CN105834841A - 一种自动化循环控制多相流旋流抛光加工装置 - Google Patents

一种自动化循环控制多相流旋流抛光加工装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自动化循环控制多相流旋流抛光加工装置，包括抛光流道主体结构、自吸泵、电磁流量显示控制装置、搅拌叶片、搅拌电机、温度传感器、粘度传感器、降温棒、自动控制柜和加工池；固液二相抛光液通过3个均匀的流道入口，在抛光工件中和由超声波气泡发生器产生的空化气泡混合形成高速旋流流场，通过与工件形成的不等间距的微距细缝，均匀化抛光加工工件。自动控制柜实时接收抛光流场中的流场入口速度，流场温度和粘度并作出反馈，通过控制电磁流量显示控制装置使3个自吸泵出口速度达成一致，通过控制搅拌叶片上方的电机稳定流场的粘度和浑浊度，防止磨粒沉积，通过控制降温棒平衡设备做功所产生的热量，稳定流场温度。

Description

一种自动化循环控制多相流旋流抛光加工装置
技术领域
本发明涉及超精密加工技术领域，更具体的说，尤其涉及一种自动化循环控制多相流旋流抛光加工装置。
背景技术
鉴于传统固液二相流抛光加工效率较为低下，抛光面积较小，难以运用到光学、电子信息及薄膜科学等高新技术领域的超光滑表面加工的情况，气液固三相磨粒流抛光加工成为流体抛光技术新的难点与热点。超声空化三相磨粒流旋流抛光加工是指在原有的固液二相旋流流场的基础上加入超声波气泡发生器，超声波气泡发生器利用超声空化使旋流流场中产生空化气泡，利用微空化气泡的溃灭作用驱动磨粒群，从而提高抛光加工的效率。目前的三相流抛光加工装置大体都是以抛光加工装置与工件表面固定形成微距细缝，对于三相流体的流速，粘度，温度以及流体入口压力确实自动化控制，导致加工过程中难以采集到三相流抛光加工的加工参数，难以形成有效的边界条件调控方法，最终导致工件表面加工不平整，大面积超光滑抛光加工名不副实。
如何进一步改进三相磨粒流抛光加工装置，实现高效、稳定、均匀化的自动化超精密抛光加工是一大难点。
鉴于目前存在的一些问题，设计研发了一种自动化循环控制多相流旋流抛光加工装置。
发明内容
本发明的目的在于解决现有三相磨粒流抛光加工装置自动化加工能力较差，对于流场边界条件以及气泡溃灭能量调控较弱，导致工件表面加工不均匀，无法形成真正意义上的大面积超精密抛光加工；为了实现对精密光学零件的自动化超精密表面抛光加工，提出了一种自动化循环控制多相流旋流抛光加工装置。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种自动化循环控制多相流旋流抛光加工装置，包括抛光流道主体结构、自吸泵、电磁流量显示控制装置、搅拌叶片、搅拌电机、温度传感器、粘度传感器、降温棒、自动控制柜和加工池；所述加工池的外侧固定有侧边支架和底部支架，加工池的顶部固定有顶部支架；所述抛光流道主体结构固定安装在所述加工池内，所述抛光流道主体结构为抛光加工的主体；所述自吸泵安装在所述加工池的侧边支架上，所述自吸泵通过管道与所述加工池内形成磨粒内循环；所述电磁流量显示控制装置安装在所述自吸泵的出口处，所述电磁流量显示控制装置用于显示和控制自吸泵的出口速度；所述搅拌叶片固定安装在所述加工池上方的顶部支架上，所述搅拌电机与所述搅拌叶片固定连接，所述搅拌电机转动时带动所述搅拌运动转动，用于增加加工池内磨粒的浑浊度与黏度；所述温度传感器和粘度传感器固定安装在所述加工池的内侧壁上，温度传感器用于检测加工池内加工液的温度，粘度传感器用于检测加工池内加工液的粘度；所述降温棒固定安装在所述加工池的内侧壁上，用于稳定加工液的温度；所述自动控制柜安装在加工池的底部支架上，用于温度传感器和粘度传感器发送的信号和控制整个装置的运行；
所述抛光流道主体结构包括抛光工具、超声波气泡发生器、固定架和升降驱动装置，所述抛光工具和超声波气泡发生器固定在固定架上，升降驱动装置连接所述固定架，升降驱动装置通过带动所述固定架的升降调整所述抛光工具底部与安装在加工池底部的加工工件的间隙；
