CN104608057B - 空气喷射柔性抛光装置 - Google Patents

空气喷射柔性抛光装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种空气喷射柔性抛光装置，其包括：喷枪(1)、喷枪夹具(2)、喷射舱(3)、粒子管路(4)、压缩空气管路(5)、XY向移动平台(6)、Z向升降台(7)、C轴旋转驱动器(8)、夹持器(9)、框架(10)、过滤网(11)、排气扇(12)、筛网(13)、收集器(14)、照明装置(15)和控制装置。通过本发明的空气喷射柔性抛光装置对工件进行抛光，能够通过Z向升降架与C轴旋转驱动器实时控制柔性抛光粒子的喷射高度与喷射角度；通过工件在XY移动平台上的移动，实现喷枪在工件表面上全范围扫描，用于复杂形状工件表面抛光；并通过收集器回收柔性抛光粒子循环利用，大大提高了抛光的效率。

Description

空气喷射柔性抛光装置
技术领域
本发明属于抛光工艺技术领域，涉及一种基于空气喷射原理的柔性抛光装置。
背景技术
抛光工艺有着广泛的应用需求。为适应产品多样化及形状复杂化的要求，20世纪50年代，美国提出了磨料喷射加工，即通过压缩空气将磨料粉末高速喷出，利用磨料的冲击破坏作用去除工件表面材料，达到抛光的目的。该方法能够抛光复杂形状表面，但是磨料直接冲击工件会导致加工硬化、磨料浅埋、深划痕等加工缺陷。
专利申请号为201310705372.X的发明专利申请公开了一种基于复合粒子的喷射抛光方法，该抛光方法是对磨料喷射加工的改良，采用柔性复合粒子作为抛光粒子，既保留了原方法抛光复杂形状表面的能力，又克服了加工硬化、磨料浅埋、深划痕等加工缺陷。并基于复合粒子喷射抛光方法，开发了一种柔性喷射抛光装置，采用叶片的高速回转在离心力的作用下将柔性复合粒子抛射到工件表面抛光，已申请发明专利，专利申请号为2014101357853。但该装置的抛光粒子离开叶片外缘后以扇形发散状向外抛射，存在柔性复合粒子发射密度较低，利用率不高等缺点。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种基于空气喷射原理的柔性抛光装置。本发明的空气喷射柔性抛光装置采用压缩空气喷射柔性复合粒子，用于改善被加工对象的表面粗糙度。更关键的是，本发明能够实时控制喷嘴方向与喷射角度高密度集中发射柔性复合粒子，可以高效高精度抛光复杂形状工件表面，并实现柔性复合粒子的回收与循环利用。
本发明的空气喷射柔性抛光装置，其包括：喷枪、喷枪夹具、喷射舱、粒子管路、压缩空气管路、XY向移动平台、Z向升降台、C轴旋转驱动器、夹持器、框架、过滤网、排气扇、筛网、收集器、照明装置和控制装置；
喷射舱顶端设有排气孔，底端设有筛网；
喷枪由三通管和喷嘴组成；三通管的三个接口分别为：粒子入口、压缩空气入口和粒子出口；
连接关系为：
喷射舱和收集器固定连接后通过框架固定在地面上，且喷射舱和收集器形成密封空腔；排气扇通过排气管与喷射舱的排气孔相通；过滤网水平安装于喷射舱内部，将喷射舱分隔成上下空间；照明装置和喷枪夹具均固定于过滤网的下表面上；Z向升降台一端与喷枪夹具固定连接，另一端通过C轴旋转驱动器固定夹持器；夹持器固定喷枪；压缩空气管路与三通管的压缩空气入口相接；粒子管路一端与三通管的粒子入口相接，另一端与收集器底端的粒子出口相接；XY向移动平台固定于筛网的上表面上；收集器顶端与喷射舱对接固定；控制装置分别与XY向移动平台和Z向升降台连接。
进一步的，所述三通管的压缩空气入口和粒子出口的中轴线同轴，粒子入口和压缩空气入口中轴线之间的夹角为30°。
进一步的，所述粒子入口的直径d1、所述压缩空气入口的直径d2、所述粒子出口的直径d3的大小比例为1:(0.8-1):(1-1.2)，所述粒子入口的直径d1为1mm-10mm。
进一步的，所述喷嘴直径d4为抛光粒子直径的5-20倍，所述喷嘴长度为所述喷嘴直径d4的(1.8-2.2)倍。
进一步的，所述喷射舱一侧开有安全门，安全门通过安装在四周的密封圈使喷射舱和收集器密封。
本发明的有益效果在于：
1.Z向升降台、C轴旋转驱动器实时控制柔性抛光粒子的喷射高度与喷射角度，XY移动平台驱动工件在水平平面运动，通过喷嘴与工件的联动，可以对复杂形状工件表面进行连续抛光。
2.抛光粒子在喷枪中压缩空气的压力作用下，高速集中喷出，通过压缩空气压力调节可以大范围控制喷射速度，大大提高了抛光效率。
