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一种模具复杂表面自适应加工平台及其加工方法

阅读：1024发布：2020-09-13

专利汇可以提供一种模具复杂表面自适应加工平台及其加工方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种模具复杂表面自适应加工平台及其加工方法，加工平台包括：工件夹持装置，用于夹持模具的工件夹持装置；抛光装置，用于对模具的复杂表面进行抛光；平整度检测装置，设置于抛光装置旁，并且平整度检测装置的检测端与装于工件夹持装置活动端的模具配合，以检验模具复杂表面的平整度；以及总控制器，与工件夹持装置、抛光装置以及平整度检测装置电连接或者信号连接，用于控制工件夹持装置、抛光装置以及平整度检测装置工作；加工方法包括：将模具浸入磨粒层内并对模具表面进行加工；然后检测加工后的模具表面平整度，若达到要求，加工结束；若未达到要求，继续加工直至达到要求。本发明的有益效果是：操作便捷、加工效果好，能实现自动化。，下面是一种模具复杂表面自适应加工平台及其加工方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种模具复杂表面自适应加工平台，其特征在于，包括：
工件夹持装置，用于夹持模具的工件夹持装置；
抛光装置，用于对模具的复杂表面进行抛光；
平整度检测装置，设置于抛光装置旁，并且平整度检测装置的检测端与装于工件夹持装置活动端的模具配合，以检验模具复杂表面的平整度；
以及总控制器，与工件夹持装置、抛光装置以及平整度检测装置电连接或者信号连接，用于控制工件夹持装置、抛光装置以及平整度检测装置工作。
2.如权利要求1所述的一种模具复杂表面自适应加工平台，其特征在于：所述工件夹持装置包括向工件提供六自由度运动的工业机器人和用于夹持待加工模具的夹紧装置，工业机器人的动作端安装夹紧装置；夹紧装置包括用于固装在工业机器人机械臂上的安装板、用于提供旋转驱动力的伺服电机、用于吸引待加工模具的磁力吸盘以及用于调整磁力吸盘大小的连接夹具，所述安装板的底部与所述工业机器人机械手的动作端固接；所述伺服电机的驱动轴通过联轴器架设在所述安装板上，其中驱动轴的轴端配装磁力吸盘，磁力吸盘包括至少两块子磁力吸盘，且子磁力吸盘之间通过连接夹具相互连接共同拼成用于吸合模具的吸合端面，且吸合端面的活动区域覆盖在伺服电机的控制端与总控制器相应的控制端信号连接。
3.如权利要求1所述的一种模具复杂表面自适应加工平台，其特征在于：所述抛光装置包括用于容纳抛光液的抛光池、用于对模具表面进行加工的磨粒层、用于缓冲的锥形螺旋弹簧阵列以及用于支撑磨粒的弹性层，所述抛光池底部与受旋转电机驱动的旋转工作台固接，实现抛光池绕自身垂直中心轴旋转；所述抛光池内从下到上依次设有弹性层、弹性薄膜层以及磨粒层，其中弹性层的底端与抛光池内底板连接，弹性层的上表面铺设弹性薄膜层，而弹性薄膜层的边沿与抛光池的内壁密封连接，使得弹性薄膜层与抛光池内壁围成用于容纳抛光液的加工区；磨粒层铺设在弹性薄膜层的表面，磨粒层上填充用于润滑和散热的抛光液；旋转电机的控制端与总控制器相应的控制端电连接。
4.如权利要求3所述的一种模具复杂表面自适应加工平台，其特征在于：所述弹性层为锥形螺旋弹簧阵列，所述锥形螺旋弹簧阵列包括若干相互独立的锥形螺旋弹簧，所述锥形螺旋弹簧的小口径端与所述抛光池的内底面固接，所述锥形螺旋弹簧的大口径端连有一个半球形支架，所述半球形支架的弧形曲线与弹性层的下表面接触；所述锥形螺旋弹簧的上端抵在弹性薄膜层下表面。
5.如权利要求3所述的一种模具复杂表面自适应加工平台，其特征在于：所述抛光池内设有紫外灯，所述紫外灯固定在旋转工作台中心，保证紫外灯始终照射在工件加工区，相应的抛光液中富含能促进化学反应的光催化剂。
6.如权利要求3所述的一种模具复杂表面自适应加工平台，其特征在于：所述抛光装置还包括用于添加抛光液的抛光液添加装置，其中抛光液添加装置的加液口始终位于所述抛光池的正上方；而抛光液添加装置的输出管路上配有控制阀，控制阀的控制端与总控制器的相应信号输出端电连接，用于控制控制阀的启闭。
7.利用权利要求1所述的一种模具复杂表面自适应加工平台进行的加工方法，包括以下步骤：
1)在抛光池内的磨粒层表面注入抛光液，抛光液渗入磨粒层间隙内，抛光液液面高度高于磨粒层；
2)将待加工的模具工件夹持在工件夹持装置的磁力吸盘上，并调整工件夹持装置与抛光装置之间的位置，保证工件夹持装置的夹持端整个加工过程中始终完全浸入抛光池内的磨粒层内；
3)同时开启伺服电机和旋转电机，使得待加工模具在抛光液中旋转，此时磨粒层表面形态随着待加工模具的表面形态变化，进而对模具表面进行加工，而抛光液能被动放出对工件待加工表面体进行湿润；
4)达到设定时间后，工件夹持装置将模具从磨粒层中取出后移至平整度检测装置的检测探头处检测加工后的模具表面平整度，将检测数据传输至总控制器，并与总控制器内的阈值进行比较，若模具表面的平整度达到要求，伺服电机和旋转电机停止工作，加工结束；
若模具表面的平整度未达到要求，工业夹持装置将工件重新浸入磨粒层内对其表面进行加工直至模具表面的平整度达到要求时停止加工。

