本發(fā)明屬于機(jī)器人打磨工具技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種機(jī)器人打磨專用金剛石、cbn成套工具。

背景技術(shù)：

工件打磨一直是阻礙高精密行業(yè)發(fā)展的巨大障礙，傳統(tǒng)對(duì)各種工件的打磨都是由人工完成的，且打磨工具也只是用角磨機(jī)配套硬質(zhì)合金銑刀、磨頭、普通砂輪(sic、剛玉等)、砂帶、拋光輪等來(lái)完成工件的銑削、磨削、拋光加工工藝，滿足粗、細(xì)、精等工藝加工。傳統(tǒng)的打磨工具加工效率低、易出現(xiàn)堵塞，打磨不動(dòng)的情況；產(chǎn)品精度差、尺寸一致性難以保證；產(chǎn)品壽命短，不耐磨；生產(chǎn)人員工作環(huán)境惡劣，員工的流動(dòng)性大。隨著用工成本的提高和技工不確定性風(fēng)險(xiǎn)，利用人口紅利創(chuàng)造產(chǎn)品利潤(rùn)的時(shí)代已經(jīng)結(jié)束。而后隨著技術(shù)的進(jìn)步，工業(yè)機(jī)器人的打磨方案也有了長(zhǎng)足的發(fā)展，但是配套的打磨工具還處在初級(jí)水平，因此設(shè)計(jì)出一套機(jī)器人打磨專用金剛石、cbn工具，以滿足日益增長(zhǎng)的打磨行業(yè)的需求。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，是在于提供一種成套的金剛石、cbn打磨工具，該打磨工具解決了鑄件打磨去毛刺及新型材料難切削加工問(wèn)題，把工業(yè)機(jī)器人打磨工具從普通工具替換為電鍍成套工具，穩(wěn)定和提高了打磨質(zhì)量和產(chǎn)品光潔度，保證其一致性；另外，本發(fā)明還解決了對(duì)大型工件(如：航空航天機(jī)艙、船體、風(fēng)能葉片、復(fù)合材料管道等)的打磨，以及復(fù)雜輪廓工件(如：發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、缸體缸蓋等各種鑄件)的一體化去毛刺、拋光加工。

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為：

一種機(jī)器人打磨專用金剛石、cbn成套工具，包括機(jī)器人、工作臺(tái)和刀具，具體的：

所述機(jī)器人具有一個(gè)或者多個(gè)手臂，機(jī)器人手臂的末端安裝帶有自動(dòng)換刀功能的動(dòng)力頭，在機(jī)器人臂展范圍內(nèi)放置自動(dòng)刀具庫(kù)，所述自動(dòng)刀具庫(kù)為立方體或圓形盒子狀，其內(nèi)部排列安放多種不同的備用刀具，所述自動(dòng)刀具庫(kù)箱體頂部帶有一側(cè)可打開的防塵罩，防塵罩與自動(dòng)刀具庫(kù)箱體用合頁(yè)連接；所述工作臺(tái)固定在基座上，工作臺(tái)有兩個(gè)以上的工作位置，遠(yuǎn)離機(jī)器人的一側(cè)為上件及下件工位，靠近機(jī)器人的一側(cè)為打磨工位，中間設(shè)置一道橫向的防護(hù)隔板，將兩個(gè)工作位置隔離開；其中，機(jī)器人本身的動(dòng)作由其自帶的控制器控制運(yùn)行，其余設(shè)備由固定在機(jī)器人后方電控柜內(nèi)的plc統(tǒng)一控制；

所述備用刀具由與機(jī)器人工作臂固定連接的柄部(1)、設(shè)置在柄部(1)前端的頭部(2)構(gòu)成；所述柄部(1)與頭部(2)一體設(shè)置，柄部(1)與機(jī)器人工作臂固定的一端設(shè)置為階梯狀臺(tái)階結(jié)構(gòu)(3)或者倒邊錐面結(jié)構(gòu)(4)，柄部(1)設(shè)置為可調(diào)節(jié)伸縮結(jié)構(gòu)，采用二級(jí)或多級(jí)套管配合，以進(jìn)行可調(diào)節(jié)伸縮；所述柄部(1)電鍍有一金剛石、cbn細(xì)顆粒層，柄部(1)與機(jī)器人的裝夾方式為外圓裝夾或螺紋鎖緊；

