CN104325412A - 气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置 - Google Patents

气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置，用于对待加工细长杆进行研磨加工，包括固定板、细长杆核心抛光装置、工件进给装置和缓冲装置；细长杆核心抛光装置、工件进给装置、缓冲装置均固定安装在固定板上；工件进给装置用于细长杆核心抛光装置的轴向进给，缓冲装置用于缓冲细长杆核心抛光装置的轴向进给；细长杆核心抛光装置包括内螺旋式约束模块、约束模块安装座、密封盖、夹紧端盖、O型密封圈和螺杆，待加工细长杆穿过约束模块安装座一端通过联轴器与伺服电机相连接，另一端与滚动轴承相配合，约束模块安装座内部通过密封盖和夹紧端盖形成约束流道。本发明抛光效率高，抛光效果好，而且极其适合内壁超精密加工。

Description

气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置
技术领域
本发明涉及软性磨粒流加工领域，尤其涉及一种针对细长轴抛光的磨粒流抛光装置。
背景技术
随着航空航天、医药、食品、化工等领域的高速发展，国内外对各类管材的需求量也越来越大，对内壁的要求也越来越严格，在现有的内壁超精密加工方法中，常见的有磁力研抛、珩磨、挤压珩磨、柔性磨体振动抛光以及小磨头抛光等，但对于形状精度要求较高的工件来说都存在一定的加工局限性。比如挤压珩磨和柔性磨体振动抛光，由于使用的是粘度较大的弹性基本介质，在进行壁面加工时会受到强粘性力的强力剪切作用，会破坏薄壁面，同时壁面在硬性磨粒的往复作用时表面纹理呈现规律性。而软性磨粒流加工作为一种新的超精密加工方法，对内壁的加工具有独特的优势，尤其适合于较软的有色金属及坚韧的合金等。所谓软性磨粒流就是利用无粘性或者弱粘性的磨粒流在湍流作用下对工件表面进行无序加工。磨粒流要达到湍流状态，就必须要求流道内的流体具有较高的流速，现有的提速方法中主要是引入约束模块，通过与被加工壁面构成一个封闭的约束流道，使流体从狭小的约束流道内部高速通过并达到湍流状态，但是这种方法对于流体入口端的速度要求依旧很高，这就对水泵提出了很高的要求，大大提高了加工成本，而且工件抛光的时间较长，抛光效率普遍较低。
本发明“气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置”从改变工艺的角度出发，针对细长轴采用软性磨粒流加工的方法，不仅解决了细长轴在整个加工过程中弯曲变形的问题，而且加工效率较高，加工后的工件表面质量好。所谓软性磨粒流利用无粘性或者弱粘性的磨粒流在湍流作用下对工件表面进行无序加工，高速运动下的磨粒对工件表面进行频繁无序的撞击作用实现内壁的光整加工。本发明尤其适用于铝合金制品阳极氧化后的表面的加工。
发明内容
针对细长轴加工难、对机床性能要求较高等难题，本发明提供了一种抛光效率高，抛光效果好的气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置，用于对待加工细长杆进行研磨加工，包括固定板、细长杆核心抛光装置、工件进给装置和缓冲装置；细长杆核心抛光装置、工件进给装置、缓冲装置均固定安装在固定板上；所述工件进给装置用于细长杆核心抛光装置的轴向进给，所述缓冲装置用于缓冲所述细长杆核心抛光装置的轴向进给；
所述细长杆核心抛光装置包括内螺旋式约束模块、约束模块安装座、密封盖、夹紧端盖、O型密封圈和螺杆，所述待加工细长杆一端通过联轴器与伺服电机相连接，另一端与滚动轴承相配合；所述待加工细长杆穿过约束模块安装座；所述约束模块安装座两端装有左右两个夹紧端盖，所述左右两个夹紧端盖分别通过密封盖密封；所述左右两个夹紧端盖内部镶有O型密封圈，所述O型密封圈与待加工细长杆接触状况良好，所述O型密封圈用于密封O型密封圈与待加工细长杆之间的间隙；所述左右两个夹紧端盖之间通过四根螺杆夹紧连接；
