CN103801991A

CN103801991A - 一种自由曲面研磨装置

Info

Publication number: CN103801991A
Application number: CN201210450601.3A
Authority: CN
Inventors: 赵吉宾; 刘伟军; 陈燕; 焦安源; 杨林
Original assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS; University of Science and Technology Liaoning USTL
Current assignee: Shenyang Institute of Automation of CAS; University of Science and Technology Liaoning USTL
Priority date: 2012-11-12
Filing date: 2012-11-12
Publication date: 2014-05-21

Abstract

本发明涉及研磨装置，具体地说是一种利用磁场辅助进行加工的自由曲面研磨装置，包括主架、电机、传动机构、主轴、磁极套、磁极及隔磁套，其中主轴转动安装在主架上，主轴通过传动机构与安装在主架上的电机相连接；所述主轴的上端设有旋转接头，下端由主架穿出、连接有磁极套，所述磁极套内设有磁极，该磁极内安装有隔磁套；所述旋转接头通过输送管道接至外置的压力泵，所述主轴及隔磁套均开有相互连通、供磨料及研磨液通过的中孔。本发明使用强磁性材料直接制作磁极，并通过开槽等方式对磁场进行优化；具有独立的驱动电机，与多种加工设备或装置连接方便，通用性好且无需其他外置动力驱动，可以广泛应用于大面积、复杂自由曲面表面的研磨加工。

Description

一种自由曲面研磨装置

技术领域

本发明涉及研磨装置，具体地说是一种利用磁场辅助进行加工的自由曲面研磨装置。

背景技术

现有磁力研磨技术是将磁性研磨粒子和研磨液加入到磁极与工件之间的磁场中，磁性研磨粒子被磁化，由于磁力的作用，磁性研磨粒子像刷子一样压附在工件表面。随着磁极与工件之间的相对运动，磁性研磨粒子对工件摩擦、挤压，满足抛光、去毛刺要求。研磨时，磁性研磨粒子与工件接触端发生搅拌翻滚，由此引起磨料粒径会减小、锋利度降低，甚至有部分工件表面脱落的残留物也混合到研磨粒子中，使磨料与工件的相对运动变弱、磨料数目逐步减少、切削刃锋利度下降。单独依靠磨料的翻转自锐的自适应性，对于大面积加工已经不能满足要求，这就要求磁性研磨粒子应能够持续更新。传统作法是将研磨液与磁性磨料的混合物在加工过程中由磁极外部补充，这种作法的弊端是，在高速转动磁极的离心力作用下，大部分混合物被甩出，最终仅有少量研磨液和磁性磨料被更新，而这也会直接影响到加工质量和加工效率，从而使得自动化大面积加工难以实现。

于2008年10月29日公开的，公开号为CN101293335A的中国发明专利申请，发明了使用时通过通用刀柄直接安装在机床上的“磁力研磨装置”，随着工作主轴高速旋转，研磨头被永久性磁石磁化后可吸附混合磁性磨料，形成磁力刷，对工件进行加工。在加工过程中，当磨料损耗或者研磨液流失时，可在不中断加工程序的条件下，通过外界的压力泵经由该磁力研磨装置中间的管孔向加工区域中的磁力刷继续提供所需的磨料和研磨液；由此节省更换时间，达到提高加工质量和加工效率的目的。但是该发明需要通过刀柄安装于机床，靠机床主轴才能驱动磁极的旋转，自身并没有动力源，导致其通用性受到一定局限。

发明内容

针对现有研磨装置的不足，本发明的目的在于提供一种自由曲面研磨装置。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

本发明包括主架、电机、传动机构、主轴、磁极套、磁极及隔磁套，其中主轴转动安装在主架上，主轴通过传动机构与安装在主架上的电机相连接；所述主轴的上端设有旋转接头，下端由主架穿出、连接有磁极套，所述磁极套内设有磁极，该磁极内安装有隔磁套；所述旋转接头通过输送管道接至外置的压力泵，所述主轴及隔磁套均开有相互连通、供磨料及研磨液通过的中孔。

