本發明屬于機器人打磨工具技術領域，具體涉及一種機器人打磨專用金剛石、cbn成套工具。

背景技術：

工件打磨一直是阻礙高精密行業發展的巨大障礙，傳統對各種工件的打磨都是由人工完成的，且打磨工具也只是用角磨機配套硬質合金銑刀、磨頭、普通砂輪(sic、剛玉等)、砂帶、拋光輪等來完成工件的銑削、磨削、拋光加工工藝，滿足粗、細、精等工藝加工。傳統的打磨工具加工效率低、易出現堵塞，打磨不動的情況；產品精度差、尺寸一致性難以保證；產品壽命短，不耐磨；生產人員工作環境惡劣，員工的流動性大。隨著用工成本的提高和技工不確定性風險，利用人口紅利創造產品利潤的時代已經結束。而后隨著技術的進步，工業機器人的打磨方案也有了長足的發展，但是配套的打磨工具還處在初級水平，因此設計出一套機器人打磨專用金剛石、cbn工具，以滿足日益增長的打磨行業的需求。

技術實現要素：

本發明為了克服現有技術的缺陷，是在于提供一種成套的金剛石、cbn打磨工具，該打磨工具解決了鑄件打磨去毛刺及新型材料難切削加工問題，把工業機器人打磨工具從普通工具替換為電鍍成套工具，穩定和提高了打磨質量和產品光潔度，保證其一致性；另外，本發明還解決了對大型工件(如：航空航天機艙、船體、風能葉片、復合材料管道等)的打磨，以及復雜輪廓工件(如：發動機葉片、缸體缸蓋等各種鑄件)的一體化去毛刺、拋光加工。

為解決上述技術問題，本發明所采取的技術方案為：

一種機器人打磨專用金剛石、cbn成套工具，包括機器人、工作臺和刀具，具體的：

所述機器人具有一個或者多個手臂，機器人手臂的末端安裝帶有自動換刀功能的動力頭，在機器人臂展范圍內放置自動刀具庫，所述自動刀具庫為立方體或圓形盒子狀，其內部排列安放多種不同的備用刀具，所述自動刀具庫箱體頂部帶有一側可打開的防塵罩，防塵罩與自動刀具庫箱體用合頁連接；所述工作臺固定在基座上，工作臺有兩個以上的工作位置，遠離機器人的一側為上件及下件工位，靠近機器人的一側為打磨工位，中間設置一道橫向的防護隔板，將兩個工作位置隔離開；其中，機器人本身的動作由其自帶的控制器控制運行，其余設備由固定在機器人后方電控柜內的plc統一控制；

所述備用刀具由與機器人工作臂固定連接的柄部(1)、設置在柄部(1)前端的頭部(2)構成；所述柄部(1)與頭部(2)一體設置，柄部(1)與機器人工作臂固定的一端設置為階梯狀臺階結構(3)或者倒邊錐面結構(4)，柄部(1)設置為可調節伸縮結構，采用二級或多級套管配合，以進行可調節伸縮；所述柄部(1)電鍍有一金剛石、cbn細顆粒層，柄部(1)與機器人的裝夾方式為外圓裝夾或螺紋鎖緊；

所述頭部(2)包括五類刀具，分別為：開槽a類刀具、切割b類刀具、倒角c類刀具、弧面d類刀具和外圓平面e類刀具；

所述開槽a類刀具為：頭部(2)的可磨槽型分別為“v”形槽、矩形槽、梯形槽或“u”形槽(5)，槽兩側角度a°范圍為30°-150°，磨削過程中開槽寬度w2小于或等于工件設計寬度w1，開槽深度t2小于設計深度t1，a類輪乙面上鍍不同寬度的金剛砂，金剛石、cbn顆粒的大小為0.212-0.3mm，埋入率為40％-50％；

所述切割b類刀具為：在工具上設計出不同開槽方向形狀的槽，槽型為“v”形槽、矩形槽、梯形槽或“u”形槽(5)，平面上電鍍出不同花型，花型為圓點瓣(6)、三角形瓣(7)或矩形瓣(8)，各花型沿中心軸向均均勻分布，沿機體中心線上鉆有中心孔(9)，鉆孔面積不超過刀具整體的體積的1/3，乙面上鍍不同寬度的金剛砂，金剛石、cbn顆粒的大小為0.125-0.18mm，埋入率為55％-60％；

