CN110125734A - 一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置及抛光方法 - Google Patents
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Abstract
一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置，涉及抛光技术领域，其结构包括用于装电解液的储液罐、水泵、电磁阀、输液管道、加热器、传输线、工控机、多自由度的机械臂、喷嘴、工作台以及三维形貌测量装置，储液罐通过输液管道依次与水泵、电磁阀、加热器、机械臂中管路相连接，机械臂的末端设有喷嘴，工控机通过传输线控制机械臂运动，工控机的输入端通过传输线接三维形貌测量装置的输出端，三维形貌测量装置位于工作台上方用于获取置放在工作台上的工件的三维形貌，储液罐中的阴极板接电源的负极，该机械臂辅助电解质等离子抛光装置可对大尺寸且具有复杂形状的工件进行抛光。
Description
技术领域
本发明涉及抛光技术领域，特别是涉及一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置及抛光方法。
背景技术
目前制造业中一些领域，如航空航天、精密仪器仪表、医疗器械、3C电子消费产品等领域对零部件提出了一系列前所未有的性能要求，不仅仅要求极低的表面粗糙度（Ra<0.8μm），还要求高的表面光泽度。抛光能有效地降低表面粗糙度同时提高光亮度，是获解决上述需求的主要方法。
电解质等离子抛光是一种先进的抛光技术，最先由白俄罗斯米达利特国家大学科技园提出的，其基本工作原理是通过在工件和抛光液之间形成的气层放电去除作用实现工件的抛光。相比传统抛光方法，它的电解液为低浓度的盐溶液，并可通过补充盐溶液而循环使用且不会产生有害废液，能够解决机械抛光难于加工形状复杂工件的问题，更解决化学和电化学抛光难以避免的环境污染问题。该技术适用于对金属表面抛光、去毛刺、钝化、清除氧化层、污渍和除油脂等，具有抛光质量高、抛光时间短、可处理任何轮廓的工件、环保无污染、抛光表面耐腐蚀和低应力等优点。
现有的电解质等离子抛光设备由于受抛光槽容积限制，仅能对中小型的金属工件进行抛光，而无法实现对一些大尺寸、长细杆和大型复杂形状等工件的抛光，这极大的限制了电解质等离子抛光设备的应用范围。PlasmaCraft公司（http://plasmacraft.net/electrolyte-plasma-processing-how-it-works#1）提出了一些对大尺寸或长细杆等工件的电解质等离子抛光方法，但这些方法仅适用于部分大型并具有常规形状的工件，无法对大尺寸且具有复杂形状的工件进行抛光。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置和抛光方法，该机械臂辅助电解质等离子抛光装置和抛光方法可对大尺寸且具有复杂形状的工件进行抛光。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置，包括用于装电解液的储液罐、水泵、电磁阀、输液管道、加热器、传输线、工控机、多自由度的机械臂、喷嘴、工作台以及三维形貌测量装置，所述储液罐通过输液管道依次与水泵、电磁阀、加热器、机械臂中管路相连接，机械臂的末端设有喷嘴，所述工控机通过传输线控制机械臂运动，所述工控机的输入端通过传输线接三维形貌测量装置的输出端，三维形貌测量装置位于工作台上方用于获取置放在工作台上的工件的三维形貌，所述储液罐中的阴极板接电源的负性。
优选的，所述工作台周围下方放置有抛光液回收槽。
优选的，所述喷嘴外装有测距传感器，用于在抛光过程中实时测定喷嘴与工件的距离并反馈给工控机。
优选的，所述机械臂底座下方装有供机械臂沿着工作台在X、Y和Z三个方向移动的导轨。
优选的，所述电源为电压为0-450V连续可调直流工频电源。
优选的，所述工作台上设有夹具以及用于带动工件转动的电机。
优选的，所述机械臂的末端通过360度旋转装置和喷嘴连接。
利用以上所述的一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置对工件进行抛光的方法，具体如下：
S1：将工件装夹在工作台上；
S2：将储液罐中的阴极板接电源的负极，作为加工的阴极，工件接电源的正极，作为加工阳极；
S3：用三维形貌测量装置对工件表面形貌进行测量，然后将所得三维形貌反馈至工控机并生成抛光加工路径的程序；
S4：工控机控制机械臂将喷嘴运动至工件起始抛光位置，并将喷嘴对准工件表面；
