CN104924193B - 一种工作台可上下翻转的表面强化研磨机 - Google Patents

一种工作台可上下翻转的表面强化研磨机 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种工作台可上下翻转的表面强化研磨机，该研磨机包括机架、工作台、控制文丘里喷射器的XYZ三轴运动系统和转动系统；其特征在于，还包括带辅助定位的槽轮翻转装置和研磨液循环系统；其中，所述带辅助定位的槽轮翻转装置包括箱体、箱体内部的两销四槽的外啮合槽轮机构和直动推杆式的圆柱凸轮机构。所述研磨液循环系统包括位于工作台正下方的研磨液回收漏斗、搅拌装置和文丘里喷射器，所述文丘里喷射器的工作介质进口与压缩空气气源连通，引射介质进口与搅拌装置的搅拌桶连通。本发明所述的研磨机不仅能将工件进行180°翻转，而且具有定位精度高和工作可靠的优点。

Description

一种工作台可上下翻转的表面强化研磨机
技术领域
本发明涉及磨料喷射机床，具体涉及研磨液喷射机床，该机床可对工件表面进行强化研磨。
背景技术
机械零部件的表面质量直接影响机械设备的性能、寿命和可靠性；然而机械零部件在切削加工过程中受切削热的影响，不可避免的在工件表面形成拉应力变质层，该变质层使得工件表面极易产生疲劳裂纹，从而降低零部件的疲劳寿命和可靠性。
很多机械零部件往往需要相对综合的表面质量，即，工件表面同时具有较高的硬度和较低的表面粗糙度。为了获得这样的表面质量，往往先通过表面覆层、表面改性或表面机械强化等方法获得较高的硬度，然后再对工件表面进行研磨加工以获得较低的表面粗糙度。这种方法费时费力，而且不易实现自动化。
申请公布号为CN103878703A的发明专利申请公布的“一种耐磨合金钢工件表面的强化研磨方法”，该方法通过将由质量比为1∶1∶1～5∶1∶3的钢球、研磨粉和强化研磨改性液组成的混合料以100～300m/s的速度和15°～75°的喷射角度喷射到耐磨工件表面，以此来获得较高的表面硬度和较低的表面粗糙度。但是，由该专利申请的图1可见，当工件上具有向上的凹面时，研磨液不可避免地会在部分凹面淤积，阻碍研磨液对该凹面进一步加工。
授权公告号为CN201342591Y的实用新型专利申请公开了一种解决上述技术问题的思路，即通过所公开“一种槽轮翻转机构”实现工作台的翻转。上述槽轮翻转机构利用槽轮和拨盘上的凹凸锁止弧对槽轮进行定位，具有翻转角度不受电机角度误差影响的优点。然而，受加工和装配精度的影响，上述槽轮翻转机构的凹凸锁止弧之间必然会存在一定间隙，当需翻转工件质量较大或/和切削力较大时上述实用新型方案还存在定位精度不足的缺点，严重影响定位的可靠性。进而影响研磨机加工的精度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种工作台可上下翻转的表面强化研磨机，该研磨机不仅能将工件进行180°翻转，而且具有定位精度高和工作可靠的优点。
本发明解决上述技术问题的技术方案是：
一种工作台可上下翻转的表面强化研磨机，该研磨机包括机架、工作台、控制文丘里喷射器的XYZ三轴运动系统和转动系统，其特征在于，还包括带辅助定位的槽轮翻转装置和研磨液循环系统，其中，
(1)所述的带辅助定位的槽轮翻转装置包括箱体、箱体内的外啮合槽轮机构和辅助定位机构，所述槽轮机构包括由第一传动轴支承在箱体上的具有两拨销的拨盘和由第二传动轴支承在箱体上的具有四拨槽的外槽轮，其中，
所述的外槽轮上设有定位孔；