所述頭部(2)包括五類刀具，分別為：開槽a類刀具、切割b類刀具、倒角c類刀具、弧面d類刀具和外圓平面e類刀具；

所述開槽a類刀具為：頭部(2)的可磨槽型分別為“v”形槽、矩形槽、梯形槽或“u”形槽(5)，槽兩側(cè)角度a°范圍為30°-150°，磨削過(guò)程中開槽寬度w2小于或等于工件設(shè)計(jì)寬度w1，開槽深度t2小于設(shè)計(jì)深度t1，a類輪乙面上鍍不同寬度的金剛砂，金剛石、cbn顆粒的大小為0.212-0.3mm，埋入率為40％-50％；

所述切割b類刀具為：在工具上設(shè)計(jì)出不同開槽方向形狀的槽，槽型為“v”形槽、矩形槽、梯形槽或“u”形槽(5)，平面上電鍍出不同花型，花型為圓點(diǎn)瓣(6)、三角形瓣(7)或矩形瓣(8)，各花型沿中心軸向均均勻分布，沿機(jī)體中心線上鉆有中心孔(9)，鉆孔面積不超過(guò)刀具整體的體積的1/3，乙面上鍍不同寬度的金剛砂，金剛石、cbn顆粒的大小為0.125-0.18mm，埋入率為55％-60％；

所述倒角c類刀具為：在c輪上設(shè)計(jì)出角度結(jié)構(gòu)(10)和弧面結(jié)構(gòu)(11)，角度又可以分為內(nèi)倒角和外倒角的加工，角度為10°-150°任一角度，深度l1可從10到100mm，弧面結(jié)構(gòu)包括圓弧倒角，其弧度為0-360°任一角度，適宜深槽槽底的打磨及孔邊的倒角，c類輪乙面上鍍不同寬度的金剛砂，金剛石、cbn顆粒大小為0.355-0.6mm，埋入率為35％-45％；

所述弧面d類刀具為：弧面包括上弧面、左弧面及右弧面，上弧面寬度l1范圍變化為6-200mm，上弧面半徑sr可以從10mm到無(wú)窮大，左弧面半徑r1和右弧面半徑r2的范圍約為0.2-100mm，弧面整體寬度l為6-300mm，甲面鍍砂，金剛石、cbn顆粒大小為0.355-0.85mm，埋入率為35％-45％，r1和r3作為磨削平面時(shí)的進(jìn)刀、退刀的工藝圓角；

所述外圓平面e類刀具為：e類砂輪沿機(jī)體中心線上鉆有中心孔(9)，鉆孔面積不超過(guò)刀具整體的體積的1/3，中心孔(9)的左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有盲孔或沉孔(10)，整體尺寸范圍d可以從50-200mm，一次加工外表面寬度t為6-100mm，乙面上鍍不同寬度的金剛砂，金剛石、cbn顆粒大小為0.6-1.18mm，埋入率為35％-55％。

并且，所述五類刀具的頭部均設(shè)置有防護(hù)套。

所述柄部上設(shè)置有左、右手動(dòng)按壓開關(guān)和刻度顯示器，左按壓開關(guān)用于控制伸縮結(jié)構(gòu)的伸長(zhǎng)，右按壓開關(guān)用于控制伸縮結(jié)構(gòu)的縮短，刻度顯示器用于顯示伸縮結(jié)構(gòu)的實(shí)際伸縮距離。

所述工作臺(tái)上設(shè)置有對(duì)加工后的工件進(jìn)行清理的自動(dòng)系統(tǒng)；所述清理系統(tǒng)包括刷頭和刷柄，刷柄固定于工作臺(tái)上，且刷柄中間設(shè)置有可供沖洗液及空氣流通的通孔，刷頭對(duì)稱設(shè)置于工作臺(tái)兩端。自動(dòng)系統(tǒng)與電控柜內(nèi)的plc統(tǒng)一控制。