S5：开启水泵和电磁阀，使储液罐中的电解液沿输液管道流出，并经加热器加热至预先设定好的温度，再通过机械臂上的管路流至喷嘴喷出形成有一定流速且持续的电解液射流，对工件进行抛光处理。
优选的，电解液的水压为0.02-0.05MPa。
本发明的有益效果：本发明提供的一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置和抛光方法，具有如下优点：
1、通过多自由度的机械臂上的喷嘴将电解液喷出形成电解液射流，并与工件相接触来进行抛光，不受现有设备抛光槽容积限制，不仅能实现对中小型金属工件抛光处理，而且还能对一些大尺寸且具有常规形状、长细杆及其他大型复杂形状等工件的进行抛光。
2、抛光液由喷嘴定量喷出，且不需要抛光槽就能实现电解质等离子抛光，与现有的抛光设备相比，可以减少抛光液的用量，从而降低生产成本。
3、抛光过程通过工控机来精确控制，能获得较好的表面抛光效果，且生产效率高。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1为本发明的一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置的结构示意图。
图2为抛光大尺寸平面工件的加工示意图。
图3为抛光大尺寸圆柱状或长细圆杆工件的加工示意图。
图4为抛光大尺寸具有中空内腔的圆柱状工件内表面的加工示意图。
图5是喷嘴和测距传感器的位置示意图。
图中包括有：
储液罐1；水泵2；电磁阀3；输液管道4；加热器5；传输线6；机械臂7；喷嘴8；工件9；工作台10；抛光液回收槽11；三维形貌测量装置12；工控机13；大尺寸平面结构工件14；电源15；大尺寸圆柱状或长细圆杆工件16；大尺寸中空内腔圆柱状工件17；导轨18；测距传感器19。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
本实施例的一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置，如图1所示，包括用于装电解液的储液罐1、水泵2、电磁阀3、输液管道4、加热器5、传输线6、工控机13、多自由度的机械臂7、喷嘴8、工作台10以及三维形貌测量装置12，所述储液罐1通过输液管道依次与水泵2、电磁阀3、加热器5、机械臂7中管路相连接，机械臂7的末端设有喷嘴8，所述工控机13通过传输线控制机械臂7运动，所述工控机13的输入端通过传输线接三维形貌测量装置12的输出端，三维形貌测量装置12位于工作台10上方用于获取置放在工作台10上的工件的三维形貌，所述储液罐1中的阴极板接电源15的负极。
优选的，所述工作台周围下方放置有抛光液回收槽，可用于抛光液回收。
优选的，如图5所示，所述喷嘴8外装有测距传感器，用于在抛光过程中实时测定喷嘴8与工件9的距离并反馈给工控机，让工控机控制机械臂上的喷嘴在抛光过程中，使喷嘴与工件保持一定距离，防止与工件相撞。
优选的，所述机械臂7底座下方装有供机械臂7沿着工作台在X、Y和Z三个方向移动的导轨18，可用于调节机械臂7的位置。
优选的，所述电源15为电压为0-450V连续可调直流工频电源15。
优选的，所述工作台上设有夹具以及用于带动工件9转动的电机，夹具用于对工件9进行固定，夹具是需根据工件的结构和形状设计的，电机用于带动工件9转动。
优选的，所述机械臂7的末端通过360度旋转装置和喷嘴8连接，可实现喷嘴8的360旋转。
利用以上所述的一种机械臂7辅助电解质等离子抛光装置对工件9进行抛光的方法，具体如下：
S1：将工件9装夹在工作台上；
S2：将储液罐1中的阴极板接电源15的负极，作为加工的阴极，工件9接电源15的正极，作为加工阳极；
S3：用三维形貌测量装置12对工件9表面形貌进行测量，然后将所得三维形貌反馈至工控机并生成抛光加工路径的程序，三维形貌测量装置12的型号为：三维扫描仪HL-3DW（大工件）， 购买网址为：http://www.3dscan.cn/cn/product/ProductAbout-020105.html，将所得三维形貌反馈至工控机并生成抛光加工路径的程序如下：
1、通过三维扫描仪对待抛光工件进行三维扫描，并获得待抛光工件的3D 点云模型；
2、工控机通过分析处理工件点云模型中表面各个点的坐标，计算出最优的抛光加工路径；
3、工控机控制喷嘴沿所获得的加工路径进行抛光。
S4：工控机13控制机械臂7将喷嘴8运动至工件9的起始抛光位置，并将喷嘴8对准工件9的表面；
S5：开启水泵2和电磁阀3，使储液罐1中的电解液沿输液管道4流出，并经加热器5加热至预先设定好的温度，再通过机械臂7上的管路流至喷嘴8喷出形成有一定流速且持续的电解液射流，对工件9进行抛光处理。
优选的，电解液的水压为0.02-0.05MPa，电解液水压过大或过小都造成抛光过程不稳定。
