CN105881184B - 一种工件研磨行为全局可控的抛光装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于抛光技术领域，涉及一种工件研磨行为全局可控的抛光装置，它包括第一导轨及可沿该第一导轨往返滑行并受该第一导轨约束的第一平台、第二导轨及可沿该第二导轨往返滑行并受该第二导轨约束的第二平台、含有散粒状磨料的研磨抛光介质及盛装该研磨抛光介质的容器。与现有技术相比，本装置的最大特色在于采用导轨约束和可控电机的驱动方式来调控工件的抛光行为，同时结合自由散粒状磨料特有的研磨性质，籍此获得工件全局可控的研磨轨迹、研磨速度和研磨压力，不仅能够全局抛光异形工件的复杂表面，而且能够保证抛光质量的一致性；此外，抛光全程少用甚至弃用电解或化学的抛光手段，由此减少乃至避免了抛光作业对环境造成的电化学污染。

Description

一种工件研磨行为全局可控的抛光装置

技术领域

本发明属于机械抛光技术领域，涉及一种利用自由粒状磨料对工件表面进行抛光的装置，具体地说涉及一种能约束抛光工件作特定研磨运动的抛光装置，更具体地说涉及一种能强制约束复杂三维曲面工件全局表面作指定研磨运动的抛光装置。

背景技术

众所周知，许多具有复杂三维曲面的工件，比如卫浴龙头、门把手以及其它各种五金构件等，往往需要对其表面进行抛光处理，以便获得平滑乃至光整的表面形貌和外观质量。然而，由于这些工件的表面多为不规则的复杂三维型面，因此处理起来十分困难，至今仍为抛光领域一直面临并无法规避的棘手难题。传统的砂轮抛光和砂带抛光分属于硬抛光手段和软抛光手段，对于那些拥有规则的回旋面和平面类的工件，采用砂轮抛光和砂带抛光虽然可以获得较高效率和较高质量的抛光效果，但是对于那些曲率半径变化繁复的复杂曲面工件，砂轮抛光和砂带抛光则由于受到砂轮和导轮半径的不可调节、以及抛光区域时常出现无法容纳抛光元件等结构因素的限制，因此导致目标工件出现砂轮或者砂带无法企及的部位，亦即意味着此时工件存在有无法抛光的死区，换言之面对复杂三维曲面的工件，上述两种抛光手段常常难以对其进行全局抛光处理。

目前，针对复杂结构特征的工件表面抛光，较为成熟亦较为主流的处置手段就是采用振动研磨抛光或者采用电化学抛光，即采用机械能和流体能的机械作用方式或者利用电力场和化学场的电化学作用方式，从微观的层面和全方位的角度对工件的三维表面实施抛光。振动研磨抛光和电化学抛光各具特色，众所周知的事实是，面对异形工件表面抛光，它们的短处与它们的长处一样凸显：

1）振动研磨抛光即是将工件与磨料颗粒自由地混杂在一起，采用固粒单相、液粒两相或者液粒气三相的抛光介质包围或者裹挟工件，然后对盛装有工件和抛光介质的容器（槽或者筒）施加一定的振动，往返的振动或者旋转的振动，从而使磨料相对于工件表面产生不确定的运动滑移与碰撞刮擦，最终达成抛光工件表面的目的。现有技术中的振动抛光机正是实施这一技术的典型代表，比如台湾地区生产的“三次元振动研磨机”、山西省机电设计研究院研发的“涡旋振动研磨光整机”（详见《山西机械》1995年第1期）等等。振动研磨抛光属机械抛光范畴，其优点是对工件表面的形状适应性较强，换句话说面对复杂三维曲面的工件，振动抛光机照样能够从容对其抛光。但是，传统的振动研磨抛光依然存在有局限性，主要表现在：被抛光的工件，在抛光时是被任意地和无定位约束地放进振动槽里，工件被埋入并混杂在磨粒介质当中，整个抛光处理过程工件及磨粒的运动均是杂散的和随机的，一方面工件与工件之间、工件与容器槽之间发生相互碰撞是几乎无法避免的大概率事件，由此极易造成工件表面的损伤而降低产品的外观品相；另一方面，工件表面各点的运动是随机的和不可控的，即使是同一个工件，其表面上各点的运动速率及运动方向亦大相径庭，而且随时随地还在不断地发生着改变，更遑论各个不同工件之间的运动速度，更是差异极大。众所周知，抛光质量与磨料刮削工件表面的速度及作用力密切相关，显然，上述工作方式和工作状态极易造成工件某些部位过抛光而另一些部位欠抛光，亦即意味着抛光质量很难统一和把控，换言之抛光质量的一致性较差。

