CN110509175A - 一种用于复杂异形工件表面磨粒流抛光加工设备 - Google Patents

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郭志光
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Abstract

一种用于复杂异形工件表面磨粒流抛光加工设备，包括箱体、动力驱动及传动机构、增压机构和电气控制单元；箱体内装有用于抛光工件的磨粒流；动力驱动及传动机构包括电机、传动主轴、可切换夹具头和顶尖；电机连接传动主轴，传动主轴与箱体内的可切换夹具头连接；顶尖与可切换夹具头相对设置，工件固定于顶尖和可切换夹具头之间；增压机构包括气液增压缸、推料缸和法兰弯头；推料杠与法兰弯头的一端连通，推料缸的腔体内装满有流体介质，法兰弯头的腔体内装满有磨粒流且与箱体相通；电气控制单元用于调节和控制电机的转动及气液增压缸的压力大小。通过调节工件转速、箱体内部压力以及磨粒流的配比能有效提高表面抛光质量和效率。

Description

一种用于复杂异形工件表面磨粒流抛光加工设备
技术领域
本发明涉及磨粒流加工技术领域，尤其涉及一种用于复杂异形工件表面磨粒流抛光加工设备。
背景技术
磨粒流加工是通过在添加了磨粒的液流上施加压力，并使磨料和工件产生相对运动，对工件表面进行研磨，从而完成去毛刺和抛光。通过改变相对运动的速度、施加在磨粒流上的压力，可以完成机械打磨等工艺难以实现的复杂表面抛光。
不锈钢雕塑制作期间，为了保证雕塑表面的光洁度，给人良好的视觉效果，表面抛光是雕塑作品细节处理不可缺少的一部分。抛光能够除去材料表面的毛刺、焊疤、划痕、腐蚀痕、氧化皮以及各种宏观缺陷，以提高表面的平整度。对于表面光洁度要求高，形状复杂的不锈钢雕塑艺术品，需要进行镜面抛光。目前雕塑的抛光主要由人工打磨完成，效率低、成本高并且环境污染大。
在中国专利CN109397105A中有描述一种磨粒流去毛刺设备,此设备能够有效的去除产品的毛刺，但无法达到精密加工中的镜面抛光处理效果。在中国专利CN109623576A中有描述航空航天用涡轮发动机整体叶盘和静叶环磨粒流加工设备，此设备采用单缸体的结构能较好的完成零件的抛光工艺，但其不能对磨粒流进行加压处理，因此对于表面质量要求更高的工件，不能满足使用要求。另外此设备只局限于加工整体叶盘和静叶环，不能设置可切换的夹具工装，即不能加工其他型号产品，并且此设备在磨料的更换使用上操作也很不方便。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术中的上述问题，提供一种用于复杂异形工件表面磨粒流抛光加工设备，具有压力可调节、转速可调控、加工产品可切换多种功能，弥补现有磨粒流设备加工产品相对单一的缺点。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种用于复杂异形工件表面磨粒流抛光加工设备，包括箱体、动力驱动及传动机构、增压机构和电气控制单元；
所述箱体内装有用于抛光工件的磨粒流；
所述动力驱动及传动机构包括电机、传动主轴、可切换夹具头和顶尖；所述电机连接传动主轴，以带动传动主轴转动；所述传动主轴穿过箱体的第一侧板与箱体内的可切换夹具头通过孔轴配合连接；所述顶尖穿过与第一侧板相对的第二侧板与可切换夹具头相对设置，其中，工件固定于顶尖和可切换夹具头之间；