進(jìn)一步包括機(jī)器人的控制系統(tǒng)，在刀具前端設(shè)置壓力傳感器，壓力傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工具頭工作時(shí)的壓力，壓力傳感器測(cè)定的壓力值通過(guò)無(wú)線傳輸至控制系統(tǒng)，并將該壓力值輸入到加工過(guò)程逆動(dòng)力學(xué)模型后得到期望打磨力，經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)的力控制后應(yīng)用于工件加工過(guò)程。根據(jù)反問(wèn)題理論及打磨系統(tǒng)剛度模型，經(jīng)過(guò)對(duì)大量打磨試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后建立打磨過(guò)程的逆動(dòng)力學(xué)模型。將測(cè)量系統(tǒng)獲得的工件實(shí)際尺寸模型與理想模型比較，獲得期望打磨量，將其輸入到打磨過(guò)程逆動(dòng)力學(xué)模型后得到期望打磨力，經(jīng)過(guò)力控制后應(yīng)用于工件打磨過(guò)程。打磨過(guò)程中實(shí)際的接觸力反饋到機(jī)器人力控制單元，通過(guò)修正實(shí)際輸出力的大小，無(wú)限靠近期望磨削力。同時(shí)，根據(jù)打磨量數(shù)據(jù)反饋，修正磨削過(guò)程逆動(dòng)力學(xué)模型，使得期望打磨力與期望打磨量更加匹配。

本發(fā)明的技術(shù)有點(diǎn)在于：本發(fā)明充分發(fā)揮了電鍍金剛石、cbn制品的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出成套的金剛石、cbn打磨工具，解決了鑄件打磨去毛刺及新型材料難切削加工問(wèn)題。把工業(yè)機(jī)器人打磨工具從普通工具替換為電鍍成套工具，穩(wěn)定和提高了打磨質(zhì)量和產(chǎn)品光潔度，保證其一致性，解決了對(duì)大型工件(航空航天機(jī)艙、船體、風(fēng)能葉片、復(fù)合材料管道等)的打磨，及復(fù)雜輪廓工件(發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、缸體缸蓋等各種鑄件)的一體化去毛刺、拋光加工。適應(yīng)工業(yè)4.0的發(fā)展及《中國(guó)制造2025》的要求。

附圖說(shuō)明：

圖1-3是開槽a類結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4-7是切割b類結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8-9是倒角c類結(jié)構(gòu)示意圖；

圖10是弧面d類結(jié)構(gòu)示意圖；

圖11-12是外圓平面e類結(jié)構(gòu)示意圖；

其中，圖中附圖標(biāo)記的說(shuō)明為：柄部-1，頭部-2，階梯狀臺(tái)階結(jié)構(gòu)-3，倒邊錐面結(jié)構(gòu)-4，“u”形槽-5，圓點(diǎn)瓣-6，三角形瓣-7，矩形瓣-8，中心孔-9，角度結(jié)構(gòu)-10，弧面結(jié)構(gòu)-11，盲孔或沉孔-12。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。

實(shí)施例1

本發(fā)明采用了成套設(shè)計(jì)的打磨工具，包含了a類(開槽)、b類(切割)、c類(倒角)、d類(弧面)、e類(外圓平面)。由于工業(yè)機(jī)器人多自由度、多工位、多手臂的特性，一個(gè)機(jī)器人上面可以安裝7-10件打磨工具，通過(guò)選裝我們?cè)O(shè)計(jì)出的成套的打磨工具，可以實(shí)現(xiàn)工件打磨的集成化生產(chǎn)。將生產(chǎn)周期大大縮短。經(jīng)試驗(yàn)可將一片風(fēng)葉片的打磨時(shí)間從11天縮短為1天。下面詳細(xì)介紹一下各種類工具的設(shè)計(jì)理念及作用。

