CN107344338B - 一种磨粒喷射辅助的杯形气囊砂轮 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磨粒喷射辅助的杯形气囊砂轮，包括砂轮主体、过渡套、连接板、压板、密封圈及气囊；砂轮主体包括转动轴及杯体，杯体与转动轴的一端连接；转动轴设有第一空腔，杯体设置有第二空腔，第一空腔与第二空腔连通；转动轴的侧壁上开设有与第一空腔连通的第一通孔，用于导入磨抛冷却液；杯体进一步包括第三空腔，第三空腔环绕第二空腔设置，气囊容置于第三空腔中；杯体远离转动轴一侧设有基体，基体远离杯体的一侧设有磨削层或抛光垫；过渡套套设在转动轴上，连接板套设在过渡套上并固定于机床主轴箱上，用于连接砂轮主体与机床。本发明通过气囊与磨粒喷射的配合，有效降低工件的亚表面裂纹深度。

Description

一种磨粒喷射辅助的杯形气囊砂轮

技术领域

本发明涉及砂轮领域，尤其涉及一种磨粒喷射辅助的杯形气囊砂轮。

背景技术

在国防天文领域，高精度光学玻璃主要应用于激光聚变点火装置、大型天文望远镜、高能激光以及卫星光学系统等高端技术领域。例如Hubble太空望远镜，美国国家点火装置以及我国的“神光”系列的激光装置。而在民用光电产品领域，作为信息传递的关键组件，其在光通讯、手机和数码相机等产品中也起着极其重要的作用。高精度光学玻璃的机械加工主要通过高效磨削和确定性抛光实现。磨削主要完成成型并控制一定的面形精度，而抛光可基本去除亚表面裂纹并进一步提高表面精度。传统的磨削加工侧重于保证其面形精度和加工效率，因此往往造成较深的亚表面裂纹。虽然抛光可基本去除亚表面裂纹，然而抛光是一个非常耗时的过程，往往需要消耗数倍于磨削的时间，特别是对大口径光学玻璃而言，严重降低了光学玻璃的加工效率。此外，磨削与抛光是两道不同工序，一般在不同的工位进行，工位的转换必然带入重定位误差，使得抛光的效率进一步降低。

降低光学玻璃磨削阶段的亚表面裂纹深度是提高磨削精度和磨抛效率的重要方式，因此通过磨削工具的改进是降低磨削亚表面裂纹深度的方式之一。气囊工具是目前公认的效率很高的抛光方式，然而传统的气囊抛光对抛光液的约束能力有限，使得气囊抛光的效率优势没办法进一步的提高。另外将磨削与抛光整合，在同一工位上加工，可实现高效磨抛。

因此设计一种可降低磨削亚表面裂纹深度，提高抛光效率的磨抛一体化磨抛工具具有重大的意义。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的杯形砂轮未对亚表面裂纹有效控制，及未磨抛同一工位加工的缺点，提供一种磨粒喷射辅助的杯形气囊砂轮。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术措施：

一种磨粒喷射辅助的杯形气囊砂轮，包括砂轮主体、过渡套、连接板、压板、密封圈及气囊；砂轮主体包括转动轴及杯体，杯体与转动轴的一端连接；转动轴设有第一空腔，杯体设置有第二空腔，第一空腔与第二空腔连通；转动轴的侧壁上开设有与第一空腔连通的第一通孔，用于导入磨抛冷却液；杯体进一步包括第三空腔，第三空腔环绕第二空腔设置，气囊容置于第三空腔中；杯体远离转动轴一侧设有基体，基体远离杯体的一侧设有磨抛层，磨抛层用于对工件进行磨削或抛光；过渡套套设在转动轴上，连接板套设在过渡套上并固定于机床主轴箱上，用于连接砂轮主体与机床。

本发明还可以通过以下技术措施进一步完善：

作为进一步改进，过渡套呈圆环状，过渡套垂直于所述转动轴的两面分别开设有第一凹槽与第二凹槽，第一凹槽与第二凹槽连通；第一凹槽用于放置压板，第二凹槽用于放置密封圈。

作为进一步改进，第二凹槽的纵深小于等于密封圈的厚度。

作为进一步改进，进一步包括磨抛液管，用于导入磨削冷却液，磨抛冷却液包含磨粒及冷却液。

作为进一步改进，连接板与所述过渡套设有连通的第二通孔，用于放置所述磨抛液管，第二通孔位于密封圈之间。

作为进一步改进，第一通孔与第二通孔连通，第一通孔位于密封圈之间。

作为进一步改进，第二空腔垂直所述转动轴的截面为圆形，第三空腔与第二空腔为同心圆。

作为进一步改进，基体呈圆环状，基体与第二空腔为同心圆；基体的内圆周半径大于等于第二空腔的半径，小于等于第三空腔的内圆环半径。

作为进一步改进，进一步包括环扣，杯体远离转动轴的一端的外圆周设有凸台，环扣与基体卡扣在所述凸台上，用于固定基体。

作为进一步改进，磨抛层为磨削层或抛光垫，磨削层通过钎焊工艺焊在基体上，抛光垫粘贴在基体上。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