2）电化学抛光主要是利用电解腐蚀或者化学腐蚀的方式对工件表面的微小凸起、尖锐以及飞边进行蚀除，以此降低工件表面的粗糙度，从而获得抛光效果。电化学抛光的优点是不受工件表面形状的限制，因此非常适合那些具有复杂型面的家用五金件的抛光。但是，电化学抛光存在有难以处置的环境污染问题，或者说它对环境不够友好，因此限制了它的推广及应用。另外，电化学抛光还存在有一定的局限性，如电力场及化学场的设计和控制非常困难，再有就是它对工件的材料有特殊的偏爱或者说它对工件的材料成分构成十分敏感，对付不同材质的工件其抛光效果、抛光效率和抛光成本差异迥然。电化学抛光应用于由不锈钢材质制成的五金构件较为划算，是目前该类材质工件抛光的常用手段。

综上，针对复杂异形曲面工件的抛光，当前常规抛光技术均不同程度地存在有硬伤：砂轮式的“硬抛光”和砂带式的“软抛光”常常因出现处置死区而无法对工件实施全局抛光，振动研磨抛光由于研磨参数不可控而无法保证工件抛光质量的一致性，电化学抛光则因存在电化污染而对环境不友好且电化学抛光对工件材质有特殊要求。一言以蔽之，上述传统抛光技术尚存在进一步提升和改进的空间。

发明内容

为了克服现有抛光技术对异形工件表面抛光时存在的不足，本发明提出一种实现工件整体抛光的工件研磨行为全局可控的抛光装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种工件研磨行为全局可控的抛光装置，包括含有自由散粒状磨料的研磨抛光介质，和盛装该研磨抛光介质的容器，抛光装置还包括第一导轨及可沿该第一导轨滑行并受该第一导轨约束的第一平台、第二导轨及可沿该第二导轨滑行并受该第二导轨约束的第二平台、驱动第一平台并使该第一平台相对于第一导轨作往返运动的第一电机、驱动第二平台并使该第二平台相对于第二导轨作往返运动的第二电机、控制并协调第一电机及第二电机运转规律的控制器、用于安装工件并让工件探触到研磨抛光介质的工件挂板，其中所述第二导轨被紧固在第一平台上或者第二导轨与第一平台为一体结构制作，所述工件挂板与第二平台紧固连接或者工件挂板与第二平台为一体结构制作，被抛光的工件受到工件挂板的驱使而运动并产生相对于研磨抛光介质的研磨运动。

作为上述技术方案的改进，所述第一导轨和第二导轨均为直线导轨，并且第一导轨与第二导轨相互垂直。

作为上述技术方案的进一步改进，所述第一平台、第一导轨和驱动第一平台的第一电机分别设置有至少两个，第二平台、第二导轨和驱动第二平台的第二电机分别至少设置有两个。

进一步，抛光装置设置有力传感器实时检测第一电机驱动第一平台的作用力的数值，并通过比较第一电机和第一平台的作用力决定第一电机的运行参数从而调整、改变第一电机对第一平台总驱动力的贡献值；抛光装置也设置有力传感器实时检测第二电机驱动第二平台的作用力数值，并可通过比较第二电机和第二平台的作用力决定第二电机的运行参数从而调整、改变第二电机对第二平台总驱动力的贡献值。

进一步，抛光装置设置有位置传感器监测第一平台和第二平台的位置，并通过校验和比较第一平台22与第二平台24的位置信息反馈以调控第一电机与第二电机的关联运动。

进一步，所述控制器调控第一电机和第二电机实现协同运转规律或者协同运转效果，在第一电机和第二电机的联合驱动下，被抛光工件在抛光进程中的主抛光运动呈现为相对于容器的平动转动。

进一步，被抛光工件相对于容器所作的平动转动为等速率转动的平动圆周运动，其中第一平台相对于第一导轨所作的往返运动以及第二平台相对于第二导轨所作的往返运动皆为简谐运动，并且第一平台沿第一导轨的简谐运动与第二平台沿第二导轨的简谐运动具有相同数值的幅值和相同数值的周期，且第二平台沿第二导轨的简谐运动的相位与第一平台沿第一导轨的简谐运动的相位相差弧度。

