一种自动化曲面研磨装置及其研磨方法与流程

1.本发明涉及研磨装置技术领域，具体涉及一种自动化曲面研磨装置及其研磨方法。


背景技术：

2.研磨是一项对工件表面的精整加工的工序，作用对象包括各种金属和非金属材料，加工的表面形状有平面和曲面，曲面又包括内、外圆柱面、圆锥面、凹凸球面、螺纹、齿面或者其他面。
3.在现有技术中，如申请号为2016214333279公开了“一种曲面研磨抛光装置”，包括：机台、上工作台面、升降机构以及旋转驱动机构，所述上工作台面的下端设置有上抛光盘，所述机台的顶端设置有下抛光盘，所述上抛光盘位于下抛光盘的上方，所述升降机构可控制上工作台面上下移动，所述旋转驱动机构可驱动上抛光盘和下抛光盘旋转。上抛光盘的数量可为两个以上，可根据需要设定上抛光盘的数量，当成品出现曲面，上抛光盘会根据成品轮廓进行打磨及抛光，在上抛光盘连接有气缸，气缸可控制上抛光盘的升降，从而根据工件的形状调整上抛光盘的位置，提高加工精度。
4.然而，上抛光盘只能通过升降机构在竖直方向上进行竖直运动，通过旋转驱动机构在水平方向上做旋转圆周运动，上抛光盘的运动轨迹决定了上抛光盘的研磨抛光的范围，在对具有弧度较大的曲面工件进行研磨时，上抛光盘只能研磨部分曲面，无法对全部曲面进行研磨，研磨效果差。


技术实现要素：

5.发明目的：为了解决上述问题，本发明提供了一种自动化研磨装置及其研磨方法。
6.技术方案：一种自动化曲面研磨装置，包括：工作台，包括一水平工作面；设在所述水平工作上且内部中空的置物单元；第一辅助组件，包括驱动单元；一端与所述驱动单元连接，另一端贯穿所述置物单元并延伸至所述置物单元内部的第一转动轴；与延伸至所述置物单元内部的所述第一转动轴的另一端连接的限位件；沿所述第一转动轴长度方向设在所述置物单元内部的多组固定架；处理组件，设于所述置物单元上方，被设定为对工件进行两种不同的处理方式；第二辅助组件，设于所述水平工作面并与所述处理组件连接，包括两组相对设置且运动方向相反的第一滑动组件和第二滑动组件。
7.在进一步的实施例中，所述第一滑动组件，包括设于所述工作面上的第一固定架；沿所述第一固定架长度方向设于所述第一固定架上的第一丝杆对拉滑台模组；垂直与所述第一固定架长度方向并设于所述第一丝杆对拉滑台模组上的第二丝杆对拉滑台模组；所述第二滑动组件，包括设于所述工作面上的第二固定架；沿所述第二固定架长度方向设于所述第二固定架上的第三丝杆对拉滑台模组；垂直与所述第二固定架长度方向并设于所述第三丝杆对拉滑台模组上的第四丝杆对拉滑台模组。
8.通过采用上述技术方案，第一滑动组件和第二滑动组件分别具有两个方向上的运
动。
9.在进一步的实施例中，所述处理组件包括第一处理单元和第二处理单元；所述第一处理单元包括连接在第二丝杆对拉滑台模组上第一固定座，竖直安装在所述第一固定座的第一传动件，竖直连接在第一传动件的第一处理头；所述第二处理单元包括连接在第四丝杆对拉滑台模组上第二固定座，竖直安装在所述第二固定座的第二传动件，竖直连接在所述第二传动件的第二处理头。
10.通过采用上述技术方案，实现对工件上不同的杂质进行清理，且第一处理单元和第二处理单元的工作过程互不干扰。
11.在进一步的实施例中，所述第一处理头包括安装座，所述安装座上设有多组基座，所述基座排布疏密程度沿着所述安装座边缘至中心方向依次由密变疏；所述基座上设置有多根刷毛；所述刷毛沿着所述安装座边缘至中心方向，长度依次减短；所述刷毛之间形成的面为弧形。
12.通过采用上述技术方案，增大第一处理头与工件的接触由线接触变成面接触，提高接触面积，保证处理效率。