其中：所述磁极的下端由磁极套穿出，该磁极的下端开有将磁场梯度化的十字形槽，磁极的中间沿轴向开有通孔，所述隔磁套位于该通孔内，隔磁套的下端位于所述十字形槽的上方；在主架上安装有定位套，所述主轴通过轴承转动安装在定位套内；所述传动机构包括主动锥齿轮及从动锥齿轮，其中主动锥齿轮与所述主轴键连接，从动锥齿轮直接或通过传动软轴与电机连接、并与主动锥齿轮相啮合；所述主架的上端安装有法兰，主架通过该法兰与多自由度机器人相连，或所述法兰为通用刀柄，整个自由曲面研磨装置通过该法兰安装在机床上；所述主架的一侧为可拆卸的支撑侧板。

本发明的优点与积极效果为：

1．本发明具有加工效率高、结构简单、制造成本低和安装方便等优点，在整个加工过程中无需中断加工程序即可完成磨料的更替，实现了连续加工，有利于提高研磨质量和研磨效率。

2．本发明具有独立的驱动电机，与多种加工设备或装置连接方便，通用性好且无需其他外置动力。

3．本发明的磁极下端开有十字形槽，以将磁场梯度化，同时也优化了磁场分布，有利于提高自由曲面研磨效率。

4．本发明的磨料及研磨液最终送至磁极10的十字形槽处，磁极由强磁性材料加工制成，磁极上的磨料强制更新，磁极的磁场强度比传统方法中使用导磁金属作磁极的方式有很大提高。

5．本发明与数控机床或多自由度机器人配合使用具有较高的加工精度，可以广泛应用于大面积、复杂自由曲面表面的研磨加工。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的内部结构剖视图；

图3为图2的A向局部视图；

其中：1为法兰，2为旋转接头，3为输送管道，4为电机，5为主动锥齿轮，6为从动锥齿轮，7为主架，8为第一连接螺栓，9为磁极套，10为磁极，11为隔磁套，12为第二连接螺栓，13为定位套，14为第三连接螺栓，15为支撑侧板，16为主轴，17为法兰定位螺栓。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详述。

如图1～3所示，本发明包括法兰1、旋转接头2、电机4、传动机构、主架7、磁极套9、磁极10、隔磁套11、定位套13及主轴16，其中传动机构包括主动锥齿轮5及从动锥齿轮6。定位套13通过第一连接螺栓8固定在主架7的底面，主轴16通过轴承转动安装在定位套13内，主轴16沿轴向开有中孔，主轴16的上端位于主架7内、与旋转接头2螺纹连接，输送管道3的一端插入主架7内、与旋转接头2螺纹连接，输送管道3的另一端接至外置的压力泵，主轴16的下端由主架7穿出，通过第二连接螺栓12与磁极套9固接；本实施例的旋转接头2和输送管道3采用非导磁的聚乙烯材料制成，主轴可采用铝、不锈钢等非导磁性材料制成，为了避免影响磁极的磁力分布，主轴16和定位套13均由金属铝加工而成。磁极套9为中空结构，其内装有磁极10，磁极10的下端由磁极套9穿出，该磁极10的下端开有十字形槽（本实施例的槽宽度为4mm），可以将磁场梯度化，同时也优化了磁场分布，有利于提高自由曲面研磨效率。磁极10的中间沿轴向开有通孔（本实施例的孔径为9mm），隔磁套11位于该通孔内，壁厚可为2.5，隔磁套11的上端与主轴16的中孔采用过盈配合连接，下端位于所述十字形槽的上方；该隔磁套11沿轴向也开有中孔，供磨料及研磨液通过。磁极10由强磁性材料（本实施例为钕铁硼）加工制成，磁场强度比传统方法中使用导磁金属作磁极的方式有很大提高；磁极套9和隔磁套11采用铝、铜等非导磁性金属材料加工而成。