所述倒角c類刀具為：在c輪上設計出角度結構(10)和弧面結構(11)，角度又可以分為內倒角和外倒角的加工，角度為10°-150°任一角度，深度l1可從10到100mm，弧面結構包括圓弧倒角，其弧度為0-360°任一角度，適宜深槽槽底的打磨及孔邊的倒角，c類輪乙面上鍍不同寬度的金剛砂，金剛石、cbn顆粒大小為0.355-0.6mm，埋入率為35％-45％；

所述弧面d類刀具為：弧面包括上弧面、左弧面及右弧面，上弧面寬度l1范圍變化為6-200mm，上弧面半徑sr可以從10mm到無窮大，左弧面半徑r1和右弧面半徑r2的范圍約為0.2-100mm，弧面整體寬度l為6-300mm，甲面鍍砂，金剛石、cbn顆粒大小為0.355-0.85mm，埋入率為35％-45％，r1和r3作為磨削平面時的進刀、退刀的工藝圓角；

所述外圓平面e類刀具為：e類砂輪沿機體中心線上鉆有中心孔(9)，鉆孔面積不超過刀具整體的體積的1/3，中心孔(9)的左右兩側對稱設置有盲孔或沉孔(10)，整體尺寸范圍d可以從50-200mm，一次加工外表面寬度t為6-100mm，乙面上鍍不同寬度的金剛砂，金剛石、cbn顆粒大小為0.6-1.18mm，埋入率為35％-55％。

并且，所述五類刀具的頭部均設置有防護套。

所述柄部上設置有左、右手動按壓開關和刻度顯示器，左按壓開關用于控制伸縮結構的伸長，右按壓開關用于控制伸縮結構的縮短，刻度顯示器用于顯示伸縮結構的實際伸縮距離。

所述工作臺上設置有對加工后的工件進行清理的自動系統；所述清理系統包括刷頭和刷柄，刷柄固定于工作臺上，且刷柄中間設置有可供沖洗液及空氣流通的通孔，刷頭對稱設置于工作臺兩端。自動系統與電控柜內的plc統一控制。

進一步包括機器人的控制系統，在刀具前端設置壓力傳感器，壓力傳感器用于實時監測工具頭工作時的壓力，壓力傳感器測定的壓力值通過無線傳輸至控制系統，并將該壓力值輸入到加工過程逆動力學模型后得到期望打磨力，經過控制系統的力控制后應用于工件加工過程。根據反問題理論及打磨系統剛度模型，經過對大量打磨試驗數據進行分析后建立打磨過程的逆動力學模型。將測量系統獲得的工件實際尺寸模型與理想模型比較，獲得期望打磨量，將其輸入到打磨過程逆動力學模型后得到期望打磨力，經過力控制后應用于工件打磨過程。打磨過程中實際的接觸力反饋到機器人力控制單元，通過修正實際輸出力的大小，無限靠近期望磨削力。同時，根據打磨量數據反饋，修正磨削過程逆動力學模型，使得期望打磨力與期望打磨量更加匹配。

本發明的技術有點在于：本發明充分發揮了電鍍金剛石、cbn制品的優勢，設計出成套的金剛石、cbn打磨工具，解決了鑄件打磨去毛刺及新型材料難切削加工問題。把工業機器人打磨工具從普通工具替換為電鍍成套工具，穩定和提高了打磨質量和產品光潔度，保證其一致性，解決了對大型工件(航空航天機艙、船體、風能葉片、復合材料管道等)的打磨，及復雜輪廓工件(發動機葉片、缸體缸蓋等各種鑄件)的一體化去毛刺、拋光加工。適應工業4.0的發展及《中國制造2025》的要求。

附圖說明：

圖1-3是開槽a類結構示意圖；

圖4-7是切割b類結構示意圖；

圖8-9是倒角c類結構示意圖；

圖10是弧面d類結構示意圖；

圖11-12是外圓平面e類結構示意圖；

其中，圖中附圖標記的說明為：柄部-1，頭部-2，階梯狀臺階結構-3，倒邊錐面結構-4，“u”形槽-5，圓點瓣-6，三角形瓣-7，矩形瓣-8，中心孔-9，角度結構-10，弧面結構-11，盲孔或沉孔-12。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明作進一步說明。

實施例1

本發明采用了成套設計的打磨工具，包含了a類(開槽)、b類(切割)、c類(倒角)、d類(弧面)、e類(外圓平面)。由于工業機器人多自由度、多工位、多手臂的特性，一個機器人上面可以安裝7-10件打磨工具，通過選裝我們設計出的成套的打磨工具，可以實現工件打磨的集成化生產。將生產周期大大縮短。經試驗可將一片風葉片的打磨時間從11天縮短為1天。下面詳細介紹一下各種類工具的設計理念及作用。

