CN110695775A - 一种超声研磨双面板类零件的装置及工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声研磨双面板类零件的装置及工艺，所述装置包括工作台、往复移动机构、超声振动研磨机构及工件夹持机构；工件夹持机构设于往复移动机构上并且能够沿工作台横向往复移动，工件加工时固定在工件夹持机构上并且能够调节高度；往复移动机构两侧的工作台顶部分别设1组超声振动研磨机构；超声振动研磨机构能够整体沿工作台纵向移动。本发明可实现对板类工件的两个侧面同时进行光整加工，采用磁极做旋转运动、板件做往复直线运动的方式进行研磨，避免了因工件旋转产生离心力导致发生微量挠度使板件变形的现象，磁极旋转时沿轴向还有微量震动，能够实现磁性磨粒的更替；提高了加工效率、工件的使用性能及使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及精密加工技术领域，尤其涉及一种超声研磨双面板类零件的装置及工艺。
背景技术
随着航空航天、光学等技术的发展,对复杂精密零部件表面质量提出了更高的要求。磁研磨加工法是一种非常有效的光整加工技术，该加工方法能够对微细表面和复杂的凹凸面进行有效的研磨。
平面抛光是工业生产中常见而重要的加工方法，平面抛光的好坏直接影响工件的表面质量、平整度以及工件性能。目前常用的平面抛光方法主要分为两种：一是利用铣床抛光，二是采用手工抛光。铣床抛光平面质量的好坏主要取决于铣刀，且抛光成本很高，在很多领域得不到广泛的应用；手工抛光虽然能大幅度降低成本，但抛光的平整度得不到保证。采用磁力研磨方式对工件进行双面抛光的技术还不多见。
发明内容
本发明提供了一种超声研磨双面板类零件的装置及工艺，可实现对板类工件的两个侧面同时进行光整加工，采用磁极做旋转运动、板件做往复直线运动的方式进行研磨，避免了因工件旋转产生离心力导致发生微量挠度使板件变形的现象，磁极旋转时沿轴向还有微量震动，能够实现磁性磨粒的更替；提高了加工效率、工件的使用性能及使用寿命。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：
一种超声研磨双面板类零件的装置，包括工作台、往复移动机构、超声振动研磨机构及工件夹持机构；所述往复移动机构设于工作台顶部中间位置，工件夹持机构设于往复移动机构上并且能够在往复移动机构的作用下沿工作台横向往复移动，工件加工时固定在工件夹持机构上并且能够调节高度；往复移动机构两侧的工作台顶部分别设1组超声振动研磨机构；所述超声振动研磨机构由依次连接的超声波发生器、换能器、集电环、变幅杆、转动轴、磁极组成，2组超声振动研磨机构中的磁极大小相同，磁性相反，磁极与工件被加工面之间留有间隙并填充磁性磨粒；所述工作台的两端分别设滑轨，超声振动研磨机构设置在滑轨上，并且能够整体沿工作台纵向移动。
所述工作台的顶部两端分别设滑轨；超声振动研磨机构还设有超声波发生器支座、变幅杆支架，超声波发生器支座、变幅杆支架的底部设滑槽与滑轨配合滑动；超声波发生器支座的顶部设定位槽对超声波发生器起定位支撑作用，变幅杆支架的顶部设定位槽用于对变幅杆起定位支撑作用。
所述往复移动机构包括滑动架及丝杠传动机构；滑动架由下鞍板和上鞍板组成，下鞍板和上鞍板之间通过燕尾滑槽配合滑动连接，下鞍板的燕尾滑槽与上鞍板的燕尾滑槽之间设燕尾镶条；所述丝杠传动机构由丝杠电机、丝杠、丝母组成；丝杠电机固定在下鞍板的一端，丝杠电机的输出轴通过联轴器连接丝杠的一端，丝杠的另一端与下鞍板转动连接；上鞍板的底部设丝母与丝杠配合传动，上鞍板的顶部设T形块用于固定工件夹持机构。
