專利名稱：一種通過一維力控制的砂帶磨削機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種砂帶磨削機(jī)，特別是關(guān)于一種通過一維力控制的砂帶磨削機(jī)。
技術(shù)背景在高精度磨削加工中，要求在磨削過程中要能夠精確控制工件的磨削量。影響 磨削量主要因素包括磨削接觸力、工件進(jìn)給速度、砂帶線速度、砂帶類型等等。 為了保證高精度磨削，要求磨削過程中的磨削接觸力可控。對于磨削接觸力的控 制可以由兩種方式實(shí)現(xiàn)， 一種是在夾持工件的機(jī)構(gòu)那一端實(shí)現(xiàn)，另一種是在磨削 機(jī)這一端實(shí)現(xiàn)。在機(jī)器人磨削加工等應(yīng)用中，是由機(jī)器人等夾持工件在磨削機(jī)上實(shí)現(xiàn)磨削加 工過程，而對工件夾持機(jī)構(gòu)(如機(jī)器人等多自由度機(jī)構(gòu))的力控制系統(tǒng)較為復(fù)雜， 因此，對磨削機(jī)端的力控制研究具有很大意義。然而在磨削機(jī)端，磨削過程中， 磨削接觸力與磨削力將會(huì)耦合在一起，因此，還需要設(shè)計(jì)一種機(jī)構(gòu)，將磨削接觸 力從磨削過程中的合力中解耦出來，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對磨削接觸力的控制。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是提供一種將磨削過程中磨削接觸力與磨削力解耦，進(jìn)而使磨 削過程中接觸力可測量并最終可控的通過一維力控制的砂帶磨削機(jī)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取以下技術(shù)方案 一種一維力控制的砂帶磨削機(jī)， 其特征在于它包括下層固定部分、上層浮動(dòng)部分和力控制系統(tǒng)；所述固定部分 包括一支座，所述支座上安裝有一電機(jī)，所述電機(jī)的輸出端連接一驅(qū)動(dòng)輪，所述 支座的頂部設(shè)置有滑軌；所述浮動(dòng)部分包括一浮動(dòng)橫梁，所述浮動(dòng)橫梁通過滑塊 滑動(dòng)地座落在所述滑軌上；所述浮動(dòng)橫梁的前端設(shè)置一接觸輪，中下端設(shè)置一冗 余輪，中上端設(shè)置一包括調(diào)偏輪的調(diào)偏裝置、中后端設(shè)置一包括漲緊輪的漲緊裝 置；依次繞過所述驅(qū)動(dòng)輪、冗余輪、接觸輪、調(diào)偏輪和漲緊輪設(shè)置一圈砂輪帶， 所述冗余輪與所述驅(qū)動(dòng)輪之間砂帶的延長線與所述浮動(dòng)橫梁垂直；所述力控制系 統(tǒng)一端與所述浮動(dòng)部分連接，另一端與所述固定部分連接。所述力控制系統(tǒng)包括一氣缸和一比例閥，所述氣缸的一端與所述浮動(dòng)部分的 滑塊連接，所述氣缸的另一端與所述固定部分的滑軌連接，所述比例閥和所述氣 缸通過氣管連接，所述比例閥的輸出是所述氣缸的輸入，所述比例閥置于所述氣 缸的側(cè)后方，所述比例閥固定在支座上。
所述力控制系統(tǒng)包括設(shè)置在所述固定部分支座上的伺服電機(jī)，連接在所述伺 服電機(jī)輸出端的絲杠， 一螺母旋旋接在所述絲杠上，且與所述浮動(dòng)部分的浮動(dòng)橫 梁固定連接；所述浮動(dòng)橫梁上還設(shè)置有一傳感器，所述傳感器連接驅(qū)動(dòng)所述伺服 電機(jī)的控制電路。在所述滑動(dòng)橫梁上設(shè)置一氣缸，所述氣缸的活塞連接所述漲緊輪的軸。 連接在所述支座上的電機(jī)為三相變頻電機(jī)。本發(fā)明由于采取以上技術(shù)方案，其具有以下優(yōu)點(diǎn)1、本發(fā)明將變頻電機(jī)固定 在固定部分的支座上，并通過三相變頻電機(jī)的變頻器對磨削速度進(jìn)行控制，因此 可以減小浮動(dòng)部分的重量，提高系統(tǒng)在力控制過程中的動(dòng)態(tài)性能，控制方法也簡單穩(wěn)定。