刚度可调式阀门除屑机械人整机的制作方法

[0001]
本发明涉及一种刚度可调式阀门除屑机械人整机。


背景技术：

[0002]
阀门是管道控制系统中重要的控制执行元件，其内部质量直接影响到管道控制系统的控制精度和系统使用寿命。
[0003]
阀门本体在机加工时经常需对其进行打孔作业，阀门本体打孔完成后，加工完的孔内容易积存较多碎屑，碎屑与阀门本体存在少量粘连，因此，需对碎屑进行清除。
[0004]
由于阀门的腔体内部空间有限，不便于机械展开，现有清除方式主要是人工通过刮刀对碎屑进行刮除，清除效率低下，劳动强度大，且人工清除方式受限于操作人员技术水平刮净率不稳定，在操作刮刀时也容易对孔内壁以及阀门内腔造成刮伤。


技术实现要素：

[0005]
本发明的目的在于克服以上所述的缺点，提供一种刚度可调式阀门除屑机械人整机。
[0006]
为实现上述目的，本发明的具体方案如下：一种刚度可调式阀门除屑机械人整机，包括机台、上料机构、下料机构、机械手机构和刚度可调式除屑机器人，所述上料机构与下料机构间隔并排设于机台上，所述机械手机构、刚度可调式除屑机器人间隔固定在机台上并位于上料机构和下料机构之间。
[0007]
其中，所述刚度可调式除屑机器人包括机架、位移调节机构、悬臂、旋转驱动机构、除屑进给电机、进给滑板、动力主轴、变刚度摩擦头和工件承载装置；所述机架固定在机台上，所述位移调节机构固定在机架的竖直面的上端，所述悬臂的一端固定在位移调节机构的输出端上，所述旋转驱动机构设于悬臂的另一端，所述除屑进给电机固定在旋转驱动机构上，所述进给滑板滑动连接于旋转驱动机构上，所述除屑进给电机的输出端通过齿轮齿条与进给滑板传动连接，所述动力主轴通过一个固定座连接在进给滑板上，所述变刚度摩擦头连接在动力主轴的输出端上，所述工件承载装置固定在机架的竖直面的下端。
[0008]
其中，所述变刚度摩擦头包括呈球泡状的除屑头座、中心吸屑管以及多个柔性磨削头，所述除屑头座与动力主轴的输出端连接，所述除屑头座的球面上间隔设有多个中空的凸柱，多个所述柔性磨削头一一对应套接在多个凸柱上，所述除屑头座靠近动力主轴的一端设有顶盖，所述中心吸屑管沿除屑头座的中心轴线贯穿除屑头座。
[0009]
其中，所述柔性磨削头包括具有柄部的浮动钢球、弹性体和柱塞，所述柱塞的一端活动套接在凸柱内，所述浮动钢球的表面均布有金刚石微粒，所述浮动钢球的柄部伸入柱塞内，所述弹性体设于柱塞内、且其两端分别与柱塞和浮动钢球的柄部连接。
[0010]
其中，所述中心吸屑管上套接有多层磁流控制单元，多层所述磁流控制单元均位于除屑头座内，每层所述磁流控制单元均包括电磁线圈和磁流变液仓，所述磁流变液仓沿
周向间隔延伸有多个引流管，所述除屑头座的球面上分别一一对应每层磁流变液仓上的多个引流管设置有多个中空的凸柱，所述引流管的自由端一一对应伸入凸柱内、并与柱塞之间形成有腔体，所述电磁线圈盖合在磁流变液仓上。
[0011]
其中，所述中心吸屑管设有锥形吸附头。
[0012]
其中，所述位移调节机构包括支撑架、底座、位移驱动电机、螺杆和滑动板，所述支撑架固定在机架上，所述底座固定在支撑架上，所述位移驱动电机固定在底座的一端，所述螺杆转动安装在底座上，所述位移驱动电机的输出端与螺杆的一端传动连接，所述滑动板滑动连接在底座上、且通过螺母与螺杆螺纹连接，所述悬臂的一端固定在滑动板上。
[0013]
其中，所述工件承载装置包括具有中心孔的工件固定座以及两个对称安装在工件固定座上的转角缸，所述工件固定座安装在机架上；所述工件承载装置还包括设置有锥面的工件自定心环，所述中心孔的周缘设有由环状的容置槽，所述工件自定心盘设置于容置槽内、且通过多个伸缩弹簧与容置槽的底部弹性连接。
[0014]