所述下鞍板的一端设电机支架，丝杠电机固定在电机支架的外侧，联轴器设于电机支架内；电机支架与下鞍板可拆卸地连接；与电机支架相连接的下鞍板一端开设槽口，位于槽口内的丝杠外设丝杠保护套。
所述工件夹持机构包括支撑框架、压板、锁紧螺栓及锁紧螺母，支撑框架的底部与T形块固定连接，支撑框架的两侧立杆与压板上沿高向对应开设多个螺栓孔，加工时工件的两侧置于支撑框架的立杆与压板之间，通过锁紧螺栓及锁紧螺母固定。
一种超声研磨双面板类零件的工艺，包括如下步骤：
1)将工件安装在工件夹持机构上，根据加工部位调整好工件的高度，通过锁紧螺母锁紧固定；
2)沿滑轨调整超声振动研磨机构的位置，使2个磁极与工件的距离均为0.5～2mm；
3)将磁性磨粒、水基研磨液按照2：3的比例搅拌均匀后填充在磁极与工件之间，磁力研磨所产生的研磨压力为：
公式(1)中，B为磁感应强度，μm为磁性磨粒的相对磁导率，μ0为空气磁导率，取值为μ0＝4π×10-7H/m；
4)启动2组超声波振动研磨机构，使2个转动轴的转速相同，由转动轴带动磁极做旋转运动，吸附在磁极上的磁性磨粒在磁场的作用下形成磁力刷；磁力刷压附在工件的两侧表面并跟随磁极旋转；启动往复移动机构中的丝杠电机，丝杠传动机构带动工件沿工作台横向做往复移动；磁力刷对工件被加工表面不断滑擦、刻划，使工件2个侧面形成相同的研磨轨迹，从而实现对其表面的微量磨削；通过磁极的轴向振动，使磁性磨粒翻滚剧烈，完成磁性磨粒更替。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1)采用2组超声振动研磨机构与往复移动机构配合，与可实现对板类工件的两个侧面同时进行光整加工，加工效率及加工精度高；工件的使用性能及使用寿命均得到提高；
2)采用磁极做旋转运动、板件做往复直线运动的方式进行研磨，避免了因工件旋转产生离心力导致发生微量挠度使板件变形的现象；
3)研磨过程中，磁极旋转时沿轴向还有微量震动，能够使磁性研磨粒子翻滚剧烈，完成磁性磨粒更替；
4)通过滑轨调节超声振动研磨机构中磁极与工件间的距离、改变工件在工件夹持机构中的高度，以及往复移动机构，可实现对不同长度、厚度、不同高度工件的光整加工，适用性强；
5)装置结构简单，操作方便，节约成本，绿色环保。
附图说明
图1是本发明所述一种超声研磨双面板类零件的装置的立体结构示意图。
图2是本发明所述一种超声研磨双面板类零件的装置的主视图。
图3是本发明所述上鞍板及丝杠、丝杠电机的连接结构示意图。
图4是本发明所述下鞍板及丝母的连接结构示意图。
图中：1.工作台 2.超声振动研磨机构 21.超声波发生器 22.换能器 23.集电环24.变幅杆 25.转动轴 26.磁极 3.往复移动机构 301.下鞍板 302.丝杠电机 303.丝杠304.联轴器 305.电机支架 306.丝杠保护套 307.燕尾滑槽 308.上鞍板 309.丝母 310.燕尾镶条 311.连接块 312.T形块 4.工件夹持机构 41.支撑框架 42.锁紧螺母 5.工件6.滑轨 7.超声波发生器支座 8.变幅杆支架
