一种往复式自动化研磨抛光设备及抛光方法与流程

本发明涉及工件表面精密加工，特别涉及一种往复式自动化研磨抛光设备及抛光方法。

背景技术：

1、工件表面研磨抛光是机械零部件精加工的核心工序，多用于金属、复合材料等工件的表面毛刺去除、粗糙度优化及镜面精加工。目前行业内主流抛光作业模式分为人工抛光和自动化设备抛光两类。

2、人工抛光依赖操作人员手持打磨器械完成工件表面加工，存在作业效率低、人工成本高、工件抛光一致性差的问题；同时打磨产生的粉尘易造成操作人员职业健康损伤，无法适配大批量标准化生产作业。现有自动化抛光设备多采用刚性连接的打磨执行结构，打磨杆件与抛光驱动单元固定连接，打磨过程无法实现自适应角度摆动，针对异形曲面、不规则轮廓工件抛光适配性差，易出现漏抛光、局部过抛光等加工瑕疵。

3、除此之外，现有自动化抛光设备普遍缺少耗材使用周期管控体系。研磨耗材属于易损耗配件，抛光过程中磨损量会直接影响工件抛光精度；传统设备依靠人工巡检观察耗材磨损状态，定期停机手动更换研磨头。该作业方式不仅打断设备连续加工流程，降低生产线作业效率，还容易因耗材过度磨损未及时更换，批量产生抛光不良工件；行业内缺少可根据工件材质、耗材类型精准测算磨损量、全自动完成研磨头更换的抛光成套设备及工艺方法。

4、所以，针对现有技术存在的不足，有必要设计一种往复式自动化研磨抛光设备及抛光方法以解决上述问题。

5、应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的，不能仅仅因为这些内容在本发明的背景技术中进行了阐述而认为上述内容为本领域技术人员所公知。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术中的不足，本发明目的在于公开了一种往复式自动化研磨抛光设备及抛光方法，解决现有抛光设备打磨适配性差、研磨耗材损耗无法自动监测、研磨头更换无法自动化执行、批量加工连续性弱的技术问题。

2、本发明公开一种往复式自动化研磨抛光设备，包括工业机器人、末端打磨执行单元、磨头存储仓以及耗材损耗控制系统；

3、工业机器人用于带动末端打磨执行单元完成打磨抛光动作；

4、末端打磨执行单元包含驱动输出杆、打磨杆和研磨头；所述驱动输出杆设置在所述工业机器人的执行端，用于输出打磨动力，打磨杆上端与驱动输出杆固连，下端设有球头；研磨头包括研磨座以及凸出成型于研磨座上端面的支座，支座顶部开设有凹槽结构，球头与凹槽结构构成可插拔球面铰接副；凹槽结构顶端开设有至少一个导向槽，导向槽沿打磨杆的俯仰摆动方向延伸，且打磨杆沿导向槽延伸方向与其滑动配合；研磨座下端设有用于装配研磨耗材的安装工位；

5、磨头存储仓用于定位存放备用的研磨头，且其内部配置有用于限制研磨头上下移动的卡止结构；

6、耗材损耗控制系统与驱动输出杆、工业机器人通讯连接，用于接收外部输入的工件及研磨耗材参数，调用内部预存的各种研磨耗材打磨不同材质产品的损耗速度数据库，配合实时采集的研磨作业数据完成耗材损耗运算，并依此控制工业机器人完成研磨头的更换。

7、优选的技术方案：还包括十字伺服滑台，十字伺服滑台设于工业机器人作业范围内；十字伺服滑台配置有用于工件夹紧固定的夹紧治具。

8、优选的技术方案：工业机器人执行端设置有力矩传感器。

9、优选的技术方案：研磨座下端与支座对应位置设有避让凹槽。

10、优选的技术方案：避让凹槽边缘设有倒角。

11、优选的技术方案：磨头存储仓内的卡止结构为限位挡块，限位挡块上设有供打磨杆及所述球头穿过的避让缺口。

12、优选的技术方案：打磨杆为扁平柱状微弹性构件。

13、一种往复式自动化研磨抛光方法，采用上述任意一项的往复式自动化研磨抛光设备实施，包括如下步骤：

14、s1、上料定位：将待加工工件定位固定；

15、s2、自适应往复研磨：工业机器人带动末端打磨执行单元沿预设加工轨迹对工件执行往复研磨抛光作业；打磨杆沿自身俯仰摆动方向与导向槽滑动配合；驱动输出杆输出打磨动力；

16、s3、耗材损耗运算：耗材损耗控制系统接收外部输入的工件及研磨耗材参数，调取内部预存的各种研磨耗材打磨不同材质产品的损耗速度数据库，并结合实时采集的研磨作业参数，计算得到研磨耗材实时损耗量；

17、s4、研磨头自动更换：工业机器人接收耗材损耗控制系统下发的研磨头更换指令，移动至磨头存储仓；磨头存储仓的卡止结构限位固定废旧研磨头；工业机器人带动打磨杆做轴向抽离运动，完成废旧研磨头拆卸；工业机器人将打磨杆球头与全新研磨头的凹槽结构插接配合，带动全新研磨头脱离卡止结构约束后返回加工工位；

