CN104647193A - 一种分形路径的研磨机构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种分形路径的研磨机构,其包括研磨机基台(1)、安装在研磨机基台(1)上的X轴方向导轨滑块结构、Y轴方向滚珠丝杠结构、Z轴方向升降结构以及设置在Z轴方向升降结构上的研磨主轴结构;所述Y轴方向滚珠丝杠结构沿X轴方向导轨滑块结构滑动连接,所述Z轴方向升降结构在Y轴方向滚珠丝杠结构的作用下沿Y轴方向运动,所述X轴方向导轨滑块结构、齿轮齿条结构、研磨主轴结构均连接有步进电机(19),所述X轴方向导轨滑块结构与步进电机(19)之间连接有齿轮齿条结构,本发明的机构,X\Y方向实现分形路径,Z方向调节工件和研磨盘之间的高度位置和压力,实现了分形路径的加工,有效的提高了加工效率,降低了加工成本。

Description

一种分形路径的研磨机构
技术领域
本发明提供一种分形路径的研磨机构,属于机械表面加工技术领域。具体涉及一种质子交换膜燃料电池金属双极板的分形路径研磨机构。
背景技术
双极板又称集流板,是燃料电池的重要部件,需满足如下有求:(1):实现电池间电的联接;(2) :排除电池内化学反应产生的废热;(3) :分隔燃料和氧化剂。流场是在双极板上加工的各种形状的沟槽,为反应物和生成物提供进出通道,流道结构决定反应物与生成物在流场内的流动状态,要保证质子交换膜燃料电池正常运行,必须使电极各处均能获得充足的反应物,并及时将生成的水排出,因此双极板的流场对质子交换膜燃料电池的性能有很大的影响。
在1890年意大利的数学家Peano构造出一种平面曲线,这种曲线能遍历平面上某一正方形区域内所有的点。在1891年德国数学家Hilbert也构造出一种相似但较为简单的曲线,这种曲线被称为Hilbert- Peano曲线。Hilbert-Peano曲线既是曲线也是平面。分形曲线的分形维数越趋近2,它在二维平面上的分布也越均匀,适合作为质子交换膜燃料电池双极板的流场。
研磨作为一种高效率、低成本的加工方法,已经广泛用于各个领域,分形路径的研磨机构引入到微型燃料电池双极板的加工,能够实现更加快速高效并且低成本的商业化应用。
发明内容
本发明的目的在于解决:现有针对常规刻蚀、激光加工、冲压成形、MEMS等应用于微型燃料电池双极板的加工工艺的高成本,低效率,本发明提供一种分形路径的研磨机构的高效率、低成本能够实现微型燃料电池双极板加工的产业化。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案:一种分形路径的研磨机构,其包括研磨机基台、安装在研磨机基台上的X 轴方向导轨滑块结构、Y轴方向滚珠丝杠结构、Z轴方向升降结构以及设置在Z轴方向升降结构上的研磨主轴结构;所述Y轴方向滚珠丝杠结构沿X 轴方向导轨滑块结构滑动连接,所述Z轴方向升降结构在Y轴方向滚珠丝杠结构的作用下沿Y轴方向运动,所述X 轴方向导轨滑块结构、齿轮齿条结构、研磨主轴结构均连接有步进电机,所述X 轴方向导轨滑块结构与步进电机之间连接有齿轮齿条结构。
作为优选,所述X 轴方向导轨滑块结构包括通过螺纹连接固定于研磨机基台上的底部垫块与固定于底部垫块上的导向轴支座以及导向轴和直线轴承固定座组件。
作为优选,所述齿轮齿条结构包括连接X 轴方向导轨滑块结构的连板、连板相连的齿条与直齿轮以及支撑和定位直齿轮齿条的齿轮齿条机座。
作为优选,所述Y轴方向滚珠丝杠结构包括两组微型直线导轨、丝杆支座组件、滚珠丝杠以及法兰块,所述两组微型直线导轨固定于连板上,所述丝杆支座组件固定于连板Y轴方向两端,所述滚珠丝杠通过法兰块与微型直线导轨连接,所述滚珠丝杆与步进电机连接,所述步进电机通过滚珠丝杆的带动将回转运动转化为直线运动。
作为优选,所述Z轴方向升降结构包括高承载剪式升降台与电机架,所述高承载剪式升降台固定于法兰块上,所述电机架位于高承载剪式升降台上方,所述电机架用于固定研磨主轴结构。