所述的辅助定位机构为直动推杆圆柱凸轮机构，它包括圆柱凸轮和往复直线运动的从动体，其中，所述的圆柱凸轮设在第一传动轴上，其圆柱面上设有封闭的曲线凹槽；所述的从动体上在所述的外槽轮上所设定位孔的对应位置设有定位销，中部穿设在第二传动轴上，下侧设有伸进所述圆柱凸轮上所设曲线凹槽内的滚子；所述的从动体的中部与第二传动轴之间设有一头固定在箱体上的导向套，该导向套与从动体之间设有导向键；所述的定位销的长度大于从动体与外槽轮之间的最近距离，且与外槽轮上所设定位孔相互匹配；
所述两拨销对称于拨盘的凸锁止弧中点与拨盘转动中心的连线，且当拨盘的凸锁止弧的中点与拨盘转动中心的连线和第一传动轴轴心与第二传动轴轴心的连线重合时，所述的定位销完全插入定位孔；
所述的曲线凹槽的中心线自所述的定位销完全插入定位孔时所述滚子的中心位置展开，由定位销退出定位孔的进程过渡段、与凸轮端面平行的工作段和定位销进入定位孔的回程过渡段组成，而且，所述进程过渡段的起点至所述工作段距离大于所述定位销的长度与从动体与外槽轮之间最近距离之差，所述进程过渡段和回程过渡段分布在弧度不大于45°至不大于90°的凸轮的圆柱面上；
所述的带辅助定位的槽轮翻转装置固定在机架上，所述的工作台固定在其第二传动轴上；
(2)所述研磨液循环系统包括位于工作台正下方的研磨液回收漏斗、搅拌装置和文丘里喷射器；所述搅拌装置包括与回收漏斗底部连通的搅拌桶和搅拌叶轮伸到搅拌桶底部的叶轮搅拌器；所述文丘里喷射器的引射介质进口与搅拌桶的底部连通，工作介质进口与压缩空气的气源连通。
本发明所述的研磨机中工作台的驱动箱，其中，所述的拨盘具有两段对称于拨盘直径的凸锁止弧，所述两拨销与拨盘转动中心连线的夹角为180°；或者，所述的拨盘具有一段凸锁止弧，所述两拨销与拨盘转动中心连线的夹角为90°。上述两个方案中，后者优于前者。因为，后者的曲线凹槽的曲线进程过渡段和回程过渡段分布在弧度不大于90°的凸轮的圆柱面上，从而使得所述进程过渡段和回程过渡段曲线更加平缓，减小了从动体的压力角。
为了使本发明所述研磨机的研磨液喷射速度可控性更高，本发明的一个改进方案是，所述文丘里喷射器的工作介质进口与压缩空气的气源之间设有空气流量调节阀。
由于所述拨销拨动所述槽轮时，拨销一直再拨槽内滑动，这使得所述拨销和拨槽极易磨损，为解决上述技术问题，本发明的另一个改进方案是，所述拨销为内圈固定在拨盘上的滚动轴承。
本发明的有益效果是：
由于本发明所述表面强化研磨机设有带辅助定位的槽轮翻转装置，因此不仅可将工件进行180°翻转，以避免研磨液在凹面的淤积而阻碍加工，而且利用直动推杆圆柱凸轮机构与槽轮机构的巧妙配合，将工作台锁定在0°和180°的两个工位，不仅定位可靠，而且精度不受工件质量和切削力等外力作用的影响。
附图说明
图1～4为本发明一个具体实施例的结构示意图；其中图1为主视图，图2为左视图，图3为俯视图，图4为图1中局部I的放大图。
图5为图1～4所示实施例的立体结构示意图。
图6～9为图1～4所示实施例中带辅助定位的槽轮翻转装置的结构示意图；其中，图6为主视图，图7为图6中的A-A剖视图，图8为图7中的B-B剖视图，图9为图7中的C-C剖视图。
图10为图6～9所示带辅助定位的槽轮翻转装置与工作台的立体结构示意图
图11为图10所示带辅助定位的槽轮翻转装置箱体内部结构示意图(立体图)。
图12为图6～9所示带辅助定位的槽轮翻转装置中定位体的立体结构示意图。
图13为图6～9所示带辅助定位的槽轮翻转装置内部的槽轮机构与凸轮机构运动关系的曲线图；图中，曲线a为圆柱凸轮的理论廓线，曲线b为圆柱凸轮的转角与拨销位置关系曲线。
图14为图1～4所示实施例中文丘里喷射器的结构示意图(剖视)。
图15为图14所示文丘里喷射器的立体结构示意图。
图16～17为本发明的另一个具体实施例中带辅助定位的槽轮翻转装置的结构示意图；其中图16主视图，图17为图16中D-D剖视图。