所述增压机构包括气液增压缸、活塞杆、推料缸和法兰弯头；所述活塞杆的一端与气液增压缸连接，活塞杆的另一端位于推料杠内；所述推料杠与法兰弯头的一端固定连接且连通，推料缸的腔体内装满有流体介质，法兰弯头的腔体内装满有磨粒流，法兰弯头的另一端连接在箱体上，且法兰弯头腔体内的磨粒流和箱体内的磨粒流相通；
所述电气控制单元用于调节和控制电机的转动及气液增压缸的压力大小。
所述箱体的上板与箱体主体活动连接，以打开或关闭箱体主体；所述箱体设有压紧组件，所述压紧组件包括支撑杆和压紧滑块，所述支撑杆分设于箱体的两侧，所述压紧滑块的两端分别与支撑杆的上端部连接并压抵于箱体的上板。
所述箱体包括带弹簧搭扣和钣金型合页，所述上板与箱体的后板通过钣金型合页铰接，上板与箱体的前板通过带弹簧搭扣连接。
所述箱体设有密封盖，所述密封盖可拆卸地设于箱体的上板上。
本发明还包括物料桶和球阀，所述球阀设于箱体的底部，所述物料桶与球阀连通，物料桶用于盛装从箱体中排出的磨粒流。
所述可切换夹具头包括夹具盘和设于夹具盘上的多个可调节位置的锥柱；所述锥柱上套有弹性橡胶套。
所述顶尖与箱体的第二侧板活动连接，且顶尖在箱体内位移可调。
所述动力驱动及传动机构还包括减速器和联轴器；所述电机、减速器、联轴器和传动主轴依次串联连接在一起；所述电机采用伺服电机。
所述增压机构还包括活动连接件，所述活动连接件包括铰接连接的第一接头和第二接头，所述第一接头和第二接头分别连接气液增压缸和活塞。
所述箱体的打螺纹孔处均涂有螺纹密封胶，箱体的连接处均设有橡胶密封圈；所述传动主轴和箱体的第一侧板之间采用盘根和泛塞封两道密封；所述顶尖和箱体的第二侧板之间采用盘根密封。
本发明所述工件为铸钢材料的雕像(比如维纳斯雕像)，形貌结构复杂，常规的打磨处理难以满足。
相对于现有技术，本发明技术方案取得的有益效果是：
1、本发明可完成复杂异形工件的自动化抛光，复杂异形工件的一端装夹在可切换夹具头上，另一端通过可调位移的顶尖顶紧，保证工件能在高速旋转、高压状态下与箱体中磨粒流不断摩擦，从而实现对异形工件的抛光处理，提高产品质量，节约人力成本；
2、本发明通过调节工件转速、箱体内部压力以及磨粒流的配比能有效提高表面抛光质量和抛光效率；
3、本发明通用性强，能够实现压力可调节、转速可调控、加工产品可切换等多种功能，为实现形状复杂零件的批量化抛光生产提供很好的参考；
4、本发明密封性佳，无泄漏，环境污染小。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为底架的结构示意图；
图3为动力驱动及传动机构和箱体的结构示意图；
图4为箱体的局部剖视示意图；
图5为可切换夹具头的正面结构示意图；
图6为可切换夹具头的背面结构示意图；
图7为传动主轴与箱体左板的密封结构示意图；
图8为顶尖与箱体右板的密封结构示意图；
图9为增压机构的结构示意图；
图10为法兰弯头的结构示意图；
图11为推料缸的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚、明白，以下结合附图和实施例，对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明实施例包括底架1、电气控制单元2、动力驱动及传动机构3、箱体4、以及增压机构5；所述电气控制单元2安装在底架1的下方；所述动力驱动及传动机构3、箱体4、以及增压机构5均通过螺栓连接和销孔定位安装在底架1的上方。
如图2所示，所述底架包括水平调节防震地脚11、物料桶12、若干铝合金型材13、铝型材盖板15、压铸角座14、平台板16