所述抛光工具包括圆盘形抛光盘，圆盘形抛光盘与固定在加工池底部的加工工件表面形成间隙，圆盘形抛光盘的底部设置有环形滚花，所述圆盘形抛光盘内部具有倒锥形内腔，所述圆盘形抛光盘的顶部设有与所述倒锥形内腔连通的固液二相抛光液入口，所述超声波气泡发生器固定在所述圆盘形抛光盘的正上方，所述固液二相抛光液入口通过管道连接自吸泵。
进一步的，所述升降驱动装置包括固定在加工池内侧壁上的主体底部固定块、竖直安装在主体底部固定块上的滑轨、竖直安装在主体底部固定块上的滚珠丝杠、连接所述滚珠丝杠的顶部并驱动所述滚珠丝杠转动的丝杠驱动电机、用于固定所述丝杠驱动电机的主体顶部固定块、套装在所述滚珠丝杠上的丝杠螺母、套装在所述直线导轨上的滑块以及滑块连接体，所述滑块连接体的一侧面固定连接滑块和丝杠螺母，另一侧面固定连接固定架。
进一步的，所述固定架包括用于固定所述圆盘形抛光盘的底部固定板和用于固定所述超声波气泡发生器的顶部固定板，底部固定板与所述顶部固定板固定连接，顶部固定板固定在滑块连接体上。
进一步的，所述超声波气泡发生器与自动控制柜电连接，自动控制柜控制超声波气泡发生器发出不同频率的超声波以产生不同尺寸的气泡并使之溃灭。
进一步的，所述圆盘形抛光盘顶部均布3个固液二相抛光液入口，对应的自吸泵也设有3个，所述固液二相抛光液入口与自吸泵一一对应；所述固液二相抛光液入口与圆盘形抛光盘的顶部成30度夹角。该固液二相抛光液入口的分布增大了倒锥形内腔和间隙中的流场压力，形成了高速旋流流场，加大提升了抛光效率。
进一步的，所述间隙的宽度为1-2mm。间隙为微距间隙，该微距间隙解决倒锥形内腔中心压力大，外圈压力小而形成环形加工面，实现加工工件表面的均匀后抛光加工。
进一步的，所述搅拌叶片和搅拌电机设置有四对，均匀分布在加工池的四周。通过搅拌叶片的搅拌效果增大加工液的浑浊度和粘度，防止磨粒沉积。
进一步的，所述自动控制柜有3个信号接收端和4个信号输出端，3个信号接收端分别连接所述电磁流量显示控制装置、温度传感器和粘度传感器，4个信号输出端分别连接电磁流量显示控制装置、丝杠驱动电机、降温棒和超声波气泡发生器。自动控制柜上能够显示流量信息、温度信息和流量信息，并对电磁流量显示控制装置、丝杠驱动电机、降温棒和超声波气泡发生器进行控制，从而稳定加工流场的速度、温度和粘度，控制空化气泡的溃灭效果，实现对工件的均匀化加工。
进一步的，所述超声波气泡发生器与所述圆盘形抛光盘的倒锥形内腔间设有密封盖板，所述密封盖板与超声波气泡发生器通过密封环密封。
圆盘形抛光盘底部的滚花呈环形分布，可增大流场近壁面区域的紊乱度，从而增大微距细缝中的磨粒运动的无序性，实现工件表面均匀化加工。
本发明的技术构思为：加工池和自吸泵形成抛光液加工内循环，减少资源的浪费；固液二相抛光液通过3个均布的固液二相抛光液入口，在倒锥形流道中和由超声波气泡发生器产生的空化气泡混合形成高速旋流流场，通过与加工工件形成的不等间距的微距细缝，均匀化抛光加工工件；自动控制柜实时接收抛光流场中的流场入口速度，流场温度和粘度并作出反馈，通过控制电磁流量显示控制装置使3个自吸泵出口速度达成一致，通过控制搅拌叶片上方的电机稳定流场的粘度和浑浊度，防止磨粒沉积，通过控制降温棒平衡设备做功所产生的热量，稳定流场温度，通过控制超声波气泡发生器形成稳定的气泡溃灭方式；本发明形成一个全自动稳定的抛光加工流场，实现超光滑大面积抛光加工。
本发明的有益效果在于：本发明结构简单紧凑，生产成本低；采用抛光液内循环的结构，增加了抛光液的利用率，减少了对环境的负担；通过顶部入口和锥形内腔增大内部流场的压力和速度，在利用超声波气泡发生器产生的空化气泡形成了气液固三相高速旋流流场，大幅度提高了磨粒在气液固三相流场中的速度，进而了提高所述圆盘形旋流抛光工具对于工件的抛光效率；同时，通过调整微距细缝的距离，在圆盘形旋流抛光工具底部设置滚花，克服了因旋流流场产生的环形加工面，实现了大面积超光滑均匀化抛光加工；通过倒锥形流道和滚花的设计，避免了高速旋流加工中产生环状加工面，实现了大面积均匀化加工；通过自动控制柜的设计稳定了加工流场的速度、温度、粘度以及气泡溃灭的方式，可实现稳定的无人化大批量大面积超精密抛光加工。
