CN109866085A - 一种复合研磨精密管设备及抛光工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种复合研磨精密管的设备，包括传动机构、超声振动研磨机构，传动机构包括基座、主轴箱、卡盘、尾座移动支撑装置、磨具移动支撑装置，基座上设有主轴箱，主轴箱的主轴上设有卡盘，在主轴轴线的延伸线上设有尾座移动支撑装置，精密管置于卡盘和尾座移动支撑装置之间；在尾座移动支撑装置的一侧设有磨具移动支撑装置，磨具移动支撑装置上固定连接超声振动研磨机构，超声振动研磨机构包括超声波发生器和磁粒研磨装置，磁粒研磨装置包括依次连接的换能器、集电环、变幅杆、外部磁极、聚磁头，换能器连接在超声波发生器上，外部磁极的轴线与主轴轴线相互垂直，磁粒研磨装置还包括置于精密管内的辅助磁极。
Description
技术领域
本发明涉及机械制造加工领域，尤其涉及到精密管内外表面光整加工的装置及工艺。
背景技术
近年来，工业领域、医疗器械以及航天工业等领域对精密管的需求日益剧增，尤其在医疗器械及航天工业领域，气体和液体传输有着其特殊性，因此对精密管内外表面光整度的要求极其严格。管内表面的表面形貌对于管内的气体传输或液体流动影响比较大，一般都控制在0.12μm以下。本发明所述精密管的规格为直径在6.0-20.0mm之间，壁厚在0.6-2.2mm之间，同时要求管壁厚公差在0-0.03mm之内，并且同轴度好，内表面光滑，外表面光泽亮丽。
传统方法中也有采用了磁粒研磨对精密管表面进行抛光，其方法为在管内直接填充磨料或放入辅助磁极。但是研磨后质量不均匀、研磨时间长、加工效率低、加工不稳定等缺点。本发明采用超声振动装置辅助磁粒研磨精密管内外表面，通过对辅助磁极添加径向振动，超声装置平行且垂直于管中心做轴向及径向运动，以此实现对管内外表面的高效精密抛光。
中国专利公开(公告)号CN103624634B，公开了一种厚壁陶瓷管内表面磁力研磨抛光方法及其装置，该装置主要利用陶瓷管工件旋转，并在工件内部添加V型磁铁作为辅助抛光工具，通过磁性研磨粒子与陶瓷管工件内表面间的相对运动来实现研磨抛光。由于方法仅局限于对大口径的陶瓷管工件进行内表面研磨抛光，且由于磁研磨粒子的运动形式单一，容易对工件表面造成划伤，形成新的纹理。
中国专利公开(公告)号CN202137643U，提出了一种细长管内壁抛光机，该装置通过电机带动工件旋转，并在管件侧面配置缠绕有线圈的铁芯，对线圈通以交流电，铁芯将产生直线往复式交变磁场，带动管腔内部的磁性研磨粒子沿管件轴向进行直线往复式运动。该装置由于其管腔内无辅助抛光装置，实际参与加工的磁性研磨粒子较少，不适合太长的管研磨，况且线圈通电后，发热严重，需配有相应的散热装置，使得设备结构变得复杂。
中国专利公开(公告)号为CN106938410A公开了一种“大长径比细长管内表面的抛光装置及其方法”，采用的是超声波磁粒复合研磨细长管的装置，其超声波作用于磁极的振动方向为轴向，细长管内部设有圆柱体辅助磁极，其研磨时间长，研磨效率有进一步提升的空间。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种复合研磨精密管的设备，增大磁性磨粒与管内壁的碰撞间距，促使磁性磨粒的翻滚更新，提高磨粒的利用率。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种复合研磨精密管的设备，包括传动机构、超声振动研磨机构，传动机构包括基座、主轴箱、卡盘、尾座移动支撑装置、磨具移动支撑装置，基座上设有主轴箱，主轴箱的主轴上设有卡盘，在主轴轴线的延伸线上设有尾座移动支撑装置，精密管置于卡盘和尾座移动支撑装置之间；在尾座移动支撑装置的一侧设有磨具移动支撑装置，磨具移动支撑装置上固定连接超声振动研磨机构，超声振动研磨机构包括超声波发生器和磁粒研磨装置，磁粒研磨装置包括依次连接的换能器、集电环、变幅杆、外部磁极、聚磁头，换能器连接在超声波发生器上，外部磁极的轴线与主轴轴线相互垂直，磁粒研磨装置还包括置于精密管内的辅助磁极。