13.在进一步的实施例中，所述第二处理头包括研磨座，所述研磨座上设有多组研磨片单元；所述多组研磨片单元形成具有一定弧度的弧面；所述研磨片单元与研磨座之间设有伸缩件，所述伸缩件沿着研磨座边缘至中心方向，长度依次增加；当所述研磨片单元对所述工件表面挤压接触时，所述伸缩件根据所述工件表面的曲率进行不同程度的伸缩。
14.通过采用上述技术方案，多组研磨片单元形成的弧面使得与工件的线接触变成多线接触或面接触，增大了接触面积，提高研磨效率；针对不同曲率的工件，伸缩件根据进行不同程度的伸缩，研磨片单元更好的与曲面接触，实现较好的研磨效果。
15.在进一步的实施例中，所述基座与安装座之间设有第一转动座，所述第一转动座带动所述基座正向或反向运动。
16.通过采用上述技术方案，实现刷毛具有不同的工作状态，对工件表面实现不同的力更能清理掉杂质。
17.在进一步的实施例中，所述固定架沿着远离所述第一转动轴长度方向由疏到密排列；所述固定架表面包裹有柔性耐磨层。
18.通过采用上述技术方案，支撑远离限位件的一端的工件，保持工件不会因为重力作用发生倾斜，柔性耐磨层减少了固定架本身对工件表面的摩擦影响，保证了工件的转动速度，减少了对工件表面的平整度的影响。
19.在进一步的实施例中，所述第一处理单元或第二处理单元的水平方向的速度v、所述第一转动轴的角速度ω和工件长度l之间的关系如下：n为第一转动轴转动的圈数，n为大于0的整数。
20.通过采用上述技术方案，限定工件转动n周后，第一处理单元或第二处理单元行走的长度与有效工件长度相等，工件被清刷或研磨的均匀度比较高。
21.本发明提供了另一种技术方案，一种自动化研磨装置的研磨方法，其特征在于，包
括以下步骤：步骤一：将圆柱型或者类圆柱型的工件放置在置物单元中；步骤二：启动第一转动轴，第一转动轴带动工件进行往复的圆周转动；步骤三：第一处理单元和第一处理单元沿着工件长度方向做往复运动，对工件进行全表面研磨。
22.有益效果：圆柱形或类圆柱型的工件被夹持在限位件内，第一转动轴带动工件进行转动，实现360度旋转，处理组件在支撑柱的带动下沿着工件长度方向进行往复运动，设定工件和处理组件的运动轨迹，能实现处理组件对工件进行全曲面清刷研磨，研磨效率高，研磨效果好。
附图说明
23.图1是本发明的结构示意图。
24.图2是本发明第一辅助组件的结构示意图。
25.图3是本发明第二滑动组件的结构示意图。
26.图4是本发明另一实施例中第一处理头的结构示意图。
27.图5是本发明另一实施例中第二处理头的结构示意图。
28.附图标记说明：水平工作面1、置物单元2、驱动单元3、第一转动轴4、限位件5、固定架6、安装座7、基座8、刷毛9、第一转动座10、第二固定座11、第二传动件12、第二处理头13、研磨座14、研磨单元15、伸缩件16、第一固定架16、第一丝杆对拉滑台模组17、第二丝杆对拉滑台模组18、第二固定架19、第三丝杆对拉滑台模组20、第四丝杆对拉滑台模组21。
具体实施方式
29.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
30.为了解决现有技术存在的问题，申请人对现有各种方案进行了深入地分析，具体如下：一些圆柱形或类圆柱形工件，在刚开始使用时表面是光滑干净的，在长时间的使用下，表面难免会附着一些油污或者难以清理的灰尘，如果是金属的工件，表面还会产生一些锈斑或者大面积的锈迹，所以需要对工件进行研磨清理，使其表面重新变成干净光滑，然而申请人在调查和分析发现，现有技术中如申请号为2016214333279公开了“一种曲面研磨抛光装置”，具体结构不在此赘述，由该申请的结构可知，该申请的上抛光盘可在竖直方向上进行竖直运动，在水平方向上进行转动，如果针对曲面的工件，该上抛光盘只能对曲面部分表面进行研磨抛光，其研磨效果差。