所述约束模块安装座内部通过密封盖和夹紧端盖形成约束流道，所述约束模块安装座内部装有内螺旋式约束模块，所述内螺旋式约束模块与待加工细长杆形成狭小通道；所述左右两个夹紧端盖上分别设有所述约束流道的流体入口和流体出口；
所述工件进给装置包括丝杆、滑块、导向板和滚珠螺母座，所述丝杆的一端通过联轴器连接丝杆驱动电机，所述丝杆的另一端通过滚轴轴承相配合；所述滚珠螺母座套装在所述丝杆上；所述导向板的一端与所述滚珠螺母座固接，另一端通过螺栓与细长杆核心抛光装置连接；所述丝杆驱动电机带动丝杆转动，通过所述丝杆的转动带动所述滚珠螺母座在水平方向做往复直线运动，牵引所述细长杆核心抛光装置和待加工细长杆做直线进给运动；所述滑块装在所述导向板上，所述工件进给装置通过滑块连接缓冲装置；
所述缓冲装置包括空气压缩机、气缸、直线导轨和支架，所述气缸的后端盖与所述空气压缩机连接，所述气缸的前端盖安装在支架上，所述支架安装在固定板上，所述直线导轨的两端通过轴承座固定安装在固定板上；所述气缸的活塞杆连接所述滑块，所述滑块套装在所述直线导轨上。
进一步的，所述气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置还包括电机控制系统，所述电机控制系统包括电机控制板，用于控制所述伺服电机和所述丝杆驱动电机的转动，所述电机控制板通过设定所述伺服电机和所述丝杆驱动电机的转速，分析研究电机在不同的转速下整套装置的运行情况及工件内表面的加工效果。
进一步的，所述细长杆核心抛光装置和内螺旋式约束模块组成约束模块，待加工细长杆内表面与内螺旋式约束模块表面组成极细的约束流道，待加工细长杆通过联轴器与伺服电机相连实现旋转运动，实现待加工细长杆与约束模块的相对旋转，同时细长杆核心抛光装置通过工件进给装置实现轴向进给运动，磨粒流在此双重作用下完成内表面的加工。
进一步的，所述缓冲装置上设置了平衡气缸用于平衡所述由流体入口和流体出口压力差作用在丝杆上的外载荷。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、软性磨粒流加工主要是利用湍流作用下的磨粒对工件表面进行微力微量的切削，达到紊乱加工的目的，当流道中的流体速度增大到某一极限值时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，这时的流体作不规则运动，磨粒流中高速运动的颗粒对工件进行频繁无序的撞击，不停的刮削工件表面，实现对工件表面的光整加工。流体要达到湍流状态，通常的做法是在被加工表面施加一个仿形的约束模块，使流体从狭小的流道内部高速通过，但是这种方法对流体入口端的速度要求很高，本发明中，在夹紧端盖和细长轴之间安装了一内螺旋式约束模块，与细长轴形成了狭小的约束流道，通过细长轴的高速旋转运动使螺旋槽内的低速流体加速达到湍流状态，不仅降低了对流体入口速度的要求，而且还可以通过控制电机转速实现不同的湍流强度，使加工效果完全可控。
2、相比于其它的“硬性研磨加工”工艺，软性磨粒流加工属于“软性加工”，颗粒与被加工表面的接触压力小，材料能达到微量去除的效果，不仅实现镜面级加工，而且不会刮伤被加工表面，划痕少。而对于细长杆加工这一公认的难题，软性磨粒流在加工的过程中，避免了其它研磨加工中出现的持续过大的加工压力使细长轴弯曲变形等问题，加工后的细长轴能保持很好的形状精度。
3、细长轴的高速旋转运动使约束流道内的磨粒撞击速度更快，更频繁，此外，磨粒流在约束流道内不仅有沿轴方向的主速度，而且细长轴的高速旋转运动使磨粒有绕圆周方向的分速度，在约束流道内能对细长轴实现不同方向的撞击，每颗磨粒对于壁面撞击的随机性是均等的，加工后的工件表面纹理错综复杂，加工均匀性很好。