本发明的有益效果为：与现有技术相比，本发明通过位移调节机构、旋转驱动机构、除屑进给电机和进给滑板相互配合联动，为变刚度摩擦头提供三轴联动结构，从而实现同一阀门内多孔位的连续去屑作业，机械化操作，效率更高，作业更稳定，减轻操作人员的劳动强度，同时避免刮伤阀门。
[0015]
本发明机械化操作，大大提高阀门除屑的生产效率，适于自动化生产。
附图说明
[0016]
图1是本发明的俯视图；图2是本发明的刚度可调式除屑机器人的立体图；图3是本发明的变刚度摩擦头的立体图；图4是本发明的变刚度摩擦头的分解示意图；图5是本发明的柔性磨削头的剖面示意图；图6是本发明的位移调节机构的立体图；图7是本发明的工件承载装置的分解示意图；附图标记说明：机台-a1；上料机构-a2；下料机构-a3；机械手机构-a4；刚度可调式除屑机器人-a5；1-机架；2-位移调节机构；21-支撑架；22-底座；23-位移驱动电机；24-螺杆；25-滑动板；26-螺母；3-悬臂；4-旋转驱动机构；41-旋转驱动电机；42-旋转座；5-除屑进给电机；6-进给滑板；7-动力主轴；8-变刚度摩擦头；81-除屑头座；811-凸柱；82-中心吸屑管；83-柔性磨削头；831-浮动钢球；8311-金刚石微粒；832-弹性体；833-柱塞；84-顶盖；85-磁流控制单元；851-电磁线圈；852-磁流变液仓；853-引流管；9-工件承载装置；91-工件固定座；92-转角缸；93-工件自定心环；94-伸缩弹簧。
具体实施方式
[0017]
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的说明，并不是把本发明的实施范围局限于此。
[0018]
如图1至图7所示，本实施例所述的一种刚度可调式阀门除屑机械人整机，包括机
台a1、上料机构a2、下料机构a3、机械手机构a4和刚度可调式除屑机器人a5，所述上料机构a2与下料机构a3间隔并排设于机台a1上，所述机械手机构a4、刚度可调式除屑机器人a5间隔固定在机台a1上并位于上料机构a2和下料机构a3之间。
[0019]
实际使用时，上料机构a2将待除屑作业的阀门输送至等待区域，然后机械手机构a4抓取上料机构a2上位于等待区域的待除屑作业的阀门，并将该阀门转移至刚度可调式除屑机器人a5上，接着刚度可调式除屑机器人a5对该阀门进行除屑作业，除屑作业操作完成后，机械手机构a4将经由刚度可调式除屑机器人a5完成除屑作业后的阀门转移至下料机构a3上，然后下料机构a3将完成除屑作业后的阀门转移出工作区；如此机械化操作，大大提高阀门除屑的生产效率，适于自动化生产。
[0020]
基于上述实施例的基础上，进一步地，所述刚度可调式除屑机器人a5包括机架1、位移调节机构2、悬臂3、旋转驱动机构4、除屑进给电机5、进给滑板6、动力主轴7、变刚度摩擦头8和工件承载装置9；所述机架1固定在机台a1上，所述位移调节机构2固定在机架1的竖直面的上端，所述悬臂3的一端固定在位移调节机构2的输出端上，旋转驱动机构4设于悬臂3的另一端，所述除屑进给电机5固定在旋转驱动机构4上，所述进给滑板6滑动连接于旋转驱动机构4上，所述除屑进给电机5的输出端通过齿轮齿条与进给滑板6传动连接，所述动力主轴7通过一个固定座连接在进给滑板6上，所述变刚度摩擦头8连接在动力主轴7的输出端上，所述工件承载装置9固定在机架1的竖直面的下端。
[0021]
