專利名稱：薄壁脹形管表面拋光方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及脹形管加工領域，特別涉及一種薄壁脹形管表面拋光方法及其裝置。
背景技術：
對于厚度Imm左右的脹形管，因壁厚較薄、材料脆性大，拋光時常常會因局部受載較大而碎裂；當管狹長或管徑較大，夾持時局部載荷較大也會使零件破裂。對于外表面拋光的脹形管，無論內部采用軟支撐或硬支撐均無法有效支撐，在拋光過程中，脹形管容易發生變形，廢品率高。且對于薄壁脹形管的拋光，現在多采用人工進行拋光，但工人勞動強度大，生產效率較低；其次，人工操作時拋光量難以精確控制，拋光質量不穩定且精度較差； 再者，拋光過程中，拋光粉末飛揚，粉塵易進入人體呼吸道和對皮膚危害工人身體健康，且噪音較大，生產環境惡劣，人工生產成本較高。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種在在拋光時能夠對薄壁脹形管進行更好的夾持，生產效率高、產品精度高、質量穩定、人工成本低的薄壁脹形管表面拋光方法。本發明解決上述問題所采用的技術方案為一種薄壁脹形管表面拋光方法，包括以下步驟
1)通過控制系統控制取件機械手抓取脹形管，并將工件豎直放置并同軸套合于工作臺第一工位的芯軸上；
2)通過澆注系統的澆注口將低溫合金填充于脹形管與第一工位處的芯軸之間的間隙， 低溫合金凝固后將脹形管和芯軸凝固連接成一整體；
3)控制系統控制工作轉臺轉動，將脹形管置于第二工位處；電機帶動芯軸旋轉，同時控制系統控制拋光裝置上、下移動，對脹形管進行拋光，在拋光的過程中隨著工件表面
的外輪廓形狀不同，根據定位裝置的仿形定位，可實時將定位數據傳輸至控制系統并進行曲線數據擬合，根據工件外輪廓形狀實時計算出拋光頭的位置，并驅動拋光頭到達指定高度進行拋光工作；
4)拋光結束后，控制系統控制工作轉臺轉動，將脹形管置于第三工位處；將中頻感應加熱線圈套合于脹形管外部，中頻感應加熱線圈通電后，低溫合金在中頻磁場的集膚效應作用下表面迅速加熱熔化，脹形管和芯軸自動脫離，同時低溫合金流入合金回收槽回收；
5)控制系統控制取件機械手抓取拋光后的脹形管，并放置到成品收集箱中完成拋光工作。作為優選，本發明一種薄壁脹形管表面拋光方法，它還包括在步驟3)的拋光過程中，通過對拋光位置進行強制風冷，防止拋光過程中摩擦生熱熔化低溫合金。作為優選，本發明一種薄壁脹形管表面拋光方法，它還包括在步驟4)的中頻感應加熱線圈的加熱溫度為高于低溫合金的熔點溫度5 10°C，以保證低溫合金完全熔化并脫落。
本發明要解決的另一個問題是，提供一種自動化程度高，操作方便的一種薄壁脹形管表面拋光方法所采用的裝置。為了解決上述技術問題，本發明的技術方案為一種薄壁脹形管表面拋光方法所采用的裝置，包括均由控制系統控制的工作臺、依次設于工作臺、周圍的取件機械手、澆注裝置、用于給脹形管進行拋光的拋光裝置、帶動拋光裝置上下運動的第一升降機構和中頻感應加熱線圈，所述的工作臺的中心軸由第一電機驅動轉動，所述的第一電機與所述的控制系統電連接，所述的工作臺上沿周向對稱設有豎直設置有三根芯軸，每根芯軸的下方僅安裝有與控制系統電連接且驅動芯軸轉動的電機，所述的取件機械手可轉動連接于第一機架上；澆注時，所述的澆注裝置的澆注口置于芯軸的正上方；加熱時，所述的中頻感應加熱線圈套合于脹形管的外部，所述的中頻感應加熱線圈的一端安裝有用于驅動中頻感應加熱線圈上、下運動的第二升降機構，所述的中頻感應加熱線圈的電源開關與所述的控制系統電連接。