优选的，加热后电解液温度为60-90℃，适用于抛光不锈钢材料的电解液温度，不同金属材料所需电解液种类和温度范围往往也不同。电解质等离子抛光往往需将电解液加热至一定适合的温度，才能实现较好的抛光效果和工件表面质量。
本发明的有益效果：本发明提供的一种机械臂7辅助电解质等离子抛光装置和抛光方法，具有如下优点：
1、通过多自由度的机械臂7上的喷嘴8将电解液喷出形成电解液射流，并与工件9相接触来进行抛光，不受现有设备抛光槽容积限制，不仅能实现对中小型金属工件9抛光处理，而且还能对一些大尺寸且具有常规形状、长细杆及其他大型复杂形状等工件9的进行抛光。
2、抛光液由喷嘴8定量喷出，且不需要抛光槽就能实现电解质等离子抛光，与现有的抛光设备相比，可以减少抛光液的用量，从而降低生产成本。
3、抛光过程通过工控机来精确控制，能获得较好的表面抛光效果，且生产效率高。
实施例1。
一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置对工件的抛光方法，以某任意形状且大尺寸的不锈钢工件为例，具体步骤如下：
S1：将不锈钢工件装夹在工作台10上；
S2：将不锈钢工件接电源正极，作为加工阳极，储液罐1中的阴极板接电源负极，作为加工的阴极；
进一步的，加工时电源所用的电压范围为200-350V，所用电解液为3-5％的硫酸铵和氯化铵水溶液；
S3：用三维形貌测量装置12对不锈钢工件表面形貌进行测量，然后将所得三维形貌反馈至工控机13并生成抛光加工路径的程序；
S4：工控机13控制机械臂7将喷嘴运动至工件起始抛光位置，并与将喷嘴8对准工件表面；
S5：开启水泵2和电磁阀3，储液罐1中的电解液沿输液管道4流出，并经加热器4加热至预先设定好的温度，再通过机械臂7上的管路流至喷嘴8喷出形成有一定流速且持续的电解液射流，开始对工件进行抛光处理；
进一步的，电解液流速视工件具体情况而定，电解液流速是根据工件表面形状来定的，如果表面是凹的，则喷嘴喷出电解液流速要稍大些；如果是表面凸起，则流速需小些。水压为0.02-0.05MPa，加热后电解液温度为60-90℃；
S6：在工控机13控制下，喷嘴由机械臂7带动按步骤S3生成的加工路径运动从而实现对整个工件表面抛光加工的过程；
进一步的，抛光后的电解液由抛光回收槽11回收。
实施例2。
一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置对工件的抛光方法，以大尺寸平面结构不锈钢工件为例，示意简图如图2所示，具体步骤如下：
S1：将大尺寸平面结构不锈钢工件14装夹在可沿X轴和Y轴往复运动工作台上；
S2：将不锈钢工件接电源正极，作为加工阳极，储液罐中的阴极板接电源负极，作为加工的阴极；
进一步的，加工时电源所用的电压范围为200-350V，所用电解液为3-5％的硫酸铵和氯化铵水溶液；
S3：工控机13控制机械臂7将喷嘴移至大尺寸平面结构不锈钢工件边角位置正上方，作为抛光加工起始点；
S4：开启水泵2和电磁阀3，储液罐1中的电解液沿输液管流出，并经加热器4加热至预先设定好的温度，再通过机械臂7上的管路流至喷嘴8喷出形成有一定流速且持续的电解液射流，开始对工件进行抛光处理；
进一步的，电解液流速视工件具体情况而定，水压为0.02-0.05MPa，加热后电解液温度为60-90℃；
S5：工控机6控制加工平台沿X轴和Y轴的运动实现工件整个上表面面的抛光加工；
S6:工件上表面抛光完成后，翻转工件，按步骤S1-S5实现工件下表面的抛光加工；
进一步的，抛光后的电解液由抛光回收槽11回收。
实施例3。
一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置对工件的抛光方法，以大尺寸圆柱状或长细圆杆不锈钢工件为例，示意简图如图3，具体步骤如下：
S1：将大尺寸圆柱状或长细圆杆不锈钢工件16装夹在工作台上并且工作台上的电机能带动工件绕X轴（其中心轴）实现360°的旋转；
S2：将不锈钢工件接电源正极，作为加工阳极，储液罐1中的阴极板接电源负极，作为加工的阴极；
进一步的，加工时电源所用的电压范围为200-350V，所用电解液为3-5％的硫酸铵和氯化铵水溶液；
S3：工控机13控制机械臂7将喷嘴8运动至圆柱工件边缘正上方的位置，作为抛光加工的起始点；
S4：开启水泵2和电磁阀3，储液罐1中的电解液沿输液管道4流出，并经加热器5加热至预先设定好的温度，再通过机械臂7上的管路流至喷嘴8喷出形成有一定流速且持续的电解液射流，开始对工件进行抛光处理；
进一步的，电解液流速视工件具体情况而定，水压为0.02-0.05MPa，加热后电解液温度为60-90℃；
S5：工作台上的电机带动工件以缓慢的速度绕X轴一圈，实现对工件表面初始区域的抛光；
