本發(fā)明涉及一種拋光方法，屬于拋光機(jī)械設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種機(jī)器人拋光機(jī)的恒壓力恒線速度拋光方法。

背景技術(shù)：

目前機(jī)器人拋光機(jī)一般利用布輪完成拋光工序，或者將磨拋、拋光工序組成兩工位拋光設(shè)備，利用麻輪進(jìn)行工件最后磨拋工序，再利用布輪完成拋光工序，以提高生產(chǎn)效率。前述兩種設(shè)備隨著加工過程麻布輪將會逐漸磨損，其直徑將會逐漸減??；同時，為了保證麻布輪線速度不變，主軸轉(zhuǎn)速會逐漸提高而導(dǎo)致主軸振動幅度逐漸增加。因此，工件與麻布輪之間的接觸壓力變化和主軸的振動對產(chǎn)品的表面拋光質(zhì)量及其均勻性影響很大，不利于標(biāo)準(zhǔn)化生產(chǎn)，尤其對外輪廓不規(guī)則工件的拋光質(zhì)量影響尤甚。

為解決前述難題，最簡單的方法是在機(jī)器人的末端執(zhí)行器和工件夾具之間增加一個恒力柔性法蘭(或稱恒力執(zhí)行器)，但恒力柔性法蘭的價格昂貴，一般僅在特殊工件拋光場合才會使用。我國發(fā)明專利“一種控制布拋機(jī)恒定拋光力的方法及設(shè)備(授權(quán)公告號CN102145473B)”，公開了這樣的技術(shù)方案：PLC控制系統(tǒng)設(shè)定控制參數(shù)，通過變頻器得到驅(qū)動電機(jī)負(fù)載電流，通過伺服電機(jī)得到拋光布輪工作半徑，PLC控制系統(tǒng)分析并控制驅(qū)動器使伺服電機(jī)帶動連接有拋光布輪的機(jī)體沿布輪徑向水平前后移動。該發(fā)明專利無法實(shí)時準(zhǔn)確測量布輪半徑，而是依靠工件加工布輪磨損經(jīng)驗(yàn)值并進(jìn)行補(bǔ)償，更換另一種工件時需要改變經(jīng)驗(yàn)補(bǔ)償值；同時，隨布輪直徑逐漸減小、驅(qū)動電機(jī)轉(zhuǎn)速的不斷提高，可移動機(jī)體使布輪振幅加大，拋光產(chǎn)品表面質(zhì)量均勻性仍然受到很大影響，尤其在機(jī)器人末端執(zhí)行器不斷改變姿態(tài)、磨拋點(diǎn)偏離布輪水平中心線和接近麻布輪最小直徑的工況下，更難實(shí)現(xiàn)恒定壓力拋光。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷與不足，提供一種機(jī)器人拋光機(jī)的恒壓力恒線速度拋光方法，能夠自動實(shí)現(xiàn)恒定壓力和恒定線速度磨拋和拋光工序，適應(yīng)范圍廣，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本，提高了產(chǎn)品品質(zhì)。

為了能實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明按照以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

一種機(jī)器人拋光機(jī)的恒壓力恒線速度拋光方法，包括有雙工位的麻輪拋光組件和布輪拋光組件、機(jī)器人、機(jī)器人控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)，其中麻輪拋光組件包括有連接的麻輪、麻輪電機(jī)和麻輪變頻器，布輪拋光組件包括有布輪、布輪電機(jī)和布輪變頻器，其具體包括有以下步驟：

S1、PLC控制系統(tǒng)設(shè)定麻輪和布輪的恒定拋光力、恒定線速度和機(jī)器人坐標(biāo)；

S2、PLC控制系統(tǒng)啟動麻輪電機(jī)驅(qū)動麻輪轉(zhuǎn)動，機(jī)器人的末端執(zhí)行器夾持工件將其按壓在麻輪的徑向圓周進(jìn)行表面磨拋并保持；