所述的拋光裝置包括對稱設于拋光頭周圍的四定位裝置及用于驅動拋光頭運動的驅動裝置，每個定位裝置均包括與拋光頭平行設置的導桿、彈簧、安裝塊、用于與工件表面相接觸的兩滾輪及位置傳感裝置；所述的導桿的上部活動套合于所述的安裝座的安裝孔內，所述的彈簧套合安裝于所述的導桿下部的外圓周，且所述的彈簧的一端抵于安裝座的下表面，所述的彈簧的另一端抵于所述的導桿的下部的擋塊，所述的兩滾輪平行設置的且分別可轉動連接于安裝塊的兩側，安裝塊通過轉軸鉸接于所述的導桿下端；所述的位置傳感裝置包括直線位移傳感器和角位移傳感器，所述的直線位移傳感器安裝于所述的導桿上，所述的角位移傳感器安裝于所述的轉軸上，所述的直線位移傳感器和角位移傳感器均與所述的控制系統電連接；所述的導桿的上部設有用于對導桿進行軸向限位的限位凸臺， 所述的安裝座的安裝孔內設有用于與所述的限位凸臺相配合限位槽。所述的用于驅動拋光頭運動的驅動裝置是指用于驅動拋光頭轉動的主電機和用于驅動拋光頭上、下運動的伺服電機，所述的拋光頭與所述的主電機的輸出軸相連接；所述的伺服電機的輸出軸連接有絲杠螺母機構，所述的主電機安裝于絲杠螺母機構的螺母上， 所述的主電機和伺服電機均與所述的控制系統電連接。所述的每根芯軸的下部均設有合金回收槽，所述的合金回收槽的一端與芯軸與脹形管之間的空隙相連通，所述的合金回收槽的另一端與回收管道相連通；可以對低溫和金進行回收，節省成本。所述的每根芯軸的外圓周面上均設有多個凸包。可以有效防止芯軸在旋轉中打滑。與現有技術相比，本發明的優點在于本發明采用自動化控制，大大節省了人力， 提升效率，精度較高；且采用低溫合金(50° ^80°熔點)作為填充介質，固定支撐薄壁脹形管，克服普通填充物無法有效填充的缺點，又結合中頻加熱的集膚效應，快速熔化低溫合金去除填充物，加工成品率高，拋光質量好。且對脹形管進行拋光的過程中，通過拋光裝置的定位裝置的仿形定位，可實時將定位數據傳輸至控制系統并進行曲線數據擬合，并根據脹形管外輪廓形狀實時計算出拋光頭應到達的位置，并在伺服系統的驅動下進行拋光工作， 能有效保證脹形管的形狀和尺寸精度。該裝置的自動化程度高，減小了勞動強度，同時可防止粉末對人體健康的危害。作為優選，所述的第一升降機構由設置在第三機架的導軌上部的第一氣缸和與所述的第一氣缸的活塞桿相連接且與所述的第三機架的導軌滑配合的第一滑塊組成，所述的拋光頭與第一滑塊固定連接；所述的第二升降機構由設置在第四機架的導軌上部的第二氣缸和與所述的第二氣缸的活塞桿相連接且與所述的第四機架的導軌滑配合的第二滑塊組成，所述的中頻感應加熱線圈的一端通過橫向設置的安裝臂與所述的第二滑塊固定連接。作為優選，所述的澆注裝置可轉動連接于第二機架上，所述的第二機架上安裝有用于驅動澆注裝置轉動的電機。這樣，在澆注低溫和金完成后，控制系統可以控制電機旋轉一定的角度將澆注裝置撤出，不影響下一次取件。作為優選，它還包括與氣源相通的風冷管，所述的風冷管的出風口置于所述的拋光頭的正上方。這樣，可以在拋光過程中對工件進行風冷，防止拋光過程中溫升過高。