所述的尾座移动支撑装置包括尾座、尾座丝杠滑台，尾座固定在尾座丝杠滑台上。
所述的磨具移动支撑装置为十字丝杠导轨滑台，十字丝杠导轨滑台包括平行于主轴的横向滑台和垂直于主轴的纵向滑台，横向滑台的两端和纵向滑台的两端分别设有光电开关，纵向滑台上设有用于连接超声波发生器的U型槽座。
所述的辅助磁极为球形磁极，球形磁极的直径为3mm-5mm，球形磁极的材质为钕铁硼永磁铁。
一种复合研磨精密管设备的抛光工艺，包括以下步骤：
a.将平均粒径为180μm-250μm的磁性磨粒与水基研磨液按体积比1：3混合，将混合后的磨料均匀吸附于辅助磁极，并置于精密管内；精密管外表面与聚磁头留有2mm的加工间隙，将混合后的磨料均匀吸附在聚磁头上，启动主轴箱转动精密管；
b.横向滑台在轨道两端的光电开关之间反复匀速移动，移动速度为60mm/min-140mm/min；纵向滑台在在轨道两端的光电开关之间反复匀速移动，移动速度为0.6mm/min-10.0mm/min；
c.超声振动研磨机构对精密管做径向超声振动，振动频率为19kHz，振幅为0-20μm，超声波发生器将交流电信号转换成为超声频的电振荡信号，换能器将超声频的电振荡信号转变为同频的机械振动信号，通过集电环将机械振动信号收集起来，经过变幅杆将微小的振动幅值放大，经外部磁极最终传递给聚磁头,配合辅助磁极进行研磨。
与现有的技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明采用超声振动装置辅助磁粒研磨精密管内外表面，通过对辅助磁极添加径向振动，超声振动研磨机构平行且垂直于精密管中心做轴向及径向运动，对非导磁精密管内外表面进行同步研磨。
2.本发明超声波作用于辅助磁极的方向为径向，放置在管内的辅助磁极为球形磁极，球形磁极随管件做旋转运动并在超声波作用下做径向跳动；研磨过程中磁性磨粒产生复合研磨轨迹，即对非导磁管内外表面实现了超声磁力复合的同步研磨。
3.本发明的优势在于增大了磁性磨粒与管内壁的碰撞间距，促使磁性磨粒的翻滚更新，提高磨粒的利用率；磁性磨粒的复合运动提高了研磨效率；设备加工范围广，例如非导磁阶梯管内外表面抛光，变径管和锥形管件内外表面的抛光，细长管的内外表面抛光以及管件端面去毛刺等。
4.本发明所述一种复合研磨精密管的设备及工艺，不仅能够降低精密管内外表面的表面粗糙度使其表面光整，而且操作简单，工艺方便，成本低，适用范围广，实现功能多，工作可靠性高等优点。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是磁粒研磨装置结构示意图。
图中：基座1、主轴箱3、卡盘4、精密管5、尾座6、尾座丝杠滑台滑块7、尾座丝杠滑台8、尾座电机9驱动、横向电机10、横向滑台11、光电开关Ⅰ12、光电开关II13、纵向电机14、纵向滑台15、光电开关Ⅲ16、光电开关Ⅳ17、横向滑台滑块18、U型槽座19、超声波发生器20、换能器21、集电环22、变幅杆23、辅助磁极24、磁性磨粒25、外部磁极26、聚磁头27。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明：
如图1、图2所示，一种复合研磨精密管的设备，包括传动机构、超声振动研磨机构，超声振动研磨机构包括超声波发生器20、磁粒研磨装置2。
传动机构包括基座1、主轴箱3、卡盘4、尾座移动支撑装置、磨具移动支撑装置，基座1上设有主轴箱3，主轴箱3的主轴上设有卡盘4，在主轴轴线的延伸线上设有尾座移动支撑装置，尾座移动支撑装置包括尾座6、尾座丝杠滑台8，尾座6固定在尾座丝杠滑台滑块7上，尾座丝杠滑台8由尾座电机9驱动，精密管5置于卡盘4和尾座6之间。