S3、PLC控制系統(tǒng)通過麻輪變頻器得到麻輪電機(jī)實(shí)時負(fù)載電流且通過以太網(wǎng)實(shí)時通訊傳送給機(jī)器人控制系統(tǒng)，機(jī)器人控制系統(tǒng)自動計算出麻輪實(shí)時工作半徑和實(shí)時拋光力；

S4、機(jī)器人控制系統(tǒng)根據(jù)麻輪實(shí)時工作半徑和實(shí)時拋光力，當(dāng)實(shí)時拋光力與設(shè)定恒定拋光力產(chǎn)生誤差時，機(jī)器人控制系統(tǒng)自動計算出機(jī)器人相應(yīng)坐標(biāo)補(bǔ)償量，機(jī)器人沿麻輪徑向水平移動補(bǔ)償量，維持實(shí)時磨拋壓力恒定，當(dāng)機(jī)器人的末端執(zhí)行器夾持工件在不同空間位置時，機(jī)器人在磨拋點(diǎn)上沿著麻輪法線方向移動補(bǔ)償量；同時，機(jī)器人控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)交互通訊，PLC控制系統(tǒng)按麻輪變頻器修正的速度改變麻輪電機(jī)轉(zhuǎn)速，維持麻輪線速度恒定；

S5、通過機(jī)器人的末端執(zhí)行器改變工件方向，重復(fù)完成S2至S4步驟，直至完成麻輪磨拋工序；

S6、在S1步驟已經(jīng)完成布輪控制參數(shù)的設(shè)定，PLC控制系統(tǒng)自動布輪電機(jī)驅(qū)動布輪按設(shè)定線速度轉(zhuǎn)動；機(jī)器人的末端執(zhí)行器根據(jù)加工工序?qū)⑼瓿赡伒墓ぜD(zhuǎn)向布輪的圓周進(jìn)行表面拋光，重復(fù)完成S2至S5步驟，直至產(chǎn)品完成整個拋光工序。

進(jìn)一步，所述麻輪與布輪的實(shí)時補(bǔ)償值和機(jī)器人坐標(biāo)系修正值的計算按加工工序自動切換，在機(jī)器人控制系統(tǒng)后臺完成，避免機(jī)器人在執(zhí)行加工程序時的停頓，通過實(shí)時交互通訊實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的末端執(zhí)行器在不同空間位置的恒定壓力控制。

進(jìn)一步，所述機(jī)器人控制系統(tǒng)具有以太網(wǎng)通訊功能模塊和多任務(wù)功能插件模塊，PLC控制系統(tǒng)采用設(shè)備邏輯控制系統(tǒng)，機(jī)器人控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時交互通訊，機(jī)器人采用六個自由度傳動結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果為：

1、本發(fā)明通過機(jī)器人控制系統(tǒng)增加以太網(wǎng)通訊功能模塊和多任務(wù)功能插件模塊，完成機(jī)器人控制系統(tǒng)與PLC控制系統(tǒng)的實(shí)時交互通訊，能夠自動實(shí)現(xiàn)恒定壓力和恒定線速度磨拋與拋光；機(jī)器人末端執(zhí)行器不斷改變姿態(tài)，因此可將工件各個面都均勻拋光，同時加大麻布輪實(shí)際磨拋的弧長，適應(yīng)更大尺寸工件加工；

2、本發(fā)明的拋光機(jī)和恒定壓力控制方法構(gòu)思獨(dú)特新穎，機(jī)械結(jié)構(gòu)簡單穩(wěn)定，沒有任何機(jī)械組件運(yùn)動，避免麻、布輪振動對工件拋光表面質(zhì)量的影響，可使拋光產(chǎn)品表面更加均勻；

3、機(jī)器人布置在兩工位麻布輪拋光組件正前方，機(jī)器人可以左右旋轉(zhuǎn)，其末端執(zhí)行器夾持工件，完成磨拋和拋光工序，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本；

4、機(jī)器人所做的磨拋和拋光運(yùn)動軌跡與頻率兩邊大體對稱，因此不會造成機(jī)器人變速箱齒輪單邊磨損，提高機(jī)器人壽命并保證機(jī)器人夾取和放回工件定位準(zhǔn)確，從而提高工件的加工精度和生產(chǎn)效率。