工作时，机械手机构a4将待除屑的阀门放置在工件承载装置9上，然后工件承载装置9将该阀门定位固定住，然后位移调节机构2工作，通过悬臂3带动变刚度摩擦头8伸入该阀门的腔体内部，然后旋转驱动机构4带动变刚度摩擦头8旋转，从而调整变刚度摩擦头8的轴线与该阀门的孔轴线重合，然后除屑进给电机5驱动进给滑板6滑动，进给滑板6带动变刚度摩擦头8对应伸入该阀门的孔内，达到变刚度摩擦头8的进给，然后动力主轴7驱动变刚度摩擦头8工作， 对该阀门的孔内积存以及粘连的碎屑进行摩擦去除，该孔内的碎屑去除后，除屑进给电机5经由进给滑板6带动变刚度摩擦头8退出该孔内，然后旋转驱动机构4再次驱动变刚度摩擦头8旋转，以及配合位移调节机构2的调整，使变刚度摩擦头8的轴线与该阀门的另一个孔的轴线重合，然后重复上述摩擦去屑动作，完成另一个孔的碎屑去除作业，同时利用变刚度摩擦头8的刚度柔性变化提供柔性缓冲作用，能够更好地保护阀门，如此不断调整变刚度摩擦头8位置，对阀门所有的孔内进行碎屑去除，完成后，机械手机构a4再将该成品阀门转移至下料机构a3上。
[0022]
本实施例通过位移调节机构2、旋转驱动机构4、除屑进给电机5和进给滑板6相互配合联动，为变刚度摩擦头8提供三轴联动结构，从而实现同一阀门内多孔位的连续去屑作业，机械化操作，效率更高，作业更稳定，减轻操作人员的劳动强度，同时避免刮伤阀门。
[0023]
如图3至图5所示，基于上述实施例的基础上，进一步地，所述变刚度摩擦头8包括呈球泡状的除屑头座81、中心吸屑管82以及多个柔性磨削头83，所述除屑头座81与动力主轴7的输出端连接，所述除屑头座81的球面上间隔设有多个中空的凸柱811，多个所述柔性磨削头83一一对应套接在多个凸柱811上，所述除屑头座81靠近动力主轴7的一端设有顶盖84，通过设置顶盖84来密封住除屑头座81，避免碎屑进入除屑头座81内部，所述中心吸屑管82沿除屑头座81的中心轴线贯穿除屑头座81。通过设置中心吸屑管82与外界负压装置连
接，能够及时将阀门孔内未除净的残留切屑以及变刚度摩擦头8刮出的碎屑进行彻底清除，优选地，所述中心吸屑管82设有锥形吸附头，扩大中心吸屑管82的进入口范围，以便碎屑被吸入中心吸屑管82内，而多个柔性磨削头83随着除屑头座81在动力主轴7的带动下对阀门进行摩擦去屑作业，同时柔性磨削头83在摩擦去屑过程中能够提供柔性缓冲作用，避免对阀门造成损伤，保证作业稳定。
[0024]
如图5所示，基于上述实施例的基础上，进一步地，所述柔性磨削头83包括具有柄部的浮动钢球831、弹性体832和柱塞833，所述柱塞833的一端活动套接在凸柱811内，所述浮动钢球831的表面均布有金刚石微粒8311，所述浮动钢球831的柄部伸入柱塞833内，所述弹性体832设于柱塞833内、且其两端分别与柱塞833和浮动钢球831的柄部连接。工作时，浮动钢球831与阀门的孔壁接触，利用浮动钢球831上的均匀布满的金刚石微粒8311对粘连的碎屑进行摩擦去除，而当浮动钢球831受到挤压时，浮动钢球831将压力传递至弹性体832上，使得弹性体832被压缩，从而浮动钢球831伸入柱塞833内，以实时适配阀门的孔径，利用弹性体832的弹性作用为浮动钢球831提供缓冲，既可保护浮动钢球831，又可避免对阀门造成损伤，适应孔口交线的圆弧形状。
[0025]
如图3和图4所示，基于上述实施例的基础上，进一步地，所述中心吸屑管82上套接有多层磁流控制单元85，多层所述磁流控制单元85均位于除屑头座81内，每层所述磁流控制单元85均包括电磁线圈851和磁流变液仓852，所述磁流变液仓852沿周向间隔延伸有多个引流管853，所述除屑头座81的球面上分别一一对应每层磁流变液仓852上的多个引流管853设置有多个中空的凸柱811，所述引流管853的自由端一一对应伸入凸柱811内、并与柱塞833之间形成有腔体，所述电磁线圈851盖合在磁流变液仓852上。工作时，每层磁流控制单元85的磁流变液仓852内均注入有磁流变液，磁流变液通过引流管853流入腔体内，由于柱塞833活动套接在凸柱811内，即柱塞833可相对凸柱811运动，当浮动钢球831受到的压力大于弹性体832的弹力时，该压力会推动柱塞833带动整个柔性磨削头83相对凸柱811滑动，而腔体内磁流变液的粘度，将直接影响柔性磨削头83的刚度，如此，通过控制每层磁流控制单元85的电磁线圈851的磁场强度，改变磁流变液的粘度，使磁流变液在刚体与流体状态连续变化，从而使柔性磨削头83的刚度连续可调，从而可以适应多种规格孔口的连续去屑作业，无需中途更换柔性磨削头83，大大提高工作效率，利用磁流变原理，对每层磁流控制单元85连接的柔性磨削头83进行单独分层控制，使得各层对应的柔性磨削头83刚度独立可调，以适应不同口径大小的孔口的除屑需要。
