CN108789165B - 一种超声辅助磨料射流去毛刺加工装置 - Google Patents

一种超声辅助磨料射流去毛刺加工装置 Download PDF

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Abstract

一种超声辅助磨料射流去毛刺加工装置，其特征在于它包括：升降机构（1）、零件夹具（2）、磨料液体混合箱（3）、高精度两轴工作台（4）、搅拌机构（5）、换能器（6）、变幅杆（7）、传振杆喷嘴（8）、超声电源（10）、流量传感器（15）、电动调节阀（16）和液压隔膜泵（21），所述零件夹具（2）连接到高精度两轴工作台（4）上；所述超声电源（10）、换能器（6）、变幅杆（7）、以及传振杆喷嘴（8）相连；所述液压隔膜泵（21）进口端与磨料液体混合箱（3）相连，出口端旁路设有安全阀（20），主管路出口通过软管（12）固定连接至传振杆喷嘴（8）。本发明结构简单，自动化程度相高，加工无污染，效率高。

Description

一种超声辅助磨料射流去毛刺加工装置
技术领域
本发明涉及一种超声辅助磨料射流光整加工的装置，用于机械加工零件毛刺的去除。该加工装置也具有一定普适性，尤其是针对小型零件。
背景技术
随着科学技术的发展，机械产品的精度要求越来越高，光整加工技术的需求越来越大。在机械加工领域中，随着零件尺寸小型化且要求越来越高，毛刺去除作为光整加工的一个技术难点，也越发成为行业研究的热点。例如在医疗器械这种高技术领域，其零件结构相对复杂且精度要求高，毛刺通常存在于零件棱边和小型异形孔中，难以去除的同时也极大影响了其加工效率和加工质量。
机械加工零件通过电化学的方式去除毛刺时，零件尺寸同步改变，表面容易起氧化膜以及会发生钝化现象；尝试过磁力研磨，发现内孔毛刺不易去除，作用力较小。目前主要采用人工进行毛刺去除，生产效率低下，因此急需研制一种可以有效的并且自动化程度较高的去除该类零件毛刺的设备。
发明内容
本发明的目的是针对机械加工后的零件棱边以及内孔毛刺去除时，采用电化学、磁力研磨以及人工去除毛刺所带来的环境污染、效率低下、质量良莠不齐等问题，设计一种超声辅助磨料射流去毛刺加工装置，该加工装置针对其他小型的零件也有一定的普适性。
本发明的技术方案是：
一种超声辅助磨料射流去毛刺加工装置，其特征在于它包括：升降机构1、零件夹具2、磨料液体混合箱3、高精度两轴工作台4、搅拌机构5、换能器6、变幅杆7、传振杆喷嘴8、超声电源10、流量传感器15、电动调节阀16和液压隔膜泵21；所述的零件夹具2与固定在高精度两轴工作台4上的步进电机相连接；所述换能器6与变幅杆7以及传振杆喷嘴8两两之间通过双头螺柱相连后固定在升降机构1的升降平台27上，升降机构1能带动升降平台27上下移动；所述超声电源10与换能器6相连，给换能器6中的压电陶瓷施加超声频电压激励并通过变幅杆7作用在传振杆喷嘴8上，使传振杆喷嘴8以高频振动的方式实现磨料喷射；所述液压隔膜泵21进口端与磨料液体混合箱3底部相连，液压隔膜泵21的出口端一路通过主管路上安装的不锈钢射流器14与传振杆喷嘴8的进口端相连通，磨料混合液进入传振杆喷嘴8后经过超声作用喷出作用于固定在零件夹具2上的零件上，实现对毛刺的去除，喷射的磨料液体最终回到磨料液体混合箱3，实现循环利用；在主管路上安装有调节磨料流量的电动调节阀16和流量传感器15，另一路通过旁路管与磨料液体混合箱3相连通，在回流管路上安装有安全阀20；在磨料液体混合箱3中安装有防止磨料沉淀的搅拌机构5。
所述的液压隔膜泵21的出口端的主管路上还安装有脉动阻尼器19和压力表18；不锈钢射流器14的出口端通过软管12与传振杆喷嘴8侧边的进口相通，连接处用卡箍13进行固定。
所述的变幅杆7与传振杆喷嘴8连接处安装有温度传感器9，温度传感器9、流量传感器15、电动调节阀16，高精度两轴工作台4以及高精度两轴工作台4上的步进电机均与单片机11相连，并通过串口通讯将数据传输到笔记本电脑17，实现工件X,Y方向上位移和摆动控制以及对应数据的采集、变幅杆7与传振杆喷嘴8连接处温度的监测以及磨料混合液流量的控制，并方便加工数据的保存。