31.为此申请人提出了以下解决方案，如图1至5，本发明提供了一种自动化曲面研磨装置，包括工作台、第一辅助组件、处理组件和第二辅助组件。工作台包括一水平工作面，在水平工作面上设一个置物单元，置物单元内部中空；第一辅助组件包括驱动单元、第一转动轴、限位件和多组固定架。第一转动轴一端与驱动单元连接，另一端贯穿置物单元延伸至置物单元内，在第一转动轴延伸至置物单元内的一端上连接有限位件，用于对工件的夹持，第
一转动轴与限位件通过螺纹连接或花键连接或其他可拆卸的连接方式，将工件的一端夹持在限位件内，第一转动轴转动带动工件转动。限位件为三爪或四爪夹持机械爪，一端通过螺纹或花键与第一转动轴连接，另一端的机械爪用于夹持工件。多组固定架设于置物单元内部，固定架形状为y型固定架，与置物单元焊接或者胶粘固定。处理单元设在置物单元上方，第二辅助组件设在水平工作面上，与处理单元连接；第二辅助组件包括第一滑动组件和第二滑动组件，第一滑动组件与第二滑动组件相对设置在进一步的实施例中，第一滑动组件包括第一固定架，第一丝杆对拉滑台模组和第二丝杆对拉滑台模组。第一固定架固定在水平工作面上，第一丝杆对拉滑台模块沿着第一固定架长度方向进行设置，第二丝杆对拉滑台模组垂直第一固定架长度方向设置。
32.第二滑动组件包括第二固定架，第三丝杆对拉滑台模组和第四丝杆对拉滑台模组。第二固定架固定在水平工作面上，第三丝杆对拉滑台模块沿着第二固定架长度方向进行设置，第四丝杆对拉滑台模组垂直第二固定架长度方向设置。
33.在进一步的实施例中，待研磨的工件表面含有油污、灰尘、锈斑等待去除的物质，针对不同类型的物质，适配的处理工具和方式也不同，为了提高工作效率节约成本，为此提出了以下方案：处理组件包括第一处理单元和第二处理单元；第一处理单元包括第一固定座、第一传动件、第一处理头；第二处理单元包括第二固定座、第二传动件和第二处理头。第一固定座通过螺栓连接在第二丝杆对拉滑台模组上，第一传动件竖直安装在第一固定座上，第一传动件能进行伸缩使得第一处理头进行上下移动，第一传动杆为伸缩套筒或电动伸缩套轴，第一处理头包括多个刷毛，为塑料刷毛或其他硬质刷毛。第二固定座通过螺栓连接在第四丝杆对拉滑台模组上，第二传动件竖直安装在第二固定座上，第二传动件能进行伸缩使得第二处理头进行上下移动，第二固定座与第一固定座结构相同，第二传动件与第二传动件结构相同。第二处理头为研磨头，为金属材质或非金属材质。
34.第一处理单元对油污、灰尘之类的物质进行清刷清理，第二处理单元对锈斑等难以清理的物质进行研磨处理；二者的工作过程相互不影响。可选择第一处理单元和第二处理单元同时在工件上工作或者选择其一在工作上；先通过第一处理单元进行清刷清刷，再通过第二处理单元进行研磨处理，对不同类型的物质进行清理去除；第一处理单元和第二处理单元相互配合且互不干扰，提高了工作效率；如果对工件仅仅采用一道处理工序如仅采用研磨工序，研磨的工作效果单一，很难将多种的物质如油污清除。在进一步的实施例中，由于研磨的工件是圆柱型或类圆柱型，工件表面是曲面的，在现有技术中，用于清刷的刷头基本上是一个整体，在清刷工件的平面时，刷头表面是与工件表面是面接触，然而在清刷曲面时，刷头表面与工件表面时线接触，线接触的清刷范围小，从而降低了工作效率，为此为了解决此问题，本发明提出了以下方案：第一处理头包括安装座、基座和刷毛，安装座为圆形或者椭圆形或方形；安装座一端与第二传动件螺纹连接，在另一端安装多组基座，基座在安装座上不均匀排布，基座的排布疏密程度依照安装座的边缘至中心方向依次由密边疏；在每个基座上打有多个小孔，小孔均匀排布在基座上，孔内胶粘多根刷毛，刷毛材质为动物毛或人造毛或硬质毛或橡胶；以安装座的角度来看，沿着安装座边缘至中心方向，刷毛长度依次减短，刷毛之间形成的面为弧形。从第一处理头整体来看，偏向安装座边缘的刷毛，长度长排布密，靠近安装座中心的