进一步，所述容器内设置有分隔研磨抛光介质的格栅，所述格栅具有若干个隔离单元，被抛光的工件可探入格栅的隔离单元内并与该隔离单元中的研磨抛光介质发生研磨抛光运动。

进一步，所述格栅的隔离单元只容纳一个被抛光工件，隔离单元设置有与其所容纳工件作平动研磨转动时形成的外包络面对应的分隔型面，而且该分隔型面完全包容该工件研磨抛光时的平动转动外包络面。

进一步，所述研磨抛光介质中部分或全部的粒状磨料含带有铁质成分，所述容器的底部设置有可产生磁力吸引并集聚含铁研磨抛光介质的磁铁。

进一步，所述磁铁为电磁铁，并且该电磁铁所产生的磁力规律包括磁场强度大小、磁场分布状况和磁力产生时序均可调控。

进一步，所述容器设置有振动发生器。

进一步，所述容器设置有独立底板，所述独立底板通过弹性密封材料制成的密封垫连接在容器的壳体上，所述振动发生器贴合连接在独立底板上。

进一步，抛光装置还包括驱使研磨抛光介质流动的驱动泵。

进一步，抛光装置还包括用于调节研磨抛光介质工作温度的控温器。

本发明的有益效果是：本抛光装置首先能够实现有效全局抛光异形工件的复杂三维表面，其次能够有效保证工件表面全局抛光质量的一致性，最后能够有效减少抛光过程对环境造成电化学污染。本装置的最大特色在于采用导轨约束和可控电机的驱动方式来调控工件的抛光行为，同时结合自由散粒状磨料特有的研磨性质，籍此获得工件全局可控的研磨轨迹、研磨速度和研磨压力，不仅能够全局抛光异形工件的复杂表面，而且能够保证抛光质量的一致性；此外，抛光全程少用甚至弃用电解或化学的抛光手段，由此减少乃至避免了抛光作业对环境造成的电化学污染。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是本发明实施例的安装结构示意图；

图2是图1实施例另一角度的安装结构示意图；

图3是图1实施例又另一角度的安装结构示意图；

图4是本发明工件在容器内的平动示意图。

具体实施方式

参照图1-图3，本发明的一种工件研磨行为全局可控的抛光装置，包括含有自由散粒状磨料的研磨抛光介质，和盛装该研磨抛光介质的容器1，抛光装置还包括第一导轨21及可沿该第一导轨21滑行并受该第一导轨21约束的第一平台22、第二导轨23及可沿该第二导轨23滑行并受该第二导轨23约束的第二平台24、驱动第一平台22并使该第一平台22相对于第一导轨21作往返运动的第一电机25、驱动第二平台24并使该第二平台24相对于第二导轨23作往返运动的第二电机26、控制并协调第一电机25及第二电机26运转规律的控制器3、可安装工件并能够让工件探触到研磨抛光介质的工件挂板27，其中所述第二导轨23被紧固在第一平台22上或者第二导轨23与第一平台22为一体结构制作，所述工件挂板27与第二平台24紧固连接或者工件挂板27与第二平台24为一体结构制作，被抛光的工件受到工件挂板27的驱使而运动并产生相对于研磨抛光介质的研磨运动。第一导轨21和第二导轨23固定在一机架的机台上，容器1安装在机台下方的机架上，第一平台22和第二平台24于机台上带动工件挂板27相对容器1移动，所述工件挂板27呈U形，其两侧与第二平台24连接，底部安装工件。

控制器3发出控制信号，控制第一电机25通过螺杆移动机构驱动第一平台22沿第一导轨21往返移动，以及控制第二电机26通过螺杆移动机构驱动第二平台24沿第二导轨23往返移动，第一平台22和第二平台24的移动轨迹叠加从而实现工件挂板27整体平面的移动，故工件在平动过程中与研磨抛光介质相互作用进行抛光。

参考图1-3，所述第一导轨21和第二导轨23均为直线导轨，并且第一导轨21与第二导轨23相互垂直，所述第一平台22、第一导轨21和驱动第一平台22的第一电机25分别设置有至少两个，第二平台24、第二导轨23和驱动第二平台24的第二电机26分别至少设置有两个，即工件挂板27的四边分别对称地被第一平台22和第二平台24围绕和连接。

抛光装置设置有力传感器实时检测每个第一电机25各自驱动第一平台22的作用力的数值、并可通过比较它们作用力的大小来决定哪些第一电机25的运行参数需要调整以改变其对第一平台22总驱动力的贡献值，从而保证各个第一电机25驱动力的同步性；抛光装置也设置有力传感器实时检测每个第二电机26各自驱动第二平台24的作用力的数值、并可通过比较它们作用力的大小来决定哪些第二电机26的运行参数需要调整以改变其对第二平台24总驱动力的贡献值，从而保证各个第二电机26驱动力的同步性。