圖I為本發明薄壁脹形管表面拋光方法所采用的裝置的結構示意圖。圖2為本發明中芯軸與脹形管相配合的結構示意圖。圖3為本發明中拋光裝置的結構示意圖。圖4為本發明中拋光裝置的定位裝置的結構示意圖。圖5為本發明中拋光裝置的結構簡圖。圖1-5中I工作臺、2取件機械手、3第一機架、4澆注口、5芯軸、5. I凸包、5. 2 合金回收槽、6第一氣缸、7第三機架的導軌、8第一滑塊、9第二氣缸、10第四機架的導軌、 11第二滑塊、12安裝臂、13第一電機、14中頻感應加熱線圈、15第二機架、16脹形管、17伺服電機、18主電機、19安裝座、19. I限位槽、20導桿、20. I擋塊、20. 2限位凸臺、20. 3第一導桿、20. 4第二導桿、20. 5第三導桿、20. 6第四導桿、21彈簧、22安裝塊、23滾輪、24轉軸、25 拋光頭。下面結合附圖對本發明的實施例作進一步描述。如圖1-5所示，一種薄壁脹形管表面拋光方法，包括以下步驟
1)通過控制系統控制取件機械手抓取脹形管，并將工件豎直放置并同軸套合于工作臺第一工位的芯軸上；
2)通過澆注系統的澆注口將低溫合金填充于脹形管與第一工位處的芯軸之間的間隙， 低溫合金凝固后將脹形管和芯軸凝固連接成一整體；
3)控制系統控制工作轉臺轉動，將脹形管置于第二工位處；電機帶動芯軸旋轉，同時控制系統控制拋光裝置上、下移動，對脹形管進行拋光，在拋光的過程中隨著工件表面
的外輪廓形狀不同，根據定位裝置的仿形定位，可實時將定位數據傳輸至控制系統并進行曲線數據擬合，根據工件外輪廓形狀實時計算出拋光頭的位置，并驅動拋光頭到達指定高度進行拋光工作；
4)拋光結束后，控制系統控制工作轉臺轉動，將脹形管置于第三工位處；將中頻感應加熱線圈套合于脹形管外部，中頻感應加熱線圈通電后，低溫合金在中頻磁場的集膚效應作用下表面迅速加熱熔化，脹形管和芯軸自動脫離，同時低溫合金流入合金回收槽回收；
5)控制系統控制取件機械手抓取拋光后的脹形管，并放置到成品收集箱中完成拋光工作。一種薄壁脹形管表面拋光方法所采用的裝置，包括均由控制系統控制的工作臺I、依次設于工作臺I、周圍的取件機械手2、澆注裝置、用于給脹形管16進行拋光的拋光裝置、 帶動拋光裝置上下運動的第一升降機構和中頻感應加熱線圈14，所述的工作臺I的中心軸由第一電機13驅動轉動，所述的第一電機13與所述的控制系統電連接，所述的工作臺I上沿周向對稱設有豎直設置有三根芯軸5，每根芯軸5的下方僅安裝有與控制系統電連接且驅動芯軸5轉動的電機，所述的取件機械手2可轉動連接于第一機架3上；澆注時，所述的澆注裝置的澆注口 4置于芯軸5的正上方；加熱時，所述的中頻感應加熱線圈14套合于脹形管16的外部，所述的中頻感應加熱線圈14的一端安裝有用于驅動中頻感應加熱線圈14 上、下運動的第二升降機構，所述的中頻感應加熱線圈14的電源開關與所述的控制系統電連接。所述的拋光裝置包括對稱設于拋光頭25周圍的四定位裝置及用于驅動拋光頭25 運動的驅動裝置，每個定位裝置均包括與拋光頭25平行設置的導桿20、彈簧21、安裝塊22、 用于與工件表面相接觸的兩滾輪23及位置傳感裝置；所述的導桿20的上部活動套合于所述的安裝座19的安裝孔內，所述的彈簧21套合安裝于所述的導桿20下部的外圓周，且所述的彈簧21的一端抵于安裝座19的下表面,所述的彈簧21的另一端抵于所述的導桿20的下部的擋塊20. I，所述的兩滾輪23平行設置的且分別可轉動連接于安裝塊22的兩側，安裝塊22通過轉軸24鉸接于所述的導桿20下端；所述的位置傳感裝置包括直線位移傳感器和角位移傳感器，所述的直線位移傳感器安裝于所述的導桿20上，所述的角位移傳感器安裝于所述的轉軸24上，所述的直線位移傳感器和角位移傳感器均與所述的控制系統電連接； 所述的導桿20的上部設有用于對導桿20進行軸向限位的限位凸臺20. 