图18图16～17所示带辅助定位的槽轮翻转装置内部的槽轮机构与凸轮机构运动关系的曲线图；图中，曲线c为圆柱凸轮的理论廓线，曲线d为圆柱凸轮的转角与拨销位置关系曲线。
具体实施方式
例1
参见图1～3和5，本例中的机架1的后侧面设有固定丝杠传动系统的固定架，左侧部分设有固定研磨液回收漏斗81的漏斗平台，所述丝杠传动系统由固定在所述固定架上的X轴滚珠丝杠副2、固定在X轴滚珠丝杠副2的滑块上的Y轴滚珠丝杠副3和固定在Y轴滚珠丝杠副3的滑块上的Z轴滚珠丝杠副4组成；所述的三组滚珠丝杠副的运动方向两两相互垂直，且每组丝杠副的丝杠上均连接有一台伺服电机5。所述Z轴滚珠丝杠副4的滑块上设有转轴与X轴滚珠丝杠副2运动方向平行的第一转角电机6，所述第一转角电机6的转轴上通过一与之平行的长杆悬挂有一台转轴与第一转角电机6的转轴垂直的第二转角电机7，所述的第一转角电机6和第二转角电机7构成该研磨机的转动系统。
参见图1～4，所述第二转角电机7的转轴上设有一文丘里喷射器86；参见图14和15，所述文丘里喷射器86具有工作介质(压缩空气)进口861、引射介质(研磨液)进口862、喷嘴864、混合腔865、出口扩压通道863。
参见图1～3和5，所述的研磨液回收漏斗81具有一矩形开口，所述矩形开口的四条侧边分别固定在组成所述漏斗平台的外侧的四根梁上，所述回收漏斗81的下方设有搅拌装置，该搅拌装置包括搅拌桶82和叶轮搅拌器，所述叶轮搅拌器包括安装在搅拌桶盖上的搅拌电机83和与拌电机83的转轴相连并伸到搅拌桶82底部的搅拌叶轮84。
参见图1～3和5，所述漏斗81的底部与搅拌桶82连通；所述搅拌装置和文丘里喷射器之间设有出口软管85，该出口软管85一端连通至所述搅拌桶82的底部，另一端连通至所述文丘里喷射器86的引射介质进口862。所述文丘里喷射器86的工作介质进口861上连通有压缩空气软管87，该压缩空气软管87的管路上设有一台空气流量调节阀88，所述压缩空气软管87的另一端与工厂内的压缩空气的气源连通。
参见图1～3、5和10，所述带辅助定位的槽轮翻转装置9的箱体91固定在机架1的后侧面，所述驱动箱内部的第二传动轴93的一端伸至机架1内侧，该轴端固定有一块T型槽工作台11，所述T型槽工作台11位于回收漏斗81的正上方；参见图2和3，所述驱动箱9内的第一传动轴92的一端与翻转驱动电机10相连，所述翻转驱动电机10为转角可控的步进电机。
参见图6～9，本例中的带辅助定位的槽轮翻转装置9包括箱体91、驱动工作台翻转的传动机构和辅助定位机构；
参见图7、8和11，所述传动机构为外啮合的槽轮机构，该槽轮机构包括固定在第二传动轴93上与第二传动轴93同轴的外槽轮94和固定在第一传动轴92上与第一传动轴92同轴的拨盘95，所述外槽轮94具有四个绕其轴线均匀分布的拨槽941，任意两个拨槽941之间设有凹锁止弧942，所述外槽轮94的端面设有两个定位孔943；
参见图8和12，所述拨盘95上设有两段对称于其直径的凸锁止弧952，该两段凸锁止弧952中点连线的两侧对称设有两个与所述拨槽941匹配的拨销951，且两拨销951与拨盘95转动中心连线的夹角为180°。
参见图7、9和11，所述辅助定位机构为直动推杆圆柱凸轮机构，该凸轮机构包括固定在第一传动轴92上与第一传动轴92同轴的外周面设有封闭的曲线凹槽961的圆柱凸轮96和由圆柱凸轮96驱动可沿圆柱凸轮96轴线方向往复移动的从动体97；该从动体97在所述外槽轮94上所设定位孔943的对应位置设有与所述定位孔943匹配的定位销971，中部设有带键槽的导向孔972，下侧设有伸进所述圆柱凸轮96上所设曲线凹槽961内的滚子973；所述导向孔972套设在一套在第二传动轴93上并固定在箱体91上与圆柱凸轮96轴线平行的导向套98上；所述导向孔972和所述导向套98之间设有导向键99。