等部件；物料桶12放置在水平地面上，用于盛装从箱体4中排出的磨粒流；平台板16上有加工对应的沉头孔、螺纹孔和通孔，以与上方的动力驱动及传动机构3、箱体4、以及增压机构5在装配时使用。
所述电气控制单元2包括电柜箱、驱动器、plc控制器、变压器、差分信号转换器、直流开关电源、继电器、控制面板以及三位五通电磁阀等部件，所述电气控制单元用于调节和控制电机的转动及气液增压缸的压力大小。
如图3～4所示，所述动力驱动及传动机构3包括伺服电机31、减速器32、减速器支架33、梅花联轴器34、传动主轴35、滚珠丝杠支座组件36(法兰型)、可切换夹具头37、顶紧螺钉38、顶尖39以及顶尖底座310等组件。所述伺服电机31、减速器32、梅花联轴器34、传动主轴35、滚珠丝杠支座组件36、可切换夹具头37依次串联连接在一起，其中减速器32通过螺栓固连在减速器支架33端面上，减速器支架33底面通过螺栓连接在底架的平台板16上，所述滚珠丝杠支座组件36(滚珠丝杠支座组件是集成油封、轴承固定座、角接触球轴承、轴承盖等一体式的结构)通过螺栓连接在箱体4的左板端面上。
如图4～6所示，所述传动主轴35穿过箱体的左板与箱体内的可切换夹具头37通过孔轴配合连接，并用顶紧螺钉38顶紧加固，可切换夹具头37包括夹具盘371和四个可调节位置的锥柱372，4个锥柱的相对位置根据维纳斯雕塑6头部的尺寸计算得来，四个锥柱上均套有一层弹性橡胶套，避免装夹时对维纳斯雕塑头部的破坏；
如图4和图8所示，所述箱体4的右板端面设置有一通孔，所述顶尖39通过该通孔一端顶住维纳斯雕塑6的底部，维纳斯雕塑6的头部夹持在可切换夹具头37上。如需要抛光其他类型的产品，更换对应的夹具头即可。所述顶尖与箱体的右板活动连接，且顶尖在箱体内具有行程距离L。
如图3所示，所述箱体4包括箱体主体41、一体式球阀42、带弹簧搭扣43、螺纹支撑杆44、压紧滑块45、把手46、连接法兰47、内螺纹密封盖48、钣金型合页49、盘根410、泛塞封411等组件；
所述箱体内装有用于抛光工件的磨粒流；所述一体式球阀42通过密封管螺纹连接在箱体底板的下端面，所述物料桶12与一体式球阀42连通；所述带弹簧搭扣43的头部连接在箱体的上板上，尾部连接在箱体的前板上；所述钣金型合页49一端连接在箱体的上板上，另一端连接在箱体的后板上，带弹簧搭扣43和钣金型合页49配合使用，通过提起固定在箱体上板上的把手46，可以实现箱体关闭和打开操作；
进一步地，为提高使用的安全性，本实施例增加设有压紧组件，所述压紧组件包括螺纹支撑杆44和压紧滑块45，所述螺纹支撑杆44分设于箱体的两侧，所述压紧滑块45套在螺纹支撑杆44(螺纹支撑杆44通过螺纹连接安装在平台板16上)上，并用螺母412将压紧滑块45紧紧压在箱体的上板表面；
所述连接法兰47通过螺栓连接在箱体的上板上端面，两者接触面之间加一层2mm厚的橡胶密封圈，所述内螺纹密封盖48旋紧在带有外螺纹的连接法兰47上。在加工过程中，当需要加少量磨粒流物料时，只需要旋下内螺纹密封盖48即可；当需要大量添加磨粒流物料时候，需要先取下压紧滑块45，然后打开带弹簧搭扣43，即打开箱体的上板来添加磨粒流物料。
所述箱体的后板上设置有一通孔，以与所述增压机构5中的法兰弯头51一端连接，所述箱体的后板上设置有一螺纹孔与压力传感器连接。
如图9～11所示，所述增压机构5包括法兰弯头51、固定架一52、推料缸53、固定架二54、活塞杆55、I型接头56、Y型接头57、固定架三58、气液增压缸59等组件；