4、为满足实际加工的需要，针对不同长度的细长轴，本发明可合理设定不同尺寸的内螺旋式约束模块，大大提高细长轴的加工效率，而且在细长轴的整个加工过程中，通过设定电机的转速来控制细长杆加工的进给速度，通过改变霍尔元件的位置控制整个核心抛光装置的行程，达到对整个细长轴加工的目的。
5、由于流体入口端的压力远大于流体出口端的压力，在内螺旋约束模块的两端会产生巨大的压力差，通过进给装置给丝杆施加一个额外的负载，长时间作用下会使丝杆弯曲变形，造成局部的振动，影响整套装置的平稳运行，所以为平衡流体压力差，本发明设计一气缸，通气后保持缸内气体压力和约束模块两端的流体压力差保持平衡，以此来消除丝杆上的额外载荷。使整个加工过程安全平稳。
6、通过磨粒的撞击运动实现表面的微力微量切削，不会破坏被加工的细长轴，可实现对壁面的超精密加工，且在整个流道内无加工死角。利用磨粒在封闭约束流道内的循环流动，反复碰撞加工表面，可有效提高磨粒利用率和加工效率，减少污水排放，实现清洁加工，而且整个加工过程可实现自动化。
7、通过磨粒流对工件表面进行加工，磨料流黏度低，不容易破坏阳极氧化后的表面涂层。
8、通过约束模块的高速旋转增强磨料流对加工表面的挤压、摩擦，能提高加工效率。
附图说明
图1是气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置俯视图。
图2是细长轴磨粒流加工原理图。
图3是工件夹紧装置剖视图。
图4是缓冲装置的主视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
图1是气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置俯视图；图2是细长轴磨粒流加工原理图；图3是工件夹紧装置剖视图；图4是缓冲装置的主视图。
参照附图1和图4，气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置，用于对待加工细长杆3进行研磨加工，包括固定板1、细长杆核心抛光装置、工件进给装置和缓冲装置；细长杆核心抛光装置、工件进给装置、缓冲装置均固定安装在固定板1上；工件进给装置用于细长杆核心抛光装置的轴向进给，缓冲装置用于缓冲细长杆核心抛光装置的轴向进给；
细长杆核心抛光装置包括内螺旋式约束模块18、约束模块安装座2、密封盖、夹紧端盖7、O型密封圈和螺杆8，待加工细长杆3一端通过联轴器与伺服电机6相连接，另一端与滚动轴承相配合；待加工细长杆3穿过约束模块安装座2；约束模块安装座2两端装有左右两个夹紧端盖7，左右两个夹紧端盖7分别通过密封盖密封；左右两个夹紧端盖7内部镶有O型密封圈，O型密封圈与待加工细长杆3接触状况良好，O型密封圈用于密封O型密封圈与待加工细长杆3之间的间隙；左右两个夹紧端盖7之间通过四根螺杆8夹紧连接；
约束模块安装座2内部通过密封盖和夹紧端盖7形成约束流道，约束模块安装座2内部装有内螺旋式约束模块18，内螺旋式约束模块18与待加工细长杆3形成狭小通道；左右两个夹紧端盖7上分别设有约束流道的流体入口4和流体出口5；
工件进给装置包括丝杆9、滑块10、导向板11和滚珠螺母座12，丝杆9的一端通过联轴器连接丝杆驱动电机13，丝杆9的另一端通过滚轴轴承相配合；滚珠螺母座12套装在丝杆9上；导向板11的一端与滚珠螺母座12固接，另一端通过螺栓与细长杆核心抛光装置连接；丝杆驱动电机13带动丝杆9转动，通过丝杆9的转动带动滚珠螺母座12在水平方向做往复直线运动，牵引细长杆核心抛光装置和待加工细长杆3做直线进给运动；滑块10装在导向板11上，工件进给装置通过滑块10连接缓冲装置；
缓冲装置包括空气压缩机、气缸14、直线导轨15和支架16，气缸14的后端盖与空气压缩机连接，气缸14的前端盖安装在支架16上，支架16安装在固定板1上，直线导轨15的两端通过轴承座固定安装在固定板1上；气缸14的活塞杆17连接滑块10，滑块10套装在直线导轨15上。