说明书全文

一种模具复杂表面自适应加工平台及其加工方法

技术领域

[0001] 本发明所述的一种模具复杂表面自适应加工平台及其加工方法。

背景技术

[0002] 模具自由曲面光整加工一直是加工难点。现有传统的加工方法难以试用不规则自由曲面，除传统的机械方法外，还有超声波抛光、化学抛光、电化学抛光及电化学机械复合加工等。目前，针对于表面体的抛光方法主要是应用于平面，而对于表面形态复杂的工件多采用流体混合加工方法，即利用气流或者液体中添加磨料，对待加工表面进行抛光。这种方法加工成本较高，操作复杂，而且也难以应用于高硬度高耐磨表面。

发明内容

[0003] 为了解决上述问题，本发明提出了一种操作便捷、加工效果好，能实现自动化的模具复杂表面自适应加工平台及其加工方法。

[0004] 本发明所述的一种模具复杂表面自适应加工平台，其特征在于，包括：

[0005] 工件夹持装置，用于夹持模具的工件夹持装置；

[0006] 抛光装置，用于对模具的复杂表面进行抛光；

[0007] 平整度检测装置，设置于抛光装置旁，并且平整度检测装置的检测端与装于工件夹持装置活动端的模具配合，以检验模具复杂表面的平整度；

[0008] 以及总控制器，与工件夹持装置、抛光装置以及平整度检测装置电连接或者信号连接，用于控制工件夹持装置、抛光装置以及平整度检测装置工作。

[0009] 所述工件夹持装置包括向工件提供六自由度运动的工业机器人和用于夹持待加工模具的夹紧装置，工业机器人的动作端安装夹紧装置；夹紧装置包括用于固装在工业机器人机械臂上的安装板、用于提供旋转驱动力的伺服电机、用于吸引待加工模具的磁力吸盘以及用于调整磁力吸盘大小的连接夹具，所述安装板的底部与所述工业机器人机械手的动作端固接；所述伺服电机的驱动轴通过联轴器架设在所述安装板上，其中驱动轴的轴端配装磁力吸盘，磁力吸盘包括至少两块子磁力吸盘，且子磁力吸盘之间通过连接夹具相互连接共同拼成用于吸合模具的吸合端面，且吸合端面的活动区域覆盖在伺服电机的控制端与总控制器相应的控制端信号连接。

[0010] 所述抛光装置包括用于容纳抛光液的抛光池、用于对模具表面进行加工的磨粒层、用于缓冲的锥形螺旋弹簧阵列以及用于支撑磨粒的弹性层，所述抛光池底部与受旋转电机驱动的旋转工作台固接，实现抛光池绕自身垂直中心轴旋转；所述抛光池内从下到上依次设有弹性层、弹性薄膜层以及磨粒层，其中弹性层的底端与抛光池内底板连接，弹性层的上表面铺设弹性薄膜层，而弹性薄膜层的边沿与抛光池的内壁密封连接，使得弹性薄膜层与抛光池内壁围成用于容纳抛光液的加工区；磨粒层铺设在弹性薄膜层的表面，磨粒层上填充用于润滑和散热的抛光液；旋转电机的控制端与总控制器相应的控制端电连接。

