[发明专利]带探损检测的软固结磨粒气压砂轮光整系统

说明书

技术领域

本发明涉及软固结磨粒气压砂轮精密加工领域。 

背景技术

对于传统的模具光整加工而言，由于自由曲面的复杂性，制约了加工自动化的实施，大部分加工不得不使用手工操作，加工效率极低，使得加工时间占模具加工总用时的40％以上，是模具制造主要技术瓶颈之一。激光强化模具不但具有自由曲面的复杂性，同时还遇到高硬度、高耐磨性和局域硬度差异等新问题，使得光整加工更加困难，即使是采用手工操作，目前也没有适合的工具可以用于高硬度、高耐磨性自由曲面的有效且精密的光整切削。这一问题，尚无有效解决方法，且缺乏深入的研究。针对激光强化模具光整加工技术难题，提出一种新型的光整加工工具——软固结磨粒气压砂轮。其中气压砂轮是一个由橡胶基体构成的空心半球，并在其表面通过高分子粘结剂软固结一层有一定厚度的磨粒，其表面的柔性可以通过空心半球内部气压在线控制，并可方便地与机器人配合使用。 

在目前加工过程中发现，在气压砂轮与加工工件表面成一定角度进行长时间加工后，其磨粒固结砂轮表面容易产生局部过损区，其特征表现为磨粒固化层厚度不均，磨粒切削效果减弱，切削力难以控制等方面。而经过研究后发现，若能保证砂轮表面切削时磨粒接触几率相近，则可保证磨粒材料去除效果以及实现切削力可控，而通过检测砂轮表面加工变形情况，则可保证磨粒接触几率相近。 

本专利设计了一种带探损检测的软固结磨粒气压砂轮光整系统， 可以实时检测加工时的气压砂轮的轮廓，从而避免局部过损现象，增加砂轮使用寿命，保证加工精度，提高加工效率。 

发明内容

本发明要解决现有技术在软固结磨粒气压砂轮加工过程中容易出现局部过损现象的不足，本发明设计了一种带探损检测的软固结磨粒气压砂轮光整系统，以实现在线探损和实时调整以提高加工精度和加工效率。 

带探损检测的软固结磨粒气压砂轮光整系统，包括用于放置待加工的工件的加工平台、用于对所述的工件进行光整加工的气压砂轮，其特征在于：所述的加工平台上的支架上设置有用于记录气压砂轮的轮廓数据的激光扫描仪，所述的激光扫描仪包含一个用于调整扫描区域的电机扫描装置、光学系统、激光器、平面镜，所述的激光扫描仪的光学系统的数据输出端连接数据处理模块，所述的数据处理模块的输出端和所述的电机扫描装置的指令信号输入端均连接计算机；所述的计算机预存有所述工件的表面轮廓建模、所述的气压砂轮的轨迹，所述的计算机通过控制柜连接机器人，所述的机器人设有三自由度的机械臂，所述的机械臂上装有所述的气压砂轮；所述的计算机通过比较实时气压砂轮轮廓数据与初始砂轮轮廓的数据，判断所述的气压砂轮是否出现过损现象，当判断所述的气压砂轮存在过损时，则通过控制柜改变所述的机械臂的姿态，改变所述的气压砂轮的切削姿态。 

主要包括砂轮表面探损模块与机械加工模块。所述机械加工模块主要由计算机控制，可通过对工件表面进行建模，进行轨迹规划，并可根据采集的轮廓信号进行实时在线调整运动状态。计算机通过连接控制柜实现对机器人的控制，控制柜主要提供操作方案，可由计算机 实现自动化控制，也可由操控人员通过操控面板实现手动控制。控制柜将操控命令传至机器人，机器人主要由具有三自由度的机械臂构成，并将气压砂轮抛光装置安装在机械臂上，以实现气压砂轮运行轨迹精准控制。 

所述砂轮表面探损模块主要通过三维激光轮廓扫描来实现，在加工平台上，安装一个固定支架，用于支持激光扫描仪，使其对准旋转圆盘中心区域，使得当气压砂轮在对工件进行光整过程中，其外侧表面能够完全暴露在激光照射区域。在固定端安装电机扫描装置，电机扫描装置通过调整平面镜的位置，将激光器发射的光束进行调整，从而控制激光扫描的区域。 

将测得的轮廓信号通过数据采集模块进行采集，根据设计需求调整采样速率。 

将采用后的信号传至数据处理模块，进行数据分析，随后将分析结果传送至计算机。计算机根据结果调整机械臂的运动姿态，实现对砂轮的加工状态控制。 

本发明的工作原理是：将待加工工件安装在旋转台上，首先通过对待加工工件进行三维建模，并将其轮廓特征保存至计算机当中，计算机根据其表面光整需求，设定机械臂运行轨迹，并在这个过程中始终保持砂轮外表侧朝同一方向。并将规划后的轨迹程序传送至控制柜，控制柜控制机械臂内的伺服电机运行，使气压砂轮在工件表面按照原始工件表面轮廓设定轨迹运行。 

启动三维激光测试仪，开启电机扫描装置，通过控制平面镜的移动，实现控制激光扫描区域在气压砂轮加工区域，并通过计算机存储的轨迹规划路径，通过计算机控制电机扫描装置，使得激光扫描区域 始终保持在砂轮外表面。