[发明专利]一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置及其操作方法

说明书

本发明提供一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置及其操作方法，包括超声振动装置和机器人手臂调节装置，超声振动装置包括压电陶瓷换能器和变幅杆，振动变幅杆的尾端连接在打磨头，给打磨头提供有规律的纵扭高频超声振动；机器人手臂调节装置固定在主轴电机外侧，由机器人手臂与电主轴构成，实现打磨头任意轨迹的运动。电主轴输出轴与装有超声振动装置的刀柄通过联轴器进行连接，其中电主轴外壳上装有无线传输上盘，超声刀柄上装有无线传输下盘，利用电磁感应现象使得下盘线圈通电传递给压电陶瓷换能器，通过电主轴、上下盘协同作用完成打磨头的旋转运动和超声振动，并且能有效提高工件打磨精度和磨头使用寿命。

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，具体涉及超声振动辅助机器人手臂的打磨装置及其方法。

背景技术

打磨加工作为一种有效的抛光加工工艺，在提高工件表面加工质量，增强加工表面的抗疲劳性能方面得到了广泛运用，近年来一些学者在打磨抛光方面做了一定的工作，并取得了良好的效果。

西北工业大学任敬心等开展了钛合金磨削试验，结果表明普通磨料在加工钛合金时，尤其是中软级或软级陶瓷结合剂砂轮容易产生磨削烧伤，采用CBN超硬砂轮磨料砂轮和浸渗固体润滑剂的陶瓷结合剂砂轮能够改善加工情况。

南京航空航天大学安庆龙等针对钛合金磨削加工中易产生磨削烧伤等问题，提出了一种低温气动喷雾射流冲击冷却技术，有效改善了磨削烧伤等问题。

苏州昊来顺精密制造有限公司钟鹏程在公开专利号为“CN 115401532 A”的专利中，公开了一种针对航空薄壁件的打磨工艺，其利用受力点来获取准确的施力点，并根据施力点来编制施力路线，从而准确地配合打磨，有效防止了工件加工变形且减缓了震动。

中国航发动力股份有限公司李康等在公开专利号为“CN 115401612 A”的专利中，公开了一种关于机匣类零件的打磨装置及方法，该装置由固定支架和活动支架构成，能够实现双工位、安全、方便、灵活可调的零件打磨，提升作业安全性同时保证打磨质量。

尽管磨削、打磨工艺得到了一定的运用，但往往受限比较大，需要配备各种冷却等辅助装置进行打磨，并且打磨位置、打磨精度以及磨头使用寿命等难以保证，因此亟需开发一套新型的打磨装置。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置及其操作方法，将机械手臂与超声振动相结合的装置，带动打磨头产生规律的高频纵扭超声振动，使得磨粒运动轨迹之间产生干涉现象，同时磨头与工具之间由传统的连续接触加工转变为有分离的断续加工，改善了打磨条件。磨粒运动轨迹干涉可以有效降低加工表面粗糙度，提高加工效率，而断续加工降低了磨削力，同时增加了磨削接触区域的换热效率，可以有效提高加工效率和打磨质量，降低磨头磨损。此外，机械手臂可以实现复杂轨迹路线的运动，在磨头高速转动以及超声振动的同时机械手臂带动打磨装置做各种复杂轨迹运动，采取锥形、指状形等不同形式的磨头就可以利用机械手臂与振动装置的协同运动来完成任意大型复杂结构型面不同位置的高效、精密打磨。

为了实现上述发明目的，本发明采用了以下技术方案：

一种面向大型复杂构件的超声振动辅助打磨装置，包括超声振动装置和机器人手臂调节装置，其中，超声振动装置包括通过双头螺柱连接的压电陶瓷换能器和变幅杆，两者采用双头螺柱进行连接；磨头连接在振动变幅杆的尾端；超声刀柄上端带有圆柱段，超声高频振动通过无线传输装置进行传递。

电主轴输出轴与超声刀柄顶部的圆柱段通过联轴器连接。

超声振动装置安装在超声刀柄内后，借助螺栓11和变幅杆法兰盘12固定在超声刀柄内，超声振动装置的顶端保持游离。

所述的机器人手臂调节装置包括：机器人手臂、主轴电机、无线传输上盘，机械手臂与电机底座通过螺栓进行连接，无线传输上盘通过卡箍紧固在电机外壳上；