2，所述的安裝座19 的安裝孔內設有用于與所述的限位凸臺20. 2相配合限位槽19. I。所述的用于驅動拋光頭運動的驅動裝置是指用于驅動拋光頭25轉動的主電機18 和用于驅動拋光頭25上、下運動的伺服電機17,所述的拋光頭25與所述的主電機18的輸出軸相連接；所述的伺服電機17的輸出軸連接有絲杠螺母機構，所述的主電機18安裝于絲杠螺母機構的螺母上，所述的主電機18和伺服電機17均與所述的控制系統電連接。驅動拋光頭運動的驅動裝置設于第一滑塊的內腔，圖I中未示出。所述的每根芯軸5的下部均設有合金回收槽5. 2，所述的合金回收槽5. 2的一端與芯軸5與脹形管16之間的空隙相連通，所述的合金回收槽5. 2的另一端與回收管道相連通；所述的每根芯軸5的外圓周面上均設有多個凸包。所述的第一升降機構由設置在第三機架的導軌7上部的第一氣缸6和與所述的第一氣缸6的活塞桿相連接且與所述的第三機架的導軌7滑配合的第一滑塊8組成，所述的拋光裝置安裝于第一滑塊8上；所述的第二升降機構由設置在第四機架的導軌10上部的第二氣缸9和與所述的第二氣缸9的活塞桿相連接且與所述的第四機架的導軌10滑配合的第二滑塊11組成，所述的中頻感應加熱線圈14的一端通過橫向設置的安裝臂12與所述第二滑塊11固定連接。所述的澆注裝置可轉動連接于第二機架15上，所述的第二機架15上安裝有用于驅動澆注裝置轉動的電機。它還包括與氣源相通的風冷管，所述的風冷管的出風口置于所述的拋光頭25的正上方O如圖5所示，在拋光的過程中，脹形管隨著芯軸轉動，隨著脹形管表面的高度不同，各導桿在彈簧的作用下伸縮，各滾輪均與工件表面相接觸，并沿工件表面的輪廓滾動， 即可通過沿對角線設置的第一導桿和第三導桿上的直線位移傳感器和設于用于安裝滾輪的安裝塊的轉軸上的角位移傳感器實時采集各滾輪的角度和高度變化的數值(XI、O I)、 (X2、σ 2)，通過計算機進行曲線數據擬合，并通過求均值得出拋光頭頂點的理論高度F'，同時，通過第二導桿和第四導桿上的直線位移傳感器和設于用于安裝滾輪的安裝塊的轉軸上的角位移傳感器實時采集各滾輪的角度和高度變化的數值(Yl、Pl)、(Y2、P 2)，通過計算機進行曲線數據擬合，并通過求均值得出拋光頭頂點的理論高度F"，并通過求均值得出拋光頭頂點的理論高度F。這時，通過控制系統控制伺服電機啟動并通過絲杠螺母機構的升降功能帶動主電機上升或下降，使得拋光頭到達該高度F，并同時通過控制系統控制主電機帶動拋光頭轉動，對工件上的飛邊進行去除并拋光。在本具體實施例中所使用的取件機械手為現有技術常用的機械手，具體結構包括上下伸縮臂、前后伸縮臂、機械爪、用于驅動機械爪上下移動的第一氣缸、用于驅動上下伸縮臂上下運動的第二氣缸和用于驅動前后伸縮臂前后移動的第三氣缸，上下伸縮臂和前后伸縮臂相互垂直設置且上下伸縮臂的末端可轉動連接于機架上，且由設于機架上的第一電機驅動上下伸縮臂臂的轉動，機械爪和第一氣缸均設置在安裝座上，安裝座可轉動連接于前后伸縮臂的末端，且由第二電機驅動安裝座的轉動。且第一氣缸、第二氣缸、第三氣缸均通過氣管與控制系統相連接，且第一電機和第二電機均與控制系統電連接。以上僅就本發明的最佳實施例作了說明，但不能理解為是對權利要求的限制。本發明不僅局限于以上實施例，其具體結構允許有變化；如澆注裝置還可位于第一工位處的芯軸的正上方，并通過氣缸或絲杠螺母機構等升降機構帶動澆注裝置上下運動。凡在本發明獨立權利要求的保護范圍內所作的各種變化均在本發明保護范圍內。