[0011] 所述弹性层为锥形螺旋弹簧阵列，所述锥形螺旋弹簧阵列包括若干相互独立的锥形螺旋弹簧，所述锥形螺旋弹簧的小口径端与所述抛光池的内底面固接，所述锥形螺旋弹簧的大口径端连有一个半球形支架，所述半球形支架的弧形曲线与弹性层的下表面接触；所述锥形螺旋弹簧的上端抵在弹性薄膜层下表面。

[0012] 所述抛光池内设有紫外灯，所述紫外灯固定在旋转工作台中心，保证紫外灯始终照射在工件加工区，相应的抛光液中富含能促进化学反应的光催化剂。

[0013] 所述抛光装置还包括用于添加抛光液的抛光液添加装置，其中抛光液添加装置的加液口始终位于所述抛光池的正上方；而抛光液添加装置的输出管路上配有控制阀，控制阀的控制端与总控制器的相应信号输出端电连接，用于控制控制阀的启闭。

[0014] 利用本发明所述的一种模具复杂表面自适应加工平台进行的加工方法，包括以下步骤：

[0015] 1)在抛光池内的磨粒层表面注入抛光液，抛光液渗入磨粒层间隙内，抛光液液面高度高于磨粒层；

[0016] 2)将待加工的模具工件夹持在工件夹持装置的磁力吸盘上，并调整工件夹持装置与抛光装置之间的位置，保证工件夹持装置的夹持端整个加工过程中始终完全浸入抛光池内的磨粒层内；

[0017] 3)同时开启伺服电机和旋转电机，使得待加工模具在抛光液中旋转，此时磨粒层表面形态随着待加工模具的表面形态变化，进而对模具表面进行加工，而抛光液能被动放出对工件待加工表面体进行湿润；

[0018] 4)达到设定时间后，工件夹持装置将模具从磨粒层中取出后移至平整度检测装置的检测探头处检测加工后的模具表面平整度，将检测数据传输至总控制器，并与总控制器内的阈值进行比较，若模具表面的平整度达到要求，伺服电机和旋转电机停止工作，加工结束；若模具表面的平整度未达到要求，工业夹持装置将工件重新浸入磨粒层内对其表面进行加工直至模具表面的平整度达到要求时停止加工。

[0019] 所述工业机器人为六自由度机械臂，其末端连接夹持装置，用于控制工件的加工运动姿态，并将抛光装置安装于工业机器人可执行范围内。所述夹持装置主要通过安装板连接于工业机器人机械臂末端，将伺服电机安装于夹持装置的末端，并通过磁力吸盘用于吸附金属工件，并通过夹具进行调整吸盘尺寸。

[0020] 所述抛光装置主要包括底部旋转工作台用于底部支撑和实现旋转运动；中间设计弹性层，作为抛光盘的支撑层，用于工件自由曲面的仿形接触；弹性层上部设计弹性薄膜层用于支撑磨粒和防止抛光液滴漏；在弹性薄膜层上端铺设一层磨粒层，在旋转运动下实现加工；并在加工中通过抛光液添加模块添加抛光液，提高加工效率和加工效果。

[0021] 本发明的技术构思为：将小型模具工件通过磁力吸盘固定于夹持装置的末端，并将被加工面朝外，通过夹紧装置可调整磁力吸盘的尺寸，适用于不同尺寸的模具，夹持装置通过末端的伺服电机进行旋转，从而实现工件的加工方向的调整。将夹持装置安装于工业机器人末端，通过工业机器人的控制可以实现模具工件在大范围区域内的运动，从而控制工件与抛光装置的接触姿态和接触方向，实现加工区域的实时可控。将抛光装置安置于工业机器人活动区域内，抛光装置底部安装旋转台工作台用于底部支撑和实现旋转运动，中间设计弹性层，作为抛光盘的支撑层，用于工件自由曲面的仿形接触；弹性层上部设计弹性薄膜层用于支撑磨粒和防止抛光液滴漏；在弹性薄膜层上端铺设一层磨粒层，在旋转运动下实现加工；并在加工中通过抛光液添加模块添加抛光液，提高加工效率和加工效果。通过工业机器人将工件待加工表面置于抛光装置磨粒层中，内部弹性层根据工件不规则表面自动调整伸缩距离，实现自适应接触，使磨粒层贴合工件不规则曲面，通过旋转工作台驱动磨粒层转动，结合工业机器人控制工件的姿态调整，实现面向不规则自由曲面的超精密加工。