本發明提供一種成套的金剛石、cbn打磨工具，解決了鑄件打磨去毛刺及新型材料難切削加工問題。把工業機器人打磨工具從普通工具替換為電鍍成套工具，穩定和提高了打磨質量和產品光潔度，保證其一致性，解決了對大型工件(航空航天機艙、船體、風能葉片、復合材料管道等)的打磨，及復雜輪廓工件(發動機葉片、缸體缸蓋等各種鑄件)的一體化去毛刺、拋光加工。

本實施例具體包括機器人、工作臺和刀具，機器人具有一個或者多個手臂，機器人手臂的末端安裝帶有自動換刀功能的動力頭，機器人可在臂展范圍內360°任意移動該動力頭；在機器人臂展范圍內放置自動刀具庫，自動刀具庫為立方體或圓形盒子狀，其內部排列安放多種不同的備用刀具，自動刀具庫箱體頂部帶有一側可打開的防塵罩，防塵罩用合頁與自動刀具庫箱體連接；工作臺固定在基座上，工作臺有兩個以上的工作位置，遠離機器人的一側為上件及下件工位，靠近機器人的一側為打磨工位，中間有一道橫向的防護隔板，將兩個工作位置隔離開；其中，機器人本身的動作由其自帶的控制器控制運行，其余設備由固定在機器人后方電控柜內的plc統一控制，如工作臺的轉動與夾緊，動力頭的啟停、松刀與拉刀，防塵罩的開與合。

所述備用刀具由與機器人工作臂固定連接的柄部1，設置在工作前端的頭部2構成，柄部與頭部一體設置，柄部與機器人工作臂固定的一端設置為一階梯狀臺階結構3或者倒邊錐面結構4，柄部設置為可調節伸縮結構，采用二級或多級套管配合，進行可調節伸縮；所述柄部電鍍有一金剛石、cbn細顆粒層，柄部與機器人的裝夾方式為外圓裝夾或螺紋鎖緊。

所述頭部包括五類刀具，分別為開槽a類、切割b類、倒角c類、弧面d類和外圓平面e類。

開槽a類：通過尾部與之配套的工業機器人的裝夾方式選定為外圓裝夾(d)和螺紋鎖緊(m)，設計出可變角度的磨槽輪，頭部的可磨槽型分別為“v”形槽、矩形槽、梯形槽、“u”形槽及其它類似形狀，槽兩側角度a°范圍為30°-150°，磨削過程中開槽寬度w2小于等于工件設計寬度w1，開槽深度t2小于設計深度t1，另外a輪乙面上鍍不同寬度的金剛砂，實現對工件甲面的磨削。a類輪乙面上鍍不同寬度的金剛砂，其最優選的金剛石、cbn顆粒大小為0.212-0.3mm，埋入率為40％-50％；可配合工業機器人，實現更加高效的槽型磨削，滿足不同截面的打磨。例如，型腔的內壁凹槽等。

切割b類：在工具上設計出不同開槽方向形狀的槽，(如u形槽，圖2中b-1-2所示)槽型為“v”形槽、矩形槽、梯形槽或“u”形槽5，平面上電鍍出不同花型，花型為圓點瓣6、三角形瓣7或矩形瓣8，利于排屑，防止砂輪堵塞。各花型沿中心軸向均均勻分布，沿機體中心線上鉆有中心孔9，圖2中b-1-2所示，鉆孔面積不超過刀具整體的體積的1/3，做減重處理，實現工具的輕量化。通過調整鍍砂區域，實現切割，打磨，粗拋光的工具整合。乙面上鍍不同寬度的金剛砂，其最優選的金剛石、cbn顆粒大小為0.125-0.18mm，埋入率為55％-60％。

倒角c類：在c輪上設計出角度結構10和弧面結構11，角度又可以分為內倒角和外倒角的加工，角度為10°-150°任一角度，深度l1可從10到100mm，弧面結構包括圓弧倒角(圖9中c-1-2所示)，其弧度為0-360°任一角度，適宜深槽槽底的打磨及孔邊的倒角，c類輪乙面上鍍不同寬度的金剛砂，其最優選的金剛石、cbn顆粒大小為0.355-0.6mm，埋入率為35％-45％。

