[发明专利]具有恒定力的自动抛光方法及其设备

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种具有恒定力的自动抛光方法及其设备，是一种用于金属表面抛光的加工方法及设备，属于金属表面处理领域。

背景技术

人工关节，是进行关节置换术中用到的主要植入医疗器材，是骨科植入物中最复杂，最具有技术含量的医疗器械产品。目前，人工关节置换术已经被广泛应用于关节骨性关节炎、类风湿性关节炎和创伤后关节炎的治疗中。关节产品原理是关节两个相对运动摩擦副表面的内在机理，关节面材料和几何尺寸的选择，其中关键在于研究关节表面的摩擦学、生物力学等指标。粗糙度是关节面摩擦的关键因素，提升粗糙度指标，对于假体寿命，病人发生骨溶解的几率，是最为关键的因素。对于怎样通过先进的制造工艺去实现假体表面的高精度抛光，是一道摆在国内关节假体制造行业面前的难题。传统的手工抛光工艺中，高速旋转的抛光轮压向工件，使磨料对工件表面产生滚压和微量切削，从而获得光亮的加工表面。传统的手工抛光工艺，曲面抛光主要是依靠人工进行，人工操作很难保证抛光轮对工件表面产生的挤压力和摩擦力的恒定，表面质量得不到保证，产品精度太差。传统的作业方式要求操作人员有较高的技能，受员工情绪等偶然因素影响大，报废率高。且粉尘污染大，工人劳动条件差。

发明内容

 本发明目的是针对上述不足之处，提供一种具有恒定力的自动抛光方法及其设备。具有恒定力的自动抛光设备包括抛光机、机器手、应力传感器、执行器、控制器和夹具，在进行复杂曲面工件抛光加工时比普通机械式抛光加工和手工抛光更能保证加工工件表面质量，加工出来的产品具备高度的质量一致性，而且加工效率大大提高。具有恒定力的自动抛光设备成为抛光机器人，被密封在机房内，抛光过程产生的废物污染，可以有效清理和控制，不会污染环境或影响操作人员健康。使用具有恒定力的自动抛光设备自动抛光成本得到显著降低。具有恒定力的自动抛光设备动态调整抛光力，柔性变换角度，合理规划抛光路径，得到高质量的表面。高质量的表面，可以减少使用时表面的磨损和骨溶解发生的几率，提高产品使用寿命。

本发明具有恒定力的自动抛光的方法及其设备是采取以下技术方案实现的：

具有恒定力的自动抛光设备包括抛光轮、机器手、压电传感器、控制器、计算机和夹具。所述的机器手设置有安装座，安装座底面设置有螺钉孔，螺钉通过螺钉孔将安装座固定在地面上。安装座上部设置有一根立柱，立柱后部设置有电器控制柜，电器控制柜通过电器控制线与控制器相连接，计算机通过RS232C接口的数据连接线与控制器相连，控制机器手的动作，立柱可以作旋转运动。立柱上部设置有一根与立柱成90°支撑杆，支撑杆是圆柱体。支撑杆的一端设置有与支撑杆成90°的机器手的上臂，机器手的上臂可以做旋转运动。机器手的上臂前端设置有机器手的小臂，机器手的小臂内部设置有压电传感器，压电传感器前端设置有弹簧，用来固定夹具连接器，并产生动态力。机器手的小臂端面设置有螺纹，端盖通过螺纹与小臂连接，并能调整弹簧的胀紧力。机器手的小臂可以做旋转运动。机器手的小臂的前端设置有夹具连接器，夹具连接器设置有两段，大端为一段圆柱体，并设置有两个直径不同的内孔，直径大的内孔用来连接夹具，在直径小的内孔终插入一根圆柱销用来固定夹具。机器手前端安装有夹具用来夹持工件，根据手夹持工件的不同，夹具会有所不同。机器手通过夹具夹持工件压向高速旋转的抛光轮，抛光轮转速3000r/min。抛光轮安装在旋转轴上，通过螺纹连接使之固定。旋转轴通过弹性联轴器与电动机连接在一起。电动机通过弹性联轴器使旋转轴及抛光轮旋转。

利用计算机辅助制造系统在AutoCAD环境下二次开发， AutoCAD对零件进行实体造型，并将实体模型保存为实体模型文件，通过二次开发的刀轨生成程序读取实体模型文件，实现无干涉的抛光刀具加工轨迹的生成，并通过坐标变换将工件坐标系中的刀具轨迹转换为机器手坐标系统中工件的运动轨迹，从而控制机器手的运动。在机器手前端设置有压电传感器用于测量接触应力，当工件产生接触应力，应力通过夹具、夹具连接器传递到压电传感器，压电传感器接触到应力就会输出脉冲信号，接触应力越大脉冲型号越大，控制器根据脉冲信号判断抛光力的大小，动态的微调机器手运动的轨迹，从而实现工件与抛光轮接触时抛光力的恒定。通过计算机辅助制造程序对抛光线路的规划使抛光力方向的变换更加柔性，减少工件表面的凹坑。