CN103433841A - 基于介电泳效应的双平面研磨/抛光圆柱形零件设备 - Google Patents

Abstract

一种基于介电泳效应的双平面研磨/抛光圆柱形零件设备，包括上抛光盘、保持架和下抛光盘，所述上抛光盘位于下抛光盘上方，所述保持架位于上抛光盘与下抛光盘之间。所述的上抛光盘上安装第一电极板，所述第一电极板与交流电源的第一引出端连接，所述下抛光盘上安装第二电极板，所述第二电极板与所述交流电源的第二引出端连接；所述的交流电源的电流输入端与用于控制所述的交流电源的电压与频率的调频调压控制器连接。本发明有效减缓磨粒和抛光液受离心力作用从加工区域甩出问题、抛光液在加工区域分布较均匀、提升抛光效率、提高抛光精度。

Description

基于介电泳效应的双平面研磨/抛光圆柱形零件设备

技术领域

本发明涉及圆柱形零件加工设备，尤其是基于介电泳效应的双平面研磨/抛光圆柱形零件设备。

背景技术

目前，圆柱形零件的批量加工国内外普遍采用无心磨削的方式，由于加工过程中砂轮、导轮等部件的磨损，各个圆柱形零件的加工条件稳定性无法始终一致，从而很难获得高精度、批一致性的圆柱形零件。随着对设备仪器性能要求的不断提高，需要更多高精度、批一致性优越的圆柱形零件。因此，迫切需要开发一种适合高精度、批一致性高、成本低的圆柱形零件的加工设备。

采用双平面研磨/抛光设备加工圆柱形零件，通过抛光盘旋转形成与工件之间的相对速度，借助注入抛光区域的抛光液及其中的磨粒，实现工件材料去除。由于抛光盘旋转，抛光液受到离心力作用，总是具有离开抛光盘的趋势，抛光盘转速越快，抛光液驻留加工区域的时间就越短。这势必导致只有少部分抛光液进入实际抛光区域参与材料去除，而大部分抛光液被甩出抛光盘，不能充分发挥作用。抛光液的无效损耗大大增加了生产成本。同时，离心力使抛光液越靠近抛光垫周缘分布越厚并沿抛光垫径向位置呈现不均匀分布，工件中心部分与周缘部分之间呈现较大的抛光率差，降低了工件的抛光精度。传统抛光方式通常采用较低的抛光盘转速，这严重限制了抛光加工的效率。因此，如何提高抛光液在加工区域的驻留时间，已成为实现高效、高质量、低成本抛光加工所面临的主要问题之一。

发明内容

为了克服已有圆柱形零件外圆加工装置的无法解决抛光液及磨粒受离心力作用从加工区域甩出、抛光液在加工区域分布不均匀、抛光效率较低的不足的问题，本发明提供一种有效减缓磨粒和抛光液受离心力作用从加工区域甩出问题、抛光液在加工区域分布较均匀、提升抛光效率、提高抛光精度的基于介电泳效应的双平面研磨/抛光圆柱形零件设备。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于介电泳效应的双平面研磨/抛光圆柱形零件设备，包括上抛光盘、保持架和下抛光盘，所述上抛光盘位于下抛光盘上方，所述保持架位于上抛光盘与下抛光盘之间；所述的上抛光盘上安装第一电极板，所述第一电极板与交流电源的第一引出端连接，所述下抛光盘上安装第二电极板，所述第二电极板与所述交流电源的第二引出端连接；所述的交流电源的电流输入端与用于控制所述的交流电源的电压与频率的调频调压控制器连接。

