技術領域

本發明涉及機械制造領域，尤其涉及一種金屬板材表面的打磨加工方法。

背景技術：

隨著科學技術的不斷發展，機械加工領域的生產設備也與時俱進，先進機械加工裝備與加工工藝的使用逐步取代人工作業，生產效率得到大幅度提高。在金屬板料沖壓過程中，由于板料剪切邊緣存在毛刺或者棱角，會使沖壓件邊緣出現裂紋或者缺口，造成由于表面不平整而無法裝配，或由于表面凹凸不平而大大降低產品美觀度，因此對金屬板材表面進行打磨就成了至關重要的工藝環節。由于目前打磨機械的自身局限，大多機器只能在某一固定平面內進行自動打磨，無法根據產品自身結構特點實現板材表面全方位打磨工作，自適應能力較弱。很多企業采用人工打磨方式，生產效率低，產品一致性差，工作環境惡劣，粉塵等污染對工人身體健康的危害性比較大，工人人身安全得不到保證。

技術實現要素：

1.發明要解決的技術問題

本發明的目的在于克服現有技術中打磨裝置無法實現全方位打磨工作、自適應能力較弱的不足，提供了一種金屬板材表面的打磨加工方法，本發明實現板材的多自由度打磨，改善了現有自動打磨機的打磨局限，利用機器自動加工取代人工作業，降低工人勞動強度，提高生產效率，保證產品生產質量。

2.技術方案

為達到上述目的，本發明提供的技術方案為：

本發明一種金屬板材表面的打磨加工方法，利用多自由度表面打磨裝置進行打磨，該打磨裝置包括左右兩個側板、傳動機構、驅動機構、打磨機構以及升降工作臺機構，傳動機構、升降工作臺機構均固定連接在左右兩個側板的內部，驅動機構、打磨機構分別與傳動機構相連，用于控制對板材表面的往復打磨工作；其打磨方法為：

S1、：首先根據待加工件的外形特征和待打磨平面的傾斜角度，通過打磨機構沿絲桿運動確定打磨機構左右移動距離以及通過調整鉸鏈裝置確定打磨機構在XZ平面上的打磨角度；根據待打磨平面的傾斜角度，調整打磨機構中鉸鏈裝置的傾斜角度；

S2、在進料的X方向調整待打磨板材,使其移動到打磨機構的下方位置；

S3、升降工作臺機構配有液壓系統，通過控制液壓缸的運動調整升降工作臺的高度，使待加工件處于打磨機構的下方；

S4、在傳動機構中控制運動件沿承導件運動，在X方向上進行微調；

S5、控制打磨機構中移動件相對移動塊上的導軌運動，以實現Z方向上的微調；

S6、啟動打磨機構中小電機，帶動砂輪旋轉；

S7、啟動驅動機構中三相異步電動機，通過聯軸器使主動輪旋轉，并利用皮帶的傳動作用帶動從動輪以及張緊輪的旋轉運動，從動輪旋轉使得與從動輪一體的絲杠旋轉，絲杠旋轉帶動移動塊的平移運動，當到達指定位置，觸及限位開關12，三相異步電動機反轉，驅動機構改變原來的轉動方向，從而使得從動輪與絲杠反轉，移動塊反向平移，使打磨機構進行往復運動，實現自動打磨。

更進一步地，所述的傳動機構、打磨機構以及升降臺機構合在一起形成了位置調節系統，以滿足不同外形板材表面的打磨需求，通過加工位置的合理調整可以確保砂輪與板材表面全面接觸，實現連續打磨工作：即通過位置調節系統能夠實現豎直、水平以及進料方向的位置調整，即X、Y、Z三個方向上的位置調整；且利用鉸鏈機構的自身特點，實現打磨機構在XZ平面不同打磨角度的調整。

更進一步地，傳動機構包括左右兩個滑動摩擦導軌、絲杠、光桿、移動塊、軸承，每個滑動摩擦導軌均由承導件和運動件組成，承導件固定在側板的內側，運動件通過導軌與承導件相連，絲杠的兩端與設置在左右運動件內的軸承相配合，光桿的兩端固定在左右運動件上，絲杠和光桿都垂直于左右側板且處于同一個水平面內，移動塊通過螺紋孔和光孔分別與絲杠、光桿相配合。

