CN102990523A - 基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置，包括抛光导向工具、主轴机构和磨粒流机构；所述抛光导向工具包括一顶端开口、底端呈半球形的空心管道，所述空心管道的底端设置有若干个均匀分布的微细槽；所述主轴机构包括壳体，以及安装在壳体内的空心主轴、轴套、转子、定子和轴承；所述磨粒流机构包括箱体、搅拌器、磨屑吸附器、泵、单向调压阀、回收箱和管道。本发明所述的抛光导向工具不接触工件，磨粒流由抛光导向工具内部经过球头上的狭缝喷涌而出，通过磨粒流对模具自由曲面抛光，因为磨粒流抛光的仿型性能好，因而不受曲面曲率变化的影响。具有结构简单，抛光自动化程度高，抛光质量高且稳定等优点。

Description

基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置

技术领域

本发明属于模具抛光领域，具体涉及一种基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置。

背景技术

随着用户对模具成型产品（如手机壳、车灯和家电外壳等）的表面质量要求越来越高，模具制造企业必须进一步提高模具型腔的表面质量以满足人们的需要，这是因为模具成型产品的表面质量主要取决于模具型腔的表面质量。提高模具型腔表面质量不仅使工件更美观，而且能够增强耐腐蚀性和耐磨性，使成型制品易于脱模，降低了由于局部过载而产生裂纹和脱落的危险等。模具型腔以自由曲面居多，为了获得镜面级模具型腔表面，后续的光整加工（主要是抛光）成为必不可少的重要工艺，目前模具自由曲面抛光主要由手工操作完成，不仅效率低（用时约占整个模具制造时间的40%-50%），劳动强度大，而且难于保证形面精度和稳定的抛光品质。鉴于手工抛光方式效率低、质量低和成本高等方面的缺点，研究针对模具自由曲面的高效、高表面质量自动化抛光方法及装置对于提高模具制造效率和质量具有重要的意义。

国内外研究人员研究了很多抛光方法和装置，如机械抛光方法及装置：主要采用抛光轮、抛光轴和抛光砂轮等进行抛光，磁流变抛光方法及装置：主要采用磁流变液流经模具曲面进行抛光，另外还有气囊抛光、超声抛光、超声波-电化学（电解）抛光、电化学（电解）抛光，电化学（电解）-机械复合抛光，磁力-电解机械复合抛光等。在这些方法及装置中，有的可用于模具自由曲面抛光，但也存在自动化程度低，需要人工辅助完成，效率低、劳动强度大、难于保证形面精度和稳定的抛光品质等缺陷；而另外一些方法及装置由于设备比较复杂、对环境有污染、液体流向不易控制等因素，都没有在模具自由曲面抛光中得到很好应用。

发明内容

本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种自动化程度高、效率高、成本低的基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置，包括抛光导向工具、主轴机构和磨粒流机构；

所述抛光导向工具包括一顶端开口、底端呈半球形的空心管道，所述空心管道的底端设置有若干个均匀分布的微细槽；

所述主轴机构包括壳体，以及安装在壳体内的空心主轴、轴套、转子、定子和轴承；所述壳体与多轴联动数控机床相连，所述空心主轴与抛光导向工具的空心管道连通；所述轴套安装在空心主轴的外圆柱面中间部分，所述轴承安装在空心主轴的外圆柱面两端部分，所述转子安装在轴套上，所述定子安装在壳体上。

所述磨粒流机构包括箱体、搅拌器、磨屑吸附器、泵、单向调压阀、回收箱和连接管道；回收箱、箱体、泵和单向调压阀通过连接管道依次连通构成磨粒流流道；所述搅拌器和磨屑吸附器均设置在箱体内；所述磨粒流流道的末端与主轴机构的空心主轴连通。

本发明的优选设置为：主轴机构中的空心主轴与抛光导向工具中的空心管道通过螺栓连接。

本发明的优选设置为：空心主轴与空心管道的连接处设置有O型密封圈。

本发明的优选设置为：所述壳体的上下两端均设置有一端盖，所述端盖通过螺栓与壳体连接。

本发明的优选设置为：所述箱体呈圆台形结构。

本发明的优选设置为：所述搅拌器为四齿向上倾斜结构的搅拌器。

本发明的优选设置为：所述磨屑吸附器包括外壳，以及设置在外壳内的螺旋形线圈和铁芯。

本发明的优选设置为：所述箱体的底部设置有一堵头。

本发明所述的基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置，在抛光过程中，磨粒流充满空心管道，并通过下端的微细槽喷涌而出，抛光导向工具随着空心主轴的旋转而高速旋转，带动从微细槽中喷涌而出的磨粒流沿着半球形表面切向运动，形成高速旋转的磨粒场，抛光导向工具半球形表面始终与被抛光模具自由曲面保持一定间距，磨粒场中的微细磨粒高速旋转撞击模具自由曲面上的微纳凸起，在微细磨粒的微力、微量磨削作用下，使模具自由曲面逐步光整，获得镜面级表面光洁度。