權利要求
1.一種薄壁脹形管表面拋光方法，其特征在于，包括以下步驟1)通過控制系統控制取件機械手抓取脹形管，并將工件豎直放置并同軸套合于工作臺第一工位的芯軸上；2)通過澆注系統的澆注口將低溫合金填充于脹形管與第一工位處的芯軸之間的間隙， 低溫合金凝固后將脹形管和芯軸凝固連接成一整體；3)控制系統控制工作轉臺轉動，將脹形管置于第二工位處；電機帶動芯軸旋轉，同時控制系統控制拋光裝置上、下移動，對脹形管進行拋光；在拋光的過程中隨著工件表面的外輪廓形狀不同，根據定位裝置的仿形定位，可實時將定位數據傳輸至控制系統并進行曲線數據擬合，根據工件外輪廓形狀實時計算出拋光頭的位置，并驅動拋光頭到達指定高度進行拋光工作；4)拋光結束后，控制系統控制工作轉臺轉動，將脹形管置于第三工位處；將中頻感應加熱線圈套合于脹形管外部，中頻感應加熱線圈通電后，低溫合金在中頻磁場的集膚效應作用下表面迅速加熱熔化，脹形管和芯軸自動脫離，同時低溫合金流入合金回收槽回收；5)控制系統控制取件機械手抓取拋光后的脹形管，并放置到成品收集箱中完成拋光工作。
2.根據權利要求I所述的薄壁脹形管管表面拋光方法，其特征在于在步驟3)的拋光過程中，通過對拋光位置進行強制風冷，防止拋光過程中摩擦生熱熔化低溫合金。
3.根據權利要求I所述的脹形薄壁管表面拋光方法，其特征在于在步驟4)的中頻感應加熱線圈的加熱溫度為高于低溫合金的熔點溫度5 10°C，以保證低溫合金完全熔化并脫落。
4.一種實施權利要求I所采用的裝置，其特征在于包括均由控制系統控制的工作臺 (I)、依次設于工作臺(I)、周圍的取件機械手(2)、澆注裝置、用于給脹形管(16)進行拋光的拋光裝置、帶動拋光裝置上下運動的第一升降機構和中頻感應加熱線圈(14)，所述的工作臺(I)的中心軸由第一電機(13)驅動轉動，所述的第一電機(13)與所述的控制系統電連接，所述的工作臺(I)上沿周向對稱設有豎直設置有三根芯軸(5)，每根芯軸(5)的下方僅安裝有與控制系統電連接且驅動芯軸(5)轉動的電機，所述的取件機械手(2)可轉動連接于第一機架(3)上；澆注時，所述的澆注裝置的澆注口(4)置于芯軸(5)的正上方；加熱時， 所述的中頻感應加熱線圈(14)套合于脹形管(16)的外部，所述的中頻感應加熱線圈(14) 的一端安裝有用于驅動中頻感應加熱線圈(14)上、下運動的第二升降機構，所述的中頻感應加熱線圈(14)的電源開關與所述的控制系統電連接。
5.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于所述的拋光裝置包括對稱設于拋光頭 (25)周圍的四定位裝置及用于驅動拋光頭(25)運動的驅動裝置，每個定位裝置均包括與拋光頭(25)平行設置的導桿(20)、彈簧(21)、安裝塊(22)、用于與工件表面相接觸的兩滾輪(23)及位置傳感裝置；所述的導桿(20)的上部活動套合于所述的安裝座(19)的安裝孔內，所述的彈簧(21)套合安裝于所述的導桿(20)下部的外圓周，且所述的彈簧(21)的一端抵于安裝座(19)的下表面，所述的彈簧(21)的另一端抵于所述的導桿(20)的下部的擋塊(20. 1)，所述的兩滾輪(23)平行設置的且分別可轉動連接于安裝塊(22)的兩側，安裝塊 (22)通過轉軸(24)鉸接于所述的導桿(20)下端；所述的位置傳感裝置包括直線位移傳感器和角位移傳感器，所述的直線位移傳感器安裝于所述的導桿(20)上，所述的角位移傳感器安裝于所述的轉軸(24)上，所述的直線位移傳感器和角位移傳感器均與所述的控制系統電連接；所述的導桿(20)的上部設有用于對導桿(20)進行軸向限位的限位凸臺(20. 2)，所述的安裝座(19)的安裝孔內設有用于與所述的限位凸臺(20.2)相配合限位槽(19. I)。
