CN108326639B - 一种细长管内外表面精密研磨装置及工艺 - Google Patents

一种细长管内外表面精密研磨装置及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种细长管内外表面精密研磨装置及工艺，所述细长管内外表面精密研磨装置包括传动部分、精密研磨部分及研磨粒子供给部分；所述传动部分由底板及设置在底板上方的主轴箱、调速机构、三爪卡盘、传动丝杠、滑块组及工件定位座组成；精密研磨部分由磁极支撑架、磁极及聚磁头组成；研磨粒子供给部分由研磨粒子搅拌机、研磨粒子输送泵、导流管及旋转接头组成。本发明利用研磨粒子在磁场力的束缚下形成的柔性磁粒刷实现对细长管内外表面的精密研磨抛光，不仅可以有效提高细长管内外表面质量，且研磨后的细长管内表面会产生压应力，能够提高细长管的疲劳强度和使用寿命。

Description

一种细长管内外表面精密研磨装置及工艺
技术领域
本发明涉及磁力研磨技术领域，尤其涉及一种能够实现细长管内外表面精密研磨的装置及工艺。
背景技术
在工业及医疗领域中，细长管的应用十分广泛。尤其是应用在医疗领域中时，对细长管的内表面粗糙度要求非常高，一般都需控制在0.12um以下。本发明所述细长管的规格为直径在0.7-3.8mm之间，管壁厚在0.08-0.2mm之间，同时要求管壁厚公差在0.02mm内，且同心度好、外表光亮、内孔光滑，形位公差保证在0.01-0.02mm内。
目前，针对细长管内表面的抛光，大多数加工企业都采取酸洗的方式，其能够达到表面粗糙度及表面形貌的要求。但是，化学抛光会污染环境，且化学试剂对人体有伤害，因此该种技术不能作为精密加工的主流方向。
近年来，磨粒流技术逐渐应用于细长管内表面的加工，其原理是通过高压推动流体在管内运动，流体对表面不断地冲击。但目前这种方法的加工效率比较低，且高压对细长管内表面有较大的冲击力，若细长管尺寸较长，高压环境对细长管的管壁有破坏作用。
申请号为201710247849.2的中国专利公开了一种“大长径比细长管内表面的抛光装置及其方法”,抛光装置的卡盘连接超声波发生器，溜板Ⅱ上设磁力研磨装置，磁力研磨装置包括外部研磨装置和内部研磨装置，外部研磨装置包括底座，设置在此底座上的磁轭与此磁轭相连接的外部磁极，与此外部磁极相连接的聚磁装置，内部研磨装置为设置在细长管内部的辅助磁极。其操作方便，研磨效率高，能够有效的对细长管内表面进行超精密加工。但是该技术方案适用于内径为2mm-6mm的薄壁细长管加工，对于本发明所述直径为0.7-3.8mm的细长管，其内部无法设置辅助磁极，因此无法应用。
发明内容
本发明提供了一种细长管内外表面精密研磨装置及工艺，利用研磨粒子在磁场力的束缚下形成的柔性磁粒刷实现对细长管内外表面的精密研磨抛光，不仅可以有效提高细长管内外表面质量，且研磨后的细长管内表面会产生压应力，能够提高细长管的疲劳强度和使用寿命。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种细长管内外表面精密研磨装置，包括传动部分、精密研磨部分及研磨粒子供给部分；所述传动部分由底板及设置在底板上方的主轴箱、调速机构、三爪卡盘、传动丝杠、滑块组及工件定位座组成，主轴箱内设有主伺服电机和副伺服电机，其中主伺服电机通过调速机构连接三爪卡盘，副伺服电机通过调速机构连接传动丝杠；细长管工件的一端由三爪卡盘固定，另一端由工件定位座支撑，并可由三爪卡盘带动旋转；传动