刷毛，长度短排布疏；在第一处理头进行工作时，安装座会向下挤压工件，对工件施加一定的压力，当中心的短刷毛与工件接触时，停止安装座向下挤压，此时边缘的长刷毛已经被挤压弯折，每根刷毛与曲面由原来的点接触变成线接触，多个线接触形成面接触，因此第一处理头与曲面由线接触变成面接触，增大了接触面积，清刷面积变大，提高了清刷效率。而且，本身安装座中心与曲面的接触面积大，边缘的接触面积小，为了提高整体的清刷效率和材料成本，在安装座中心设置刷毛的较疏，在安装座边缘设置的刷毛较密，换言之，安装座中心不必安装过密的刷毛，安装座边缘需要安装过密的刷毛，从而实现了成本的节约化。
35.在进一步实施例中，在基座与安装座之间设置第一转动座，第一转动座带动基座正向或方向运动，如此设计是因为在上述实施例中，在第一处理头工作时，工件在第一转动轴的带动下进行转动，第一处理头在第一滑动组件的带动下沿着工件长度方向进行往复运动，从整体方向上看，只有两个运动过程，第一处理头进行清刷，为了提高清刷效果，达到更高的清刷精密程度，因此设计了本实施例的技术方案。每个基座与刷毛组成的清刷单元都在第一转动座的带动下转动，相对上述实施例中，本实施例的清刷单元更佳具有适配性，每个单独清刷单元在转动清刷时，不仅沿工件长度方向的力，还有离心力，同时作用在曲面上，从不同的方向同时作用在需要清刷掉的物质上，物质很容易被清理掉，提高了工作效率。
36.在进一步的实施例中，待研磨的工件是圆柱形或类圆柱形，针对曲面研磨，在现有技术中，研磨头是一个整体，与曲面接触为线接触，接触面积小，工作效率低，为了解决此问题，设计了如下技术方案：第二处理头包括研磨座和多组研磨单元；研磨座为圆形或椭圆形或方形，研磨座与第二传动件螺纹连接，研磨片单元通过球形万向节与研磨座连接或者在研磨座上开设多组孔座，在研磨片单元上连接限位球，限位球安装在孔座内，相互配合使得研磨片单元被限位在孔座内且有一定的自由度；多组研磨片单元相互抵接形成具有一定弧度的弧面，当第二处理头进行工作时，多组研磨片单元形成的研磨头对曲面进行挤压施加压力时，研磨头不是一个不可调的整体，多组研磨片单元之间形成一定弧度，由单线接触变成多线接触，当多组研磨片单元足够多，足够小时，研磨头之间形成了面接触；如果直接设计一个带有一定弧度的研磨头对曲面进行研磨，研磨头是一个整体，没有多组研磨片单元之间有具有可调性和可变性。
37.在进一步的实施例中，当加工的工件表面具有不同的曲率时，研磨难度增加，上述实施例的研磨头与工件表面的接触难度增加，研磨片单元会因为不同曲率的表面减少与表面接触，此情况的出现使得研磨效率降低，为了进一步提高研磨的精度，设计以下方案：在研磨片单元与研磨座之间设置有，伸缩件为伸缩杆或强力弹簧或橡胶材料；伸缩件一端与研磨座螺纹连接或其他常见方式连接，另一端与研磨片单元花键连接或卡接或其他常见连接；伸缩件的长度沿着研磨座边缘至中心方向依次减短；当第二处理单元对曲面表面进行施加一定的压力时，面对不同曲率的表面，伸缩件进行不同程度的伸缩，靠近研磨座中心的伸缩件，相对于靠近研磨座边缘的伸缩件先与工件表面接触，所以设置靠近研磨座中心的伸缩件的长度比靠近研磨座中心的长，通过施加挤压力，使得本来因为不同曲率的表面不能与表面接触的研磨片单元与曲面接触，增大了研磨面积，提高研磨效率。