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2所示，本发明所述一种超声研磨双面板类零件的装置，包括工作台1、往复移动机构3、超声振动研磨机构2及工件夹持机构4；所述往复移动机构3设于工作台1顶部中间位置，工件夹持机构4设于往复移动机构3上并且能够在往复移动机构3的作用下沿工作台1横向往复移动，工件5加工时固定在工件夹持机构4上并且能够调节高度；往复移动机构3两侧的工作台1顶部分别设1组超声振动研磨机构2；所述超声振动研磨机构2由依次连接的超声波发生器21、换能器22、集电环23、变幅杆24、转动轴25、磁极26组成，2组超声振动研磨机构2中的磁极26大小相同，磁性相反，磁极26与工件5被加工面之间留有间隙并填充磁性磨粒；所述工作台1的两端分别设滑轨6，超声振动研磨机构2设置在滑轨6上，并且能够整体沿工作台1纵向移动。
所述工作台1的顶部两端分别设滑轨6；超声振动研磨机构2还设有超声波发生器支座7、变幅杆支架8，超声波发生器支座7、变幅杆支架8的底部设滑槽与滑轨6配合滑动；超声波发生器支座7的顶部设定位槽对超声波发生器21起定位支撑作用，变幅杆支架8的顶部设定位槽用于对变幅杆24起定位支撑作用。
如图1、图2所示，所述往复移动机构包括滑动架及丝杠传动机构；滑动架由下鞍板301和上鞍板308组成，下鞍板301和上鞍板308之间通过燕尾滑槽307配合滑动连接，下鞍板301的燕尾滑槽307与上鞍板308的燕尾滑槽307之间设燕尾镶条309；如图3所示，所述丝杠传动机构由丝杠电机302、丝杠303、丝母309组成；丝杠电机302固定在下鞍板301的一端，丝杠电机302的输出轴通过联轴器304连接丝杠303的一端，丝杠303的另一端与下鞍板301转动连接；上鞍板308的底部设丝母309与丝杠303配合传动，上鞍板308的顶部设T形块312用于固定工件夹持机构4。
如图4所示，所述下鞍板301的一端设电机支架305，丝杠电机302固定在电机支架305的外侧，联轴器304设于电机支架305内；电机支架305与下鞍板301可拆卸地连接；与电机支架305相连接的下鞍板301一端开设槽口，位于槽口内的丝杠303外设丝杠保护套306。
所述工件夹持机构4包括支撑框架41、压板、锁紧螺栓及锁紧螺母42，支撑框架41的底部与T形块312固定连接，支撑框架41的两侧立杆与压板上沿高向对应开设多个螺栓孔，加工时工件5的两侧置于支撑框架41的立杆与压板之间，通过锁紧螺栓及锁紧螺母42固定。
一种超声研磨双面板类零件的工艺，包括如下步骤：
1)将工件5安装在工件夹持机构4上，根据加工部位调整好工件5的高度，通过锁紧螺母42锁紧固定；
2)沿滑轨6调整超声振动研磨机构2的位置，使2个磁极26与工件5的距离均为0.5～2mm；
3)将磁性磨粒、水基研磨液按照2：3的比例搅拌均匀后填充在磁极26与工件5之间，磁力研磨所产生的研磨压力为：
公式(1)中，B为磁感应强度，μm为磁性磨粒的相对磁导率，μ0为空气磁导率，取值为μ0＝4π×10-7H/m；
4)启动2组超声波振动研磨机构2，使2个转动轴25的转速相同，由转动轴25带动磁极26做旋转运动，吸附在磁极26上的磁性磨粒在磁场的作用下形成磁力刷；磁力刷压附在工件5的两侧表面并跟随磁极26旋转；启动往复移动机构3中的丝杠电机302，丝杠传动机构带动工件5沿工作台1横向做往复移动；磁力刷对工件5被加工表面不断滑擦、刻划，使工件5的2个侧面形成相同的研磨轨迹，从而实现对其表面的微量磨削；通过磁极26的轴向振动，使磁性磨粒翻滚剧烈，完成磁性磨粒更替。
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】