主动锥齿轮5与主轴16键连接，从动锥齿轮6直接或通过传动软轴与电机4连接、并与主动锥齿轮5相啮合。电机4直接（或通过传动软轴的末端）安装于主架7上，电机4直接（或通过传动软轴）驱动主轴16旋转，无需其他外接动力；本实施例的电机4为伺服电机（最大转速3000r/min），与伺服驱动器和计算机上安装的运动控制卡（现有技术）连接，其转速由计算机通过运动控制卡决定，结合自由曲面形状特点，利用控制电脑规划伺服电机的转速，来保证自由曲面各个部位加工后的均匀性。

主架7的一侧为可拆卸的支撑侧板15，便于主架7内各部件的安装维护，该支撑侧板15通过第三连接螺栓14与主架7固接。主架7和支撑侧板15的材质均为金属铝，既不导磁，又可以减少整个装置的重量。

主架7的上端通过法兰定位螺栓17固接有法兰1，主架7可通过该法兰1安装在多自由度机器人的末端，依靠多自由度机器人的牵引，通过主架7以及磁极10带动磁性研磨粒子到达需加工自由曲面的任意位置，从而实现对自由曲面的研磨加工。另外，法兰1还可设计成通用刀柄，便于将整个自由曲面研磨装置安装在机床上，利用数控机床带动主架7和磁极10，也可以实现对自由曲面的研磨加工。

本发明的工作原理为：

以将本发明安装在6自由度机器人上为例，法兰1安装在6自由度机器人的末端，通过计算机编程可以控制机器人的轨迹，可以牵引磁极10到达自由曲面的任意位置，实现对自由曲面的研磨加工。电机4驱动主动锥齿轮5，主动锥齿轮5与从动锥齿轮4啮合（传动比为1），通过键驱动中空的主轴16旋转。外置的压力泵将磨料和研磨液混合物输送到输送管道3，经旋转接头2，送至主轴16的中孔。磨料和研磨液的混合物经主轴16中孔进入隔磁套11，最终送至磁极10的十字形槽处，使磁极上的磨料强制更新，即在整个加工过程中以及加工较大自由曲面时，也无需中断加工程序即可完成磨料的更替，实现了连续加工，有利于提高研磨质量和研磨效率。

Claims

1.一种自由曲面研磨装置，其特征在于：包括主架（7）、电机（4）、传动机构、主轴（16）、磁极套（9）、磁极（10）及隔磁套（11），其中主轴（16）转动安装在主架（7）上，主轴（16）通过传动机构与安装在主架（7）上的电机（4）相连接；所述主轴（16）的上端设有旋转接头（2），下端由主架（7）穿出、连接有磁极套（9），所述磁极套（9）内设有磁极（10），该磁极（10）内安装有隔磁套（11）；所述旋转接头（2）通过输送管道（3）接至外置的压力泵，所述主轴（16）及隔磁套（11）均开有相互连通、供磨料及研磨液通过的中孔。

2.按权利要求1所述的自由曲面研磨装置，其特征在于：所述磁极（10）的下端由磁极套（9）穿出，该磁极（10）的下端开有将磁场梯度化的十字形槽，磁极（10）的中间沿轴向开有通孔，所述隔磁套（11）位于该通孔内，隔磁套（11）的下端位于所述十字形槽的上方。

3.按权利要求1或2所述的自由曲面研磨装置，其特征在于：在主架（7）上安装有定位套（13），所述主轴（16）通过轴承转动安装在定位套（13）内。

4.按权利要求1或2所述的自由曲面研磨装置，其特征在于：所述传动机构包括主动锥齿轮（5）及从动锥齿轮（6），其中主动锥齿轮（5）与所述主轴（16）键连接，从动锥齿轮（6）直接或通过传动软轴与电机（4）连接、并与主动锥齿轮（5）相啮合。

5.按权利要求1或2所述的自由曲面研磨装置，其特征在于：所述主架（7）的上端安装有法兰（1），主架（7）通过该法兰（1）与多自由度机器人相连，或所述法兰（1）为通用刀柄，整个自由曲面研磨装置通过该法兰（1）安装在机床上。

6.按权利要求1或2所述的自由曲面研磨装置，其特征在于：所述主架（7）的一侧为可拆卸的支撑侧板（15）。