附图说明
图1是本发明一种自动化循环控制多相流旋流抛光加工装置的结构示意图。
图2是本发明抛光流道主体结构的机构示意图。
图3是本发明抛光流道的剖面示意图。
图中，1-抛光流道主体结构、2-自吸泵、3-电磁流量显示控制装置、4-搅拌叶片、5-搅拌电机、6-温度传感器、7-降温棒、8-自动控制柜、9-加工池、10-粘度传感器、11-主体底部固定块、12-滑轨、13-滑块、14-滑块连接体、15-滚珠丝杠、16-丝杠驱动电机、17-超声波气泡发生器、18-主体顶部固定块、19-顶部固定板、110-固液二相抛光液入口、111-底部固定板、112-圆盘形抛光盘、113-加工工件、114-密封盖板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1～3所示，一种自动化循环控制多相流旋流抛光加工装置，包括抛光流道主体结构1、自吸泵2、电磁流量显示控制装置3、搅拌电机4、搅拌电机5、温度传感器6、粘度传感器10、降温棒7、自动控制柜8和加工池9；所述加工池9的外侧固定有侧边支架和底部支架，加工池9的顶部固定有顶部支架；所述抛光流道主体结构1固定安装在所述加工池9内，所述抛光流道主体结构1为抛光加工的主体；所述自吸泵2安装在所述加工池9的侧边支架上，所述自吸泵2通过管道与所述加工池9内形成磨粒内循环；所述电磁流量显示控制装置3安装在所述自吸泵2的出口处，所述电磁流量显示控制装置3用于显示和控制自吸泵2的出口速度；所述搅拌电机4固定安装在所述加工池9上方的顶部支架上，所述搅拌电机5与所述搅拌电机4固定连接，所述搅拌电机5转动时带动所述搅拌运动转动，用于增加加工池9内磨粒的浑浊度与黏度；所述温度传感器6和粘度传感器10固定安装在所述加工池9的内侧壁上，温度传感器6用于检测加工池9内加工液的温度，粘度传感器10用于检测加工池9内加工液的粘度；所述降温棒7固定安装在所述加工池9的内侧壁上，用于稳定加工液的温度；所述自动控制柜8安装在加工池9的底部支架上，用于温度传感器6和粘度传感器10发送的信号和控制整个装置的运行。
所述抛光流道主体结构1包括抛光工具、超声波气泡发生器17、固定架和升降驱动装置，所述抛光工具和超声波气泡发生器17固定在固定架上，升降驱动装置连接所述固定架，升降驱动装置通过带动所述固定架的升降调整所述抛光工具底部与安装在加工池9底部的加工工件113的间隙；所述抛光工具包括圆盘形抛光盘112，圆盘形抛光盘112与固定在加工池9底部的加工工件113表面形成间隙，圆盘形抛光盘112的底部设置有环形滚花，所述圆盘形抛光盘112内部具有倒锥形内腔，所述圆盘形抛光盘112的顶部设有与所述倒锥形内腔连通的固液二相抛光液入口110，所述超声波气泡发生器17固定在所述圆盘形抛光盘112的正上方，所述固液二相抛光液入口110通过管道连接自吸泵2。
所述升降驱动装置包括固定在加工池9内侧壁上的主体底部固定块11、竖直安装在主体底部固定块11上的滑轨12、竖直安装在主体底部固定块11上的滚珠丝杠15、连接所述滚珠丝杠15的顶部并驱动所述滚珠丝杠15转动的丝杠驱动电机16、用于固定所述丝杠驱动电机16的主体顶部固定块18、套装在所述滚珠丝杠15上的丝杠螺母、套装在所述直线导轨上的滑块13以及滑块连接体14，所述滑块连接体14的一侧面固定连接滑块13和丝杠螺母，另一侧面固定连接固定架。丝杠驱动电机16运动时带动滚珠丝杠的转动，从而带动与丝杠螺母固定连接的滑块连接体14和固定架沿滚珠丝杠15和直线导轨做升降运动，从而调整固定在固定架上的圆盘形抛光盘112与固定在加工池9底部的加工工件113表面形成间隙距离。间隙的宽度调整范围为1-2mm。