参见图13，所述的滚子973在曲线凹槽961内运动，其中心所描出的轨迹，即圆柱凸轮96的理论廓线a，该理论廓线a自所述的定位销971完全插入定位孔943时所述滚子973的中心位置展开，由定位销971退出定位孔943的进程过渡段(横坐标0°～45°)、与圆柱凸轮96端面平行的工作段(横坐标45°～315°)和定位销971进入定位孔943的回程过渡段(横坐标315°～360°)组成；所述进程过渡段的起点至所述工作段距离大于所述定位销971完全插入所述定位孔943时的深度。图示坐标系中的曲线b表示所示拨销951和所述拨槽941的相对位置与第一传动轴92转动角度的关系，其中，横坐标表示主动轴92转动的角度，纵坐标表示所述拨销951进入所述拨槽941的深度。
对比两条曲线，第一传动轴92自0°转至45°的过程中，所述拨销951未进入所述拨槽941，即所述外槽轮94静止不动，所述从动体97自起始位置运动至最远位置，从而将所述定位销971完全退出所述定位孔943；第一传动轴92自45°转至315°的过程中，所述从动体97始终静止于最远位置，所述拨销951两次进入拨槽941，即所述外槽轮94转动180°实现一次翻转；第一传动轴92自315°转至360°，所述拨销951未进入所述拨槽941，即所述外槽轮94静止不动，所述从动体97自最远位置运动至起始位置，从而将所述定位销971完全插入所述定位孔943，实现对所述工作台的辅助定位。
例2
本例与例1的区别在于，所述驱动箱内部的各机构的结构不同。
参见图16和17，所述的拨盘具有一段凸锁止弧952和两拨销951，所述两拨销951为内圈固定在拨盘95上的滚动轴承，且，该两拨销951与拨盘95转动中心连线的夹角为90度；
参见图18，所述的滚子973在曲线凹槽961内运动，其中心所描出的轨迹，即圆柱凸轮96的理论廓线c，该理论廓线c自所述的定位销971完全插入定位孔943时所述滚子973的中心位置展开，由定位销971退出定位孔943的进程过渡段(横坐标0°～90°)、与圆柱凸轮96端面平行的工作段(横坐标90°～270°)和定位销971进入定位孔943的回程过渡段(横坐标270°～360°)组成；所述进程过渡段的起点至所述工作段距离大于所述定位销971完全插入所述定位孔943时的深度。图示坐标系中的曲线d表示所示拨销951和所述拨槽941的相对位置与第一传动轴92转动角度的关系，其中，横坐标表示主动轴92转动的角度，纵坐标表示所述拨销951进入所述拨槽941的深度。
对比两条曲线，第一传动轴92自0°转至90°的过程中，所述拨销951未进入所述拨槽941，即所述外槽轮94静止不动，所述从动体97自起始位置运动至最远位置，从而将所述定位销971完全退出所述定位孔943；第一传动轴92自90°转至270°的过程中，所述从动体97始终静止于最远位置，所述拨销951两次进入拨槽941，即所述外槽轮94转动180°实现一次翻转；第一传动轴92自270°转至360°，所述拨销951未进入所述拨槽941，即所述外槽轮94静止不动，所述从动体97自最远位置运动至起始位置，从而将所述定位销971完全插入所述定位孔943，实现对所述工作台的辅助定位。
本例所述研磨机上述以外的实施方案与例1相同。
以下结合附图简要说明例1所示研磨机的工作原理。
参见图4、14和15，由压缩空气软管87提供的压缩空气经工作介质进口861进入文丘里喷射器86，由喷嘴864高速喷出，由于文丘里效应，所述喷嘴864附近会形成负压，此负压可将研磨液经出口软管85和引射介质进口862抽吸至混合腔865内，在混合腔865内研磨液与压缩空气混合后经出口扩压通道863扩压后高速喷出。