為了能更清晰的理解本發(fā)明，以下將結(jié)合附圖說明詳細(xì)闡述本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

附圖說明

圖1是本發(fā)明機(jī)器人拋光機(jī)的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明控制系統(tǒng)示意框圖。

圖3是本發(fā)明拋光機(jī)恒定壓力拋光控制流程圖。

圖4是本發(fā)明拋光機(jī)恒定線速度拋光控制流程圖。

圖5是本發(fā)明機(jī)器人坐標(biāo)系修正值示意圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，本發(fā)明所述機(jī)器人拋光機(jī)包括有雙工位的麻輪拋光組件1和布輪拋光組件2、機(jī)器人3、機(jī)器人控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)(圖中未示出)、以及位于機(jī)器人左右兩側(cè)的兩個對稱布置的自動送料裝置4、5，其中麻輪拋光組件1包括有連接的麻輪、麻輪電機(jī)和麻輪變頻器，布輪拋光組件2包括有布輪、布輪電機(jī)和布輪變頻器。

如圖2至5所示，上述機(jī)器人拋光機(jī)的恒壓力恒線速度拋光方法具體包括有以下步驟：

S1、PLC控制系統(tǒng)通過觸摸屏或上位機(jī)設(shè)定麻輪和布輪的恒定拋光力、恒定線速度和機(jī)器人坐標(biāo)；

S2、PLC控制系統(tǒng)啟動麻輪電機(jī)驅(qū)動麻輪轉(zhuǎn)動，機(jī)器人的末端執(zhí)行器夾持工件將其按壓在麻輪的徑向圓周進(jìn)行表面磨拋并保持；

S3、PLC控制系統(tǒng)通過麻輪變頻器得到麻輪電機(jī)實(shí)時負(fù)載電流且通過以太網(wǎng)實(shí)時通訊傳送給機(jī)器人控制系統(tǒng)，機(jī)器人控制系統(tǒng)自動計算出麻輪實(shí)時工作半徑和實(shí)時拋光力；

S4、機(jī)器人控制系統(tǒng)根據(jù)麻輪實(shí)時工作半徑和實(shí)時拋光力，當(dāng)實(shí)時拋光力與設(shè)定恒定拋光力產(chǎn)生誤差時，機(jī)器人控制系統(tǒng)自動計算出機(jī)器人相應(yīng)坐標(biāo)補(bǔ)償量，機(jī)器人沿麻輪徑向水平移動補(bǔ)償量，維持實(shí)時磨拋壓力恒定，當(dāng)機(jī)器人的末端執(zhí)行器夾持工件在不同空間位置時，機(jī)器人在磨拋點(diǎn)上沿著麻輪法線方向移動補(bǔ)償量；同時，機(jī)器人控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)交互通訊，PLC控制系統(tǒng)按麻輪變頻器修正的速度改變麻輪電機(jī)轉(zhuǎn)速，維持麻輪線速度恒定；

S5、通過機(jī)器人的末端執(zhí)行器改變工件方向，重復(fù)完成S2至S4步驟，直至完成麻輪磨拋工序；

S6、在S1步驟已經(jīng)完成布輪控制參數(shù)的設(shè)定，PLC控制系統(tǒng)自動布輪電機(jī)驅(qū)動布輪按設(shè)定線速度轉(zhuǎn)動；機(jī)器人的末端執(zhí)行器根據(jù)加工工序?qū)⑼瓿赡伒墓ぜD(zhuǎn)向布輪的圓周進(jìn)行表面拋光，重復(fù)完成S2至S5步驟，直至產(chǎn)品完成整個拋光工序。

進(jìn)一步，所述麻輪與布輪的實(shí)時補(bǔ)償值和機(jī)器人坐標(biāo)系修正值的計算按加工工序自動切換，在機(jī)器人控制系統(tǒng)后臺完成，避免機(jī)器人在執(zhí)行加工程序時的停頓，通過實(shí)時交互通訊實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的末端執(zhí)行器在不同空間位置的恒定壓力控制。

