[发明专利]一种基于机器人智能磨削的工件表面强化方法

说明书

本发明公开了一种基于机器人智能磨削的工件表面强化方法，该方法根据工件的材质选择粗砂带和细砂带，先用粗砂带进行粗磨削加工，再换细砂带进行细磨削加工，所述细磨削加工的磨削方向与粗磨削加工的方向垂直。本发明加工的工件表面获得较深的强化层、大的残余压应力、低的粗糙度和形变组织结构优化，实现了机器人智能磨削加工工件表面性能的有效强化。

技术领域

本发明属于金属材料加工技术领域，具体涉及一种基于机器人智能磨削的工件表面强化方法。

背景技术

随着科学技术水平的不断提高，工业零部件的精度和表面性能要求愈来愈高。磨削加工作为工件生产的最后一道工序，已从精加工逐步扩大到粗加工领域。由于磨削加工所采用的磨具(磨料)具有颗粒细小，硬度高，耐热性好等特点，因而能加工一般金属刀具所不能加工的零件表面，加工过程中同时参与切削运动的颗料数量多，能切除极薄极细的切屑，因面加工精度高，表面粗糙度值小。伴随着磨料磨具和工业自动化的发展，机器人智能磨削加工的应用愈来愈受到重视，机器人智能磨削加工能大幅提高加工效率、降低生产成本，其在工业加工中所占比重也将进一步增大。

现有的材料表面强化技术方法主要有：表面喷丸强化技术、激光表面强化技术、电子束表面强化技术、热扩渗技术、表面淬火、电镀和化学镀等，而这些技术作为独立的工艺过程，不仅耗费大量的人力物力，而且效率也比较低下。磨削加工作为工件生产的最后一道工序，是在成型过程中，达到表面强化效果。目前，国内外针对机器人智能磨削技术研究主要集中在自适应磨削、磨削刀具、磨损机理、路径规划、材料去除率、原位检测等领域，而对材料表面性能的研究不够全面深入。

而传统的多道磨削工艺很难达到理想的效果，从粗砂带逐步过渡到细砂带磨削，最终可以获得理想的表面粗糙度，但是强化层深度与普通的机加工相差无几，不能达到工件表面强化的目的。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明提供一种基于机器人智能磨削的工件表面强化方法，旨在解决现有的磨削工艺加工的工件表面无强化层、残余压应力大、粗糙度高等技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种基于机器人智能磨削的工件表面强化方法，该方法根据工件的材质选择粗砂带和细砂带，先用粗砂带进行粗磨削加工，再换细砂带进行细磨削加工，所述细磨削加工的磨削方向与粗磨削加工的方向垂直。

具体包括以下步骤：

S1设定磨削参数：根据工件的材质和设定尺寸，选取粗磨削加工使用的粗砂带，计算粗磨接触力、粗磨时间、粗磨水冷时间、粗砂带转动速率；选取细磨削加工使用的细砂带，计算细磨接触力、细磨时间、细磨水冷时间、细砂带转动速率。

在对某种材料进行机器人智能磨削加工之前，需要根据材料本身的成分、组织和性能选择合理的磨削参数、以及磨削程序，包括磨削接触力、砂带转动速率和机器人路径。与此同时，选择两种合适的砂带型号。

S2夹持工件：将工件夹持于工业机器人的调节机械臂的夹持装置上，并将粗砂带安装在砂带机上。

根据工件形状，选择合适的夹具类型，将工件夹持在机器人末端夹具上。同时，根据机器人程序，布置好冷却水槽等外围设备。

S3粗磨削加工：启动砂带机和工业机器人，使工件与粗砂带接触并按S1中得到的粗磨接触力、粗磨时间、粗砂带转动速率进行加工，然后操作工业机器人将工件置于冷却槽中水冷至细磨水冷时间。

为了获得较深的残余应力层以及形变组织优化效果，首次磨削选择粗砂带以及大的磨削参数，对工件表面进行粗磨削加工。在保证工件不被损坏的前提下，获得最大的塑性变形层，同时获得热处理的效果。由于磨削参数较大，所以工件表面粗糙度较高。