本实施例中，工件5厚度为20mm，长度为600mm，高度为300mm；一种超声研磨双面板类零件的装置包括工作台1、往复移动机构3、超声振动研磨机构2、工件夹持机构4，所述往复移动机构3、超声振动研磨机构2分别与工作台1滑动连接，所述工件夹持机构4设于往复移动机构3上，所述超声研磨机构2为2组，分别设于工件夹持机构4的两侧。
如图1、图2所示，超声振动研磨机构2包括超声波发生器21、换能器22、集电环23、变幅杆24、转动轴25、磁极26，换能器22连接在超声波发生器21上，转动轴25的一端加持在变幅杆24上，另一端与磁极26固定连接，2组超声振动研磨机构2中的2个磁极26大小相同、磁性相反(如图所示朝向工件5的磁极方向一个为N极、一个为S极)，超声波发生器支座7支撑在超声振动研磨机构2的一端，其底部设滑槽与滑轨6滑动连接，并通过紧定螺钉锁紧固定，变幅杆支架8的顶部支撑变幅杆24并留有间隙，底部通过滑槽与滑轨6滑动连接，并通过紧定螺钉锁紧固定。
如图3、图4所示，往复移动机构3包括丝杠电机302、联轴器304、电机支架305、丝杠保护套306、丝杠303、燕尾镶条310、丝母309等；通过螺栓将丝杠电机302固定在电机支架305外侧，联轴器304的一端与丝杠电机302的输出轴连接，另一端与丝杠303的一端连接；丝杠保护套306通过定位销与下鞍板301连接；下鞍板301的底部通过燕尾滑槽307与上鞍板308滑动连接，燕尾滑槽307内设耐磨的燕尾镶条309，燕尾镶条309通过沉头螺钉固定在燕尾滑槽307内。上鞍板308的顶部设T形块312，底部通过丝块311固定连接丝母309，丝母309与丝杠303传动连接，丝杠电机302带动丝杠303转动时，由丝母309配合实现上鞍板308沿工作台1横向的往复移动。
如图1、图2所示，工件夹持机构4包括支撑框架41、压板、锁紧螺栓、锁紧螺母42，支撑框架41的底部与T形板312固定连接，工件5的两端置于支撑框架41与压板之间，通过锁紧螺栓及锁紧螺母42固定，并且工件5在支撑框架41内的高度可以调节。
超声研磨双面板类零件的抛光工艺包括以下步骤：
1)工件5的两端平放于支撑框架41上，工件5的高度调整好后通过锁紧螺母42锁紧固定，调整超声振动研磨机构2的2个磁极26与工件5侧面之间的距离，保证磁极26与工件5的距离为1.5m。
2)将磁性磨粒、水基研磨液按照2：3的比例搅拌均匀后放在磁极26与工件5之间，磁力研磨所产生的研磨压力为：
公式(1)中B为磁感应强度，μm为磁性磨粒的相对磁导率，μ0为空气磁导率(取4π×10-7H/m)，研磨压力P与磁感应强度B的平方成正比，研磨压力越大，磁力刷对管件内表面的研磨压力越大，材料去除量越大，研磨效率越高，当2个磁极形成N-S回路时，磁极回路距离越近，磁极间的磁感应强度越大。
3)启动2个超声波发生器21，使2个转动轴25的转速相同，转动轴25带动磁极26做旋转运动，吸附在磁极26上的磁性磨粒在磁场的作用下形成磁力刷；磁力刷压附在工件5两侧面上，跟随磁极26旋转；丝杠电机302驱动丝杠303转动，带动工件5沿工作台1横向做往复移动，磁力刷对工件5表面不断滑擦、刻划，使工件5两侧面形成相同的研磨轨迹，从而实现对工件5表面的微量磨削，由于超声波沿轴向有微量振动，可以使磁性磨粒翻滚剧烈，完成磁性磨粒更替。
通过滑轨6调整超声振动研磨机构2与工件5间的距离、调整工件5的高度实现对任意长度、高度板件进行光整加工，从而提高对板件双面研磨的加工效率。