更進一步地，在左右運動件上均固定有限位開關，該限位開關與絲杠分處于光桿的兩側。

更進一步地，驅動機構包括三相異步電動機、主動輪、從動輪、皮帶，主動輪固定在左側板的內側，與三相異步電動機的輸出端相連，從動輪固定在絲桿左端光滑處并與左運動件的外表面相接觸，從動輪和主動輪兩者通過皮帶形成聯動；打磨機構包括移動件、鉸鏈裝置、小電機、砂輪，移動件通過導軌與移動塊的前面相連，鉸鏈裝置一端固定在移動件上，另一端連接小電機，小電機上裝有砂輪。

更進一步地，驅動機構中的張緊輪固定在左側板的內側，與主動輪、從動輪通過皮帶形成三角形聯動。

更進一步地，三相異步電動機的控制線路中設置有接觸器KM1與接觸器KM2，當接觸器KM1的三對主觸頭接通時，三相電源的相序按U-V-W接入電動機，電動機正轉；當接觸器KM1的三對主觸頭斷開，接觸器KM2的三對主觸頭接通時，三相電源的相序按W-V-U接入電動機，電動機就向相反的方向轉動。

更進一步地，鉸鏈裝置繞轉動件的最大調整角度為90°。

更進一步地，升降工作臺機構處于打磨機構的下方，它包括滾珠工作臺、左右支撐機構、液壓機構、底框，底框的左右兩端分別固定在左右側板上，左右支撐機構均由上下兩個“X”型件鉸接構成，且左右兩個鉸接處通過連桿相連，支撐機構下端固定在底框上，上端固定連接滾珠工作臺，液壓機構中的液壓缸缸端固定在底框上，桿端支撐在支撐機構上。

更進一步地，液壓機構包括液壓泵、溢流閥、三位四通電磁閥、單向閥、調速閥、單向順序閥和油箱，通過液壓泵與閥體、油箱的配合來控制液壓缸的運動狀態。

3.有益效果

采用本發明提供的技術方案，與現有技術相比，具有如下有益效果：

本發明的打磨方法通過各組成機構的調節，使得其實現豎直、水平以及進料方向的位置調整(即Z、X、Y三個方向上的位置調整)；且利用鉸鏈機構的自身結構特點，實現打磨機構不同打磨角度的調整(即以Y軸為中心上下900擺動)。因此，本發明可以依據產品的自身特點和打磨需求調整打磨方向，實現板材的多自由度打磨，改善了現有自動打磨機的打磨局限，利用機器自動加工取代人工作業，降低工人勞動強度，工人只需針對產品的需求對打磨機進行位置調節，提高了生產效率，保證了產品的一致性，保證工人的安全。

附圖說明

圖1是本發明多自由度板材表面打磨裝置的組成示意圖1；

圖2是本發明多自由度板材表面打磨裝置的組成示意圖2；

圖3是本發明中驅動機構示意圖；

圖4是本發明驅動機構中三相異步電動機的控制電路圖；

圖5是本發明中傳動機構示意圖；

圖6是本發明中絲杠的安裝示意圖；

圖7是本發明中打磨機構示意圖；

圖8是本發明中鉸鏈示意圖；

圖9是本發明中升降工作臺示意圖；

圖10是本發明的升降工作臺中液壓系統的控制圖。

示意圖中的標號說明：

1、滾珠工作臺；2、支撐機構；3、液壓缸；4、底框；5、三相異步電動機；6、主動輪；7、從動輪；8、張緊輪；9、側板；10、皮帶；11、滑動摩擦導；11-1、承導件；11-2、運動件；12、限位開關；13、絲杠；14、光桿；15、移動塊；16、軸承；17、移動件；18、鉸鏈裝置；19、小電機；20、砂輪；21、過濾器；22、液壓泵；23、溢流閥；24、三位四通電磁閥；25、單向閥；26、調速閥；27、單向順序閥；28、油箱。