气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置还包括电机控制系统，电机控制系统包括电机控制板，用于控制伺服电机6和丝杆驱动电机13的转动，电机控制板通过设定伺服电机6和丝杆驱动电机13的转速，分析研究电机在不同的转速下整套装置的运行情况及工件内表面的加工效果。
细长杆核心抛光装置和内螺旋式约束模块18组成约束模块，待加工细长杆3内表面与内螺旋式约束模块18表面组成极细的约束流道，待加工细长杆3通过联轴器与伺服电机6相连实现旋转运动，实现待加工细长杆3与约束模块的相对旋转，同时细长杆核心抛光装置通过工件进给装置实现轴向进给运动，磨粒流在此双重作用下完成内表面的加工。
缓冲装置上设置了平衡气缸14用于平衡由流体入口4和流体出口5压力差作用在丝杆9上的外载荷。
参照图2，气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置的流体入口4和流体出口5与磨粒流控制系统，磨粒流控制系统包括控制柜19、磨料箱20、电机、隔膜泵21和回收箱，磨料箱20内设有搅拌电机24、搅拌器23和电磁铁22，搅拌电机24控制搅拌机对磨料箱20的磨料进行搅拌，电磁铁22用于吸附箱底的磨屑；磨料箱20通过管道连接隔膜泵21，管道上设有开关阀；搅拌器23将磨料箱20中的磨料流搅拌均匀，通过隔膜泵21输送到气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置的流体入口4，磨料流流过约束流道后通过流体出口5回流到磨料箱20。隔膜泵21上设有流量调节按扭26、水压表25，用于控制磨料的流量。电机用于驱动隔膜泵21，控制柜19通过控制搅拌电机24和隔膜泵21来控制进入气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置磨料流的流量。
参照附图3，细长杆核心抛光装置的构件主要包括左端夹紧端盖27、右端夹紧端盖28，左端密封盖29、右端密封盖30、螺杆8、螺旋式约束模块18、约束模块安装座2、密封圈等。右端夹紧端盖28与导向板11相连接，连同滑块10一起作水平方向的直线运动，约束模块安装座2安装在左端夹紧端盖27和右端夹紧端盖28之间，左右夹紧端盖通过螺杆8将工件夹紧，其中左端夹紧块开有流体入口4，右端夹紧端盖28上开有流体出口5，密封盖与夹紧块的两端配合较好，密封盖的中心位置安装有密封性良好的超耐磨密封圈，密封圈与待加工细长杆3紧密接触，导向板11通过一连接板与右端夹紧端盖28相连，通过滑块的移动引导整个细长杆核心抛光装置做左右往复运动。设定霍尔元件的距离来控制工件夹紧装置运动的行程。整套夹紧装置除了使工件拥有良好的夹紧性能以外，还能确保工件在加工时整个流道拥有很好的密封性。
气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置的加工原理是软性磨粒流加工主要是利用湍流作用下的磨粒对工件表面进行微力微量的切削，达到紊乱加工的目的，当流道中的流体速度增大到某一极限值时，流线不再清楚可辨，流场中有许多小漩涡，这时的流体作不规则运动，磨粒流中高速运动的颗粒对工件进行频繁无序的撞击，不停的刮削工件表面，实现对工件表面的光整加工。流体要达到湍流状态，通常的做法是在被加工表面施加一个仿形的约束模块，使流体从狭小的流道内部高速通过，但是这种方法对流体入口端的速度要求很高，本发明中，在夹紧端盖和细长轴之间安装了一内螺旋式约束模块，与细长轴形成了狭小的约束流道，通过细长轴的高速旋转运动使螺旋槽内的低速流体加速达到湍流状态，不仅降低了对流体入口速度的要求，而且还可以通过控制电机转速实现不同的湍流强度，使加工效果完全可控。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (4)