進(jìn)一步，所述機(jī)器人控制系統(tǒng)具有以太網(wǎng)通訊功能模塊和多任務(wù)功能插件模塊，PLC控制系統(tǒng)采用設(shè)備邏輯控制系統(tǒng)，機(jī)器人控制系統(tǒng)和PLC控制系統(tǒng)通過以太網(wǎng)進(jìn)行實(shí)時交互通訊，機(jī)器人采用六個自由度傳動結(jié)構(gòu)。

上述機(jī)器人拋光機(jī)恒定壓力拋光的原理如下所述：

由于在拋光過程中，影響工件表面拋光質(zhì)量的主要因素分別是恒壓力、恒線速度。其中，磨拋恒壓力主要由麻輪或布輪材質(zhì)，以及工件與麻輪或布輪之間的接觸壓力所決定的。因此，需要為不同材質(zhì)的麻輪和布輪標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)的接觸壓力值。PLC控制系統(tǒng)和機(jī)器人控制系統(tǒng)內(nèi)部的多任務(wù)計算所用變量如下：

Tem：電磁轉(zhuǎn)矩；T0：空載轉(zhuǎn)矩；T2：負(fù)載轉(zhuǎn)矩；

F摩：標(biāo)定麻輪或布輪接觸壓力值時，工件與麻輪或布輪接觸時的摩擦力；

F摩＇：當(dāng)麻輪或布輪磨損后，工件與麻輪或布輪接觸時的摩擦力；

FN：標(biāo)定麻輪或布輪接觸壓力值時，工件與麻輪或布輪之間的接觸壓力值；

FN＇：當(dāng)麻輪或布輪磨損后，工件與麻輪或布輪之間的接觸壓力；

U2：標(biāo)定麻輪或布輪接觸壓力值時，麻輪或布輪電機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓值；

U2＇：當(dāng)麻輪或布輪磨損后，麻輪或布輪電機(jī)的轉(zhuǎn)子電壓值；

I2：標(biāo)定接觸壓力值下的電機(jī)轉(zhuǎn)子電流，即轉(zhuǎn)矩電流；

I2＇：當(dāng)麻輪或布輪磨損后，電機(jī)轉(zhuǎn)子電流，即轉(zhuǎn)矩電流。

首先，為麻輪或布輪標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)的接觸壓力值。該壓力值可以在麻輪或布輪的任意半徑法向進(jìn)行標(biāo)定，而且同一種材質(zhì)的麻輪或布輪，只需要標(biāo)定一次即可。該值由用戶根據(jù)工件的工藝要求進(jìn)行標(biāo)定。用戶通過操作機(jī)器人末端執(zhí)行器夾取專用工具(或工件的最大平面)并執(zhí)行“壓力標(biāo)定程序”，讓專用工具與麻輪或布輪圓周進(jìn)行接觸，從而完成標(biāo)定工作。標(biāo)定完成后，PLC控制系統(tǒng)將把麻輪和布輪標(biāo)定壓力值時的電機(jī)轉(zhuǎn)子電壓值U2和轉(zhuǎn)矩電流值I2通過Ethernet/IP分別送給機(jī)器人控制系統(tǒng)，為后面的麻布輪半徑計算提供基礎(chǔ)參數(shù)。

然后，機(jī)器人運(yùn)行加工工件程序之前，先運(yùn)行半徑計算程序。機(jī)器人末端執(zhí)行器自動夾取專用工具(或工件的最大平面)，與旋轉(zhuǎn)麻輪或布輪的圓周進(jìn)行接觸，PLC控制系統(tǒng)同時讀取變頻器的轉(zhuǎn)子電壓U2＇和轉(zhuǎn)矩電流I2＇并通過Ethernet/IP送給機(jī)器人控制系統(tǒng)，在程序中進(jìn)行對比。當(dāng)U2·I2/U2＇·I2＇＝1(±5％)(±5％為公差帶)后，即U2·I2/U2＇·I2＇＝FN/FN＇＝1(±5％)(公式(1))。此時，機(jī)器人程序自動提取當(dāng)機(jī)器人當(dāng)前的TCP坐標(biāo)中的Y坐標(biāo)值，以及麻輪或布輪的軸心坐標(biāo)中的Y＇坐標(biāo)值，得到麻輪或布輪損磨值ΔY＝Y(jié)＇－Y。