具體實施方式

為進一步了解本發明的內容，結合附圖和實施例對本發明作詳細描述。

從附圖可知，本發明一種多自由度板材表面打磨裝置，它包括左右兩個側板9、傳動機構、驅動機構、打磨機構以及升降工作臺機構，傳動機構、升降工作臺機構均固定連接在左右兩個側板9的內部，驅動機構、打磨機構分別與傳動機構相連。

其中，傳動機構包括左右兩個滑動摩擦導軌11、絲杠13、光桿14、移動塊15、軸承16，每個滑動摩擦導軌11均分為承導件11-1和運動件11-2，承導件11-1固定在側板9的內側，運動件11-2通過導軌與承導件11-1相連，絲杠13的兩端與設置在左右運動件11-2內的軸承16相配合，光桿14的兩端固定在左右運動件11-2上，絲杠13和光桿14都垂直于左右側板9且處于同一個水平面內，移動塊15通過螺紋孔和光孔分別與絲杠13、光桿14相配合。

作為本發明的一種優選方式，傳動機構還包括兩個限位開關12，分別固定在左右運動件11-2上，與絲杠13分處于光桿14的兩側。

作為本發明的一種優選方式，傳動機構的左右承導件11-1的側面設置有刻度尺，從而保證左右運動件11-2移動時位置的一致性。

傳動機構依靠滑動摩擦導軌11可以實現前后移動(沿X軸方向)，即運動件11-2沿著承導件11-1的導軌移動從而實現絲杠13、光桿14和移動塊15的前后移動，從而帶動其上的打磨機構實現前后移動；同時，傳動機構實現了打磨機構的左右移動(沿Y軸方向)，絲杠13的作用是將自身的旋轉運動轉化為移動塊15的直線運動，光桿14的作用是在打磨過程中保證移動塊15的位置和平衡，其詳細工作過程為：移動塊15隨著絲杠13的旋轉沿著絲杠13左右移動，當移動塊15的側面觸碰到限位開關12時，改變電動機5的旋轉方向，從而使得從動輪7與絲杠13反轉，移動塊15隨之反向移動，如此反復，則實現了傳動機構的往復直線運動。

其中，驅動機構包括三相異步電動機5、主動輪6、從動輪7、皮帶10，主動輪6固定在左側板9的內側，與三相異步電動機5的輸出端相連，從動輪7固定在絲桿13左端光滑處并與左運動件11-2的外表面相接觸，從動輪7和主動輪6兩者通過皮帶10形成聯動。

為了保證從動輪7能帶動絲杠13同步轉動，即從動輪7與絲杠13兩者之間不會產生相對的轉動，所以從動輪7與絲桿13之間為過盈過合，或者通過平鍵連接。

作為本發明的一種優選方式，驅動機構還包括張緊輪8，張緊輪8固定在左側板9的內側，與主動輪6、從動輪7通過皮帶10形成三角形聯動。

驅動機構的作用是為整機提供動力來源，其詳細工作過程為：三相異步電動機5啟動，通過聯軸器使主動輪6旋轉，并利用帶10的傳動作用帶動從動輪7以及張緊輪8的旋轉運動，從動輪7則帶動絲杠13旋轉，從而實現傳動機構的往復運動。

其中，打磨機構包括移動件17、鉸鏈裝置18、小電機19、砂輪20，移動件17通過導軌與移動塊15的前面相連，鉸鏈裝置18一端固定在移動件17上，另一端連接小電機19，小電機19上裝有砂輪20。

作為本發明的一種優選方式，鉸鏈裝置18的轉動件與固定件之間通過螺栓固定。這樣，當砂輪20角度調整好后通過螺栓進行鎖死，以保證調整后的角度固定不變以及工作的穩定性。