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 (6)
1.一种超声研磨双面板类零件的装置，其特征在于，包括工作台、往复移动机构、超声振动研磨机构及工件夹持机构；所述往复移动机构设于工作台顶部中间位置，工件夹持机构设于往复移动机构上并且能够在往复移动机构的作用下沿工作台横向往复移动，工件加工时固定在工件夹持机构上并且能够调节高度；往复移动机构两侧的工作台顶部分别设1组超声振动研磨机构；所述超声振动研磨机构由依次连接的超声波发生器、换能器、集电环、变幅杆、转动轴、磁极组成，2组超声振动研磨机构中的磁极大小相同，磁性相反，磁极与工件被加工面之间留有间隙并填充磁性磨粒；所述工作台的两端分别设滑轨，超声振动研磨机构设置在滑轨上，并且能够整体沿工作台纵向移动。
2.根据权利要求1所述的一种超声研磨双面板类零件的装置，其特征在于，所述工作台的顶部两端分别设滑轨；超声振动研磨机构还设有超声波发生器支座、变幅杆支架，超声波发生器支座、变幅杆支架的底部设滑槽与滑轨配合滑动；超声波发生器支座的顶部设定位槽对超声波发生器起定位支撑作用，变幅杆支架的顶部设定位槽用于对变幅杆起定位支撑作用。
3.根据权利要求1所述的一种超声研磨双面板类零件的装置，其特征在于，所述往复移动机构包括滑动架及丝杠传动机构；滑动架由下鞍板和上鞍板组成，下鞍板和上鞍板之间通过燕尾滑槽配合滑动连接，下鞍板的燕尾滑槽与上鞍板的燕尾滑槽之间设燕尾镶条；所述丝杠传动机构由丝杠电机、丝杠、丝母组成；电机固定在下鞍板的一端，丝杠电机的输出轴通过联轴器连接丝杠的一端，丝杠电机的另一端与下鞍板转动连接；上鞍板的底部设丝母与丝杠配合传动，上鞍板的顶部设T形块用于固定工件夹持机构。
4.根据权利要求2所述的一种超声研磨双面板类零件的装置，其特征在于，所述下鞍板的一端设电机支架，丝杠电机固定在电机支架的外侧，联轴器设于电机支架内；电机支架与下鞍板可拆卸地连接；与电机支架相连接的下鞍板一端开设槽口，位于槽口内的丝杠外设丝杠保护套。
5.根据权利要求1所述的一种超声研磨双面板类零件的装置，其特征在于，所述工件夹持机构包括支撑框架、压板、锁紧螺栓及锁紧螺母，支撑框架的底部与T形块固定连接，支撑框架的两侧立杆与压板上沿高向对应开设多个螺栓孔，加工时工件的两侧置于支撑框架的立杆与压板之间，通过锁紧螺栓及锁紧螺母固定。
6.基于权利要求1所述装置的一种超声研磨双面板类零件的工艺，其特征在于，包括如下步骤：
1)将工件安装在工件夹持机构上，根据加工部位调整好工件的高度，通过锁紧螺母锁紧固定；
2)沿滑轨调整超声振动研磨机构的位置，使2个磁极与工件的距离均为0.5～2mm；
3)将磁性磨粒、水基研磨液按照2：3的比例搅拌均匀后填充在磁极与工件之间，磁力研磨所产生的研磨压力为：
公式(1)中，B为磁感应强度，μm为磁性磨粒的相对磁导率，μ0为空气磁导率，取值为μ0＝4π×10-7H/m；
4)启动2组超声波振动研磨机构，使2个转动轴的转速相同，由转动轴带动磁极做旋转运动，吸附在磁极上的磁性磨粒在磁场的作用下形成磁力刷；磁力刷压附在工件的两侧表面并跟随磁极旋转；启动往复移动机构中的丝杠电机，丝杠传动机构带动工件沿工作台横向做往复移动；磁力刷对工件被加工表面不断滑擦、刻划，使工件2个侧面形成相同的研磨轨迹，从而实现对其表面的微量磨削；通过磁极的轴向振动，使磁性磨粒翻滚剧烈，完成磁性磨粒更替。
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