台底部设置有旋转驱动装置，所述旋转驱动装置采用步进电机。
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