丝杠上沿纵向间隔均匀地设有多个滑块组，每个滑块组均包括轴向滑块和径向滑块，轴向滑块可在传动丝杠带动下沿细长管工件轴向移动，径向滑块设于轴向滑块之上并可沿细长管工件径向移动；精密研磨部分由磁极支撑架、磁极及聚磁头组成，每个滑块组的径向滑块上分别设有磁极支撑架，磁极和聚磁头固定在磁极支撑架上，聚磁头上设有与细长管工件相配合的弧形槽，弧形槽与细长管工件之间留有间隙并填充磁性研磨粒子；研磨粒子供给部分由研磨粒子搅拌机、研磨粒子输送泵、导流管及旋转接头组成，导流管的一端通过研磨粒子输送泵连接研磨粒子搅拌机上的研磨粒子出口，另一端通过旋转接头连接细长管工件的一端，用于将磁性研磨粒子导入细长管工件中，细长管工件的另一端在加工过程中临时封闭。
所述调速机构设于调速箱中，主伺服电机通过法兰盘与三爪卡盘连接，调速箱上设有手动调速按钮，主轴箱或调速箱上设有电源开关；电源开关、主伺服电机、副伺服电机、研磨粒子搅拌机上的搅拌电机、研磨粒子输送泵均连接控制系统；主轴箱一侧设控制面板，控制面板与控制系统相连，控制面板上设有旋转启动/停止键、旋转调速键、转速显示窗、轴向移动启动/停止键、轴向移动调速键、轴向移动速度显示窗、搅拌机启动/停止键及输送泵启动/停止键。
所述细长管工件与三爪卡盘之间设有套管。
滑块组的两侧设有限位传感器，限位传感器与控制系统相连接。
所述丝杠导轨为2根平行设置，轴向滑块的底部两侧分别与丝杠导轨滑动连接。
所述轴向滑块上设有轴向手摇轮，径向滑块上设有径向手摇轮。
所述磁性研磨粒子是成分为Al2O3和Fe的烧结颗粒与水基研磨液的混合物，烧结颗粒的直径不小于80目。
所述磁极上设有聚磁头安装槽，聚磁头卡设在聚磁头安装槽内，通过磁极的磁力吸附固定。
一种细长管内外表面精密研磨工艺，采用细长管内外表面精密研磨装置完成，具体步骤如下：
1)将细长管工件的一端通过套管装卡在三爪卡盘上，细长管工件的另一端穿过工件定位座，工件定位座对其起支撑作用；装卡后的细长管工件的轴线与三爪卡盘旋转中心线重合；细长管工件穿出工件定位座的一端通过旋转接头与研磨粒子供给部分连接；细长管工件的另一端临时封闭；
2)精密研磨部分选择与所加工细长管工件外径相配合的聚磁头，将该聚磁头安装到磁极上的聚磁头安装槽中，并实现聚磁头的固定；通过轴向手摇轮和径向手摇轮微调滑块组，使聚磁头上的弧形槽靠近细长管工件的外表面，并与该外表面保持1-2mm的间隙，在该间隙内填充磁性研磨粒子；
3)启动电源开关，通过控制面板操作；按下搅拌机启动/停止键，启动研磨粒子搅拌机上的搅拌电机，搅拌30秒以上，搅拌完成后再次按下搅拌机启动/停止键关闭搅拌电机；按下输送泵启动/停止键，启动研磨粒子输送泵向细长管工件内填充磁性研磨粒子，填充时间按照细长管工件的内径、长度及磁性研磨粒子的输送流量计算；填充完成后关闭研磨粒子输送泵；
4)按下旋转启动/停止键，启动主伺服电机，通过三爪卡盘带动细长管工件旋转，通过旋转调速键调节旋转速度；按下轴向移动启动/停止键，启动副伺服电机，通过传动丝杠带动滑块组沿细长管工件轴向移动，通过轴向移动调速键调节轴向移动速度；在此过程中，由弧形槽中的磁性研磨粒子完成细长管工件外表面的研磨加工，由细长管工件内的磁性研磨粒子完成细长管工件内表面的研磨加工；