2、本發(fā)明在磨削系統(tǒng)中設(shè)置了一冗余輪，并使冗余輪與驅(qū)動(dòng)輪之間的砂帶的延長線與浮動(dòng)橫梁垂直，因此可以實(shí)現(xiàn)在磨削過程中磨削力與工件和接觸輪 之間的磨削接觸力的解耦，從而使力傳感裝置能夠檢測出磨削過程中的磨削接觸力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)在磨削過程中對磨削接觸力的控制。3、本發(fā)明為力控制系統(tǒng)提供了機(jī)械控制和氣動(dòng)控制兩種結(jié)構(gòu)，因此可以根據(jù)不同的使用條件進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)的選擇，使實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)應(yīng)用范圍更廣、更容易。4、本發(fā)明采用氣缸控制漲緊輪 的漲緊方式，可以通過氣缸的調(diào)節(jié)，方便地實(shí)現(xiàn)更換接觸輪和使用不同長度砂帶 的需求。本發(fā)明可以廣泛用于各種高精度磨削加工中。


圖l是本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意2是圖1的俯視示意3是本發(fā)明力控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意4是本發(fā)明的受力分析示意圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的描述。如圖l、圖2所示，本發(fā)明包括下層固定部分10，上層浮動(dòng)部分20和力控制 系統(tǒng)30。固定部分10包括一整體支座11，在支座11上安裝有一三相變頻電機(jī)12，在 變頻電機(jī)12的輸出端連接一驅(qū)動(dòng)輪13，在支座11的頂部設(shè)置1 2根滑軌14。浮動(dòng)部分20包括一浮動(dòng)橫梁21，浮動(dòng)橫梁21通過設(shè)置在其底部的滑塊22 滑動(dòng)地座落在固定部分10的滑軌14上。在浮動(dòng)橫梁21的前端設(shè)置一接觸輪23， 中下端設(shè)置一冗余輪24，中上端設(shè)置一包括調(diào)偏輪25的調(diào)偏裝置、中后端設(shè)置一 包括漲緊輪26的漲緊裝置，依次繞過驅(qū)動(dòng)輪13、冗余輪24、接觸輪23、調(diào)偏輪
25和漲緊輪26設(shè)置一圈砂輪帶27。上述接觸輪23用來支撐砂帶27并使砂帶27與工件接觸，以實(shí)現(xiàn)砂帶27對 工件的磨削；調(diào)偏輪25用來支撐砂帶27并調(diào)整砂帶27的徑向偏移，保證在磨削 過程中砂帶27能處在適當(dāng)?shù)奈恢茫蝗哂噍?4與驅(qū)動(dòng)輪13之間的砂帶27延長線 與浮動(dòng)橫梁21處于垂直狀態(tài)，用來實(shí)現(xiàn)磨削力與磨削接觸力的解耦；漲緊輪26 漲緊砂帶27，保證變頻電機(jī)12提供動(dòng)力，通過驅(qū)動(dòng)輪13帶動(dòng)砂帶27旋轉(zhuǎn)時(shí)，砂 帶27與各個(gè)輪之間無相對滑動(dòng)。上述實(shí)施例中，為了滿足不同加工速度的需要，采用變頻電機(jī)12，通過變頻 器來調(diào)節(jié)變頻電機(jī)12的轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)磨削速度的調(diào)節(jié)。同時(shí)，將變頻電機(jī)12固定 在支座11上，從而減小了浮動(dòng)部分20的重量，能夠提高系統(tǒng)在力控制過程中的 動(dòng)態(tài)性能。上述實(shí)施例中，漲緊裝置可以采用在浮動(dòng)橫梁21設(shè)置一氣缸28，通過氣缸 28活塞推動(dòng)漲緊輪26的軸的方式，實(shí)現(xiàn)砂帶27的漲緊，以滿足更換接觸輪23 和使用不同長度砂帶27的需要。上述實(shí)施例中，為了控制磨削接觸力，需要根據(jù)接觸力的大小實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)整， 本發(fā)明的力控制系統(tǒng)30是通過調(diào)整浮動(dòng)部分20與固定部分10之間的位置關(guān)系來 控制接觸力，實(shí)現(xiàn)這種過程有兩個(gè)方案1、 如圖2所示，本方案的力控制系統(tǒng)30采用比例閥31、氣缸32及相關(guān)部件 構(gòu)成的被動(dòng)式力控制系統(tǒng)。