關(guān)于公式(1)U2·I2/U2＇·I2＇＝FN/FN＇＝1(±5％)的證明如下：

在電機(jī)的轉(zhuǎn)矩平衡方程式：Tem＝T2+T0中，因?yàn)門0＝pmec+pΔ，而機(jī)械損耗pmec和額定負(fù)載時的附加損耗pΔ占電磁轉(zhuǎn)矩Tem的比例比較少，所以可以忽略T0不計，即Tem≈T2。又因?yàn)橥环N麻輪或布輪在有效工作范圍內(nèi)的材質(zhì)變化對T2的影響極少，幾乎是恒定的，所以T2等于工件與麻輪或布輪接觸時摩擦力所產(chǎn)生的力矩。根據(jù)力矩公式：T＝Ft·r，摩擦力公式：F摩＝FN·μ，可得負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2＝F摩·r＝FN·μ·r(公式(2))；

根據(jù)公式(2)，可以得到標(biāo)準(zhǔn)壓力值時的負(fù)載轉(zhuǎn)矩為T2＝FN·μ·r(公式(3))，以及麻輪或布輪磨損后的負(fù)載轉(zhuǎn)矩T2＇＝FN＇·μ·r＇(公式(4))；

把公式(3)除以公式(4)，并簡化后可得：T2/T2＇＝FN·r/FN＇·r＇(公式(5))。把電動機(jī)轉(zhuǎn)矩公式T2＝9550·P2/n(公式(6))和功率P2＝3·U2·I2·cosφ(公式(7))分別代入公式(5)式中，整理后得：U2·I2/U2＇·I2＇＝FN·r·n/FN＇·r＇·n＇，即U2·I2/U2＇·I2＇＝FN·S/FN＇·S＇(公式(8))。在公式(8)中，麻輪或布輪標(biāo)定時的線速度S和麻輪或布輪磨損后的線速度S＇，通過PLC控制系統(tǒng)對變頻器的電機(jī)轉(zhuǎn)速控制，達(dá)到恒定線速度，即S＝S＇＝2πr·n＝2πr＇·n＇(公式(9))。把公式(9)代入式公式(8)中，最終得到U2·I2/U2＇·I2＇＝FN/FN＇(公式(10))。在公式(10)中，由于U2和I2都通過上述麻輪或布輪標(biāo)定標(biāo)準(zhǔn)的接觸壓力值時，已由PLC控制系統(tǒng)讀取變頻器的信息得到并通過Ethernet/IP送給機(jī)器人控制系統(tǒng)，即U2·I2是已知數(shù)，因此機(jī)器人控制系統(tǒng)在調(diào)整工件和麻輪或布輪之間的壓力值FN＇時，只要使U2·I2/U2＇·I2＇＝1(±5％)，便可得到FN/FN＇＝1(±5％)；

機(jī)器人控制系統(tǒng)得到布輪損磨值ΔY后，通過“多任務(wù)”功能模塊對圖5中預(yù)先設(shè)定的Z0Y0、Z1Y1、Z2Y2等若干坐標(biāo)系中的Y坐標(biāo)值進(jìn)行修改，Y＇＝Y(jié)+ΔY，通過這種方式，可實(shí)現(xiàn)機(jī)器人末端執(zhí)行器在不同空間位置的麻輪或布輪在有效加工區(qū)域內(nèi)的恒定壓力控制，從而保證不規(guī)則外形工件的表面拋光質(zhì)量。

本發(fā)明并不局限于上述具體實(shí)施方式，如果對本發(fā)明的各種改動或變型不脫離本發(fā)明的精神和范圍，倘若這些改動和變型屬于本發(fā)明的權(quán)利要求和等同技術(shù)范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動和變型。