所述的零件夹具2采用类似于虎钳台结构，其基座底孔通过平键连接的基孔制配合与高精度两轴工作台4上固定的步进电机轴连接，实现加工过程中工件X,Y方向移动以及小角度摆动，确保射流能覆盖待去毛刺部位。
所述的换能器6和变幅杆7放置在一个绝缘外壳内，防止安全事故发生。变幅杆7和传振杆喷嘴8连接处采用温度传感器9实时监测温度，防止该处连续作业温度过高引起加工质量下降和设备损坏 。
将超声振动和磨料射流结合起来，液压隔膜泵21把磨料混合液通过软管12压入传振杆喷嘴8内部，磨料混合液在其中由于超声波的空化作用，在喷射出的同时携带微小的气泡，通过气泡的破碎轰击和磨料混合液的微切削作用同时对零件进行毛刺去除。
在水流压力0.5～2Mpa左右时，高速流动的混合液通过耐高压不锈钢射流器14混气室产生负压，由导气管吸入一定量空气，形成气液混合物，辅助超声空化作用。
在液压隔膜泵21出口端旁路安装安全阀20，当液压系统压力超过设定值时，阀门打开进行泄压并将磨料混合液引入磨料液体混合箱3，在出口端安装有电动调节阀16和涡轮流量传感器15，通过单片机11采用PID算法对出口流量进行实时控制，方便最佳去毛刺加工参数的确定。
本发明的有益效果是：
本发明结构简单，成本较低，加工效率高，通过计算机控制加工路径，精度也较高。
本发明可以解放生产力，采用单片机和设备相结合，增强去毛刺工艺的自动化程度。
本发明能够很好地去除零件棱边和内孔的毛刺，也适用于其他微小的零件。
本发明对环境无污染，且可循环利用，符合可持续发展的理念。
附图说明
图1是本发明中待去毛刺加工的零件图。
图2是本发明中传振杆喷嘴图。
图3是本发明的零件夹具图。
图4是本发明的超声辅助磨料射流去毛刺加工装置简图。
图中：1.升降机构、2.零件夹具、3.磨料液体混合箱、4.高精度两轴工作台、5.搅拌机构、6.换能器、7.变幅杆、8.传振杆喷嘴、9.温度传感器、10.超声电源、11.单片机、12.软管、13.卡箍、14.不锈钢射流器、15.流量传感器（涡轮式）、16.电动调节阀、17.笔记本电脑、18.压力表、19.脉动阻尼器、20.安全阀、21.液压隔膜泵、22.接头零件头部棱边、23.接头零件头部圆弧棱边、24.接头零件小孔、25.接头零件竖直棱边、26.零件夹具、27.升降平台。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。本领域其他人员做出的类似本案例的方案都在本发明保护范围内。
如图1-4所示。
一种用于图1所示的零件内孔毛刺去除的超声辅助磨料射流去毛刺加工装置，其整体结构如图4所示，它包括：升降机构1、零件夹具2（如图3）、磨料液体混合箱3、高精度两轴工作台4、搅拌机构5、换能器6、变幅杆7、传振杆喷嘴8（如图2）、温度传感器9、超声电源10、单片机11、软管12、卡箍13、不锈钢射流器14、涡轮式流量传感器15、电动调节阀16、笔记本电脑17、压力表18、脉动阻尼器19、安全阀20、液压隔膜泵21。所述的零件夹具2与固定在高精度两轴工作台4（可直接从市场购置）的步进电机（它主要是实现零件的回转）相连接；所述换能器6与变幅杆7以及传振杆喷嘴8两两之间通过双头螺柱相连，其装配整体固定在升降机构1的长降平台27上，通过长降机构1中的步进电机实现长降平台的上下移动；所述超声电源10与换能器6相连，给压电陶瓷换能器6施加超声频电压激励；所述液压隔膜泵21进口端与磨料液体混合箱3底部相连，出口端有两段主要管路，旁路段与安全阀20相通，主管路与脉动阻尼器19、压力表18、电动调节阀16、涡轮式流量传感器15以及不锈钢射流器14相通，主管路出口通过软管12与传振杆喷嘴8侧边的进口相通（如图2），连接处用卡箍13进行固定，磨料混合液从传振杆喷嘴8喷出作用于固定在夹具上的零件，实现对毛刺的去除，喷射的磨料液体最终回到混合箱，实现循环利用；所述的搅拌机构5将搅拌头放置在磨料液体混合箱3底部，确保磨料在液体中混合均匀且处于悬浮状态；所述单片机11与温度传感器9、涡轮式流量传感器15、电动调节阀16，高精度两轴工作台4以及工作台上的步进电机相连，通过串口通讯将数据传输到笔记本电脑17，实现工件X,Y方向上位移和摆动控制以及对应数据的采集、变幅杆7与传振杆喷嘴8连接处温度的监测以及磨料混合液流量的控制，并方便加工数据的保存。