抛光装置设置有位置传感器来监测第一平台22和第二平台24的位置信息，并可通过校验和比较第一平台22与第二平台24的位置信息来反馈并调控第一电机25与第二电机26的关联运动，以确保第一平台22和第二平台24运动位置的同步性。

第一电机25和第二电机26在控制器的调控下两者的协同运转规律或者协同运转效果为：在第一电机25和第二电机26的联合驱动下，被抛光工件在抛光进程中的主抛光运动呈现为相对于容器的平动转动。

被抛光工件相对于容器所作的平动转动为等速率转动的平动圆周运动，其中第一平台22相对于第一导轨21所作的往返运动以及第二平台24相对于第二导轨23所作的往返运动皆为简谐运动，并且第一平台22沿第一导轨21的简谐运动与第二平台24沿第二导轨23的简谐运动具有相同数值的幅值和相同数值的周期，但第二平台24沿第二导轨23的简谐运动的相位与第一平台22沿第一导轨21的简谐运动的相位相差弧度。

散粒状的研磨介质在容器2和工件的带动或搅动下，会出现离散运动的趋势，并影响到它们与工件表面的接触状态，同时研磨介质主要依靠重力和介质中的粘性保持和恢复其静止的状态，也导致研磨介质对工件表面产生的接触力不够大，所有这些必然会导致工件研磨处置效率低下，为了改变这一不足，参考图3和图4，所述容器1内设置有分隔研磨抛光介质的格栅11，所述格栅11具有若干个隔离单元12，被抛光的工件可探入格栅的隔离单元12内并与该隔离单元12中的研磨抛光介质发生研磨抛光运动，各个隔离单元12上的工件挂板27设置有匹配盖合且带手柄的工件盖，其可用于吊挂工件，方便操作。

如图4所示，由于格栅11的围拢作用，能够有效减少研磨介质的离散运动，从而有利于增加其保持和恢复静止状态的能力。参考图4，所述格栅11的隔离单元12只容纳一个被抛光工件6，隔离单元12设置有与其所容纳工件6作平动研磨转动时形成的外包络面相似的分隔型面，而且该分隔型面能够完全包容该工件6研磨抛光时的平动转动外包络面，工件6边缘上标示的虚线圈为工件6边缘各点的平动轨迹。此时格栅12的围拢效应将更加有效和强大，由此可促进研磨介质与工件表面的接触机会和接触力度。

为了减少研磨介质在工作过程当中的离散运动的趋势，所述研磨抛光介质中部分或全部的粒状磨料含带有铁质成分，所述容器1的底部设置有可产生磁力吸引并集聚含铁研磨抛光介质的磁铁（附图未画出）。所述磁铁为电磁铁，并且该电磁铁所产生的磁力规律包括磁场强度大小、磁场分布状况和磁力产生时序均可调控。通过磁铁产生的磁力增强研磨介质恢复静止状态的能力并有效增加研磨介质对工件的接触力。

参考图1和图2，所述容器1底部的壳体上设置有振动发生器4，所述振动发生器4一般固定在机架上，同时容器1活动连接在机架上，通过振动发生器4驱动容器1产生振动，为了增加研磨介质对工件的研磨能力，可以在工件作强制平动圆周转动的基础上，增设上对研磨介质的强迫振动，即附加和叠加上研磨介质对工件表面的碰击和刮削作用，从而提高研磨效率和研磨质量。

参考图2，所述容器1设置有独立底板13，所述独立底板13通过弹性密封材料制成的密封垫连接在容器1的壳体上，所述振动发生器4贴合连接在独立底板13上，振动发生器4首先将振动施加到独立底板13上，接着由独立底板13传导并作用到研磨介质上，最终形成研磨介质对工件表面的碰击和刮削。

参考图1，抛光装置还包括驱使研磨抛光介质流动的驱动泵5。

抛光装置还包括用于调节研磨抛光介质工作温度的控温器。

本装置的最大特色在于采用导轨约束和可控电机的驱动方式来调控工件的抛光行为，同时结合自由散粒状磨料特有的研磨性质，籍此获得工件全局可控的研磨轨迹、研磨速度和研磨压力，不仅能够全局抛光异形工件的复杂表面，而且能够保证抛光质量的一致性；此外，抛光全程少用甚至弃用电解或化学的抛光手段，由此减少乃至避免了抛光作业对环境造成的电化学污染。