本发明所述的抛光导向工具不接触工件，磨粒流由抛光导向工具内部经过球头上的狭缝喷涌而出，通过磨粒流对模具自由曲面抛光，因为磨粒流抛光的仿型性能好，因而不受曲面曲率变化的影响。对于曲率变化较大的自由曲面，可以更换球头半径比较合适的抛光导向工具，磨粒流在导向工具的导向和旋转作用下，形成可控旋转磨粒场，通过控制主轴旋转速度、磨粒流压力、导向工具与被抛表面的间距和抛光时间等参数，可以获得不同的抛光质量和效率，具有结构简单，抛光自动化程度高，抛光质量高且稳定等优点。

传统的砂轮抛光方法中，砂轮直接接触工件表面，对曲率变化较大的自由曲面很难用砂轮进行抛光，而且砂轮抛光表面达不到镜面级，因此只能用作粗抛光。而本发明可以进行超精密抛光，抛光表面可以达到镜面级。

传统的柔性气囊抛光方法中，柔性气囊与被抛工件表面接触，在接触压力作用下，磨粒很难存储在接触区域，因此抛光效率低。而本发明所用抛光导向工具与被抛工具表面不接触，因此效率较高。

附图说明

图1为本发明所述基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置的立体结构图；

图2为基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置的主视图；

图3为抛光导向工具的结构图；

图4为主轴机构的结构图；

图5为磨粒流机构的结构图；

图中各标号的含义为：

抛光导向工具1、主轴机构2、磨粒流机构3、空心管道11、微细槽12、开口连接部13、螺栓安装孔14、密封圈槽15、壳体21、空心主轴22、轴套23、转子24、定子25、轴承26、端盖27、螺栓28、箱体31、搅拌器32、磨屑吸附器33、泵34、单向调压阀35、回收箱36、连接管道37、堵头38。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。

如图1、2所示，本发明提供了一种基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置，包括抛光导向工具1、主轴机构2和磨粒流机构3；

如图3所示，所述抛光导向工具包括一顶端开口、底端呈半球形的空心管道11，所述空心管道11的底端设置有若干个均匀分布的微细槽12；在抛光过程中，空心管道11作为磨粒流流道，磨粒流通过这些微细槽12喷涌而出，形成磨粒场，实现模具自由曲面的抛光加工。顶端开口设置有开口连接部13，开口连接部13上设置有多个螺栓安装孔14，开口连接部13通过多个螺栓连接到主轴机构2上，为了防止磨粒流泄漏，连接时用O型密封圈密封，因此在端面设计有密封圈槽15。

如图4所示，所述主轴机构2包括壳体21，以及安装在壳体21内的空心主轴22、轴套23、转子24、定子25和轴承26；所述壳体21与多轴联动数控机床相连，所述空心主轴22的内孔用作磨粒流流道，其与抛光导向工具1的空心管道11连通；所述轴套23安装在空心主轴22的外圆柱面中间部分，所述轴承26安装在空心主轴22的外圆柱面两端部分，所述转子24安装在轴套23上，所述定子25安装在壳体21上。定子25由线圈构成，通电后产生磁场，带动转子24转动，转子24转动时带动空心主轴22一起转动。轴承26用于支承空心主轴22，同时转动时可减小摩擦力，以免产生太多热量。壳体21用于支承和包容空心主轴22以及其它零件，并与数控机床溜板连接，从而可以安装在多轴联动数控机床上用于抛光模具自由曲面。为了防止外界杂质进入主轴内部，同时防止轴承润滑脂泄漏，壳体21的端部设置有端盖27和O型密封圈。同时壳体21通过多个连接螺栓28将需要连接的相邻零件紧固连接。

主轴机构2的主要功能是：第一，空心主轴22下端用来固定抛光导向工具1；第二，将磨粒流装置送来的磨粒流传送到抛光导向工具1；第三，定子25通电后产生旋转磁场带动转子24转动，进而带动空心主轴22一起转动，空心主轴22带动安装在其下端的抛光导向工具1一起转动，磨粒流从下端球头微细槽12中喷涌而出形成旋转磨粒场，旋转磨粒场中的微纳磨粒可以对模具自由曲面进行微力、微量磨削加工，最终实现模具自由曲面的逐步光整。