[0026]
如图2所示，基于上述实施例的基础上，进一步地，所述旋转驱动机构4包括旋转驱动电机41和旋转座42，所述旋转驱动电机41固定在悬臂3上，所述旋转驱动电机41的输出端穿过悬臂3后与旋转座42的一端连接，所述除屑进给电机5嵌设于旋转座42内，所述旋转座42的另一端设有滑槽，优选地，滑槽的形状呈t型，所述进给滑板6滑动连接在滑槽内，所述除屑进给电机5的输出端伸入滑槽内通过齿轮齿条与进给滑板6传动连接。实际使用时，旋转驱动电机41驱动旋转座42旋转，从而使安装进给滑板6上的变刚度摩擦头8在水平平面内摆动以达到变刚度摩擦头8的轴线与孔口轴线重合，从而对应使变刚度摩擦头8依次对应阀门上不同方位的孔口进行摩擦除屑作业，实现深腔多孔连续作业，工作效率高。
[0027]
如图6所示，基于上述实施例的基础上，进一步地，所述位移调节机构2包括支撑架21、底座22、位移驱动电机23、螺杆24和滑动板25，所述支撑架21固定在机架1上，以便为变
刚度摩擦头8提供高度支撑，所述底座22固定在支撑架21上，所述位移驱动电机23固定在底座22的一端，所述螺杆24转动安装在底座22上，所述位移驱动电机23的输出端与螺杆24的一端传动连接，所述滑动板25滑动连接在底座22上、且通过螺母26与螺杆24螺纹连接，具体地，滑动板25的两端分别通过滑块与直线导轨配合实现与底座22滑动连接，直线导轨固定在底座22上，滑块固定在滑动板25上并与直线导轨滑动连接，滑动板25底面中部安装有一个固定块，螺母26固定嵌套在固定块上，螺母26与螺杆24螺纹连接，从而使滑动板25随着螺母26沿着螺杆24移动，实现变刚度摩擦头8的高度调整，所述悬臂3的一端固定在滑动板25上。工作时，通过位移驱动电机23带动螺杆24旋转，驱动螺母26沿着螺杆24移动，螺母26带动滑动板25移动，滑动板25带动悬臂3移动，从而调整变刚度摩擦头8的高度，以适应不同的孔位。
[0028]
如图2和图7所示，基于上述实施例的基础上，进一步地，所述工件承载装置9包括具有中心孔的工件固定座91以及两个对称安装在工件固定座91上的转角缸92，所述工件固定座91安装在机架1上。实际使用时，将待除屑的阀门放置在工件固定座91上，且使阀门的轴线穿过中心孔的圆心，然后两个转角缸92将阀门压紧定位住，以便摩擦去屑作业。
[0029]
如图2和图7所示，基于上述实施例的基础上，进一步地，所述工件承载装置9还包括设置有锥面的工件自定心环93，所述中心孔的周缘设有由环状的容置槽，所述工件自定心盘设置于容置槽内、且通过多个伸缩弹簧94与容置槽的底部弹性连接。实际使用时，将待除屑的阀门放置在工件固定座91上，同时阀门压住工件自定心环93，使得伸缩弹簧94收缩，同时利用工件自定心环93的锥面，使阀门自动居中，如此设置，能够减小阀门的轴线偏差带来的定位误差。本实施例中，容置槽的槽底对应每个伸缩弹簧94分别向下延伸有导向筒，以便伸缩弹簧94的安装以及为伸缩弹簧94提供导向。
[0030]
以上所述仅是本发明的一个较佳实施例，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，包含在本发明专利申请的保护范围内。

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