所述法兰弯头51、推料缸53、活塞杆55、I型接头56、Y型接头57、气液增压缸58串联连接在一起，所述固定架一52、固定架二54和固定架三58分别通过螺栓连接固定支撑着所述法兰弯头51、推料缸53和气液增压缸59，固定架一52、固定架二54和固定架三58均通过螺栓连件固定在平台板16上；
所述I型接头56和Y型接头57铰接组成的活动连接件允许气液增压缸59的推杆的轴线与推料缸53内孔的轴线的同轴度存在一定的安装偏差，这样能保证活塞杆55能平顺的在推料缸53的腔体中运动；
所述推料缸53腔体内装满着流体介质(比如半固态的凡士林，此处装磨粒流容易影响活塞杆55前后移动)，所述法兰弯头51腔体内装满着磨粒流，法兰弯头51的末端面连接(连接面上加一层2mm厚橡胶密封圈)在箱体的后板上，法兰弯头51腔体的介质和箱体4里面的磨粒流相通，如此，可保证当箱体4内部装满磨粒流时，通过气液增压缸59的推杆向前运动，活塞杆55挤压推料缸53中介质时，能使箱体内部的压力迅速增加，并通过箱体后板的上压力传感器检测并反馈压力。
如图7～8所示，所述传动主轴35和箱体4的左板之间的密封采用盘根410和泛塞封411两道密封；所述顶尖39和箱体4的右板之间的密封采用盘根410密封。除上文中提到的密封方式外，箱体上所有打螺纹孔的地方均涂螺纹密封胶，箱体上所有开孔和其他零件
以下给出本实施例的具体工作过程的说明。
使用方法1：在只调节转速不加压的情况下加工，包括以下步骤：
(1)将顶尖39旋转至最右端位置，将维纳斯雕塑头部放在可切换夹具头37中间位置，调整锥柱372的位置，使四个锥柱正好夹住维纳斯雕塑6的头部，然后将顶尖向左移动直至顶紧维纳斯雕像6的底部，然后将配置好的磨粒流放入箱体4中；
(2)启动伺服电机31，驱动维纳斯雕塑6旋转，观察工作状态无异常后，合上箱体4的上板，并扣上带弹簧搭扣43；调整伺服电机31的转速，使工件在最合适的状态下旋转，使之与磨粒流充分摩擦进而使工件达到抛光效果；
(3)当需要少量添加磨粒流时，可以打开内螺纹密封盖48，将配置后的磨粒流通过连接法兰47加入箱体4中；当需要排出磨粒流时，打开箱体4底板上的一体式球阀42的开关，磨粒流可从箱体中流入到下方的物料桶12中；
(4)加工完毕后，关闭伺服电机31，打开带弹簧搭扣43，通过提手46打开箱体4的上板，将顶尖39旋转至最右边位置，即可取下抛光后的维纳斯雕塑6；最后对箱体和维纳斯雕塑进行清洗即可。
使用方法2：既调节转速又增加压力的情况下加工；准备动作和使用方法1相似，即装夹维纳斯雕塑6、关闭带弹簧搭扣43等操作，需要增加的步骤有：
(1)对箱体4内部磨粒流加压后，为保证安全性增加压紧组件，即螺纹支撑杆44和压紧滑块45；在使用方法1的基础上，将箱体内的磨粒流装满，再合上箱体4的上板，关闭带弹簧搭扣43后，将两个压紧滑块45套在四个螺纹支撑杆44上，并用螺母412将压紧滑块45紧紧压在箱体4的上板表面；
(2)启动气液增压缸59的推力行程，推动活塞杆55在推料缸53中运动，推料缸53装满介质，法兰弯头51内腔里装满磨粒流，并和箱体内部的磨粒流形成一个整体，当活塞杆55推动推料缸53中的介质向前运动时会对箱体4内部的磨粒流产生挤压，磨粒流作用在维纳斯雕塑6上的压力会随着活塞杆55的位移量增大而增加，箱体后板上的压力传感器能实时测量出箱体内部的压强大小，并将结果反馈给plc控制器，进而控制液压缸59推杆的移动量，例如设置7MPa为最大安全压强，即当箱体内部压强大于7MPa时,气液增压缸59的推杆将自动退回(即泄压)，保证加工过程的安全性；