作为优选,所述研磨主轴结构包括主轴架、中心主轴、十字形联轴器以及研磨工件盘,所述主轴架与电机架相连,所述步进电机与中心主轴上端通过十字形联轴器连接,所述中心主轴下端与研磨工件盘相连接。
本发明的有益效果是:可实现用于研磨的X\Y\Z三个方向的移动和Z轴转动运动。其结构包括两个实现X轴方向运动的导轨滑块结构;连接两个X轴导轨滑块结构的齿轮齿条结构;实现Y轴方向运动的滚珠丝杠结构结构;Z轴方向升降结构;研磨主轴结构;以及共有三个步进电机,本发明的机构,X\Y方向实现分形路径,Z方向调节工件和研磨盘之间的高度位置和压力,实现了分形路径的加工,有效的提高了加工效率,降低了加工成本。
附图说明
图1是本发明分形路径研磨加工机构的结构示意图;
图2是本发明X轴方向导轨滑块进给结构示意图;
图3是本发明Y轴方向导轨滑块丝杠结构示意图;
图4是本发明Z轴方向升降结构示意图;
图5是本发明研磨主轴结构示意图。
图中:1、研磨机基台;2、底部垫块;3、导向轴支座;4、导向轴;5、直线轴承固定座组件;6、连板;7、齿条;8、直齿轮;9、齿轮齿条机座;10、微型直线导轨;11、丝杆支座组件;12、滚珠丝杠;13、法兰块;14、高承载剪式升降台;15、电机架;16、研磨工件盘;17、中心主轴;18、主轴架;19、步进电机;20、十字形联轴器。
具体实施方式
参照图1至图5所示,本案例实施的一种分形路径的研磨机构,其包括研磨机基台(1)、安装在研磨机基台(1)上的X 轴方向导轨滑块结构、Y轴方向滚珠丝杠结构、Z轴方向升降结构以及设置在Z轴方向升降结构上的研磨主轴结构;所述Y轴方向滚珠丝杠结构沿X 轴方向导轨滑块结构滑动连接,所述Z轴方向升降结构在Y轴方向滚珠丝杠结构的作用下沿Y轴方向运动,所述X 轴方向导轨滑块结构、齿轮齿条结构、研磨主轴结构均连接有步进电机(19),所述X 轴方向导轨滑块结构与步进电机(19)之间连接有齿轮齿条结构;
所述X 轴方向导轨滑块结构包括通过螺纹连接固定于研磨机基台1上的底部垫块2与固定于底部垫块2上的导向轴支座3以及导向轴4和直线轴承固定座组件5;
所述齿轮齿条结构包括连接X 轴方向导轨滑块结构的连板6、连板6相连的齿条7与直齿轮8以及支撑和定位直齿轮8齿条7的齿轮齿条机座9;
所述Y轴方向滚珠丝杠结构包括两组微型直线导轨10、丝杆支座组件11、滚珠丝杠12以及法兰块13,所述两组微型直线导轨10固定于连板6上,所述丝杆支座组件11固定于连板6Y轴方向两端,所述滚珠丝杠12通过法兰块13与微型直线导轨10连接,所述滚珠丝杆12与步进电机19连接,所述步进电机19通过滚珠丝杆12的带动将回转运动转化为直线运动;
所述Z轴方向升降结构包括高承载剪式升降台14与电机架15,所述高承载剪式升降台14固定于法兰块13上,所述电机架15位于高承载剪式升降台14上方,所述电机架15用于固定研磨主轴结构;
所述研磨主轴结构包括主轴架18、中心主轴17、十字形联轴器20以及研磨工件盘16,所述主轴架18与电机架15相连,所述步进电机19与中心主轴17上端通过十字形联轴器20连接,所述中心主轴17下端与研磨工件盘16相连接。
在进行研磨的时候,通过步进电机19的转动带动直齿轮8转动,在齿条7与直齿轮8的啮合的作用下,能够使得步进电机19的回转运动转化成为直线运动,能够使得齿条7沿X轴方向运动,从而能够使得连板6在导向轴4上运动,Y轴方向滚珠丝杠结构设置在连板6上,通过连板6的运动,能够使得Y轴方向滚珠丝杠结构沿X轴方向运动,其中X 轴方向导轨滑块结构设为两组,连板6的两端分别与X 轴方向导轨滑块结构上的导向轴4连接,Y轴方向滚珠丝杠结构上的丝杆支座组件11固定安装在连板上,步进电机19通过滚珠丝杆12的带动将回转运动转化为直线运动,从而使得法兰块13在微型直线导轨10上运动,其中微型直线导轨10设为两组,Z轴方向升降结构与法兰块13连接,Z轴方向升降结构在法兰块13的作用下能够沿着Y轴方向运动,Z轴方向升降结构上的高承载剪式升降台14安装在法兰块13上,高承载剪式升降台14能够带动研磨主轴结构沿Y轴运动,通过步进电机19带动十字形联轴器20,从而使的中心主轴17能够带动研磨工件盘16转动,从而能够使得带动研磨工件盘16研磨。