在杯形砂轮的第三空腔容置有气囊，将传统的刚性磨削转化成柔性磨削，使得磨削过程中磨削力较小，有效降低亚表面裂纹深度；冷却液中加入磨粒，从转动轴喷射进入第一空腔，随着杯体转动，在离心力的作用下更加有效的进入抛光区，增强气囊抛光的效率，同时快速带走磨屑降低磨削区温度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

附图1是本发明-实施例砂轮外部结构示意图。

附图2是本发明-实施例砂轮剖视图；

附图3是本发明-实施例砂轮主体立体图；

附图4是本发明-实施例砂轮主体剖视图；

附图5是本发明-实施例转动轴剖视图。

图标：1-连接板；2-砂轮主体；20-转动轴；201-第一空腔；202-第一通孔；21-杯体；211-第二空腔；212-第三空腔；213-凸台；3-压板；4-磨抛液管；5-环扣；6-基体；7-密封圈；8-过渡套；81-第二通孔；9-气囊；10-磨抛层；h-第二凹槽纵深。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

请参阅图1至图4，一种磨粒喷射辅助的杯形气囊砂轮，包括砂轮主体2、过渡套8、连接板1、压板3、密封圈7及气囊9；砂轮主体2包括转动轴20及杯体21，杯体21与转动轴20的一端连接；转动轴20设有第一空腔201，杯体21设置有第二空腔211，第一空腔201与第二空腔211连通；转动轴20的侧壁上开设有与第一空腔201连通的第一通孔202，用于导入磨抛冷却液；杯体21进一步包括第三空腔212，第三空腔212环绕第二空腔211设置，气囊9容置于第三空腔212中；杯体21远离转动轴20一侧设有基体6，基体6远离杯体21的一侧设有磨抛层10，磨抛层10用于对工件进行磨削或抛光；过渡套8套设在转动轴20上，连接板1套设在过渡套8上并固定于机床主轴箱上，用于连接砂轮主体2与机床，转动轴20与杯体21一体成型。

请参阅图5，过渡套8呈圆环状，过渡套8垂直于转动轴20的两面分别开设有第一凹槽与第二凹槽，第一凹槽与第二凹槽连通；第一凹槽用于放置压板3，压板3通过压板螺钉与过渡套8固定连接，第二凹槽用于放置密封圈7。第二凹槽的纵深小于等于密封圈7的厚度，使得压板3能压紧密封圈7。

进一步包括磨抛液管4，用于导入所述磨抛冷却液，所述磨抛冷却液包含磨粒及冷却液。连接板1与过渡套8设有连通的第二通孔81，磨抛液管4放置在第二通孔81内，所述第二通孔81位于过渡套8两侧的密封圈7之间；第一通孔202与第二通孔81连通，第一通孔202位于过渡套8两侧的密封圈7之间。磨抛冷却液通过外部水泵加压经过磨抛液管4进入到过渡套8内，即第二通孔81内，由于第二通孔81与第一通孔202连通，且第二通孔81与第一通孔202均位于过渡套8两侧的密封圈7之间，确保磨抛冷却液只能由第二通孔81喷射进第一通孔202，由此进入转动轴20的第一空腔201内，然后喷射进入第二空腔211内，最后在喷射及离心力作用下，进入磨抛层10与工件的接触面。

第二空腔211垂直转动轴20的截面为圆形，第三空腔212环绕第二空腔211呈圆槽设置，第三空腔212与第二空腔211为同心圆，确保进入第二空腔211的磨抛冷却液能均匀的进入磨抛层10与工件的接触面。

基体6呈圆环状，基体6与第二空腔211为同心圆；定义第二空腔211的半径为r，第三空腔212的内圆环半径为R，基体6的内圆周半径大于等于r，确保基体6不会伸入第二空腔211内，避免对磨抛冷却液流入到磨抛层10造成阻碍；基体6的内圆周半径小于等于R，确保基体6能将气囊9完全限制在第三空腔212内，防止在磨抛过程中，气囊9脱离第三空腔212而造成破损。

本实施例进一步包括环扣5，杯体21远离转动轴20的一端的外圆周设有凸台213，环扣5与杯体21紧贴配合，扣在凸台213上，环扣5与基体6卡扣在凸台213上，通过螺钉锁扣在一起，将基体6固定在杯体21上。

磨抛层10为磨削层或抛光垫，磨削层通过钎焊工艺将磨粒焊在基体6上，抛光垫粘贴在基体6上。基体6是可拆卸的，需要磨削时，将焊有磨削层的基体6与环扣5卡扣在杯体21上，进行磨削；需要抛光时，将焊有磨削层的基体替换成粘贴有抛光垫的基体进行抛光，实现了磨削与抛光同一工位，避免引进工位造成转换误差。

