[發明專利]一種基于機器人智能磨削的工件表面強化方法

在審

• 申請號: 201711244349.X
• 申請日: 2017-11-30
• 公開（公告）號: CN108000294A
• 公開（公告）日: 2018-05-08
• 發明（設計）人: 王軍偉;陳小奇;陳華斌;張曉強;任緒凱
• 申請（專利權）人: 上海交通大學
• 主分類號: B24B21/00
• 分類號: B24B21/00;C21D7/08;C22F1/00
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 屈蘅

本發明公開了一種基于機器人智能磨削的工件表面強化方法，該方法根據工件的材質選擇粗砂帶和細砂帶，先用粗砂帶進行粗磨削加工，再換細砂帶進行細磨削加工，所述細磨削加工的磨削方向與粗磨削加工的方向垂直。本發明加工的工件表面獲得較深的強化層、大的殘余壓應力、低的粗糙度和形變組織結構優化，實現了機器人智能磨削加工工件表面性能的有效強化。

技術領域

本發明屬于金屬材料加工技術領域，具體涉及一種基于機器人智能磨削的工件表面強化方法。

背景技術

隨著科學技術水平的不斷提高，工業零部件的精度和表面性能要求愈來愈高。磨削加工作為工件生產的最后一道工序，已從精加工逐步擴大到粗加工領域。由于磨削加工所采用的磨具(磨料)具有顆粒細小，硬度高，耐熱性好等特點，因而能加工一般金屬刀具所不能加工的零件表面，加工過程中同時參與切削運動的顆料數量多，能切除極薄極細的切屑，因面加工精度高，表面粗糙度值小。伴隨著磨料磨具和工業自動化的發展，機器人智能磨削加工的應用愈來愈受到重視，機器人智能磨削加工能大幅提高加工效率、降低生產成本，其在工業加工中所占比重也將進一步增大。

現有的材料表面強化技術方法主要有：表面噴丸強化技術、激光表面強化技術、電子束表面強化技術、熱擴滲技術、表面淬火、電鍍和化學鍍等，而這些技術作為獨立的工藝過程，不僅耗費大量的人力物力，而且效率也比較低下。磨削加工作為工件生產的最后一道工序，是在成型過程中，達到表面強化效果。目前，國內外針對機器人智能磨削技術研究主要集中在自適應磨削、磨削刀具、磨損機理、路徑規劃、材料去除率、原位檢測等領域，而對材料表面性能的研究不夠全面深入。

而傳統的多道磨削工藝很難達到理想的效果，從粗砂帶逐步過渡到細砂帶磨削，最終可以獲得理想的表面粗糙度，但是強化層深度與普通的機加工相差無幾，不能達到工件表面強化的目的。

發明內容

針對現有技術存在的上述不足，本發明提供一種基于機器人智能磨削的工件表面強化方法，旨在解決現有的磨削工藝加工的工件表面無強化層、殘余壓應力大、粗糙度高等技術問題。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案如下：

一種基于機器人智能磨削的工件表面強化方法，該方法根據工件的材質選擇粗砂帶和細砂帶，先用粗砂帶進行粗磨削加工，再換細砂帶進行細磨削加工，所述細磨削加工的磨削方向與粗磨削加工的方向垂直。

具體包括以下步驟：

S1設定磨削參數：根據工件的材質和設定尺寸，選取粗磨削加工使用的粗砂帶，計算粗磨接觸力、粗磨時間、粗磨水冷時間、粗砂帶轉動速率；選取細磨削加工使用的細砂帶，計算細磨接觸力、細磨時間、細磨水冷時間、細砂帶轉動速率。

在對某種材料進行機器人智能磨削加工之前，需要根據材料本身的成分、組織和性能選擇合理的磨削參數、以及磨削程序，包括磨削接觸力、砂帶轉動速率和機器人路徑。與此同時，選擇兩種合適的砂帶型號。

S2夾持工件：將工件夾持于工業機器人的調節機械臂的夾持裝置上，并將粗砂帶安裝在砂帶機上。

根據工件形狀，選擇合適的夾具類型，將工件夾持在機器人末端夾具上。同時，根據機器人程序，布置好冷卻水槽等外圍設備。

S3粗磨削加工：啟動砂帶機和工業機器人，使工件與粗砂帶接觸并按S1中得到的粗磨接觸力、粗磨時間、粗砂帶轉動速率進行加工，然后操作工業機器人將工件置于冷卻槽中水冷至細磨水冷時間。

為了獲得較深的殘余應力層以及形變組織優化效果，首次磨削選擇粗砂帶以及大的磨削參數，對工件表面進行粗磨削加工。在保證工件不被損壞的前提下，獲得最大的塑性變形層，同時獲得熱處理的效果。由于磨削參數較大，所以工件表面粗糙度較高。