本發(fā)明提供一種成套的金剛石、cbn打磨工具，解決了鑄件打磨去毛刺及新型材料難切削加工問(wèn)題。把工業(yè)機(jī)器人打磨工具從普通工具替換為電鍍成套工具，穩(wěn)定和提高了打磨質(zhì)量和產(chǎn)品光潔度，保證其一致性，解決了對(duì)大型工件(航空航天機(jī)艙、船體、風(fēng)能葉片、復(fù)合材料管道等)的打磨，及復(fù)雜輪廓工件(發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、缸體缸蓋等各種鑄件)的一體化去毛刺、拋光加工。

本實(shí)施例具體包括機(jī)器人、工作臺(tái)和刀具，機(jī)器人具有一個(gè)或者多個(gè)手臂，機(jī)器人手臂的末端安裝帶有自動(dòng)換刀功能的動(dòng)力頭，機(jī)器人可在臂展范圍內(nèi)360°任意移動(dòng)該動(dòng)力頭；在機(jī)器人臂展范圍內(nèi)放置自動(dòng)刀具庫(kù)，自動(dòng)刀具庫(kù)為立方體或圓形盒子狀，其內(nèi)部排列安放多種不同的備用刀具，自動(dòng)刀具庫(kù)箱體頂部帶有一側(cè)可打開的防塵罩，防塵罩用合頁(yè)與自動(dòng)刀具庫(kù)箱體連接；工作臺(tái)固定在基座上，工作臺(tái)有兩個(gè)以上的工作位置，遠(yuǎn)離機(jī)器人的一側(cè)為上件及下件工位，靠近機(jī)器人的一側(cè)為打磨工位，中間有一道橫向的防護(hù)隔板，將兩個(gè)工作位置隔離開；其中，機(jī)器人本身的動(dòng)作由其自帶的控制器控制運(yùn)行，其余設(shè)備由固定在機(jī)器人后方電控柜內(nèi)的plc統(tǒng)一控制，如工作臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)與夾緊，動(dòng)力頭的啟停、松刀與拉刀，防塵罩的開與合。

所述備用刀具由與機(jī)器人工作臂固定連接的柄部1，設(shè)置在工作前端的頭部2構(gòu)成，柄部與頭部一體設(shè)置，柄部與機(jī)器人工作臂固定的一端設(shè)置為一階梯狀臺(tái)階結(jié)構(gòu)3或者倒邊錐面結(jié)構(gòu)4，柄部設(shè)置為可調(diào)節(jié)伸縮結(jié)構(gòu)，采用二級(jí)或多級(jí)套管配合，進(jìn)行可調(diào)節(jié)伸縮；所述柄部電鍍有一金剛石、cbn細(xì)顆粒層，柄部與機(jī)器人的裝夾方式為外圓裝夾或螺紋鎖緊。

所述頭部包括五類刀具，分別為開槽a類、切割b類、倒角c類、弧面d類和外圓平面e類。

開槽a類：通過(guò)尾部與之配套的工業(yè)機(jī)器人的裝夾方式選定為外圓裝夾(d)和螺紋鎖緊(m)，設(shè)計(jì)出可變角度的磨槽輪，頭部的可磨槽型分別為“v”形槽、矩形槽、梯形槽、“u”形槽及其它類似形狀，槽兩側(cè)角度a°范圍為30°-150°，磨削過(guò)程中開槽寬度w2小于等于工件設(shè)計(jì)寬度w1，開槽深度t2小于設(shè)計(jì)深度t1，另外a輪乙面上鍍不同寬度的金剛砂，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件甲面的磨削。a類輪乙面上鍍不同寬度的金剛砂，其最優(yōu)選的金剛石、cbn顆粒大小為0.212-0.3mm，埋入率為40％-50％；可配合工業(yè)機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)更加高效的槽型磨削，滿足不同截面的打磨。例如，型腔的內(nèi)壁凹槽等。