进一步，所述的上抛光盘内安装有第一绝缘板，所述第一电极板安装在所述第一绝缘板上；所述的下抛光盘内安装有第二绝缘板，所述第二电极板安装在所述第二绝缘板上。

所述的上抛光盘为绝缘材料抛光盘，所述的下抛光盘为绝缘材料抛光盘。

再进一步，所述加工装置还包括抛光液输入器，所述抛光液输入器的出料口位于所述上抛光盘、下抛光盘之间。

更进一步，所述保持架的转轴和下抛光盘的转轴呈同轴设置，所述上抛光盘的转轴与所述保持架的转轴存在确定偏距，加载装置位于所述上抛光盘上。

所述下抛光盘的转轴呈中空状，下抛光盘的中部开有通孔，所述保持架的转轴穿过所述下抛光盘的转轴内腔和通孔。

所述保持架的中心孔与保持架的转轴相连。

所述保持架呈圆盘状，所述保持架的盘面上开有供待加工零件放置的加工槽，呈放射状、同心圆状或栅格状分布。

本发明的技术构思为：世界上的中性物质都具有等量的正电、负电，并且散布在物体内部各处，若是在这物质之外有正电极或负电极靠近（电场存在时），依着同性相斥、异性相吸的原理，负电极靠近的时侯，物体内的正电会偏向被负电极靠近的表面，使得该物体在电场中也会有异性相吸、同性相斥的现象。传统电泳是指带电微粒在均匀电场中受到电场作用力。介电泳是指中性微粒在非均匀电场中极化，发生极化后的微粒因电场强度分布不同，使两端所受的电场力大小不同，因而朝向所受电场强度大的电极方向移动，所受电场作用力称为介电泳作用力。中性微粒在交流电场中会被极化而运动。整个介电泳系统因为交流电，电场方向会不断地改变，极化中的微粒也会因此不断改变自己内部电子的排列，电子在微粒中移动速度影响微粒的移动方向。在交流电场中，电极的极性不断地正负交替，微粒其内部的电子能快速地随着电极的极性而移动，因此，微粒仍朝着电场强度较高的方向移动。本发明利用这一思路对目前的抛光机进行改装，从而获得抛光效率更高、成本低、避免抛光液和磨粒浪费的设备。

上抛光盘、下抛光盘以及保持架可按各自的转速转动；圆柱形零件在上、下抛光盘和保持架的作用下绕保持架中心公转的同时自身滚动，作复杂空间运动。加载装置通过上抛光盘偏心作用于圆柱形零件，圆柱形零件在上研磨盘的径向方向存在轻微相对滑动，有助于提高材料去除率并保证圆柱形零件圆柱面的直线度。通过上抛光盘和下抛光盘平面配合磨料对圆柱形零件的外圆进行加工。由于上、下抛光盘非常平整和平行，且圆柱零件均匀滚动，经过长时间加工后，各个零件的精度误差和尺寸误差充分匀化，最终可获得高精度和高一致性的圆柱零件。

本发明的有益效果主要表现在：1.有效减缓磨粒和抛光液受离心力作用从加工区域甩出问题、抛光液在加工区域分布较均匀、提升抛光效率、提高抛光精度；2.一次可批量加工多个工件，每个工件的加工条件都是一致的，可实现工件批量生产的几何精度和尺寸精度的一致化；3.本方法可实现圆柱零形件的均匀滚动，圆柱零件外圆可获得很高的圆度；4.本方法采用高度平整和平行的上、下抛光盘对圆柱零件外圆进行加工，圆柱零件母线可获得很高的直线度和平行度；5.可采用研磨、抛光工艺，大大改善工件的表面质量，获得很低的表面粗糙度，实现外圆表面无损伤加工；6.本方法中圆柱零件外圆表面上的加工轨迹非常复杂，可形成交错的加工纹路，将有助于提高工件疲劳寿命；

附图说明

图1是基于介电泳效应的双平面研磨/抛光圆柱形零件设备的示意图。

图2是本发明中图1的俯视图。

图3是本发明中一种保持架的开槽形状和分布图。

图4是本发明中另一种保持架的开槽形状和分布图。

图5a是中性微粒在电极中的初始状态(1’代表电极；2’代表中性微粒)。

图5b是中性微粒在非均匀电场中会发生极化的过程(1’代表电极；2’代表中性微粒；3’代表交流电源)。

图5c是极化后微粒内部电荷会随着电极极性变化向微粒表面移动后微粒会受非均匀电场的电场力（或称介电泳力）作用的运动图(1’代表电极；2’代表中性微粒；3’代表交流电源)。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图5c，一种基于介电泳效应的双平面研磨/抛光圆柱形零件设备，包括上抛光盘2、保持架4和下抛光盘5；所述上抛光盘2位于下抛光盘5上，所述保持架4位于上抛光盘2与下抛光盘5之间；所述的上抛光盘2上安装第一电极板3，所述第一电极板3与所述交流电源8的第一引出端连接，所述下抛光盘5上安装第二电极板3’，所述第二电极板3’与所述交流电源8的第二引出端连接；所述的交流电源8的输入端与用于控制所述的交流电源的电压与频率的调频调压控制器9连接。

进一步，所述的上抛光盘2内安装有第一绝缘板，所述第一电极板安装在所述第一绝缘板上；所述的下抛光盘5内安装有第二绝缘板，所述第二电极板安装在所述第二绝缘板上。

所述的上抛光盘为绝缘材料抛光盘，所述的下抛光盘为绝缘材料抛光盘。

进一步，所述加工装置还包括抛光液输入器，所述抛光液输入器的出料口位于所述上抛光盘、下抛光盘之间。

所述保持架4的转轴和下抛光盘5的转轴呈同轴设置，所述上抛光盘5的转轴与所述下抛光盘5的转轴存在确定偏距，加载装置位于上抛光盘2上。

进一步，所述下抛光盘5的转轴呈中空状，下抛光盘5的中部开有通孔，所述保持架4的转轴穿过所述下抛光盘的转轴内腔和通孔。

更进一步，所述保持架4的中心孔与保持架的转轴相连。

所述保持架4呈圆盘状，所述保持架4的盘面上开有供待所述加工零件1放置的加工槽，呈放射状、同心圆状或栅格状分布。开槽形状可为矩形或其他，开槽尺寸要足以放置圆柱零件；所述槽的数量为多个。