(3)设置合适的转速和压力对维纳斯雕塑6进行抛光处理，当抛光结束需要停止加工时，将气液增压缸59的推杆退回到最左位置，关闭伺服电机31，打开箱体底板上的一体式球阀42的开关，先将部分磨粒流从箱体中排出至下方的物料桶12中，然后拧开四个螺母412，取下两个压紧滑块45，打开两个带弹簧搭扣43，通过提手46打开箱体上板，将顶尖39旋转至最右边位置，取出抛光后的维纳斯雕塑6即可。

Claims (10)

1.一种用于复杂异形工件表面磨粒流抛光加工设备，其特征在于：包括箱体、动力驱动及传动机构、增压机构和电气控制单元；
所述箱体内装有用于抛光工件的磨粒流；
所述动力驱动及传动机构包括电机、传动主轴、可切换夹具头和顶尖；所述电机连接传动主轴，以带动传动主轴转动；所述传动主轴穿过箱体的第一侧板与箱体内的可切换夹具头通过孔轴配合连接；所述顶尖穿过与第一侧板相对的第二侧板与可切换夹具头相对设置，其中，工件固定于顶尖和可切换夹具头之间；
所述增压机构包括气液增压缸、活塞杆、推料缸和法兰弯头；所述活塞杆的一端与气液增压缸连接，活塞杆的另一端位于推料杠内；所述推料杠与法兰弯头的一端固定连接且连通，推料缸的腔体内装满有流体介质，法兰弯头的腔体内装满有磨粒流，法兰弯头的另一端连接在箱体上，且法兰弯头腔体内的磨粒流和箱体内的磨粒流相通；
所述电气控制单元用于调节和控制电机的转动及气液增压缸的压力大小。
2.如权利要求1所述的一种用于复杂异形工件表面磨粒流抛光加工设备，其特征在于：所述箱体的上板与箱体主体活动连接，以打开或关闭箱体主体；所述箱体设有压紧组件，所述压紧组件包括支撑杆和压紧滑块，所述支撑杆分设于箱体的两侧，所述压紧滑块的两端分别与支撑杆的上端部连接并压抵于箱体的上板。
3.如权利要求2所述的一种用于复杂异形工件表面磨粒流抛光加工设备，其特征在于：所述箱体包括带弹簧搭扣和钣金型合页，所述上板与箱体的后板通过钣金型合页铰接，上板与箱体的前板通过带弹簧搭扣连接。
4.如权利要求2所述的一种用于复杂异形工件表面磨粒流抛光加工设备，其特征在于：所述箱体设有密封盖，所述密封盖可拆卸地设于箱体的上板上。
5.如权利要求1所述的一种用于复杂异形工件表面磨粒流抛光加工设备，其特征在于：还包括物料桶和球阀，所述球阀设于箱体的底部，所述物料桶与球阀连通，物料桶用于盛装从箱体中排出的磨粒流。
6.如权利要求1所述的一种用于复杂异形工件表面磨粒流抛光加工设备，其特征在于：所述可切换夹具头包括夹具盘和设于夹具盘上的多个可调节位置的锥柱；所述锥柱上套有弹性橡胶套。
7.如权利要求1所述的一种用于复杂异形工件表面磨粒流抛光加工设备，其特征在于：所述顶尖与箱体的第二侧板活动连接，且顶尖在箱体内位移可调。
8.如权利要求1所述的一种用于复杂异形工件表面磨粒流抛光加工设备，其特征在于：所述动力驱动及传动机构还包括减速器和联轴器；所述电机、减速器、联轴器和传动主轴依次串联连接在一起；所述电机采用伺服电机。
9.如权利要求1所述的一种用于复杂异形工件表面磨粒流抛光加工设备，其特征在于：所述增压机构还包括活动连接件，所述活动连接件包括铰接连接的第一接头和第二接头，所述第一接头和第二接头分别连接气液增压缸和活塞。
10.如权利要求1所述的一种用于复杂异形工件表面磨粒流抛光加工设备，其特征在于：所述箱体的打螺纹孔处均涂有螺纹密封胶，箱体的连接处均设有橡胶密封圈；所述传动主轴和箱体的第一侧板之间采用盘根和泛塞封密封；所述顶尖和箱体的第二侧板之间采用盘根密封。
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