本发明采用了类似于虎钳台结构的零件夹具2，其基座底孔通过平键连接的基孔制配合与高精度两轴工作台4上固定的步进电机轴连接，实现加工过程中工件X,Y方向移动以及小角度摆动，确保射流能覆盖待去毛刺部位。换能器6和变幅杆7放置在一个绝缘外壳内，防止安全事故发生。变幅杆7和传振杆喷嘴8连接处采用温度传感器9实时监测温度，防止该处连续作业温度过高引起加工质量下降和设备损坏。本发明将超声振动和磨料射流结合起来，液压隔膜泵21把磨料混合液通过软管12压入传振杆喷嘴8内部，磨料混合液在其中由于超声波的空化作用，在喷射出的同时携带微小的气泡，通过气泡的破碎轰击和磨料混合液的微切削作用同时对零件进行毛刺去除。在射流压力0.5～2Mpa左右时，高速流动的混合液通过定制的耐高压不锈钢射流器14混气室产生负压，由导气管吸入一定量空气，形成气液混合物，辅助超声空化作用。在液压隔膜泵21出口端旁路安装安全阀20，当液压系统压力超过设定值时，阀门打开进行泄压并将磨料混合液引入磨料液体混合箱3，在出口端安装有电动调节阀16和涡轮式流量传感器15，通过单片机11采用PID算法对出口流量进行实时控制，方便最佳去毛刺加工参数的确定。
详述如下：
一种用于超声辅助磨料射流去毛刺加工装置，它包括：升降机构1、零件夹具2、磨料液体混合箱3、高精度两轴工作台4、搅拌机构5、换能器6、变幅杆7、传振杆喷嘴8（图2所示）、温度传感器9、超声电源10、单片机11、软管12、卡箍13、不锈钢射流器14、流量传感器涡轮15、电动调节阀16、笔记本电脑17、压力表18、脉动阻尼器19、安全阀20、液压隔膜泵21，如图1所示。所述的零件夹具2（如图3）将图1所示的零件夹持后，通过固定于高精度两轴工作台4上的步进电机实现加工过程中零件的X，Y轴平动以及绕X轴的摆动，该夹具夹持方便，可以轻松实现工件的拆卸。同时，该工作台上的电机通过驱动电路与笔记本电脑17进行串口通讯，由电脑实现加工过程控制和数据采集。液压隔膜泵21的进口端与磨料液体混合箱3的底端相连，出口端主要有两段管路，旁路接有安全阀20，当液压系统压力高于5Mpa的时候进行泄压，将磨料液体引回磨料液体混合箱3，确保装置安全性；另一段主管路与脉动阻尼器19、压力表18、电动调节阀16、涡轮式流量传感器15以及不锈钢射流器14相连，笔记本电脑17经由单片机11接收到来自涡轮式流量传感器15的脉冲信号，对电动调节阀16进行控制操作，实现流量的PID闭环控制。主管路的耐高压不锈钢射流器14在管路压力0.5Mpa的时候，通过负压作用由导气管吸入一定量空气，辅助超声空化作用。该段管路最终出口通过软管12与传振杆喷嘴8连接，连接处通过卡箍13进行固定。超声电源10与换能器6相连，给换能器6的压电陶瓷施加电压激励，换能器6、变幅杆7以及传振杆喷嘴8通过双头螺柱两两相连，变幅杆7和传振杆喷嘴8处设有温度传感器9监测加工温度，防止加工过程中温度过高影响加工效率。整个加工装置在加工的时候，超声设备通过电压激励带动传振杆喷嘴8振动，不仅增强喷射出的磨料液体的速度，也使液体中产生微小的空化泡，通过磨粒的微切削以及空化泡的破碎轰击作用，对夹持的接头零件进行超声辅助磨料射流去毛刺操作，喷射出的磨料液体也会回收至磨料液体混合箱，实现循环利用。
本发明工作时，接头零件通过夹具与高精度两轴工作台4相连，笔记本电脑17根据工件的毛刺分布规划合适的加工路径，具体操作由高精度两轴工作台4实现；通过升降机构1将超声装置移动至合适加工位置，记录下此时传振杆喷嘴8端部与接头零件的靶距；打开液压隔膜泵21以及搅拌机构5，同时上位机设定相应的流量参数，等流量调节好之后过30秒打开超声电源10，超声装置带动传振杆喷嘴8向下方喷射磨料液体，此时接头零件由高精度工作台4控制移动，进行棱边和内孔毛刺去除。
接头零件加工结束后，先关闭超声电源10，10秒后关闭液压隔膜泵21,10秒后关闭上位机界面以及断开单片机11电源。控制升降机构1恢复至加工装置初始位置，通过转动零件夹具2的手柄将零件快速拆除。