S6：工控机13控制机械臂7沿其底座下的导轨移动至下一加工区域，重复步骤S5；
S7：按步骤S5、S6继续工件的抛光加工至工件的另一端完成工件所有外表面的抛光；
进一步的，抛光后的电解液由抛光回收槽11回收。
实施例4。
一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置对工件的抛光方法，以大尺寸中空内腔圆柱状不锈钢工件内表面抛光为例，示意简图如图4，具体步骤如下：
S1：将大尺寸中空内腔圆柱状不锈钢工件17装夹在工作台上；
S2：将不锈钢工件接电源正极，作为加工阳极，储液罐中的阴极板接电源负极，作为加工的阴极；
进一步的，加工时电源所用的电压范围为200-350V，所用电解液为3-5％的硫酸铵和氯化铵水溶液；
S3：工控机13控制机械臂将喷嘴伸入工件的空腔中并让喷嘴8置于工件中心轴上，并使喷嘴8对准工件内表面，此外机械臂7底座沿导轨18移动使喷嘴至于初始加工位置；
S4：开启水泵2和电磁阀3，储液罐1中的电解液沿输液管道3流出，并经加热器5加热至预先设定好的温度，再通过机械臂7上的管路流至喷嘴8喷出形成一定流速且持续的电解液射流，开始对工件进行抛光处理；
进一步的，电解液流速视工件具体情况而定，水压为0.02-0.05MPa，加热后电解液温度为60-90℃；
S5：工控机13控制喷嘴绕机械臂7（工件中心轴）旋转360°和机械臂7底座沿导轨的Y轴方向的往复运动实现工件侧壁内表面的加工；
S6：通过将喷嘴8沿X轴转动并对准工件底部内表面，完成工件剩余底部内表面的抛光
进一步的，抛光后的电解液由抛光回收槽11回收。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (9)
1.一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置，其特征在于：包括用于装电解液的储液罐、水泵、电磁阀、输液管道、加热器、传输线、工控机、多自由度的机械臂、喷嘴、工作台以及三维形貌测量装置，所述储液罐通过输液管道依次与水泵、电磁阀、加热器、机械臂中管路相连接，机械臂的末端设有喷嘴，所述工控机通过传输线控制机械臂运动，所述工控机的输入端通过传输线接三维形貌测量装置的输出端，三维形貌测量装置位于工作台上方用于获取置放在工作台上的工件的三维形貌，所述储液罐中的阴极板接电源的负极。
2.如权利要求1所述的一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置，其特征在于：所述工作台周围下方放置有抛光液回收槽。
3.如权利要求1所述的一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置，其特征在于：所述喷嘴外装有测距传感器，用于在抛光过程中实时测定喷嘴与工件的距离并反馈给工控机。
4.如权利要求1所述的一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置，其特征在于：所述机械臂底座下方装有供机械臂沿着工作台在X、Y和Z三个方向移动的导轨。
5.如权利要求1所述的一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置，其特征在于：所述电源为电压为0-450V连续可调直流工频电源。
6.如权利要求1所述的一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置，其特征在于：所述工作台上设有夹具以及用于带动工件转动的电机。
7.如权利要求1所述的一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置，其特征在于：所述机械臂的末端通过360度旋转装置和喷嘴连接。
8.利用权利要求1至7任意一项所述的一种机械臂辅助电解质等离子抛光装置对工件进行抛光的方法，其特征在于：
S1：将工件装夹在工作台上；
S2：将储液罐中的阴极板接电源的负极，作为加工的阴极极，工件接电源的正极，作为加工阳极；
S3：用三维形貌测量装置对工件表面形貌进行测量，然后将所得三维形貌反馈至工控机并生成抛光加工路径的程序；
S4：工控机控制机械臂将喷嘴运动至工件起始抛光位置，并将喷嘴对准工件表面；
S5：开启水泵和电磁阀，使储液罐中的电解液沿输液管道流出，并经加热器加热至预先设定好的温度，再通过机械臂上的管路流至喷嘴喷出形成有一定流速且持续的电解液射流，对工件进行抛光处理。
9.如权利要求8所述的对工件进行抛光的方法，其特征在于：电解液的水压为0.02-0.05MPa。
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