弧面d類：弧面包括上弧面、左弧面及右弧面，上弧面寬度l1范圍變化為6-200mm，上弧面半徑sr可以從10mm到無窮大，左弧面半徑r1和右弧面半徑r2的范圍為0.2-100mm,其范圍為最佳效果，防止砂輪在進刀、退刀時碰撞砂輪，損傷工件及機器人?；∶嬲w寬度l為6-300mm,甲面鍍砂，金剛石、cbn顆粒大小為0.355-0.85mm，埋入率為35％-45％，r1和r3作為磨削平面時的進刀、退刀的工藝圓角。對于磨削量較小的平面可以一次加工出，減少了換裝時間，提高效率。

外圓平面e類：e類砂輪沿機體中心線上鉆有中心孔9，鉆孔面積不超過刀具整體的體積的1/3，中心孔的左右兩側對稱設置有盲孔或沉孔10，整體尺寸范圍d可以從50-200mm，一次加工外表面寬度t為6-100mm。乙面上鍍不同寬度的金剛砂，金剛石、cbn顆粒大小為0.6-1.18mm，埋入率為35％-55％。針對一些中型和大型工件，亦可實現個別部位的內表面磨削。

以上五類刀具的頭部均設置有防護套。

由于傳統的機器人打磨工具不耐用壽命低，其在加工時尺寸一致性差，精度和粗糙度難以保證，對于工件要求高的工件，不能一次加工完成，這就需要重復加工。而本發明設計出的機器人打磨專用金剛石、cbn成套工具，在保證工件的打磨要求的基礎上，無論從尺寸的一致性還是均勻性方面都可以滿足長時間精磨打磨的要求。另外，從金剛石、cbn尺寸選擇、埋入率深淺上，通過大量的磨削計算和試驗。整理出了最適合機器人打磨的專用金剛石、cbn工具。本發明的技術難點不僅在于金剛石、cbn尺寸的選擇，而且在于埋入率厚度的確定。最終對于各類工具的的金剛石、cbn顆粒尺寸選擇和埋入率確定如下表1所示：

另外，所述柄部上設置有左、右手動按壓開關和刻度顯示器，左按壓開關用于控制伸縮結構的伸長，右按壓開關用于控制伸縮結構的縮短，刻度顯示器用于顯示伸縮結構的實際伸縮距離。方便根據顯示器的刻度顯示控制伸縮結構的距離，且方便實際操作，誤差率小，保證進刀精度。

所述工作臺上設置有對加工后的工件進行清理的自動系統。所述清理系統包括刷頭和刷柄，刷柄固定于工作臺上，且刷柄中間設置有可供沖洗液及空氣流通的通孔，刷頭對稱設置于工作臺兩端。自動系統與電控柜內的plc統一控制。實現自動清理功能，且可以根據不同工件選用不同的沖洗液沖洗或者是空氣，可以達到直接吹出工件表面殘余的工件屑的技術效果。

進一步包括機器人的控制系統，在刀具前端設置壓力傳感器，壓力傳感器用于實時監測工具頭工作時的壓力，壓力傳感器測定的壓力值通過無線傳輸至控制系統，并將將該數值輸入到加工過程逆動力學模型后得到期望打磨力，經過控制系統的力控制后應用于工件加工過程。根據反問題理論及打磨系統剛度模型，經過對大量打磨試驗數據進行分析后建立打磨過程的逆動力學模型。將測量系統獲得的工件實際尺寸模型與理想模型比較，獲得期望打磨量，將其輸入到打磨過程逆動力學模型后得到期望打磨力，經過力控制后應用于工件打磨過程。打磨過程中實際的接觸力反饋到機器人力控制單元，通過修正實際輸出力的大小，無限靠近期望磨削力。同時，根據打磨量數據反饋，修正磨削過程逆動力學模型，使得期望打磨力與期望打磨量更加匹配。

本發明充分發揮了電鍍金剛石、cbn制品的優勢，設計出成套的金剛石、cbn打磨工具，解決了鑄件打磨去毛刺及新型材料難切削加工問題。把工業機器人打磨工具從普通工具替換為電鍍成套工具，穩定和提高了打磨質量和產品光潔度，保證其一致性，解決了對大型工件(航空航天機艙、船體、風能葉片、復合材料管道等)的打磨，及復雜輪廓工件(發動機葉片、缸體缸蓋等各種鑄件)的一體化去毛刺、拋光加工。適應工業4.0的發展及《中國制造2025》的要求。

其優點是：采用一臺機器人夾持動力頭，可以針對工件不同外形特征來自動選用不同的刀具進行打磨作業，占用空間小，布局緊湊，安全可靠，軌跡精確，質量穩定。

以上所述的實施例僅僅是對本發明的優選實施方式進行描述，并非對本發明的范圍進行限定，在不脫離本發明設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本發明的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本發明權利要求書確定的保護范圍內。