5)细长管工件研磨加工完成后，关闭主伺服电机和副伺服电机；将细长管工件从三爪卡盘和工件定位座上卸下；将细长管工件中的磁性研磨粒子进行清理。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)由于本发明所述细长管的直径尺寸很小，机械加工刀具及辅助磁极均无法进入管内，而本发明采用直径不小于80目的烧结颗粒与水基磁磨液混合后的磁性研磨粒子压入管内，从而实现细长管内表面的加工；其加工过程简单方便；
2)本发明所述装置根据磁力研磨的原理，利用磁极吸附力吸附磁性研磨粒子实现细长管内外表面的磁力研磨加工；聚磁头上开设弧形槽，一方面能够增大磁力聚合作用，另一方面可在其中填充磁性研磨粒子，从而完成细长管外表面的光整加工；同时磁力将细长管工件吸附在弧形槽内，保证了旋转时的稳定性；
3)利用磁力研磨原理加工，磁性研磨粒子对工件内表面进行研磨抛光的同时，增大了工件内表面的压应力，有利于延长工件使用寿命及提高其工作性能；
4)研磨粒子供给部分具有搅拌功能，并可以定时、定量更换磁性研磨粒子，从而保证对细长管工件内外表面的研磨效率；
5)本发明与目前通常采用的利用酸洗或者其他化学试剂实现细长管工件内表面抛光的方法相比，不存在污染环境的可能性，也无需使用化学试剂，从而实现了高效环保的目的。
附图说明
图1是本发明所述细长管内外表面精密研磨的装置的正视图。
图2是本发明所述细长管内外表面精密研磨的装置的后视图。
图3是本发明所述研磨粒子供给部分的结构示意图。
图4是本发明所述精密研磨部分的结构示意图。
图5是本发明所述细长管内外表面精密研磨过程的原理示意图。
图中：1.控制面板2.主轴箱3.调速机构4.三爪卡盘5.磁极支撑架6.电源开关7.轴向手摇轮8.径向手摇轮9.细长管工件10.工件定位座11.研磨粒子输送泵12.底板13.研磨粒子搅拌机14.搅拌电机15.底座16.限位传感器17.丝杠导轨18.径向滑块19.套管20.聚磁头21.旋转转头22.导流管23.磁极24.磁性研磨粒子25.聚磁头安装槽26.轴向滑块
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
如图1-图5所示，本发明所述一种细长管内外表面精密研磨装置，包括传动部分、精密研磨部分及研磨粒子供给部分；所述传动部分由底板12及设置在底板12上方的主轴箱2、调速机构、三爪卡盘4、传动丝杠、滑块组及工件定位座10组成，主轴箱2内设有主伺服电机和副伺服电机，其中主伺服电机通过调速机构连接三爪卡盘4，副伺服电机通过调速机构连接传动丝杠；细长管工件9的一端由三爪卡盘4固定，另一端由工件定位座10支撑，并可由三爪卡盘4带动旋转；传动丝杠上沿纵向间隔均匀地设有多个滑块组，每个滑块组均包括轴向滑块26和径向滑块18，轴向滑块26可在传动丝杠带动下沿细长管工件9轴向移动，径向滑块18设于轴向滑块26之上并可沿细长管工件9径向移动；精密研磨部分由磁极支撑架5、磁极23及聚磁头20组成，每个滑块组的径向滑块18上分别设有磁极支撑架5，磁极23和聚磁头20固定在磁极支撑架5上，聚磁头20上设有与细长管工件9相配合的弧形槽，弧形槽与细长管工件9之间留有间隙并填充磁性研磨粒子24；研磨粒子供给部分由研磨粒子搅拌机13、研磨粒子输送泵11、导流管22及旋转接头21组成，导流管22的一端通过研磨粒子输送泵11连接研磨粒子搅拌机13上的研磨粒子出口，另一端通过旋转接头21连接细长管工件9的一端，用于将磁性研磨粒子24导入细长管工件9中，细长管工件9的另一端在加工过程中临时封闭。