在尾座6的一侧设有磨具移动支撑装置，磨具移动支撑装置为十字丝杠导轨滑台，十字丝杠导轨滑台包括平行于主轴的横向滑台11和垂直于主轴的纵向滑台15。横向滑台11的两端设有分别设有光电开关Ⅰ12和光电开关II13，横向滑台11由横向电机10驱动。横向滑台滑块18上设有纵向滑台15，纵向滑台15的两端设有分别设有光电开关Ⅲ16与光电开关Ⅳ17，纵向滑台15由纵向电机14驱动。
纵向滑台15上设有用于连接超声波发生器20的U型槽座19，U型槽座19内安装超声波发生器20，超声波发生器20连接磁粒研磨装置2，磁粒研磨装置包括依次连接的换能器21、集电环22、变幅杆23、外部磁极26、聚磁头27，换能器21连接在超声波发生器20上，外部磁极26的轴线与主轴轴线相互垂直。磁粒研磨装置还包括置于精密管内的辅助磁极24。辅助磁极24为球形磁极，球形磁极的直径为3mm-5mm，球形磁极的材质为钕铁硼永磁铁。
一种复合研磨精密管设备的抛光工艺，包括以下步骤：
a.将平均粒径为180μm-250μm的磁性磨粒与水基研磨液按体积比1：3混合，混合磨料均匀吸附于辅助磁极28，并置于精密管5内；精密管外表面与聚磁头27留有2mm的加工间隙，将混合后的磨料均匀吸附在聚磁头上，启动主轴箱3转动精密管；
b.横向滑台11在轨道两端的光电开关之间反复匀速移动，移动速度为60mm/min-140mm/min；纵向滑台15在在轨道两端的光电开关之间反复匀速移动，移动速度为0.6mm/min-10.0mm/min；横向滑台11在横向电机10的驱动下，横向滑台滑块18作横向移动；当横向滑台滑块18接触到光电开关II13时，横向电机10改变转向，横向滑台滑块18反向移动，直到接触到另一端的光电开关Ⅰ12，横向电机10再次改变转向，如此循环运动；纵向滑台15在纵向电机14驱动下，U型槽座19做纵向移动，当接触到光电开关Ⅲ16时，反方向移动，接触到光电开关Ⅳ17时折返，如次循环；
c.超声振动研磨机构对精密管5做径向超声振动，振动频率为19kHz，振幅为0-20μm，超声波发生器20将交流电信号转换成为超声频的电振荡信号，换能器21将超声频的电振荡信号转变为同频的机械振动信号，通过集电环22将机械振动信号收集起来，经过变幅杆23将微小的振动幅值放大，经外部磁极26最终传递给聚磁头27，配合辅助磁极24进行研磨。超声振动研磨机构使球形辅助磁极24做径向超声振动，振动的引入使得磁性研磨粒子作“Z”字型运动(如图2所示)；通过对辅助磁极24添加高频振动，增强了磁性磨粒翻滚更新的性能，从而提高研磨效率，改善加工工件的表面质量。
本发明所述一种复合研磨精密管的设备及工艺，不只限于研磨精密管，也适用于研磨刚性较大的管材，曲面型材或棒材等材料。本发明的保护范围不限于下述的实施例，下述实施例子中所述方法无特殊说明均为常规方法。
实施例1
本实施例中，所加工的阶梯管工件长度为300mm，一节梯内径为10.0mm，外径为12.0mm，长度为120mm，二阶梯内径为12.0mm，外径为14.0mm，长度为120mm，三阶梯内径为14.0mm，外径为16.0mm，长度为60mm，阶梯管工件的材质为SUS 304，工件内表面原始粗糙度为1.4μm。
精密研磨加工时，阶梯管转速为4200r/min，超声振动研磨机构横向移动速度为120mm/min，纵向移动速度为0.8mm/min；加工梯形面时，纵向移动速度为1.2mm/min，横向不移动，加工时间为3,min。
本实施例所用的磁性磨粒主要成分为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180μm。
阶梯管精密研磨抛光后，阶梯管工件表面形貌得到极大提高，表面粗糙度达到0.08μm，满足企业对阶梯管工件表面精度的要求。
实施例2
本实施例中，研磨抛光锥形管工件的长度为200mm，小径为8.0mm，大径为16.0mm，锥形管工件的材质为TC4，工件内表面原始粗糙度为1.4μm。