所述固定架包括用于固定所述圆盘形抛光盘112的底部固定板111和用于固定所述超声波气泡发生器17的顶部固定板19，底部固定板111与所述顶部固定板19固定连接，顶部固定板19固定在滑块连接体14上。
所述超声波气泡发生器17与自动控制柜8电连接，自动控制柜8控制超声波气泡发生器17发出不同频率的超声波以产生不同尺寸的气泡并使之溃灭。根据流场流速和压力产生不同频率的超声振动，形成最佳的气泡溃灭作用。
所述圆盘形抛光盘112顶部均布3个固液二相抛光液入口110，对应的自吸泵2也设有3个，所述固液二相抛光液入口110与自吸泵2一一对应；所述固液二相抛光液入口110与圆盘形抛光盘112的顶部成30度夹角。该固液二相抛光液入口110的分布增大了倒锥形内腔和间隙中的流场压力，形成了高速旋流流场，加大提升了抛光效率。
所述搅拌电机4和搅拌电机5设置有四对，均匀分布在加工池9的四周。
所述自动控制柜8有3个信号接收端和4个信号输出端，3个信号接收端分别连接所述电磁流量显示控制装置3、温度传感器6和粘度传感器10，4个信号输出端分别连接电磁流量显示控制装置3、丝杠驱动电机16、降温棒7和超声波气泡发生器17。自动控制柜8上能够显示流量信息、温度信息和流量信息，并对电磁流量显示控制装置3、丝杠驱动电机16、降温棒7和超声波气泡发生器17进行控制，从而稳定加工流场的速度、温度和粘度，控制空化气泡的溃灭效果，实现对工件的均匀化加工。。
所述超声波气泡发生器17与所述圆盘形抛光盘112的倒锥形内腔间设有密封盖板114，所述密封盖板114与超声波气泡发生器17通过密封环密封。
加工池9和自吸泵2形成抛光液加工内循环，减少资源的浪费。固液二相抛光液通过3个均匀的固液二相抛光液入口110，在圆盘形抛光盘112中和由超声波气泡发生器17产生的空化气泡混合形成高速旋流流场，通过与加工工件113形成的不等间距的微距细缝，均匀化抛光加工工件113。自动控制柜8实时接收抛光流场中的流场入口速度，流场温度和粘度并作出反馈，通过控制电磁流量显示控制装置3使3个自吸泵2出口速度达成一致，通过控制搅拌叶片4上方的搅拌电机5稳定流场的粘度和浑浊度，防止磨粒沉积，通过控制降温棒6平衡设备做功所产生的热量，稳定流场温度，通过控制超声波气泡发生器17形成稳定的气泡溃灭方式。形成一个全自动稳定的抛光加工流场，实现超光滑大面积抛光加工。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。

Claims (9)

1.一种自动化循环控制多相流旋流抛光加工装置，其特征在于：包括抛光流道主体结构(1)、自吸泵(2)、电磁流量显示控制装置(3)、搅拌电机(4)、搅拌电机(5)、温度传感器(6)、粘度传感器(10)、降温棒(7)、自动控制柜(8)和加工池(9)；所述加工池(9)的外侧固定有侧边支架和底部支架，加工池(9)的顶部固定有顶部支架；所述抛光流道主体结构(1)固定安装在所述加工池(9)内，所述抛光流道主体结构(1)为抛光加工的主体；所述自吸泵(2)安装在所述加工池(9)的侧边支架上，所述自吸泵(2)通过管道与所述加工池(9)内形成磨粒内循环；所述电磁流量显示控制装置(3)安装在所述自吸泵(2)的出口处，所述电磁流量显示控制装置(3)用于显示和控制自吸泵(2)的出口速度；所述搅拌电机(4)固定安装在所述加工池(9)上方的顶部支架上，所述搅拌电机(5)与所述搅拌电机(4)固定连接，所述搅拌电机(5)转动时带动所述搅拌运动转动，用于增加加工池(9)内磨粒的浑浊度与黏度；所述温度传感器(6)和粘度传感器(10)固定安装在所述加工池(9)的内侧壁上，温度传感器(6)用于检测加工池(9)内加工液的温度，粘度传感器(10)用于检测加工池(9)内加工液的粘度；所述降温棒(7)固定安装在所述加工池(9)的内侧壁上，用于稳定加工液的温度；所述自动控制柜(8)安装在加工池(9)的底部支架上，用于温度传感器(6)和粘度传感器(10)发送的信号和控制整个装置的运行；