[0022] 本发明的有益效果在于：提供一种测度点精度高，面形精度高，操作简单且成本低的模具凸模表面加工抛光装置及其抛光工艺。作为本发明弹性磨粒抛光装置的技术方案的另一种方案，所述弹性层的驱动力也可为弹簧或者气体、液体提供。作为本发明弹性磨粒抛光装置的技术方案的一种改进，弹性层的设计可以根据待加工表面的形态进行微小分割抛光。作为本发明弹性磨粒抛光装置的技术方案的一种改进，抛光液的添加过滤装置用泵提供动力；由于磨粒层与凸模表面形态能够完全覆盖，因此可以采用整体抛光的方式一次性抛光完成，而不需要单点抛光，设备的操作较为便捷，降低了生产成本，且抛光的测度点和整体面形与设计要求误差控制较小，解决了不规则表面难加工的问题。附图说明

[0023] 图1是本发明模具复杂表面自适应加工平台整体示意图(A处代表加工区)。

[0024] 图2是本发明控制机械臂示意图。

[0025] 图3是本发明自变结构磨粒群加工示意图。

具体实施方式

[0026] 下面结合附图进一步说明本发明

[0027] 参照附图：

[0028] 实施例1本发明所述的一种模具复杂表面自适应加工平台，包括：

[0029] 工件夹持装置1，用于夹持模具4的工件夹持装置；

[0030] 抛光装置2，用于对模具的复杂表面进行抛光；

[0031] 平整度检测装置3，设置于抛光装置旁，并且平整度检测装置的检测端与装于工件夹持装置活动端的模具配合，以检验模具复杂表面的平整度；

[0032] 以及总控制器，与工件夹持装置、抛光装置以及平整度检测装置电连接或者信号连接，用于控制工件夹持装置、抛光装置以及平整度检测装置工作。

[0033] 所述工件夹持装置1包括向工件提供六自由度运动的工业机器人11和用于夹持待加工模具的夹紧装置12，工业机器人的动作端安装夹紧装置；夹紧装置12包括用于固装在工业机器人机械臂上的安装板121、用于提供旋转驱动力的伺服电机122、用于吸引待加工模具的磁力吸盘123以及用于调整磁力吸盘大小的连接夹具124，所述安装板121的底部与所述工业机器人机械手的动作端固接；所述伺服电机122的驱动轴通过联轴器架设在所述安装板上，其中驱动轴的轴端配装磁力吸盘123，磁力吸盘123包括至少两块子磁力吸盘，且子磁力吸盘之间通过连接夹具相互连接共同拼成用于吸合模具的吸合端面，且吸合端面的活动区域覆盖在伺服电机的控制端与总控制器相应的控制端信号连接。

[0034] 所述抛光装置2包括用于容纳抛光液的抛光池21、用于对模具表面进行加工的磨粒层22、用于缓冲的锥形螺旋弹簧阵列23以及用于支撑磨粒的弹性层24，所述抛光池21底部与受旋转电机驱动的旋转工作台25固接，实现抛光池21绕自身垂直中心轴旋转；所述抛光池21内从下到上依次设有由锥形螺旋弹簧阵列23构成的弹性层24、弹性薄膜层26以及磨粒层22，其中弹性层24的底端与抛光池21内底板连接，弹性层24的上表面铺设弹性薄膜层26，而弹性薄膜层26的边沿与抛光池21的内壁密封连接，使得弹性薄膜层26与抛光池内壁围成用于容纳抛光液的加工区；磨粒层22铺设在弹性薄膜层26的表面，磨粒层22上填充用于润滑和散热的抛光液27；旋转电机的控制端与总控制器相应的控制端电连接。

[0035] 所述弹性层24为锥形螺旋弹簧阵列，所述锥形螺旋弹簧阵列包括若干相互独立的锥形螺旋弹簧，所述锥形螺旋弹簧的小口径端与所述抛光池的内底面固接，所述锥形螺旋弹簧的大口径端连有一个半球形支架，所述半球形支架的弧形曲线与弹性层的下表面接触；所述锥形螺旋弹簧的上端抵在弹性薄膜层下表面。