通过计算机与控制芯片分别实现两个步进电机的分形路径以及工件盘的旋转。选择W14、W7、W3.5三种粒度大小的白刚玉先后对相同试验状况下的不锈钢工件进行研磨加工。研磨液浓度为10%~20%,为了使得研磨磨粒材料能够稍微停留在研磨盘上与工件充分接触加工,又利于加工残料的清除,因而在铸铁研磨盘上设计阿基米德螺旋线的沟槽。
试验条件设置如表1所示。
表1 试验条件参数
本次试验为单因素试验,要求除了驱动方式不同之外,其他试验条件尽量一致。通过测量加工前后各组试验参数,计算其材料去除非均匀性、表面粗糙度和平面度等指标来评价最佳驱动方式为分形路径驱动,尤其在材料去除非均匀性上。与材料去除理论研究和研磨加工轨迹均匀性仿真分析进行对比,也得到相同结果。进一步说明分形路径驱动的可行性和有效性,为今后其他驱动路径提供了仿真和实验参考。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案,并非对本发明作任何形式上的限制,在不超出权利要求所记载的技术方案的前提下还有其它的变体及改型。

Claims (6)

1.一种分形路径的研磨机构,其特征在于:其包括研磨机基台(1)、安装在研磨机基台(1)上的X 轴方向导轨滑块结构、Y轴方向滚珠丝杠结构、Z轴方向升降结构以及设置在Z轴方向升降结构上的研磨主轴结构;所述Y轴方向滚珠丝杠结构沿X 轴方向导轨滑块结构滑动连接,所述Z轴方向升降结构在Y轴方向滚珠丝杠结构的作用下沿Y轴方向运动,所述X 轴方向导轨滑块结构、齿轮齿条结构、研磨主轴结构均连接有步进电机(19),所述X 轴方向导轨滑块结构与步进电机(19)之间连接有齿轮齿条结构。
2.根据权利要求1所述的一种分形路径的研磨机构,其特征在于:所述X 轴方向导轨滑块结构包括通过螺纹连接固定于研磨机基台(1)上的底部垫块(2)与固定于底部垫块(2)上的导向轴支座(3)以及导向轴(4)和直线轴承固定座组件(5)。
3.根据权利要求1所述的一种分形路径的研磨机构,其特征在于:所述齿轮齿条结构包括连接X 轴方向导轨滑块结构的连板(6)、连板(6)相连的齿条(7)与直齿轮(8)以及支撑和定位直齿轮(8)齿条(7)的齿轮齿条机座(9)。
4.根据权利要求1所述的一种分形路径的研磨机构,其特征在于:所述Y轴方向滚珠丝杠结构包括两组微型直线导轨(10)、丝杆支座组件(11)、滚珠丝杠(12)以及法兰块(13),所述两组微型直线导轨(10)固定于连板(6)上,所述丝杆支座组件(11)固定于连板(6)Y轴方向两端,所述滚珠丝杠(12)通过法兰块(13)与微型直线导轨(10)连接,所述滚珠丝杆(12)与步进电机(19)连接,所述步进电机(19)通过滚珠丝杆(12)的带动将回转运动转化为直线运动。
5.根据权利要求1所述的一种分形路径的研磨机构,其特征在于:所述Z轴方向升降结构包括高承载剪式升降台(14)与电机架(15),所述高承载剪式升降台(14)固定于法兰块(13)上,所述电机架(15)位于高承载剪式升降台(14)上方,所述电机架(15)用于固定研磨主轴结构。
6.根据权利要求1所述的一种分形路径的研磨机构,其特征在于:所述研磨主轴结构包括主轴架(18)、中心主轴(17)、十字形联轴器(20)以及研磨工件盘(16),所述主轴架(18)与电机架(15)相连,所述步进电机(19)与中心主轴(17)上端通过十字形联轴器(20)连接,所述中心主轴(17)下端与研磨工件盘(16)相连接。
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