3.抛光粒子完成抛光后，经过筛网过滤落入底部的收集器，通过粒子管路进入下一个工作循环，可实现对抛光粒子的循环利用。
4.三通管的压缩空气入口和粒子出口的中轴线同轴，可以充分利用压缩空气对抛光粒子进行加速，减少管路损耗；粒子入口和压缩空气入口中轴线之间的夹角为30°，能够使粒子入口处在气流的作用下产生足够吸入抛光粒子的负压，保证抛光粒子的顺利进入。
5.粒子入口的直径d1、所述压缩空气入口的直径d2、所述粒子出口的直径d3的大小比例为1:(0.8-1):(1-1.2)，所述粒子入口的直径d1为1mm-10mm。这样的设计既能够使抛光粒子保持最大的通过率，又保证其不会在三通管中发生阻塞。
6.喷嘴直径d4为抛光粒子直径的5-20倍，所述喷嘴长度为所述喷嘴直径d4的(1.8-2.2)倍，这样的设计使抛光粒子在喷嘴中充分加速，并且最大限度控制喷射出的抛光粒子具有较好的方向一致性。
附图说明
图1是本发明的空气喷射柔性抛光装置结构示意图；
图2是本发明的空气喷射柔性抛光装置的喷枪结构示意图；
具体实施方式
图1是本发明的空气喷射柔性抛光装置的结构示意图，图2是本发明的空气喷射柔性抛光装置喷枪的结构示意图。如图1、图2所示，本发明的柔性喷射抛光装置包括：
喷枪1、喷枪夹具2、喷射舱3、粒子管路4、压缩空气管路5、XY向移动平台6、Z向升降台7、C轴旋转驱动器8、夹持器9、框架10、过滤网11、排气扇12、筛网13、收集器14、照明装置15和控制装置；
喷射舱3顶端设有排气孔，底端设有筛网13；
Z向升降台7一端设有螺纹孔；
喷枪1由三通管16和喷嘴17组成；三通管16的三个接口分别为：粒子入口、压缩空气入口和粒子出口；
效果较好的，收集器14的形状为倒金字塔，塔顶设有塔顶粒子出口，塔底开孔；
连接关系为：
喷射舱3和收集器14固定连接后通过框架10固定在地面上，且喷射舱3和收集器14形成密封空腔；排气扇12通过其排气管与喷射舱3的排气孔相通；过滤网11水平安装于喷射舱3内部，将喷射舱3分隔成上下空间；照明装置15和喷枪夹具2均固定于过滤网11的下表面上；Z向升降台7一端与喷枪夹具2固定连接，另一端通过C轴旋转驱动器8固定夹持器9；夹持器9固定喷枪1；压缩空气管路5与三通管16的压缩空气入口相接；粒子管路4一端与三通管16的粒子入口相接，另一端与收集器14底端(如塔顶粒子出口)相接；XY向移动平台6安装于喷射舱3的下空间内，且固定于筛网13的上表面上，用于承载被加工件；收集器14顶端(如塔底)与喷射舱3对接固定；控制装置分别与XY向移动平台6和Z向升降台7连接。
喷射舱3一侧开有安全门，安全门通过安装在四周的密封圈使喷射舱3和收集器14密封。
所述三通管16的压缩空气入口和粒子出口的中轴线同轴，粒子入口和压缩空气入口中轴线之间的夹角为30°。所述粒子入口的直径d1、所述压缩空气入口的直径d2、所述粒子出口的直径d3的大小比例为1:(0.8-1):(1-1.2)，所述粒子入口的直径d1为1mm-10mm。所述喷嘴直径d4为抛光粒子直径的5-20倍，所述喷嘴长度为所述喷嘴直径d4的(1.8-2.2)倍。
所述Z向升降台7与C轴旋转驱动器8能够实时控制柔性抛光粒子的喷射高度与喷射角度；所述喷射舱3为密闭空间，所述喷射舱3一侧开有安全门，安全门通过安装在四周的密封圈使所述喷射舱3密封，而不会造成抛光粒子泄漏，安全门打开时可用于更换/补充抛光粒子、安装工件、调节所述喷枪夹具2；
所述过滤网11安装在所述排气扇12的进气口端，用于过滤排除空气中的抛光粒子部分，防止抛光粒子进入大气，使抛光粒子重新落回所述喷射舱3内部进行循环使用；所述排气扇12安装在所述喷射舱3顶部，用于排出所述喷射舱3组成的密闭空间中的多余空气；所述筛网13用以过滤已经参与抛光的抛光粒子，其直径可以根据使用不同粒度的柔性抛光粒子进行更换；所述收集器14成倒金字塔状，用以聚集柔性抛光粒子，其底部通过所述粒子管路4与所述喷枪1的粒子入口相连；所述XY移动平台6可以驱动工件沿X轴、Y轴方向在水平面平移，实现喷枪在工件表面全范围扫描。
下面开始说明本柔性喷射抛光装置的工作流程：
先将工件由所述喷射舱3的安全门，装夹在所述XY移动平台6上，然后将一定数量的柔性抛光粒子加入所述喷射舱3，调节所述喷枪夹具2至不与工件发生干涉的位置，关闭所述喷射舱3上的安全门，打开所述排气扇12；