[0036] 所述抛光池21内设有紫外灯28，所述紫外灯固定在旋转工作台中心，保证紫外灯始终照射在工件加工区，相应的抛光液中富含能促进化学反应的光催化剂。

[0037] 所述抛光装置2还包括用于添加抛光液的抛光液添加装置29，其中抛光液添加装置29的加液口始终位于所述抛光池的正上方；而抛光液添加装置29的输出管路上配有控制阀，控制阀的控制端与总控制器的相应信号输出端电连接，用于控制控制阀的启闭。

[0038] 所述工业机器人为六自由度机械臂，其末端连接夹持装置，用于控制工件的加工运动姿态，并将抛光装置安装于工业机器人可执行范围内。所述夹持装置主要通过安装板连接于工业机器人机械臂末端，将伺服电机安装于夹持装置的末端，并通过磁力吸盘用于吸附金属工件，并通过夹具进行调整吸盘尺寸。

[0039] 所述抛光装置主要包括底部旋转工作台用于底部支撑和实现旋转运动；中间设计弹性层，作为抛光盘的支撑层，用于工件自由曲面的仿形接触；弹性层上部设计弹性薄膜层用于支撑磨粒和防止抛光液滴漏；在弹性薄膜层上端铺设一层磨粒层，在旋转运动下实现加工；并在加工中通过抛光液添加模块添加抛光液，提高加工效率和加工效果。

[0040] 将小型模具4通过磁力吸盘122固定于夹持装置12的末端，并将被加工面朝外，通过夹紧装置12可调整磁力吸盘123的尺寸，适用于不同尺寸的模具，夹持装置2通过末端的伺服电机122进行旋转，从而实现模具4的加工方向的调整。将夹持装置12安装于工业机器人11末端，通过工业机器人11的控制可以实现模具4在大范围区域内的运动，从而控制模具4与抛光装置2的接触姿态和接触方向，实现加工区域的实时可控。将抛光装置2安置于工业机器人11活动区域内，抛光装置2底部安装旋转台工作台25用于底部支撑和实现旋转运动，中间设计弹性层24，作为抛光盘的支撑层，用于工件自由曲面的仿形接触；弹性层24上部设计弹性薄膜层26用于支撑磨粒和防止抛光液27滴漏；在弹性薄膜层26上端铺设一层磨粒层
22，在旋转运动下实现加工；并在加工中通过抛光液添加装置29添加抛光液27，提高加工效率和加工效果。通过工业机器人11将模具4待加工表面置于抛光装置2磨粒层22中，内部弹性层24根据模具4不规则表面自动调整伸缩距离，实现自适应接触，使磨粒层22贴合工件不规则曲面，通过旋转工作台25驱动磨粒层转动，结合工业机器人1控制模具4的姿态调整，实现面向不规则自由曲面的超精密加工。

[0041] 实施例2利用实施例1所述的一种模具复杂表面自适应加工平台进行的加工方法，包括以下步骤：

[0042] 1)在抛光池内的磨粒层表面注入抛光液，抛光液渗入磨粒层间隙内，抛光液液面高度高于磨粒层；

[0043] 2)将待加工的模具工件夹持在工件夹持装置的磁力吸盘上，并调整工件夹持装置与抛光装置之间的位置，保证工件夹持装置的夹持端整个加工过程中始终完全浸入抛光池内的磨粒层内；

[0044] 3)同时开启伺服电机和旋转电机，使得待加工模具在抛光液中旋转，此时磨粒层表面形态随着待加工模具的表面形态变化，进而对模具表面进行加工，而抛光液能被动放出对工件待加工表面体进行湿润；

[0045] 4)达到设定时间后，工件夹持装置将模具从磨粒层中取出后移至平整度检测装置的检测探头处检测加工后的模具表面平整度，将检测数据传输至总控制器，并与总控制器内的阈值进行比较，若模具表面的平整度达到要求，伺服电机和旋转电机停止工作，加工结束；若模具表面的平整度未达到要求，工业夹持装置将工件重新浸入磨粒层内对其表面进行加工直至模具表面的平整度达到要求时停止加工。

[0046] 本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

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