1.气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置，用于对待加工细长杆(3)进行研磨加工，其特征在于：包括固定板(1)、细长杆核心抛光装置、工件进给装置和缓冲装置；细长杆核心抛光装置、工件进给装置、缓冲装置均固定安装在固定板(1)上；所述工件进给装置用于细长杆核心抛光装置的轴向进给，所述缓冲装置用于缓冲所述细长杆核心抛光装置的轴向进给；
所述细长杆核心抛光装置包括内螺旋式约束模块(18)、约束模块安装座(2)、密封盖、夹紧端盖(7)、O型密封圈和螺杆(8)，所述待加工细长杆(3)一端通过联轴器与伺服电机(6)相连接，另一端与滚动轴承相配合；所述待加工细长杆(3)穿过约束模块安装座(2)；所述约束模块安装座(2)两端装有左右两个夹紧端盖(7)，所述左右两个夹紧端盖(7)分别通过密封盖密封；所述左右两个夹紧端盖(7)内部镶有O型密封圈，所述O型密封圈与待加工细长杆(3)接触状况良好，所述O型密封圈用于密封O型密封圈与待加工细长杆(3)之间的间隙；所述左右两个夹紧端盖(7)之间通过四根螺杆(8)夹紧连接；
所述约束模块安装座(2)内部通过密封盖和夹紧端盖(7)形成约束流道，所述约束模块安装座(2)内部装有内螺旋式约束模块(18)，所述内螺旋式约束模块(18)与待加工细长杆(3)形成狭小通道；所述左右两个夹紧端盖(7)上分别设有所述约束流道的流体入口(4)和流体出口(5)；
所述工件进给装置包括丝杆(9)、滑块(10)、导向板(11)和滚珠螺母座(12)，所述丝杆(9)的一端通过联轴器连接丝杆驱动电机(13)，所述丝杆(9)的另一端通过滚轴轴承相配合；所述滚珠螺母座(12)套装在所述丝杆(9)上；所述导向板(11)的一端与所述滚珠螺母座(12)固接，另一端通过螺栓与细长杆核心抛光装置连接；所述丝杆驱动电机(13)带动丝杆(9)转动，通过所述丝杆(9)的转动带动所述滚珠螺母座(12)在水平方向做往复直线运动，牵引所述细长杆核心抛光装置和待加工细长杆(3)做直线进给运动；所述滑块(10)装在所述导向板(11)上，所述工件进给装置通过滑块(10)连接缓冲装置；
所述缓冲装置包括空气压缩机、气缸(14)、直线导轨(15)和支架(16)，所述气缸(14)的后端盖与所述空气压缩机连接，所述气缸(14)的前端盖安装在支架(16)上，所述支架(16)安装在固定板(1)上，所述直线导轨(15)的两端通过轴承座固定安装在固定板(1)上；所述气缸(14)的活塞杆(17)连接所述滑块(10)，所述滑块(10)套装在所述直线导轨(15)上。
2.根据权利要求1所述的气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置，其特征在于：所述气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置还包括电机控制系统，所述电机控制系统包括电机控制板，用于控制所述伺服电机(6)和所述丝杆驱动电机(13)的转动，所述电机控制板通过设定所述伺服电机(6)和所述丝杆驱动电机(13)的转速，分析研究电机在不同的转速下整套装置的运行情况及工件内表面的加工效果。
3.根据权利要求1所述的气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置，其特征在于：所述细长杆核心抛光装置和内螺旋式约束模块(18)组成约束模块，待加工细长杆(3)内表面与内螺旋式约束模块(18)表面组成极细的约束流道，待加工细长杆(3)通过联轴器与伺服电机(6)相连实现旋转运动，实现待加工细长杆(3)与约束模块的相对旋转，同时细长杆核心抛光装置通过工件进给装置实现轴向进给运动，磨粒流在此双重作用下完成内表面的加工。
4.根据权利要求1所述的气浮轴旋转软性磨粒流抛光装置，其特征在于：所述缓冲装置上设置了平衡气缸(14)用于平衡所述由流体入口(4)和流体出口(5)压力差作用在丝杆(9)上的外载荷。
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