工作时，砂轮主体2与数控铣车床等外部设备的主轴连接，实现砂轮主体2的旋转；砂轮组装时，将气囊9放入第三空腔212内，然后将环扣5和设置有磨抛层10的基体6扣在杯体21的凸台213上，并通过环扣螺丝拧紧，通过气阀对气囊9充气，使之达到要求的压力，气囊9压力可调，根据实际工作情况而定。磨抛前，利用GC杯形砂轮修整器对杯形气囊砂轮的磨抛层进行修整，采用激光位移传感器检测修整情况。

磨削时，气囊9会通过基体6对磨削层产生持续压力，形成有一定柔性的杯形砂轮，磨削过程中，磨削力较小，降低工件亚表面裂纹深度。磨抛冷却液通过外部水泵加压经过磨抛液管4进入过渡套8，磨抛冷却液在密封圈7的限制下只能进入砂轮主体2的转动轴20的空腔内，即第一空腔201内，然后喷射进第二空腔211内，最后进入磨削层与工件的接触面。磨抛冷却液在杯形砂轮的离心力作用下，将磨削热量和磨屑快速带出，降低磨削区的温度。其中，磨削层的磨粒大小可变，根据实际磨削工艺，选取磨粒粒度。

抛光时，磨抛冷却液通过外部水泵加压经过磨抛液管4进入过渡套8，磨抛冷却液在密封圈7的限制下只能进入砂轮主体2的转动轴20的空腔内，即第一空腔201内，然后喷射进第二空腔211内，最后进入抛光垫与工件的接触面。磨抛冷却液内加入抛光磨粒，抛光磨粒的喷射进入，增大了抛光区的压力和速度，使得抛光液能有效的进入抛光区，增强气囊抛光效果。

本发明采用气囊砂轮磨削，将传统的刚性磨削变成柔性磨削，降低磨削过程中的磨削力，有效降低工件亚表面裂纹深度；磨削过程中，磨破冷却液从磨抛液管中喷射进入磨削区，快递带走磨屑并降低磨削区温度；同时，在磨抛冷却液中加入磨粒，磨粒喷射增大了抛光区的压力和速度，使得抛光液能够有效的进入抛光区，增强气囊抛光效率；将基体设置成可拆卸的，磨削层和抛光垫分别设置在两个基体上，磨削完成后，更换带有抛光垫的基体，实现磨削和抛光在同一个工位，以此减小引进工位的转换误差。

本发明采用磨粒喷射辅助杯形气囊磨抛，有效降低磨削工件的亚表面裂纹深度，同时提高抛光效率，使工件的表面质量得到提高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。

Claims (3)

1.一种磨粒喷射辅助的杯形气囊砂轮，其特征在于，包括砂轮主体、过渡套、连接板、压板、密封圈及气囊；

所述砂轮主体包括转动轴及杯体，所述杯体与所述转动轴的一端连接；

所述转动轴设有第一空腔，所述杯体设置有第二空腔，所述第一空腔与所述第二空腔连通；所述转动轴的侧壁上开设有与所述第一空腔连通的第一通孔，用于导入磨抛冷却液；

所述杯体进一步包括第三空腔，所述第三空腔环绕所述第二空腔设置，所述气囊容置于所述第三空腔中；所述杯体远离所述转动轴一侧设有基体，所述基体远离所述杯体的一侧设有磨抛层，所述磨抛层用于对工件进行磨削或抛光；所述过渡套套设在所述转动轴上，所述连接板套设在过渡套上并固定于机床主轴箱上，用于连接所述砂轮主体与机床；

所述第二空腔垂直所述转动轴的截面为圆形，所述第三空腔与所述第二空腔为同心圆；所述基体呈圆环状，所述基体与所述第二空腔为同心圆；所述基体的内圆周半径大于等于第二空腔的半径，小于等于第三空腔的内圆环半径；

所述杯体进一步包括环扣，所述杯体远离所述转动轴的一端的外圆周设有凸台，所述环扣与所述基体卡扣在所述凸台上，用于固定所述基体；

所述过渡套呈圆环状，所述过渡套垂直于所述转动轴的两面分别开设有第一凹槽与第二凹槽，所述第一凹槽与第二凹槽连通，所述第一凹槽用于放置所述压板，所述第二凹槽用于放置密封圈；

进一步包括磨抛液管，用于导入所述磨抛冷却液，所述磨抛冷却液包含磨粒及冷却液；

所述连接板与所述过渡套设有连通的第二通孔，用于放置所述磨抛液管，所述第二通孔位于所述密封圈之间；

所述第一通孔与所述第二通孔连通，所述第一通孔位于所述密封圈之间。

2.根据权利要求1所述的磨粒喷射辅助的杯形气囊砂轮，其特征在于，所述第二凹槽的纵深小于等于所述密封圈的厚度。

3.根据权利要求1所述的磨粒喷射辅助的杯形气囊砂轮，其特征在于，所述磨抛层为磨削层或抛光垫，所述磨削层通过钎焊工艺焊在基体上，所述抛光垫粘贴在基体上。