切割b類：在工具上設(shè)計(jì)出不同開槽方向形狀的槽，(如u形槽，圖2中b-1-2所示)槽型為“v”形槽、矩形槽、梯形槽或“u”形槽5，平面上電鍍出不同花型，花型為圓點(diǎn)瓣6、三角形瓣7或矩形瓣8，利于排屑，防止砂輪堵塞。各花型沿中心軸向均均勻分布，沿機(jī)體中心線上鉆有中心孔9，圖2中b-1-2所示，鉆孔面積不超過(guò)刀具整體的體積的1/3，做減重處理，實(shí)現(xiàn)工具的輕量化。通過(guò)調(diào)整鍍砂區(qū)域，實(shí)現(xiàn)切割，打磨，粗拋光的工具整合。乙面上鍍不同寬度的金剛砂，其最優(yōu)選的金剛石、cbn顆粒大小為0.125-0.18mm，埋入率為55％-60％。

倒角c類：在c輪上設(shè)計(jì)出角度結(jié)構(gòu)10和弧面結(jié)構(gòu)11，角度又可以分為內(nèi)倒角和外倒角的加工，角度為10°-150°任一角度，深度l1可從10到100mm，弧面結(jié)構(gòu)包括圓弧倒角(圖9中c-1-2所示)，其弧度為0-360°任一角度，適宜深槽槽底的打磨及孔邊的倒角，c類輪乙面上鍍不同寬度的金剛砂，其最優(yōu)選的金剛石、cbn顆粒大小為0.355-0.6mm，埋入率為35％-45％。

弧面d類：弧面包括上弧面、左弧面及右弧面，上弧面寬度l1范圍變化為6-200mm，上弧面半徑sr可以從10mm到無(wú)窮大，左弧面半徑r1和右弧面半徑r2的范圍為0.2-100mm,其范圍為最佳效果，防止砂輪在進(jìn)刀、退刀時(shí)碰撞砂輪，損傷工件及機(jī)器人?；∶嬲w寬度l為6-300mm,甲面鍍砂，金剛石、cbn顆粒大小為0.355-0.85mm，埋入率為35％-45％，r1和r3作為磨削平面時(shí)的進(jìn)刀、退刀的工藝圓角。對(duì)于磨削量較小的平面可以一次加工出，減少了換裝時(shí)間，提高效率。

外圓平面e類：e類砂輪沿機(jī)體中心線上鉆有中心孔9，鉆孔面積不超過(guò)刀具整體的體積的1/3，中心孔的左右兩側(cè)對(duì)稱設(shè)置有盲孔或沉孔10，整體尺寸范圍d可以從50-200mm，一次加工外表面寬度t為6-100mm。乙面上鍍不同寬度的金剛砂，金剛石、cbn顆粒大小為0.6-1.18mm，埋入率為35％-55％。針對(duì)一些中型和大型工件，亦可實(shí)現(xiàn)個(gè)別部位的內(nèi)表面磨削。

以上五類刀具的頭部均設(shè)置有防護(hù)套。

由于傳統(tǒng)的機(jī)器人打磨工具不耐用壽命低，其在加工時(shí)尺寸一致性差，精度和粗糙度難以保證，對(duì)于工件要求高的工件，不能一次加工完成，這就需要重復(fù)加工。而本發(fā)明設(shè)計(jì)出的機(jī)器人打磨專用金剛石、cbn成套工具，在保證工件的打磨要求的基礎(chǔ)上，無(wú)論從尺寸的一致性還是均勻性方面都可以滿足長(zhǎng)時(shí)間精磨打磨的要求。另外，從金剛石、cbn尺寸選擇、埋入率深淺上，通過(guò)大量的磨削計(jì)算和試驗(yàn)。整理出了最適合機(jī)器人打磨的專用金剛石、cbn工具。本發(fā)明的技術(shù)難點(diǎn)不僅在于金剛石、cbn尺寸的選擇，而且在于埋入率厚度的確定。最終對(duì)于各類工具的的金剛石、cbn顆粒尺寸選擇和埋入率確定如下表1所示：