精密研磨加工时，锥形管转速为4000r/min，超声振动研磨机构横向移动位移为150mm，横向移动速度为120mm/min，纵向移动位移3.0mm，纵向移动速度为2.4mm/min，加工时间为35min。
本实施例所用的磁性磨粒主要成分为Al2O3和Fe的烧结颗粒与水基研磨液的混合物，研磨液为油性研磨液，烧结颗粒的直径大小为210μm。
锥形管工件研磨抛光后，锥形管工件表面形貌得到极大提高，表面粗糙度达到0.25μm，满足企业对锥形管的工件表面精度的要求。
实施例3
本实施例中加工细长管工件的长度为800mm，内径为6.0mm，外径为6.6mm，细长管工件的材质为SUS 304，工件内表面原始粗糙度为1.4μm。
精密研磨加工时，管件转速为4200r/min，超声振动研磨机构横向移动位移为240mm，横向移动速度为120mm/min，纵向移动速度为0.8mm/min，加工时间为30min。
本实施例所用的磁性研磨粒子主要成分为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200μm。
细长管工件精密研磨抛光后，细长管工件表面形貌得到极大提高，表面粗糙度达到0.08μm，满足企业对细长管工件表面精度的要。
上面所述仅是本发明的基本原理，并非对本发明作任何限制，凡是依据本发明对其进行等同变化和修饰，均在本专利技术保护方案的范畴之内。
Claims (5)
1.一种复合研磨精密管的设备，其特征在于，包括传动机构、超声振动研磨机构，传动机构包括基座、主轴箱、卡盘、尾座移动支撑装置、磨具移动支撑装置，基座上设有主轴箱，主轴箱的主轴上设有卡盘，在主轴轴线的延伸线上设有尾座移动支撑装置，精密管置于卡盘和尾座移动支撑装置之间；在尾座移动支撑装置的一侧设有磨具移动支撑装置，磨具移动支撑装置上固定连接超声振动研磨机构，超声振动研磨机构包括超声波发生器和磁粒研磨装置，磁粒研磨装置包括依次连接的换能器、集电环、变幅杆、外部磁极、聚磁头，换能器连接在超声波发生器上，外部磁极的轴线与主轴轴线相互垂直，磁粒研磨装置还包括置于精密管内的辅助磁极。
2.根据权利要求1所述的一种复合研磨精密管的设备，其特征在于，所述的尾座移动支撑装置包括尾座、尾座丝杠滑台，尾座固定在尾座丝杠滑台上。
3.根据权利要求1所述的一种复合研磨精密管的设备，其特征在于，所述的磨具移动支撑装置为十字丝杠导轨滑台，十字丝杠导轨滑台包括平行于主轴的横向滑台和垂直于主轴的纵向滑台，横向滑台的两端和纵向滑台的两端分别设有光电开关，纵向滑台上设有用于连接超声波发生器的U型槽座。
4.根据权利要求1所述的一种复合研磨精密管的设备，其特征在于，所述的辅助磁极为球形磁极，球形磁极的直径为3mm-5mm，球形磁极的材质为钕铁硼永磁铁。
5.一种根据权利要求1所述的复合研磨精密管设备的抛光工艺，其特征在于，包括以下步骤：
a.将平均粒径为180μm-250μm的磁性磨粒与水基研磨液按体积比1：3混合，将混合后的磨料均匀吸附于辅助磁极，并置于精密管内；精密管外表面与聚磁头留有2mm的加工间隙，将混合后的磨料均匀吸附在聚磁头上，启动主轴箱转动精密管；
b.横向滑台在轨道两端的光电开关之间反复匀速移动，移动速度为60mm/min-140mm/min；纵向滑台在在轨道两端的光电开关之间反复匀速移动，移动速度为0.6mm/min-10.0mm/min；
c.超声振动研磨机构对精密管做径向超声振动，振动频率为19kHz，振幅为0-20μm，超声波发生器将交流电信号转换成为超声频的电振荡信号，换能器将超声频的电振荡信号转变为同频的机械振动信号，通过集电环将机械振动信号收集起来，经过变幅杆将微小的振动幅值放大，经外部磁极最终传递给聚磁头，配合辅助磁极进行研磨。
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