氣缸32—端(缸體或活塞)與浮動(dòng)部分20的滑塊22 相連，氣缸32另一端(活塞或缸體)與固定部分10的導(dǎo)軌14相連。比例閥31 和氣缸32通過氣管連接，比例閥31的輸出是氣缸32的輸入，比例閥31置于氣 缸32的側(cè)后方，所述比例閥固定在支座11上。此方案通過導(dǎo)軌14與滑塊22實(shí) 現(xiàn)浮動(dòng)部分20與固定部分10的相對運(yùn)動(dòng)。當(dāng)浮動(dòng)部分20沿著固定部分10相對 運(yùn)動(dòng)后，氣缸32內(nèi)腔體積減小，壓強(qiáng)會(huì)增大，因此氣缸32對浮動(dòng)部分20的推力 會(huì)增大，根據(jù)力平衡原理，磨削接觸力也會(huì)增大。為了保證恒定的磨削接觸力， 需要降低氣缸32內(nèi)部的壓強(qiáng)，比例閥31能夠?qū)崟r(shí)控制氣缸32內(nèi)的壓強(qiáng)，從而實(shí) 現(xiàn)恒定的磨削接觸力。2、 如圖3所示，本方案的力控制系統(tǒng)30包括設(shè)置在固定部分10的支座11 上的伺服電機(jī)33、 一絲杠34和一螺母35，在伺服電機(jī)33的輸出端連接絲杠34， 絲杠34通過支撐架36水平固定在固定部分10的支座11上，螺母35旋接在絲杠 34上，并將螺母35固定在浮動(dòng)部分20的浮動(dòng)橫梁21上，浮動(dòng)部分20的滑塊22 滑動(dòng)地設(shè)置在固定部分10的導(dǎo)軌14上，在浮動(dòng)部分20上連接一傳感器37，浮動(dòng) 部分20在傳感器37處被分成兩部分，由傳感器37兩端將這兩部分連成一體，以 實(shí)時(shí)檢測磨削接觸力，當(dāng)接觸力大于給定接觸力時(shí)，與傳感器37連接的控制電路 (圖中未示出，屬于常規(guī)電路)便驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)33旋轉(zhuǎn)，通過絲杠34帶動(dòng)浮動(dòng) 部分20后移，從而控制恒定的接觸力；反之，便帶動(dòng)浮動(dòng)部分20前進(jìn)。 本發(fā)明對磨削力與磨削接觸力Fe的解耦原理如下如圖4所示，本發(fā)明浮動(dòng)部分20在水平方向上，除了受磨削接觸力Fc、氣缸 推力Fa、滑塊22與導(dǎo)軌14的摩擦力Fs外，還受砂帶的漲緊力在水平方向上的分 力Ftx，這四個(gè)力的合力成為磨削力。由于砂帶27—邊的漲緊力與接觸輪23受到 的正壓力有關(guān)，因此在實(shí)際磨削過程中砂帶緊邊漲緊力Fr不是固定不變的，磨削 接觸力Fe與氣缸推力FA并沒有固定的關(guān)系，因此通過控制恒定的氣缸推力Fa并不能保證得到恒定的接觸力Fe。為了解決這個(gè)問題，需要將砂帶漲緊力FT.與磨削接觸力Fc解耦，本發(fā)明系統(tǒng)中增加了一個(gè)冗余輪24，使一段砂帶27與接觸力Fc方 向垂直，保證浮動(dòng)部分20外力的變化在接觸力Fc方向上的分力為零或可以忽略不 計(jì)，從而能通過控制氣缸推力FA或傳感器檢測到的力有效的控制磨削接觸力Fc。磨削力與磨削接觸力Fe的解耦具體分析如下其中Fc為磨削接觸力；FA為力反饋氣缸的推力；FT為砂帶松邊拉力，F(xiàn)TX、 Fty 為FT在水平方向和豎直方向上的分力；FT'為砂帶緊邊拉力；《為浮動(dòng)部分20與 固定部分10之間的最大摩擦力。因FT.的水平分力為零并考慮到摩擦力方向不定， 要想保持浮動(dòng)部分靜止，則要滿足如下條件<formula>formula see original document page 6</formula>^ (1)并且<formula>formula see original document page 6</formula>2)由式(1)、 (2)可得<formula>formula see original document page 6</formula> (3)由式(3)可知，在給力反饋氣缸28設(shè)定一個(gè)氣壓值后，即確定尸,的值后，磨削 接觸力Fc能夠控制在一定的范圍內(nèi)。