6.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于所述的用于驅動拋光頭運動的驅動裝置是指用于驅動拋光頭(25)轉動的主電機(18)和用于驅動拋光頭(25)上、下運動的伺服電機(17)，所述的拋光頭(25)與所述的主電機(18)的輸出軸相連接；所述的伺服電機(17)的輸出軸連接有絲杠螺母機構，所述的主電機(18)安裝于絲杠螺母機構的螺母上，所述的主電機(18)和伺服電機(17)均與所述的控制系統電連接。
7.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于所述的每根芯軸(5)的下部均設有合金回收槽(5. 2)，所述的合金回收槽(5. 2)的一端與芯軸(5)與脹形管(16)之間的空隙相連通， 所述的合金回收槽(5. 2)的另一端與回收管道相連通；所述的每根芯軸(5)的外圓周面上均設有多個凸包。
8.根據權利要求5所述的裝置，其特征在于所述的第一升降機構由設置在第三機架的導軌(7)上部的第一氣缸(6)和與所述的第一氣缸(6)的活塞桿相連接且與所述的第三機架的導軌(7)滑配合的第一滑塊(8)組成，所述的拋光裝置安裝于第一滑塊(8)上；所述的第二升降機構由設置在第四機架的導軌(10)上部的第二氣缸(9)和與所述的第二氣缸(9)的活塞桿相連接且與所述的第四機架的導軌(10)滑配合的第二滑塊(11)組成，所述的中頻感應加熱線圈(14)的一端通過橫向設置的安裝臂(12)與所述第二滑塊(11)固定連接。
9.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于所述的澆注裝置可轉動連接于第二機架 (15)上，所述的第二機架(15)上安裝有用于驅動澆注裝置轉動的電機。
10.根據權利要求4所述的裝置，其特征在于它還包括與氣源相通的風冷管，所述的風冷管的出風口置于所述的拋光頭(25)的正上方。
全文摘要
本發明公開了一種薄壁脹形管表面拋光方法及其裝置，采用自動化控制，大大節省了人力，提升效率，精度較高；且采用低溫合金(50°~80°熔點)作為填充介質，固定支撐薄壁脹形管，克服普通填充物無法有效填充的缺點，又結合中頻加熱的集膚效應，快速熔化低溫合金去除填充物，加工成品率高，拋光質量好。且對脹形管進行拋光的過程中，通過拋光裝置的定位裝置的仿形定位，可實時將定位數據傳輸至控制系統并進行曲線數據擬合，并根據脹形管外輪廓形狀實時計算出拋光頭應到達的位置，并在伺服系統的驅動下進行拋光工作，能有效保證脹形管的形狀和尺寸精度。該裝置的自動化程度高，減小了勞動強度，同時可防止粉末對人體健康的危害。
文檔編號B24B55/02GK102581739SQ20121005302
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月2日 優先權日2012年3月2日
發明者俞凱逸, 劉 文, 張海英, 李繼強, 莫偉偉, 顏新華, 馬挺, 馬文箏 申請人:浙江大學寧波理工學院