所述调速机构设于调速箱3中，主伺服电机通过法兰盘与三爪卡盘4连接，调速箱3上设有手动调速按钮，主轴箱2或调速箱3上设有电源开关6；电源开关6、主伺服电机、副伺服电机、研磨粒子搅拌机13上的搅拌电机14、研磨粒子输送泵11均连接控制系统；主轴箱2一侧设控制面板1，控制面板1与控制系统相连，控制面板1上设有旋转启动/停止键、旋转调速键、转速显示窗、轴向移动启动/停止键、轴向移动调速键、轴向移动速度显示窗、搅拌机启动/停止键及输送泵启动/停止键。
所述细长管工件9与三爪卡盘4之间设有套管19。
滑块组的两侧设有限位传感器16，限位传感器16与控制系统相连接。
所述丝杠导轨17为2根平行设置，轴向滑块26的底部两侧分别与丝杠导17轨滑动连接。
所述轴向滑块26上设有轴向手摇轮7，径向滑块18上设有径向手摇轮8。
所述磁性研磨粒子24是成分为Al2O3和Fe的烧结颗粒与水基研磨液的混合物，烧结颗粒的直径不小于80目，颗粒目数与粒径大小的关系为：目数×粒径(单位：微米)＝15000，即目数越大，粒径越小。
所述磁极23上设有聚磁头安装槽25，聚磁头20卡设在聚磁头安装槽25内，通过磁极23的磁力吸附固定。
一种细长管内外表面精密研磨工艺，采用细长管内外表面精密研磨装置完成，具体步骤如下：
1)将细长管工件9的一端通过套管19装卡在三爪卡盘4上，细长管工件9的另一端穿过工件定位座10，工件定位座10对其起支撑作用；装卡后的细长管工件9的轴线与三爪卡盘4旋转中心线重合；细长管工件9穿出工件定位座10的一端通过旋转接头21与研磨粒子供给部分连接；细长管工件的另一端临时封闭；
2)精密研磨部分选择与所加工细长管工件9外径相配合的聚磁头20，将该聚磁头20安装到磁极23上的聚磁头安装槽25中，并实现聚磁头20的固定；通过轴向手摇轮7和径向手摇轮8微调滑块组，使聚磁头20上的弧形槽靠近细长管工件9的外表面，并与该外表面保持1-2mm的间隙，在该间隙内填充磁性研磨粒子24；
3)启动电源开关6，通过控制面板1操作；按下搅拌机启动/停止键，启动研磨粒子搅拌机13上的搅拌电机14，搅拌30秒以上，搅拌完成后再次按下搅拌机启动/停止键关闭搅拌电机14；按下输送泵启动/停止键，启动研磨粒子输送泵11向细长管工件9内填充磁性研磨粒子24，填充时间按照细长管工件9的内径、长度及磁性研磨粒子24的输送流量计算；填充完成后关闭研磨粒子输送泵11；
4)按下旋转启动/停止键，启动主伺服电机，通过三爪卡盘4带动细长管工件9旋转，通过旋转调速键调节旋转速度；按下轴向移动启动/停止键，启动副伺服电机，通过传动丝杠带动滑块组沿细长管工件9轴向移动，通过轴向移动调速键调节轴向移动速度；在此过程中，由弧形槽中的磁性研磨粒子24完成细长管工件9外表面的研磨加工，由细长管工件9内的磁性研磨粒子24完成细长管工件9内表面的研磨加工(如图5所示)；
5)细长管工件9研磨加工完成后，关闭主伺服电机和副伺服电机；将细长管工件9从三爪卡盘4和工件定位座10上卸下；对细长管工件9中的磁性研磨粒子2进行清理。
本发明所述一种细长管内外表面精密研磨装置及工艺，能够有效去除细长管内表面的毛刺，降低内表面的粗糙度，提高内外表面的光整度。精密研磨细长管内外表面时，只需装卡好细长管工件，在其外部聚磁头的弧形槽内添加磁性研磨粒子，并向细长管工件的内部充入磁性研磨粒子，通过设定加工参数等简单操作，即可完成细长管内外表面的精密研磨。加工时材料去除量小，不会对细长管的形状精度造成影响；本发明所述装置具有结构简单、成本低、工作可靠性高等优点。
以下实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。下述实施例中所用方法如无特别说明均为常规方法。