实际工作过程中若遇到工件待加工的表面存在凹面时，为避免研磨液在所述凹面内淤积阻碍进一步加工，可通过数控装置发出指令使所述翻转驱动电机10转动360°，将工作台翻转180°，使得代加工的凹面朝下，这样当研磨液喷射到该凹面后会自然落入回收漏斗81内，不会形成淤积阻碍进一步加工。

Claims (6)

1.一种工作台可上下翻转的表面强化研磨机，该研磨机包括机架、工作台、控制文丘里喷射器的XYZ三轴运动系统和转动系统，其特征在于，还包括带辅助定位的槽轮翻转装置和研磨液循环系统，其中，
(1)所述的带辅助定位的槽轮翻转装置包括箱体、箱体内的外啮合槽轮机构和辅助定位机构，所述槽轮机构包括由第一传动轴支承在箱体上的具有两拨销的拨盘和由第二传动轴支承在箱体上的具有四拨槽的外槽轮，其中，
所述的外槽轮上设有定位孔；
所述的辅助定位机构为直动推杆圆柱凸轮机构，它包括圆柱凸轮和往复直线运动的从动体，其中，所述的圆柱凸轮设在第一传动轴上，其圆柱面上设有封闭的曲线凹槽；所述的从动体上在所述的外槽轮上所设定位孔的对应位置设有定位销，中部穿设在第二传动轴上，下侧设有伸进所述圆柱凸轮上所设曲线凹槽内的滚子；所述的从动体的中部与第二传动轴之间设有一头固定在箱体上的导向套，该导向套与从动体之间设有导向键；所述的定位销的长度大于从动体与外槽轮之间的最近距离，且与外槽轮上所设定位孔相互匹配；
所述两拨销对称于拨盘的凸锁止弧中点与拨盘转动中心的连线，且当拨盘的凸锁止弧的中点与拨盘转动中心的连线和第一传动轴轴心与第二传动轴轴心的连线重合时，所述的定位销完全插入定位孔；
所述的曲线凹槽的中心线自所述的定位销完全插入定位孔时所述滚子的中心位置展开，由定位销退出定位孔的进程过渡段、与凸轮端面平行的工作段和定位销进入定位孔的回程过渡段组成，而且，所述进程过渡段的起点至所述工作段距离大于所述定位销的长度与从动体与外槽轮之间最近距离之差，所述进程过渡段和回程过渡段分布在弧度不大于45°至不大于90°的凸轮的圆柱面上；
所述的带辅助定位的槽轮翻转装置固定在机架上，所述的工作台固定在其第二传动轴上；
(2)所述研磨液循环系统包括位于工作台正下方的研磨液回收漏斗、搅拌装置和文丘里喷射器；所述搅拌装置包括与回收漏斗底部连通的搅拌桶和搅拌叶轮伸到搅拌桶底部的叶轮搅拌器；所述文丘里喷射器的引射介质进口与搅拌桶的底部连通，工作介质进口与压缩空气的气源连通。
2.根据权利要求1所述的一种工作台可上下翻转的表面强化研磨机，其特征在于，所述的拨盘具有两段对称于拨盘直径的凸锁止弧，所述两拨销与拨盘转动中心连线的夹角为180度。
3.根据权利要求1所述的一种工作台可上下翻转的表面强化研磨机，其特征在于，所述的拨盘具有一段凸锁止弧，所述两拨销与拨盘转动中心连线的夹角为90度。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种工作台可上下翻转的表面强化研磨机，其特征在于，所述文丘里喷射器的工作介质进口与压缩空气的气源之间设有空气流量调节阀。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种工作台可上下翻转的表面强化研磨机，其特征在于，所述拨销为内圈固定在拨盘上的滚动轴承。
6.根据权利要求4所述的一种工作台可上下翻转的表面强化研磨机，其特征在于，所述拨销为内圈固定在拨盘上的滚动轴承。
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