即使因浮動(dòng)部分20運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致砂帶緊邊在水平 分力不為零，但也能控制在一定范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種一維力控制的砂帶磨削機(jī)，其特征在于它包括下層固定部分、上層浮動(dòng)部分和力控制系統(tǒng)；所述固定部分包括一支座，所述支座上安裝有一電機(jī)，所述電機(jī)的輸出端連接一驅(qū)動(dòng)輪，所述支座的頂部設(shè)置有滑軌；所述浮動(dòng)部分包括一浮動(dòng)橫梁，所述浮動(dòng)橫梁通過滑塊滑動(dòng)地座落在所述滑軌上；所述浮動(dòng)橫梁的前端設(shè)置一接觸輪，中下端設(shè)置一冗余輪，中上端設(shè)置一包括調(diào)偏輪的調(diào)偏裝置、中后端設(shè)置一包括漲緊輪的漲緊裝置；依次繞過所述驅(qū)動(dòng)輪、冗余輪、接觸輪、調(diào)偏輪和漲緊輪設(shè)置一圈砂輪帶，所述冗余輪與所述驅(qū)動(dòng)輪之間砂帶的延長線與所述浮動(dòng)橫梁垂直；所述力控制系統(tǒng)一端與所述浮動(dòng)部分連接，另一端與所述固定部分連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的一種一維力控制砂帶磨削機(jī)，其特征在于所述力控 制系統(tǒng)包括一氣缸和一比例閩，所述氣缸的一端與所述浮動(dòng)部分的滑塊連接，所 述氣缸的另一端與所述固定部分的滑軌連接，所述比例閥和所述氣缸通過氣管連 接，所述比例閥的輸出是所述氣缸的輸入，所述比例閥置于氣缸的側(cè)后方，所述 比例閥固定在支座上。
3、 如權(quán)利要求1所述的一種一維力控制砂帶磨削機(jī)，其特征在于所述力控 制系統(tǒng)包括設(shè)置在所述固定部分支座上的伺服電機(jī)，連接在所述伺服電機(jī)輸出端 的絲杠， 一螺母旋旋接在所述絲杠上，且與所述浮動(dòng)部分的浮動(dòng)橫梁固定連接； 所述浮動(dòng)橫梁上還設(shè)置有一傳感器，所述傳感器連接驅(qū)動(dòng)所述伺服電機(jī)的控制電 路。
4、 如權(quán)利要求1或2或3所述的一種一維力控制砂帶磨削機(jī)，其特征在于-在所述滑動(dòng)橫梁上設(shè)置一氣缸，所述氣缸的活塞連接所述漲緊輪的軸。
5、 如權(quán)利要求1或2或3所述的一種一維力控制砂帶磨削機(jī)，其特征在于 連接在所述支座上的電機(jī)為三相變頻電機(jī)。
6、 如權(quán)利要求4所述的一種一維力控制砂帶磨削機(jī)，其特征在于連接在所述支座上的電機(jī)為三相變頻電機(jī)。全文摘要
本發(fā)明涉及一種一維力控制的砂帶磨削機(jī)，其特征在于它包括下層固定部分、上層浮動(dòng)部分和力控制系統(tǒng)；所述固定部分包括一支座，所述支座上安裝有一三相變頻電機(jī)，所述變頻電機(jī)的輸出端連接一驅(qū)動(dòng)輪，所述支座的頂部設(shè)置有滑軌；所述浮動(dòng)部分包括一浮動(dòng)橫梁，所述浮動(dòng)橫梁通過滑塊滑動(dòng)地座落在所述滑軌上；所述浮動(dòng)橫梁的前端設(shè)置一接觸輪，中下端設(shè)置一冗余輪，中上端設(shè)置一包括調(diào)偏輪的調(diào)偏裝置、中后端設(shè)置一包括漲緊輪的漲緊裝置；依次繞過所述驅(qū)動(dòng)輪、冗余輪、接觸輪、調(diào)偏輪和漲緊輪設(shè)置一圈砂輪帶，所述冗余輪與所述驅(qū)動(dòng)輪之間砂帶的延長線與所述浮動(dòng)橫梁垂直。本發(fā)明可以將磨削力和接觸力解耦，實(shí)現(xiàn)對磨削接觸力的控制，本發(fā)明可以廣泛用于各種高精度磨削加工中。
文檔編號B24B21/00GK101148022SQ20071017594
公開日2008年3月26日 申請日期2007年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月16日
發(fā)明者劉少立, 吳水華, 孫云權(quán), 青 湯, 王留呆, 譚賢順, 齊立哲 申請人:廊坊智通機(jī)器人系統(tǒng)有限公司