以上所述，只是本发明的较佳实施方式而已，但本发明并不限于上述实施例，只要其以任何相同或相似手段达到本发明的技术效果，都应落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种工件研磨行为全局可控的抛光装置，包括含有自由散粒状磨料的研磨抛光介质，和盛装该研磨抛光介质的容器，其特征在于：抛光装置还包括第一导轨及可沿该第一导轨滑行并受该第一导轨约束的第一平台、第二导轨及可沿该第二导轨滑行并受该第二导轨约束的第二平台、驱动第一平台并使该第一平台相对于第一导轨作往返运动的第一电机、驱动第二平台并使该第二平台相对于第二导轨作往返运动的第二电机、控制并协调第一电机及第二电机运转规律的控制器、用于安装工件并让工件探触到研磨抛光介质的工件挂板，其中所述第二导轨被紧固在第一平台上或者第二导轨与第一平台为一体结构制作，所述工件挂板与第二平台紧固连接或者工件挂板与第二平台为一体结构制作，被抛光的工件受到工件挂板的驱使而运动并产生相对于研磨抛光介质的研磨运动，所述容器内设置有分隔研磨抛光介质的格栅，所述格栅具有若干个隔离单元，被抛光的工件可探入格栅的隔离单元内并与该隔离单元中的研磨抛光介质发生研磨抛光运动，所述格栅的隔离单元只容纳一个被抛光工件，隔离单元设置有与其所容纳工件作平动研磨转动时形成的外包络面对应的分隔型面，而且该分隔型面完全包容该工件研磨抛光时的平动转动外包络面。

2.根据权利要求1所述的一种工件研磨行为全局可控的抛光装置，其特征在于：所述第一导轨和第二导轨均为直线导轨，并且第一导轨与第二导轨相互垂直。

3.根据权利要求1所述的一种工件研磨行为全局可控的抛光装置，其特征在于：所述第一平台、第一导轨和驱动第一平台的第一电机分别设置有至少两个，第二平台、第二导轨和驱动第二平台的第二电机分别至少设置有两个。

4.根据权利要求1所述的一种工件研磨行为全局可控的抛光装置，其特征在于：抛光装置设置有力传感器实时检测第一电机驱动第一平台的作用力的数值，并通过比较第一电机和第一平台的作用力决定第一电机的运行参数从而调整、改变第一电机对第一平台总驱动力的贡献值；抛光装置也设置有力传感器实时检测第二电机驱动第二平台的作用力数值，并可通过比较第二电机和第二平台的作用力决定第二电机的运行参数从而调整、改变第二电机对第二平台总驱动力的贡献值；抛光装置设置有位置传感器监测第一平台和第二平台的位置，并通过校验和比较第一平台与第二平台的位置信息反馈以调控第一电机与第二电机的关联运动。

5.根据权利要求1-4任一所述的一种工件研磨行为全局可控的抛光装置，其特征在于：所述控制器调控第一电机和第二电机实现协同运转规律或者协同运转效果，在第一电机和第二电机的联合驱动下，被抛光工件在抛光进程中的主抛光运动呈现为相对于容器的平动转动。

6.根据权利要求5所述的一种工件研磨行为全局可控的抛光装置，其特征在于：被抛光工件相对于容器所作的平动转动为等速率转动的平动圆周运动，其中第一平台相对于第一导轨所作的往返运动以及第二平台相对于第二导轨所作的往返运动皆为简谐运动，并且第一平台沿第一导轨的简谐运动与第二平台沿第二导轨的简谐运动具有相同数值的幅值和相同数值的周期，且第二平台沿第二导轨的简谐运动的相位与第一平台沿第一导轨的简谐运动的相位相差弧度。

7.根据权利要求1所述的一种工件研磨行为全局可控的抛光装置，其特征在于：所述研磨抛光介质中部分或全部的粒状磨料含带有铁质成分，所述容器的底部设置有可产生磁力吸引并集聚含铁研磨抛光介质的磁铁，所述磁铁为电磁铁，并且该电磁铁所产生的磁力规律包括磁场强度大小、磁场分布状况和磁力产生时序均可调控。

8.根据权利要求1所述的一种工件研磨行为全局可控的抛光装置，其特征在于：所述容器设置有振动发生器，容器设置有独立底板，所述独立底板通过弹性密封材料制成的密封垫连接在容器的壳体上，所述振动发生器贴合连接在独立底板上；抛光装置还包括驱使研磨抛光介质流动的驱动泵和/或用于调节研磨抛光介质工作温度的控温器。