【实施例1】
本实施例中，所加工的细长管工件9长度为800mm，内径为2.4mm，外径2.8mm，细长管工件9的材质为不锈钢304，内表面原始粗糙度为0.5μm。
精密研磨加工时，主伺服电机转速为3000r/min，单个磁极组的轴向移动位移为260mm，轴向移动速度为4mm/s，加工时间为30min。
本实施例所用的磁性研磨粒子24是主要成分为Al2O3和Fe的烧结颗粒与水基研磨液的混合物，烧结颗粒的直径大小为80目。
经本发明所述细长管内外表面精密研磨的装置研磨抛光后，细长管工件9表面形貌得到极大提高，表面粗糙度达到0.12um，满足企业对细长管工件表面精度的要求。
【实施例2】
本实施例中，所加工的细长管工件9长度为800mm，内径为3mm，外径为3.3mm，细长管工件9的材质为不锈钢304，工件内表面原始粗糙度为0.5μm。
精密研磨加工时，主伺服电机转速为4000r/min，单个磁极组轴向移动位移为260mm，轴向移动速度为5mm/s，加工时间为25min。
本实施例所用的磁性研磨粒子24是主要成分为Al2O3和Fe的烧结颗粒与水基研磨液的混合物，烧结颗粒的直径大小为80目。
经本发明所述细长管内外表面精密研磨的装置研磨抛光后，细长管工件9表面形貌得到极大提高，表面粗糙度达到0.08um，满足企业对细长管工件表面精度的要求。
【实施例3】
本实施例中，所加工细长管工件9的长度为800mm，内径为4mm，外径为4.4mm，细长管工件9的材质为不锈钢304，工件内表面原始粗糙度为0.5μm。
精密研磨加工时，主伺服电机转速为3000r/min，单个磁极组的轴向移动位移为2600mm，轴向移动速度为5mm/s，加工时间为30min。
本实施例所用的磁性研磨粒子24是主要成分为Al2O3和Fe的烧结颗粒与水基研磨液的混合物，烧结颗粒的直径大小为80目。
经本发明所述细长管内外表面精密研磨的装置一次研磨抛光后，细长管工件9表面形貌得到极大提高，表面粗糙度达到0.1μm。
更换粒径100目的磁性研磨粒子24进行二次研磨抛光，其他工艺参数不变，加工时间10min，加工后的细长管工件9内表面粗糙度达到0.07μm(达到镜面效果)，能够满足企业对细长管内外表面精度和质量的要求。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种细长管内外表面精密研磨工艺，其特征在于，基于一种细长管内外表面精密研磨装置实现，所述装置包括传动部分、精密研磨部分及研磨粒子供给部分；所述传动部分由底板及设置在底板上方的主轴箱、调速机构、三爪卡盘、传动丝杠、滑块组及工件定位座组成，主轴箱内设有主伺服电机和副伺服电机，其中主伺服电机通过调速机构连接三爪卡盘，副伺服电机通过调速机构连接传动丝杠；细长管工件的一端由三爪卡盘固定，另一端由工件定位座支撑，并可由三爪卡盘带动旋转；传动丝杠上沿纵向间隔均匀地设有多个滑块组，每个滑块组均包括轴向滑块和径向滑块，轴向滑块可在传动丝杠带动下沿细长管工件轴向移动，径向滑块设于轴向滑块之上并可沿细长管工件径向移动；精密研磨部分由磁极支撑架、磁极及聚磁头组成，每个滑块组的径向滑块上分别设有磁极支撑架，磁极和聚磁头固定在磁极支撑架上，聚磁头上设有与细长管工件相配合的弧形槽，弧形槽与细长管工件之间留有间隙并填充磁性研磨粒子；研磨粒子供给部分由研磨粒子搅拌机、研磨粒子输送泵、导流管及旋转接头组成，导流管的一端通过研磨粒子输送泵连接研磨粒子搅拌机上的研磨粒子出口，另一端通过旋转接头连接细长管工件的一端，用于将磁性研磨粒子导入细长管工件中，细长管工件的另一端在加工过程中临时封闭；
