CN110744431B - 一种用于线性液动压抛光装置的压力检测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于线性液动压抛光装置的压力检测系统，线性液动压抛光装置包括机架、安装于机架上的横向进给机构、纵向进给机构和回转抛光机构；纵向进给机构用于调节回转抛光机构的高度，回转抛光机构包括抛光辊子；压力检测系统包括压力传感器、变送器和数据采集卡；压力传感器安装于横向进给机构，并与抛光辊子表面间隙配合；横向进给机构用于进给压力传感器；变送器一端电连接压力传感器，另一端电连接数据采集卡。本发明通过在微小间隙设置压力传感器，实现了对微小间隙的流体压力进行实时测量。
Description
技术领域
本发明属于非接触抛光流体压力检测领域，具体涉及一种线性液动压抛光流体压力的检测系统。
背景技术
线性液动压抛光方法是应用于超光滑表面加工的一种抛光方法。在线性液动压抛光过程中，工件固定在工件盘上，辊子半浸没于抛光液中，同时在三相异步电动机驱动下旋转并带动抛光液流动。流动的抛光液对工件盘上的工件产生液体压力的作用，该液体压力的大小和分布对工件试样的表面材料去除率和表面均匀性有着重要的影响。因此，对抛光加工过程中工件区域的压力测量是研究其作用机制非常有效的方式之一。
在线性液动压抛光过程中，工件和辊子之间的间隙很小，一般控制在20-200μm。同时抛光辊子表面具有均匀分布的微观结构，在抛光过程中抛光轮与待抛光件在发生相对运动时，抛光液从待抛光件与几何槽型之间间隙较大地方流向间隙较小的地方而形成液动压润滑膜。由于抛光辊子表面具有周期分布的微观结构，该液动压润滑膜产生的动压力也是发生周期性变化的。目前，液体压力测量系统无法在上述微米级间隙内进行测量。为了高效、准确地获得在微小间隙下流体压力的周期性分布，同时能够实时对压力进行采集，需要一种新型的压力检测装置。
发明内容
本发明的目的是为了解决目前液体压力测量系统无法在微米级的间隙内进行测量的问题，提供一种线性液动压抛光流体压力的检测系统。
为了达到上述发明目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于线性液动压抛光装置的压力检测系统，线性液动压抛光装置包括机架、安装于机架上的横向进给机构、纵向进给机构和回转抛光机构；纵向进给机构用于调节回转抛光机构的高度，回转抛光机构包括抛光辊子；压力检测系统包括压力传感器、变送器和数据采集卡；压力传感器安装于横向进给机构，并与抛光辊子表面间隙配合；横向进给机构用于进给压力传感器；变送器一端电连接压力传感器，另一端电连接数据采集卡。
优选地，还包括设置于压力传感器与变送器之间的信号调理放大器。
优选地，变送器为高频压力变送器。
优选地，还包括显示器，与数据采集卡电连接，用于显示间隙内液动压的压力值。
优选地，纵向进给机构包括螺纹座、丝杆、第一蜗轮、第一蜗杆、摇柄、第二蜗轮、第二蜗杆和微调旋钮；其中，丝杆纵向布置，可转动安装于机架；螺纹座螺纹配合于丝杆，回转抛光机构安装于螺纹座；第一蜗轮同轴固定于丝杆底部，第一蜗杆与第二蜗轮同轴连接，摇柄用于驱动第一蜗杆和第二蜗轮转动；第一蜗轮联动配合于第一蜗杆；第二蜗杆联动配合于第二蜗轮，微调旋钮用于驱动第二蜗轮转动。
优选地，机架包括底座和固定于底座的两立柱；底座具有第一导轨，两立柱分别具有相对设置的第二导轨，螺纹座滑动配合于两第二导轨之间。
优选地，横向进给机构包括工作台、抛光槽、齿条、齿轮和伺服电机；工作台活动安装于第一导轨，齿条固定于工作台；齿轮安装于伺服电机，伺服电机安装于底座，齿轮与齿条联动配合；抛光槽内设置有固定块，固定块内设置电磁铁，电磁铁限位压力传感器于固定块。
优选地，回转抛光机构包括旋转电机及其驱动的抛光辊子，旋转电机固定于螺纹座，抛光辊子设置于抛光槽内。
优选地，抛光辊子为圆柱体结构，其圆周面均匀分布有用于产生动压力的微槽结构；所述微槽结构包括圆周面的圆弧部及沿圆周面周向延伸的微槽部，微槽部沿抛光辊子轴向的投影为抛物线或直线。