本实施案例只是本发明案例中一种，任何采用类似结构的技术方案都在本发明保护范围内。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (8)

1.一种超声辅助磨料射流去毛刺加工装置，其特征在于它包括：升降机构（1）、零件夹具（2）、磨料液体混合箱（3）、高精度两轴工作台（4）、搅拌机构（5）、换能器（6）、变幅杆（7）、传振杆喷嘴（8）、超声电源（10）、流量传感器（15）、电动调节阀（16）和液压隔膜泵（21）；所述的零件夹具（2）与固定在高精度两轴工作台（4）上的步进电机相连接；所述换能器（6）与变幅杆（7）以及传振杆喷嘴（8）两两之间通过双头螺柱相连后固定在升降机构（1）的升降平台（27）上，升降机构（1）能带动升降平台（27）上下移动；所述超声电源（10）与换能器（6）相连，给换能器（6）中的压电陶瓷施加超声频电压激励并通过变幅杆（7）作用在传振杆喷嘴（8）上，使传振杆喷嘴（8）以高频振动的方式实现磨料喷射；所述液压隔膜泵（21）进口端与磨料液体混合箱（3）底部相连，液压隔膜泵（21）的出口端一路通过主管路上安装的不锈钢射流器（14）与传振杆喷嘴（8）的进口端相连通，磨料混合液进入传振杆喷嘴（8）后经过超声作用喷出作用于固定在零件夹具（2）上的零件上，实现对毛刺的去除，喷射的磨料液体最终回到磨料液体混合箱（3），实现循环利用；在主管路上安装有调节磨料流量的电动调节阀（16）和流量传感器（15），另一路通过旁路管与磨料液体混合箱（3）相连通，在回流管路上安装有安全阀（20）；在磨料液体混合箱（3）中安装有防止磨料沉淀的搅拌机构（5）。
2.根据权利要求1所述的加工装置，其特征是所述的液压隔膜泵（21）的出口端的主管路上还安装有脉动阻尼器（19）和压力表（18）；不锈钢射流器（14）的出口端通过软管（12）与传振杆喷嘴（8）侧边的进口相通，连接处用卡箍（13）进行固定。
3.根据权利要求1所述的加工装置，其特征是所述的变幅杆（7）与传振杆喷嘴（8）连接处安装有温度传感器（9），温度传感器（9）、流量传感器（15）、电动调节阀（16），高精度两轴工作台（4）以及高精度两轴工作台（4）上的步进电机均与单片机（11）相连，并通过串口通讯将数据传输到笔记本电脑（17），实现工件X,Y方向上位移和摆动控制以及对应数据的采集、变幅杆（7）与传振杆喷嘴（8）连接处温度的监测以及磨料混合液流量的控制，并方便加工数据的保存。
4.根据权利要求1所述的加工装置，其特征是所述的零件夹具（2）采用虎钳台结构，其基座底孔通过平键连接的基孔制配合与高精度两轴工作台（4）上固定的步进电机轴连接，实现加工过程中工件X,Y方向移动以及小角度摆动，确保射流能覆盖待去毛刺部位。
5.根据权利要求1所述的加工装置，其特征是所述的换能器（6）和变幅杆（7）放置在一个绝缘外壳内，防止安全事故发生；变幅杆（7）和传振杆喷嘴（8）连接处采用温度传感器（9）实时监测温度，防止该处连续作业温度过高引起加工质量下降和设备损坏 。
6.根据权利要求1所述的加工装置，其特征是将超声振动和磨料射流结合起来，液压隔膜泵（21）把磨料混合液通过软管（12）压入传振杆喷嘴（8）内部，磨料混合液在其中由于超声波的空化作用，在喷射出的同时携带微小的气泡，通过气泡的破碎轰击和磨料混合液的微切削作用同时对零件进行毛刺去除。
7.根据权利要求1所述的加工装置，其特征是在射流压力0.5～2Mpa左右时，高速流动的混合液通过耐高压不锈钢射流器（14）混气室产生负压，由导气管吸入一定量空气，形成气液混合物，辅助超声空化作用。
8.根据权利要求1所述的加工装置，其特征是在液压隔膜泵（21）出口端旁路安装安全阀（20），当液压系统压力超过设定值时，阀门打开进行泄压并将磨料混合液引入磨料液体混合箱（3），在出口端安装有电动调节阀（16）和流量传感器（15），通过单片机（11）采用PID算法对出口流量进行实时控制，方便最佳去毛刺加工参数的确定。
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