所述抛光流道主体结构(1)包括抛光工具、超声波气泡发生器(17)、固定架和升降驱动装置，所述抛光工具和超声波气泡发生器(17)固定在固定架上，升降驱动装置连接所述固定架，升降驱动装置通过带动所述固定架的升降调整所述抛光工具底部与安装在加工池(9)底部的加工工件(113)的间隙；
所述抛光工具包括圆盘形抛光盘(112)，圆盘形抛光盘(112)与固定在加工池(9)底部的加工工件(113)表面形成间隙，圆盘形抛光盘(112)的底部设置有环形滚花，所述圆盘形抛光盘(112)内部具有倒锥形内腔，所述圆盘形抛光盘(112)的顶部设有与所述倒锥形内腔连通的固液二相抛光液入口(110)，所述超声波气泡发生器(17)固定在所述圆盘形抛光盘(112)的正上方，所述固液二相抛光液入口(110)通过管道连接自吸泵(2)。
2.根据权利要求1所述的一种自动化循环控制多相流旋流抛光加工装置，其特征在于：所述升降驱动装置包括固定在加工池(9)内侧壁上的主体底部固定块(11)、竖直安装在主体底部固定块(11)上的滑轨(12)、竖直安装在主体底部固定块(11)上的滚珠丝杠(15)、连接所述滚珠丝杠(15)的顶部并驱动所述滚珠丝杠(15)转动的丝杠驱动电机(16)、用于固定所述丝杠驱动电机(16)的主体顶部固定块(18)、套装在所述滚珠丝杠(15)上的丝杠螺母、套装在所述直线导轨上的滑块(13)以及滑块连接体(14)，所述滑块连接体(14)的一侧面固定连接滑块(13)和丝杠螺母，另一侧面固定连接固定架。
3.根据权利要求2所述的一种自动化循环控制多相流旋流抛光加工装置，其特征在于：所述固定架包括用于固定所述圆盘形抛光盘(112)的底部固定板(111)和用于固定所述超声波气泡发生器(17)的顶部固定板(19)，底部固定板(111)与所述顶部固定板(19)固定连接，顶部固定板(19)固定在滑块连接体(14)上。
4.根据权利要求1所述的一种自动化循环控制多相流旋流抛光加工装置，其特征在于：所述超声波气泡发生器(17)与自动控制柜(8)电连接，自动控制柜(8)控制超声波气泡发生器(17)发出不同频率的超声波以产生不同尺寸的气泡并使之溃灭。
5.根据权利要求1所述的一种自动化循环控制多相流旋流抛光加工装置，其特征在于：所述圆盘形抛光盘(112)顶部均布3个固液二相抛光液入口(110)，对应的自吸泵(2)也设有3个，所述固液二相抛光液入口(110)与自吸泵(2)一一对应；所述固液二相抛光液入口(110)与圆盘形抛光盘(112)的顶部成30度夹角。该固液二相抛光液入口(110)的分布增大了倒锥形内腔和间隙中的流场压力，形成了高速旋流流场，加大提升了抛光效率。
6.根据权利要求1所述的一种自动化循环控制多相流旋流抛光加工装置，其特征在于：所述间隙的宽度为1-2mm。
7.根据权利要求1所述的一种自动化循环控制多相流旋流抛光加工装置，其特征在于：所述搅拌电机(4)和搅拌电机(5)设置有四对，均匀分布在加工池(9)的四周。
8.根据权利要求1所述的一种自动化循环控制多相流旋流抛光加工装置，其特征在于：所述自动控制柜(8)有3个信号接收端和4个信号输出端，3个信号接收端分别连接所述电磁流量显示控制装置(3)、温度传感器(6)和粘度传感器(10)，4个信号输出端分别连接电磁流量显示控制装置(3)、丝杠驱动电机(16)、降温棒(7)和超声波气泡发生器(17)。自动控制柜(8)上能够显示流量信息、温度信息和流量信息，并对电磁流量显示控制装置(3)、丝杠驱动电机(16)、降温棒(7)和超声波气泡发生器(17)进行控制，从而稳定加工流场的速度、温度和粘度，控制空化气泡的溃灭效果，实现对工件的均匀化加工。。
9.根据权利要求1所述的一种自动化循环控制多相流旋流抛光加工装置，其特征在于：所述超声波气泡发生器(17)与所述圆盘形抛光盘(112)的倒锥形内腔间设有密封盖板(114)，所述密封盖板(114)与超声波气泡发生器(17)通过密封环密封。
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