优选地，微槽结构的微槽部沿抛光辊子轴向的投影的圆心角为12-18°，微槽部的最大深度为1-3mm，微槽结构的个数为偶数。
本发明与现有技术相比，有益效果是：通过在微小间隙设置压力传感器，实现了对微小间隙的流体压力进行实时测量。同时该线性液动压抛光装置水平运动机构可以往复运动，进而可以测量辊子边缘位置的流体动压力，以分析研究不同参数工艺下流体动压力的大小及分布均匀性情况，提高了工件加工的均匀性。
附图说明
图1是本发明实施方式的一种用于线性液动压抛光装置的压力检测系统结构示意图；
图2是本发明实施方式的一种用于线性液动压抛光装置的压力检测系统的仰视图；
图3是本发明实施方式的一种用于线性液动压抛光装置的压力检测系统的后视图；
图4是本发明实施方式的横向进给机构的结构示意图；
图5是本发明实施方式的纵向进给机构的结构示意图；
图6是本发明实施例的抛光辊子的结构示意图；
图7是本发明实施例的回转抛光机构的结构示意图；
图8是本发明实施例的压力检测系统的结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
本实施方式的一种用于线性液动压抛光装置的压力检测系统，如图1所示，线性液动压抛光装置包括机架10、横向进给机构20、纵向进给机构30和回转抛光机构40。其中，横向进给机构20和纵向进给机构30可移动安装于机架10，回转抛光机构40安装于纵向进给机构30。纵向进给机30构用于调节回转抛光机构40与代加工工件表面的间隙大小，回转抛光机构包括抛光辊子42。压力检测系统的压力传感器51设置于抛光槽22底部的工件架26上，与抛光辊子42的表面间隙配合，抛光间隙控制在20-200μm。
机架10包括底座11和两立柱12，底座11水平设置，两立柱12平行设置且固定于底座11。如图2所示，底座11具有第一导轨18，用于滑动安装横向进给机构20。如图3所示，两立柱12分别具有相对设置的第二导轨19，用于滑动安装纵向进给机构30。
横向进给机构20包括工作台21、抛光槽22、齿条23、齿轮24和伺服电机25。工作台21滑动配合安装于第一导轨19，第一导轨的横截面具有燕尾槽结构，工作台底部具有相同横截面的榫结构，两者滑动安装。工作台21的侧面固定有齿条23，齿轮24安装于底座11，并通过连杆和联轴器连接伺服电机25。如图4所示，齿轮24和齿条23啮合，当伺服电机25启动时，带动工作台21横向进给。底座21两端的行程极限位置安装有接触感应器，工作台两端安装有限位柱。为了实现抛光加工时底座往复进给，在底座的两端安装有接触感应器，工作台两端安装有限位柱，当限位柱移动到接触感应器上方时触发其向伺服电机发送电信号，使伺服电机改变转动方向。抛光工件时工作台能够实现往复进给，有利于消除工件表面的抛光波纹，避免工件横向各点抛光不均匀。抛光槽22内设置有工件架26，工件架26内设置电磁铁，当压力传感器51放置于工件架上，电磁铁通电产生磁场，将压力传感器固定住。
如图5所示，纵向进给机构30包括螺纹座31、丝杆32、第一蜗轮33、第一蜗杆34、摇柄35、第二蜗轮36、第二蜗杆37和微调旋钮38。丝杆32纵向布置，可转动安装于机架10。螺纹座31滑动配合于两第二导轨19之间，螺纹座31螺纹配合于丝杆32，回转抛光机构40安装于螺纹座31。当丝杆32转动时，螺纹座31水平面内的转动被第二导轨19限制，其只能沿丝杆方向纵向进给。由于丝杆螺纹的均匀性，丝杆每转动一圈螺纹座的纵向位移都是一定的。进一步，该纵向位移的大小可以通过设定丝杆螺纹的螺距来调节，即当需要更高精度的纵向调节时，可换用相同丝杆直径下螺距更小的丝杆和螺纹座，这样当丝杆转动一圈时，螺纹座的纵向位移更小。第一蜗轮33同轴固定于丝杆32底部，并配合于第一蜗杆34，第一蜗杆34可转动安装于底座11，并通过连杆和联轴器连接摇柄35。当转动摇柄35时，第一蜗杆34联动第一蜗轮33，并带动丝杆32转动，实现螺纹座31的纵向位移。