打磨機構直接與待加工件接觸，其詳細工作過程為：移動件17沿著移動塊15的導軌上下移動(沿Z軸方向)可對打磨機構進行上下微調作用；鉸鏈裝置18可使砂輪20依據打磨需要在900范圍內任意調節(以Y軸為中心上下90 0擺動)，從而使砂輪20對待加工件上具有不同傾斜角度的斜面進行打磨。依據加工件的需要，調節砂輪20的位置，小電機19啟動帶動砂輪20實現快速旋轉，對加工件進行打磨加工。

其中，升降工作臺機構處于打磨機構的下方，它包括滾珠工作臺1、左右支撐機構2、液壓機構、底框4，底框4的左右兩端分別固定在左右側板9上，左右支撐機構2均由上下兩個“X”型件鉸接構成，且左右兩個鉸接處通過連桿相連，支撐機構2下端固定在底框4上，上端固定連接滾珠工作臺1，液壓機構中的液壓缸3缸端固定在底框4上，桿端支撐在支撐機構2上。

本發明裝置通過升降工作臺機構、滑動摩擦導軌、移動件與移動塊的導軌、鉸鏈結合起來調整砂輪位置，最終根據加工件自身特點確定合適的打磨加工位置。打磨加工位置確定之后，就可以進入自動打磨階段，自動打磨是兩部分的獨立工作的結合：第一部分是驅動機構與傳動機構相結合的線路控制部分，具體運動過程為：三相異步電動機5啟動，通過聯軸器使主動輪6旋轉，并利用帶10的傳動作用帶動從動輪7以及張緊輪8的旋轉運動，從動輪7旋轉使得與從動輪7一體的絲杠13旋轉，絲杠13旋轉帶動移動塊15的平移運動，當到達指定位置，觸及限位開關12，三相異步電動機5反轉，驅動機構改變原來的轉動方向，從而使得從動輪7與絲杠13反轉，移動塊15反向平移，如此反復，便可使打磨機構進行往復運動；第二部分是打磨加工部分，具體運動過程為：小電機19啟動帶動砂輪20實現快速旋轉，實現對工件的打磨加工，由于驅動機構與傳動機構的共同作用，砂輪20在進行快速旋轉打磨的同時還在進行往復直線運動，從而實現了打磨的自動化。如此，本發明通過打磨位置調整部分、線路控制部分和打磨加工部分三者相互配合，最終實現工件的自動打磨工作。

圖4所示為本發明驅動裝置中三相異步電動機的控制電路圖，圖中主回路采用兩個接觸器，即正轉接觸器KM1與反轉接觸器KM2。當接觸器KM1的三對主觸頭接通時，三相電源的相序按U-V-W接入電動機，電動機正轉。當接觸器KM1的三對主觸頭斷開，接觸器KM2的三對主觸頭接通時，三相電源的相序按W-V-U接入電動機，電動機就向相反的方向轉動。在正向啟動過程中，按下起動按鈕SB2，接觸器KM1線圈通電，與SB2并聯的KM1的輔助常開觸點閉合，以保證KM1線圈持續通電，串聯在電動機回路中的KM1的主觸點持續閉合，電動機連續正向運轉。停止過程中，按下停止按鈕SB1，接觸器KM1線圈斷電，與SB2并聯的KM1的輔助觸點斷開，以保證KM1線圈持續失電，串聯在電動機回路中的KM1的主觸點持續斷開，切斷電動機定子電源，電動機停轉。在反轉啟動過程中，按下起動按鈕SB3，接觸器KM2線圈通電，與SB3并聯的KM2的輔助常開觸點閉合，以保證KM2線圈持續通電，串聯在電動機回路中的KM2的主觸點持續閉合，電動機連續反向運轉。本發明裝置中，以限位開關12來控制三相異步電動機5的正反轉，若三相異步電動機5正轉，打磨機構發生平移運動，到達指定位置后觸及限位開關12，使得SB2斷開SB3閉合，三相異步電動機5改變旋轉方向，從正轉變為逆轉，于是打磨機構反向移動。如此反復，就會持續不斷的完成往復運動。