细长管内外表面精密研磨工艺，具体步骤如下：
1)将细长管工件的一端通过套管装卡在三爪卡盘上，细长管工件的另一端穿过工件定位座，工件定位座对其起支撑作用；装卡后的细长管工件的轴线与三爪卡盘旋转中心线重合；细长管工件穿出工件定位座的一端通过旋转接头与研磨粒子供给部分连接；细长管工件的另一端临时封闭；
2)精密研磨部分选择与所加工细长管工件外径相配合的聚磁头，将该聚磁头安装到磁极上的聚磁头安装槽中，并实现聚磁头的固定；通过轴向手摇轮和径向手摇轮微调滑块组，使聚磁头上的弧形槽靠近细长管工件的外表面，并与该外表面保持1-2mm的间隙，在该间隙内填充磁性研磨粒子；
3)启动电源开关，通过控制面板操作；按下搅拌机启动/停止键，启动研磨粒子搅拌机上的搅拌电机，搅拌30秒以上，搅拌完成后再次按下搅拌机启动/停止键关闭搅拌电机；按下输送泵启动/停止键，启动研磨粒子输送泵向细长管工件内填充磁性研磨粒子，填充时间按照细长管工件的内径、长度及磁性研磨粒子的输送流量计算；填充完成后关闭研磨粒子输送泵；
4)按下旋转启动/停止键，启动主伺服电机，通过三爪卡盘带动细长管工件旋转，通过旋转调速键调节旋转速度；按下轴向移动启动/停止键，启动副伺服电机，通过传动丝杠带动滑块组沿细长管工件轴向移动，通过轴向移动调速键调节轴向移动速度；在此过程中，由弧形槽中的磁性研磨粒子完成细长管工件外表面的研磨加工，由细长管工件内的磁性研磨粒子完成细长管工件内表面的研磨加工；
5)细长管工件研磨加工完成后，关闭主伺服电机和副伺服电机；将细长管工件从三爪卡盘和工件定位座上卸下；对细长管工件中的磁性研磨粒子进行清理。
2.根据权利要求1所述的一种细长管内外表面精密研磨工艺，其特征在于，所述调速机构设于调速箱中，主伺服电机通过法兰盘与三爪卡盘连接，调速箱上设有手动调速按钮，主轴箱或调速箱上设有电源开关；电源开关、主伺服电机、副伺服电机、研磨粒子搅拌机上的搅拌电机、研磨粒子输送泵均连接控制系统；主轴箱一侧设控制面板，控制面板与控制系统相连，控制面板上设有旋转启动/停止键、旋转调速键、转速显示窗、轴向移动启动/停止键、轴向移动调速键、轴向移动速度显示窗、搅拌机启动/停止键及输送泵启动/停止键。
3.根据权利要求1所述的一种细长管内外表面精密研磨工艺，其特征在于，所述细长管工件与三爪卡盘之间设有套管。
4.根据权利要求1所述的一种细长管内外表面精密研磨工艺，其特征在于，滑块组的两侧设有限位传感器，限位传感器与控制系统相连接。
5.根据权利要求1所述的一种细长管内外表面精密研磨工艺，其特征在于，丝杠导轨为2根平行设置，轴向滑块的底部两侧分别与丝杠导轨滑动连接。
6.根据权利要求1所述的一种细长管内外表面精密研磨工艺，其特征在于，所述轴向滑块上设有轴向手摇轮，径向滑块上设有径向手摇轮。
7.根据权利要求1所述的一种细长管内外表面精密研磨工艺，其特征在于，所述磁性研磨粒子是成分为Al2O3和Fe的烧结颗粒与水基研磨液的混合物，烧结颗粒的直径不小于80目。
8.根据权利要求1所述的一种细长管内外表面精密研磨工艺，其特征在于，所述磁极上设有聚磁头安装槽，聚磁头卡设在聚磁头安装槽内，通过磁极的磁力吸附固定。
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