如图5所示，所述磨粒流机构3包括箱体31、搅拌器32、磨屑吸附器33、泵34、单向调压阀35、回收箱36和连接管道37；回收箱36、箱体31、泵34和单向调压阀35通过连接管道37依次连通构成磨粒流流道；所述搅拌器32和磨屑吸附器33均设置在箱体31内；所述磨粒流流道的末端与主轴机构2的空心主轴22连通。所述箱体31采用圆台形结构，上端大，下端小，便于抛光生成的磨屑沉淀在圆台形箱体的底部。所述搅拌器32采用四齿向上倾斜结构，旋转搅拌时可使磨粒流向上翻滚和绕着竖直轴旋转搅拌，从而使搅拌更均匀。所述磨屑吸附器33由螺旋形线圈、铁芯和外壳构成，线圈通电后将产生磁场，可吸附抛光生成的磨屑，以保持磨粒流的组分，采用螺旋结构，更宜于吸附磨屑；铁芯可起到增强磁场作用，外壳采用螺旋形结构，可保证有更大的表面积，且使得磨屑更容易附着在其表面。箱体31的底部还可设置堵头38，在正常工作时旋入排出口用于封堵，需要更换磨粒流时旋出堵头38用于排出磨粒流。所述泵34用于将磨粒流从箱体31中输送到连接管道37中，磨粒流压力和流速可调节，经过空心主轴22到达抛光导向工具1，最后从抛光导向工具1的微细槽12中喷涌而出形成旋转磨粒场。所述单向调压阀35安装在连接管道37中，用于防止磨粒流反向流动，同时保持连接管道37中的磨粒流有一定的压力。所述回收箱36用于防止磨粒流飞溅溢出，收集后经连接管道37输送回箱体31。

本发明所述的基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置的工作原理为：

磨粒流充满空心管道11，并通过下端的微细槽12喷涌而出，抛光导向工具1随着空心主轴22的旋转而高速旋转，带动从微细槽12中喷涌而出的磨粒流沿着半球形表面切向运动，形成高速旋转的磨粒场，抛光导向工具半球形表面始终与被抛光模具自由曲面保持一定间距，磨粒场中的微细磨粒高速旋转撞击模具自由曲面上的微纳凸起，在微细磨粒的微力、微量磨削作用下，使模具自由曲面逐步光整，获得镜面级表面光洁度。

以上所述为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所作的等同变化，皆应属本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置，其特征在于，包括抛光导向工具、主轴机构和磨粒流机构；

所述抛光导向工具包括一顶端开口、底端呈半球形的空心管道，所述空心管道的底端设置有若干个均匀分布的微细槽；

所述主轴机构包括壳体，以及安装在壳体内的空心主轴、轴套、转子、定子和轴承；所述壳体与多轴联动数控机床相连，所述空心主轴与抛光导向工具的空心管道连通；所述轴套安装在空心主轴的外圆柱面中间部分，所述轴承安装在空心主轴的外圆柱面两端部分，所述转子安装在轴套上，所述定子安装在壳体上。

所述磨粒流机构包括箱体、搅拌器、磨屑吸附器、泵、单向调压阀、回收箱和连接管道；回收箱、箱体、泵和单向调压阀通过连接管道依次连通构成磨粒流流道；所述搅拌器和磨屑吸附器均设置在箱体内；所述磨粒流流道的末端与主轴机构的空心主轴连通。

2.根据权利要求1所述的基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置，其特征在于，主轴机构中的空心主轴与抛光导向工具中的空心管道通过螺栓连接。

3.根据权利要求2所述的基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置，其特征在于，空心主轴与空心管道的连接处设置有O型密封圈。

4.根据权利要求1所述的基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置，其特征在于，所述壳体的上下两端均设置有一端盖，所述端盖通过螺栓与壳体连接。

5.根据权利要求1所述的基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置，其特征在于，所述箱体呈圆台形结构。

6.根据权利要求1所述的基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置，其特征在于，所述搅拌器为四齿向上倾斜结构的搅拌器。

7.根据权利要求1所述的基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置，其特征在于，所述磨屑吸附器包括外壳，以及设置在外壳内的螺旋形线圈和铁芯。

8.根据权利要求1所述的基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置，其特征在于，所述箱体的底部设置有一堵头。

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