另外，所述柄部上設(shè)置有左、右手動(dòng)按壓開關(guān)和刻度顯示器，左按壓開關(guān)用于控制伸縮結(jié)構(gòu)的伸長(zhǎng)，右按壓開關(guān)用于控制伸縮結(jié)構(gòu)的縮短，刻度顯示器用于顯示伸縮結(jié)構(gòu)的實(shí)際伸縮距離。方便根據(jù)顯示器的刻度顯示控制伸縮結(jié)構(gòu)的距離，且方便實(shí)際操作，誤差率小，保證進(jìn)刀精度。

所述工作臺(tái)上設(shè)置有對(duì)加工后的工件進(jìn)行清理的自動(dòng)系統(tǒng)。所述清理系統(tǒng)包括刷頭和刷柄，刷柄固定于工作臺(tái)上，且刷柄中間設(shè)置有可供沖洗液及空氣流通的通孔，刷頭對(duì)稱設(shè)置于工作臺(tái)兩端。自動(dòng)系統(tǒng)與電控柜內(nèi)的plc統(tǒng)一控制。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)清理功能，且可以根據(jù)不同工件選用不同的沖洗液沖洗或者是空氣，可以達(dá)到直接吹出工件表面殘余的工件屑的技術(shù)效果。

進(jìn)一步包括機(jī)器人的控制系統(tǒng)，在刀具前端設(shè)置壓力傳感器，壓力傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工具頭工作時(shí)的壓力，壓力傳感器測(cè)定的壓力值通過(guò)無(wú)線傳輸至控制系統(tǒng)，并將將該數(shù)值輸入到加工過(guò)程逆動(dòng)力學(xué)模型后得到期望打磨力，經(jīng)過(guò)控制系統(tǒng)的力控制后應(yīng)用于工件加工過(guò)程。根據(jù)反問(wèn)題理論及打磨系統(tǒng)剛度模型，經(jīng)過(guò)對(duì)大量打磨試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后建立打磨過(guò)程的逆動(dòng)力學(xué)模型。將測(cè)量系統(tǒng)獲得的工件實(shí)際尺寸模型與理想模型比較，獲得期望打磨量，將其輸入到打磨過(guò)程逆動(dòng)力學(xué)模型后得到期望打磨力，經(jīng)過(guò)力控制后應(yīng)用于工件打磨過(guò)程。打磨過(guò)程中實(shí)際的接觸力反饋到機(jī)器人力控制單元，通過(guò)修正實(shí)際輸出力的大小，無(wú)限靠近期望磨削力。同時(shí)，根據(jù)打磨量數(shù)據(jù)反饋，修正磨削過(guò)程逆動(dòng)力學(xué)模型，使得期望打磨力與期望打磨量更加匹配。

本發(fā)明充分發(fā)揮了電鍍金剛石、cbn制品的優(yōu)勢(shì)，設(shè)計(jì)出成套的金剛石、cbn打磨工具，解決了鑄件打磨去毛刺及新型材料難切削加工問(wèn)題。把工業(yè)機(jī)器人打磨工具從普通工具替換為電鍍成套工具，穩(wěn)定和提高了打磨質(zhì)量和產(chǎn)品光潔度，保證其一致性，解決了對(duì)大型工件(航空航天機(jī)艙、船體、風(fēng)能葉片、復(fù)合材料管道等)的打磨，及復(fù)雜輪廓工件(發(fā)動(dòng)機(jī)葉片、缸體缸蓋等各種鑄件)的一體化去毛刺、拋光加工。適應(yīng)工業(yè)4.0的發(fā)展及《中國(guó)制造2025》的要求。

其優(yōu)點(diǎn)是：采用一臺(tái)機(jī)器人夾持動(dòng)力頭，可以針對(duì)工件不同外形特征來(lái)自動(dòng)選用不同的刀具進(jìn)行打磨作業(yè)，占用空間小，布局緊湊，安全可靠，軌跡精確，質(zhì)量穩(wěn)定。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。