38.在进一步的实施例中，本发明还包括多组固定架，固定架形状为y型，通过焊接方
式或者销连接在置物单元内；在工作时，固定架设置在工件下方，沿着远离第一转动轴长度方向由疏到密排列；在上述实施例中，通过限位件将工件与第一转动轴连接，第一转动轴带动工件，随着工件长度的延长，限位件的夹持作用会越来越小，远离限位件的一端由于重力的作用，会发生倾斜，为了解决此问题，故设计本技术方案；通过固定架对工件的支撑，保证了工件位置稳定，而且为了节约材料成本，固定架的排布由疏至密，靠近限位件的一端夹持力大，夹持工件效果好，工件不需要太多的支撑力，所以固定架排布稀疏；远离限位件的一端夹持力小，夹持工件效果差，工件需要较多的支撑力，所以固定架排布密集；工件根据第一转动轴进行转动，工件与固定架具有接触点，为了减少该接触点对工件转动的影响，在固定架表面包裹一层光滑的摩擦系数小的头型耐磨层，从而减少固定架对工件转动的影响。
39.在进一步的实施例中，当工件转动至少一周时，第一处理头或第二处理头行走的长度即清刷或研磨的长度对工件的清刷或研磨均匀度有很大影响，所以为了保证均匀度，各个元件的关系满足以下关系式：v为第一处理头或第二处理头的水平方向的速度；ω为第一转动轴的角速度；l为有效工件长度；n为第一转动轴转动的圈数（n为大于0的整数）。
40.在此关系式中，第一处理头和第二处理头被参照成质点；工件被夹持在第一转动轴上，第一转动轴的角速度也即工件的角速度；因工件被夹持件中，部分工件是不能被清刷或研磨到的，所以l为工件的有效工作长度，即能被清刷或研磨的有效长度；当工件转动n周，第一处理头或第二处理头行走的长度与有效工件长度相等，再接着进行下一次工作，此模式下工件转动n周，工件被清刷或研磨的长度是相等的，所以被清刷或研磨的均匀度比较高。换言之，如果当工件转动n周，第一处理头或第二处理头行走的长度与有效工件长度不等，清刷或研磨路径不明确，容易发生同一地方重复清刷或研磨，降低了清刷或研磨的均匀度。
41.工作原理：圆柱形或类圆柱型的工件被夹持在限位件内，并且由固定架支撑；第一转动轴带动工件进行转动且工件的角速度与第一转动轴的角速度相同，处理组件在支撑柱的带动下沿着工件长度方向进行往复运动，处理组件对工件的处理包括两道不同的处理，先通过第一处理单元对工件进行清刷，再通过第二处理单元对工件进行研磨。
42.第一处理单元与第二处理单元相对设置，通过旋转座调整第一处理单元或第二处理单元与工件的相对位置；第一处理单元通过刷毛对工件进行清刷，刷毛沿着第一处理单元边缘至中心方向，有密变疏，有长变短，在对工件的曲面进行工作时，刷毛进行不同程度上的折弯，刷毛与曲面的接触由点接触变成线接触，工作范围由多点形成的线接触变成有多线变成面接触长短不一，增大了接触面积，提高洗刷效率；刷毛在第一转动座的带动下，进行正向或反向旋转，刷毛对曲面的力由单一力变成多向力，杂质受力变多，更容易被清理掉；第二处理单元对工件进行研磨，研磨头有多个研磨片单元组成，研磨片单元具有一定的活动自由度，研磨头具有可调性，进行对工件的曲面进行研磨时，由线接触变成多线接触或
面接触，增大了研磨面积，调高了研磨效率；当针对工件具有不同的曲率时，研磨片单元与研磨座之间伸缩件调节研磨片单元的位置，与曲面更好的贴合，保证研磨效率。经过第一处理单元和第二处理单元的处理，完成对工件的第一周期的处理，然后进行下一周期的处理。
43.以上结合附图详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。