本实施例中，所述的交流电源8控制着所述的上抛光盘2和所述的下抛光盘5间非均匀电场的电场强度，进而控制加工区域的介电泳力；所述的调频调压控制器9控制所述的交流电源8的电压与频率。

本实施例的工作原理：交流电源同时给上、下抛光盘电极加上电压；随着输入电压值和频率变化，两电极板间将形成一个非均匀电场；初始为中性状态的抛光液液滴及磨粒在非均匀电场内发生极化，使得抛光液液滴和磨粒表面产生感应电荷。受非均匀电场的介电泳力（电场力）作用，极化后的抛光液液滴及磨粒向抛光盘表面，使得极化的抛光液液滴及磨粒具有吸咐在抛光盘表面趋势。

本实施例的工作过程如下：上、下抛光盘分别装有电极并与交流电源相连，调频、调压控制器控制输入交流电源的电压和频率；在交流电源下，上、下抛光盘电极之间产生非均匀电场；进入加工区域中的抛光液液滴和磨粒在非均匀电场内会发生极化并在其表面产生感应电荷；

非均匀电场对进入加工区域中极化后的抛光液液滴和磨粒产生介电泳力（电场力），介电泳力（电场力）使得抛光液液滴和磨粒沿电场方向移向抛光盘表面，因而减缓离心力对抛光液和磨粒的直接甩出作用，相应增加进入抛光区域参与工件材料去除的抛光液和磨粒数量，提高工件抛光效率。

本实施例中，上抛光盘2、下抛光盘5为砂轮、金属盘、抛光盘或其他非金属盘；上抛光盘2驱动轴、下抛光盘5驱动轴6和保持架驱动轴7通过传动系统由三个电机分别驱动；上抛光盘2的轴心线与下抛光盘5、保持架4的轴心线存在一定的偏心距，且偏心距可调；ω1为上研磨盘的转速，ω2为下研磨盘的转速，ω3为保持架的转速。

加工时，一批圆柱形零件1放在保持架4的槽中，调整上抛光盘2驱动轴、下抛光盘驱动轴6和保持架驱动轴7的转速及上抛光盘的轴心线与下研磨盘、保持架的轴心线的偏心距，通过加载装置在上抛光盘2施加一定的压力，在上、下抛光盘之间加入抛光液，可实现一批圆柱形零件进行高精度、批一致性好加工。

Claims (6)

1.一种基于介电泳效应的双平面研磨/抛光圆柱形零件设备，包括上抛光盘、保持架和下抛光盘。所述上抛光盘位于下抛光盘上方，所述保持架位于上抛光盘与下抛光盘之间，其特征在于：所述的上抛光盘上安装第一电极板，所述第一电极板与交流电源的第一引出端连接，所述下抛光盘上安装第二电极板，所述第二电极板与所述交流电源的第二引出端连接；所述的交流电源的电流输入端与用于控制所述的交流电源的电压与频率的调频调压控制器连接。

2.如权利要求1所述的基于介电泳效应的双平面研磨/抛光圆柱形零件设备，其特征在于：所述的上抛光盘内安装有第一绝缘板，所述第一电极板安装在所述第一绝缘板上；所述的下抛光盘内安装有第二绝缘板，所述第二电极板安装在所述第二绝缘板上。

3.如权利要求1所述的基于介电泳效应的双平面研磨/抛光圆柱形零件设备，其特征在于：所述的上抛光盘为绝缘材料抛光盘，所述的下抛光盘为绝缘材料抛光盘。

4.如权利要求1～3之一所述的基于介电泳效应的双平面研磨/抛光圆柱形零件设备，其特征在于：所述保持架的转轴和下研磨盘的转轴呈同轴设置，所述上抛光盘的转轴与所述下抛光盘的转轴存在确定偏距，加载装置位于所述上抛光盘上。

5.如权利要求4所述的基于介电泳效应的双平面研磨/抛光圆柱形零件设备，其特征在于：所述下抛光盘的转轴呈中空状，下抛光盘的中部开有通孔，所述保持架的转轴穿过所述下抛光盘的转轴内腔和通孔。

6.如权利要求1～3之一所述的基于介电泳效应的双平面研磨/抛光圆柱形零件设备，其特征在于：所述保持架呈圆盘状，所述保持架的盘面上开有供待加工零件放置的加工槽，呈放射状、同心圆状或栅格状分布。

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