18、s5、循环作业：循环执行步骤s2-s4，直至研磨抛光作业完成。

19、优选的技术方案：在步骤s3与步骤s4之间设置换料阈值判定步骤：耗材损耗控制系统对比s3步骤运算得到的实时耗材损耗量与系统内部预设损耗阈值；当实时耗材损耗量大于预设损耗阈值时，向工业机器人下发研磨头更换指令，随后执行步骤s4；当实时耗材损耗量小于或等于预设损耗阈值时，跳转执行步骤s5。

20、优选的技术方案：工件及研磨耗材参数至少包括工件材质和研磨耗材类型；步骤s3中调用的损耗速度数据库通过以下步骤采集建立：采集不同材质工件、不同类型研磨耗材在标准研磨工况下的耗材磨损速率数据，汇总标定后构建得到各种研磨耗材打磨不同材质产品的损耗速度数据库，并预存储至耗材损耗控制系统内部。

21、由于上述技术方案的运用，本发明与现有技术相比具有的有益效果为：

22、本发明末端打磨执行单元采用可插拔球面铰接副配合导向槽滑动结构；打磨杆可沿俯仰方向自适应滑动摆动，摆脱传统刚性打磨结构的运动限制，使研磨耗材与工件表面紧密贴合，能够适配异形曲面、不规则轮廓工件的往复抛光加工，大幅降低工件漏抛光、过抛光不良缺陷。同时，导向槽和打磨杆的配合可避免打磨头的边角绕自身旋转，实现对工件边角的稳定打磨。此外，本发明还设置扁平柱状微弹性打磨杆，可缓冲抛光作业过程中的冲击载荷，提升工件表面抛光均匀度；研磨座下端设置避让凹槽，可规避铰接副处受力对研磨座下端的耗材造成局部挤压变形，保证打磨质量。并且，本发明配置独立磨头存储仓及限位挡块式卡止结构，能够稳定限位研磨头，通过工业机器人简单轴向抽离动作即可完成研磨头拆装，打磨头分类定位安置，换料动作逻辑简单、设备控制难度低。最后，本发明搭建闭环智能化耗材管控系统，耗材损耗控制系统可根据工件材质、研磨耗材类型匹配专用损耗数据库，结合现场实时作业参数精准计算耗材实时损耗；通过阈值判定逻辑自动触发研磨头更换指令，全程无需人工干预，实现抛光、损耗监测、自动换料全流程自动化作业。

1.一种往复式自动化研磨抛光设备，其特征在于，包括工业机器人、末端打磨执行单元、磨头存储仓以及耗材损耗控制系统；

2.根据权利要求1所述的一种往复式自动化研磨抛光设备，其特征在于：还包括十字伺服滑台，所述十字伺服滑台设于所述工业机器人作业范围内；所述十字伺服滑台配置有用于工件夹紧固定的夹紧治具。

3.根据权利要求1所述的一种往复式自动化研磨抛光设备，其特征在于：所述工业机器人执行端设置有力矩传感器。

4.根据权利要求1所述的一种往复式自动化研磨抛光设备，其特征在于：所述研磨座下端与所述支座对应位置设有避让凹槽。

5.根据权利要求4所述的一种往复式自动化研磨抛光设备，其特征在于：所述避让凹槽边缘设有倒角。

6.根据权利要求1所述的一种往复式自动化研磨抛光设备，其特征在于：所述磨头存储仓内的卡止结构为限位挡块，所述限位挡块上设有供所述打磨杆及所述球头穿过的避让缺口。

7.根据权利要求1所述的一种往复式自动化研磨抛光设备，其特征在于：所述打磨杆为扁平柱状微弹性构件。

8.一种往复式自动化研磨抛光方法，其特征在于，采用权利要求1至7中任意一项所述的往复式自动化研磨抛光设备实施，包括如下步骤：

9.根据权利要求8所述的一种往复式自动化研磨抛光方法，其特征在于：在步骤s3与步骤s4之间设置换料阈值判定步骤：所述耗材损耗控制系统对比s3步骤运算得到的实时耗材损耗量与系统内部预设损耗阈值；当实时耗材损耗量大于预设损耗阈值时，向所述工业机器人下发研磨头更换指令，随后执行步骤s4；当实时耗材损耗量小于或等于预设损耗阈值时，跳转执行步骤s5。

10.根据权利要求8所述的一种往复式自动化研磨抛光方法，其特征在于：所述工件及研磨耗材参数至少包括工件材质和研磨耗材类型；所述步骤s3中调用的损耗速度数据库通过以下步骤采集建立：采集不同材质工件、不同类型研磨耗材在标准研磨工况下的耗材磨损速率数据，汇总标定后构建得到各种研磨耗材打磨不同材质产品的损耗速度数据库，并预存储至所述耗材损耗控制系统内部。