本發明的升降工作臺中液壓系統的控制圖如圖10所示，液壓系統采用泵—液壓缸傳動實現升降臺的正常工作。升降臺上升：電動機帶動液壓泵22轉動，液壓泵提供油液經管路到達三位四通電磁閥24，當其左位通電，電磁閥24處于左位工作狀態，油液經過單向閥25到達單向順序閥27，繼而進入液壓缸3無桿腔，從而使液壓缸上升，在其推力的作用下，滾珠工作臺1上升，最后油液回到油箱28。升降臺停止：當升降工作臺上升到預定高度時，使三位四通電磁換向閥24處于中位狀態，此時液壓缸油路被切斷，活塞停止運動，從而工作臺處于停止狀態；同時，單向順序閥27關閉，油液不能回到油箱28，從而活塞不能下移，起到保護作用，即升降工作臺不會因重力和載荷的共同作用迅速下落產生沖擊而發生意外事故。升降臺下降：將三位四通電磁閥24的右位通電，換向閥處于右位工作狀態，油液進入液壓缸3有桿腔，從而使液壓缸下降，在其推力的作用下，滾珠工作臺1下降。當工作臺下降到預定位置時，使三位四通電磁閥24處于中位狀態，此時液壓缸油路被切斷，活塞停止運動，從而平臺處于停止狀態。同時，由于有桿腔里的油液進入單向順序閥27中的順序閥，然后進入回油路節流調速的調速閥26，最后油液回到油箱28；此時液壓缸的背壓是一種阻尼力，不但有限速作用，且對運動部件的振動也有抑制作用，有利于提高執行元件的運動平穩性，從而實現升降工作臺的運動平穩性。過濾器21的作用是保證不讓油箱28里的灰塵等雜質進入液壓元件中，溢流閥23的作用是當液壓系統壓力大時，油液從溢流閥23回到油箱28中，不會損壞液壓元件。

利用本發明裝置進行板材表面打磨采用的打磨方法是：首先根據待加工件的外形特征和待打磨平面的傾斜角度，通過打磨機構沿絲桿運動確定打磨機構左右移動距離(即在Y方向上的移動幅度)以及通過調整鉸鏈裝置確定打磨機構在XZ平面上的打磨角度；其次，確定加工件在進料方向(即X方向)上的合適打磨位置，即將待打磨板材移動到打磨機構的下方位置；接下來調整升降工作臺的高度(即Z方向上的移動)，使加工件處于打磨機構的下方，使得砂輪與待加工平面接觸；最后，利用位置調節系統的微調機構進行位置的微調：包括傳動機構通過運動件沿承導件運動以實現X方向上的微調和打磨機構通過移動件在移動塊的運動以實現Z方向上的微調，從而使砂輪與打磨平面完全接觸。在選取與確定合理的打磨位置之后，啟動電機，進入打磨階段升降工作臺機構起到粗調的作用，工作時，依據不同加工件與不同板材表面的打磨需要，通過調節升降工作臺可對工件的打磨位置進行大體的定位。

本發明裝置通過各組成機構的調節，使得其實現豎直、水平以及進料方向的位置調整(即Z、X、Y三個方向上的位置調整)；且利用鉸鏈機構的自身結構特點，實現打磨機構不同打磨角度的調整(即以Y軸為中心上下900擺動)。因此，本發明裝置可以依據產品的自身特點和打磨需求調整打磨方向，實現板材的多自由度打磨，改善了現有自動打磨機的打磨局限，利用機器自動加工取代人工作業，降低工人勞動強度，工人只需針對產品的需求對打磨機進行位置調節，提高了生產效率，保證了產品的一致性，保證了工人的安全。因此本發明板材表面打磨裝置很方便地把打磨工序增添到生產流水線中，取代人工作業，提高生產效率，保證了產品質量。

以上示意性的對本發明及其實施方式進行了描述，該描述沒有限制性，附圖中所示的也只是本發明的實施方式之一，實際的結構并不局限于此。所以，如果本領域的普通技術人員受其啟示，在不脫離本發明創造宗旨的情況下，不經創造性的設計出與該技術方案相似的結構方式及實施例，均應屬于本發明的保護范圍。