将待接入的压缩空气气源压力调节至0.5MPa；
压缩空气通过所述压缩空气管路5进入所述喷枪1的压缩空气入口，压缩空气高速通过所述三通管16在其内部产生负压，抛光粒子通过粒子管路4被吸入三通管的粒子入口，进而加速喷出喷嘴，对工件表面进行抛光；
所述XY移动平台6驱动工件沿X轴、Y轴方向平移，实现所述喷枪1在工件表面上全范围扫描，与此同时所述Z向升降台7与C轴旋转驱动器8能够根据工件表面的形状实时控制柔性抛光粒子的喷射高度与喷射角度，保持所述喷嘴17与工件表面相距15mm，角度成45°；
柔性抛光粒子以一定速度喷射工件表面进行一轮抛光后，经所述筛网13筛选后被所述收集器14回收，柔性抛光粒子聚集在所述收集器14底部，等待通过粒子管路4进行下一轮抛光。
所述喷射舱3中的多余空气，经所述过滤网11过滤掉抛光粒子后由所述排气扇12排入大气，所述抛光粒子重新落回所述喷射舱3内部进行循环使用；
进一步的，用于柔性喷射抛光装置进行抛光的抛光粒子是复合粒子，所述复合粒子由i个磨粒粒子和1个基体粒子组成，且所述i个磨粒粒子镶嵌在所述1个基体粒子表面，i为整数；其中，基体粒子的直径是磨粒粒子的直径的10-10000倍，且基体粒子是肖氏硬度为40-80A、弹性模量为6.0-6.5N/mm2、泊松比为0.48-0.5、密度为0.9-1.1g/mm3的类球体状的高分子化合物。具体参见申请号为201310705372.X、发明名称为一种基于复合粒子的喷射抛光方法的中国专利。
上述控制装置控制XY向移动平台6和Z向升降台7运动，具体的控制不在本发明具体论述，根据相应的控制原理实现，例如可以包括工件面形检测单元和运动控制单元，工件面形检测单元检测到被加工工件的面形，根据面形利用运动控制单元控制XY向移动平台6和Z向升降台7运动以实现被加工工件的面形加工。
本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (5)

1.一种空气喷射柔性抛光装置，其特征在于，包括：喷枪(1)、喷枪夹具(2)、喷射舱(3)、粒子管路(4)、压缩空气管路(5)、XY向移动平台(6)、Z向升降台(7)、C轴旋转驱动器(8)、夹持器(9)、框架(10)、过滤网(11)、排气扇(12)、筛网(13)、收集器(14)、照明装置(15)和控制装置；
喷射舱(3)顶端设有排气孔，底端设有筛网(13)；
喷枪(1)由三通管(16)和喷嘴(17)组成；三通管(16)的三个接口分别为：粒子入口、压缩空气入口和粒子出口；
连接关系为：
喷射舱(3)和收集器(14)固定连接后通过框架(10)固定在地面上，且喷射舱(3)和收集器(14)形成密封空腔；排气扇(12)通过排气管与喷射舱(3)的排气孔相通；过滤网(11)水平安装于喷射舱(3)内部，将喷射舱(3)分隔成上下空间；照明装置(15)和喷枪夹具(2)均固定于过滤网(11)的下表面上；Z向升降台(7)一端与喷枪夹具(2)固定连接，另一端通过C轴旋转驱动器(8)固定夹持器(9)；夹持器(9)固定喷枪(1)；压缩空气管路(5)与三通管(16)的压缩空气入口相接；粒子管路(4)一端与三通管(16)的粒子入口相接，另一端与收集器(14)底端的粒子出口相接；XY向移动平台(6)固定于筛网(13)的上表面上；收集器(14)顶端与喷射舱(3)对接固定；控制装置分别与XY向移动平台(6)和Z向升降台(7)连接。
2.如权利要求1所述的空气喷射柔性抛光装置，其特征在于，
所述三通管(16)的压缩空气入口和粒子出口的中轴线同轴，粒子入口和压缩空气入口中轴线之间的夹角为30°。
3.如权利要求1所述的空气喷射柔性抛光装置，其特征在于，
所述粒子入口的直径d1、所述压缩空气入口的直径d2、所述粒子出口的直径d3的大小比例为1:(0.8-1):(1-1.2)，所述粒子入口的直径d1为1mm-10mm。
4.如权利要求1所述的空气喷射柔性抛光装置，其特征在于，
所述喷嘴直径d4为抛光粒子直径的5-20倍，所述喷嘴长度为所述喷嘴直径d4的(1.8-2.2)倍。
5.如权利要求1所述的空气喷射柔性抛光装置，其特征在于，所述喷射舱(3)一侧开有安全门，安全门通过安装在四周的密封圈使喷射舱(3)和收集器(14)密封。
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