对于基于线性液动压的抛光辊子，其抛光间隙要求控制在20-200μm。为了更精确地实现螺纹座的纵向调节，在上述传动机构基础上再增加一级蜗轮蜗杆。第二蜗轮36与第一蜗杆34同轴连接，第二蜗杆37与微调旋钮38同轴连接，第二蜗杆37联动配合于第二蜗轮36。由于增加了一级蜗轮蜗杆，即第二蜗轮36和第二蜗杆37，所以从转动输入端到转动输出端的减速比进一步增大，可以实现精度为10μm级别的微调，从而提高了上述螺纹座的调节精度。当工件放置入工位之后，先转动摇柄35，使回转抛光机构快速进入加工工位，然后转动微调旋钮38，调整抛光辊子至所需的抛光间隙。
回转抛光机构40包括旋转电机41和抛光辊子42，旋转电机41安装于纵向进给机构的螺纹座31，旋转电机41和螺纹座31集成于纵向箱体内。旋转电机41的轴穿过箱体，抛光辊子42安装于轴末端。抛光辊子42设置于抛光槽22内，与安装于工件架26的待抛光工件间隙配合。
如图6所示，抛光辊子42的主体为直径200mm、厚30mm的圆柱体结构，采用铝合金材料。其圆周面均匀分布有用于产生动压力的微槽结构43，所述微槽结构43包括圆周面的圆弧部44及沿圆周面周向延伸的微槽部45，微槽部通过线切割成型。在抛光过程中抛光辊子42与待抛光件在发生相对运动时，抛光液从待抛光件与微槽结构之间间隙较大的微槽部45流向间隙较小的圆弧部44而形成液动压润滑膜，在磨粒和动压润滑膜的双重作用下均匀快速去除工件表面材料。微槽部45是经过优化设计的，其几何结构能够保证抛光辊子42转动时产生强大而又均匀的液动压。微槽部45沿抛光辊子42轴向的投影为抛物线或直线，圆心角为12-18°，最优为18°，微槽部45的最大深度为1-3mm，最优为1mm。抛物线形的微槽部45与一段弧度不大于微槽部的圆弧面44组成一个抛物线形微槽结构，直线形的微槽部45与一段弧度不大于微槽部的圆弧面44组成一个楔形微槽结构。微槽结构43的个数设置为偶数，最优为十二。十二个微槽结构中，抛物线形微槽结构和楔形微槽结构依次交替，也可以为两个抛物线形微槽结构、两个楔形微槽结构依次交替，还可以为三个抛物线形微槽结构、三个楔形微槽结构依次交替，或者六个抛物线形微槽结构、六个楔形微槽结构依次交替。其中，三个抛物线形微槽结构、三个楔形微槽结构依次交替时效果最佳。抛光辊子中心开设有30mm光孔，同轴设置直径110mm、深度15mm的沉孔，用于连接旋转电机41的轴。
如图7所示，压力检测系统的压力传感器51设置于抛光槽22底部的工件架26上，与抛光辊子42的表面间隙配合，抛光间隙控制在20-200μm。如图8所示，压力检测系统50包括压力传感器51、变送器52和数据采集卡53。变送器52一端电连接压力传感器51，另一端电连接数据采集卡53。进一步，压力传感器51为扩散硅膜片的压力传感器，变送器52为高频压力变送器。压力传感器51与变送器52之间还可以设置信号调理放大器，以将采集到的微信号放大。调理放大后的信号被发送至显示器或电脑54，显示检测到的压力值和压力周期变化曲线。
检测工序具体实施步骤如下：
压力检测系统固定与前期准备：压力传感器51通过电磁吸力固定在抛光槽22内部中心，将抛光液加入抛光槽至指定刻度线。
横向进给：启动伺服电机25，通过轴带动齿轮24旋转，齿条23随之带动横向工作台21做横向进给，借此将横向工作台21上的抛光槽22移动至抛光辊子42正下方。
纵向进给：旋动摇柄35，将力矩通过轴、连杆、蜗杆传至固定在丝杠32末端的涡轮33，丝杠32回转带动固定在丝杠螺母座31上的纵向箱体做纵向下降运动，抛光辊子42也随着下降。当抛光辊子接近压力传感器51时，改用旋转固定在保护罩上的蜗杆37来进行纵向微进给。直至刚好触碰压力传感器51，根据实验所需抛光间隙，反向旋转蜗杆37相应的刻度，从而精确完成实验所需抛光间隙进给。
压力检测：启动旋转电机41，将动力通过轴传递至抛光辊子42，驱动抛光辊子高速旋转。同时控制伺服电机25在指定周期内正反转动力输出，使得抛光槽22内的工件能做小幅度往复运动。高速旋转的复合结构抛光辊子42依靠其圆周表面的微结构单元能在狭小的抛光间隙内产生大且均匀的线性压力，压力传感器51检测到该压力信号后被调理放，传送至高频变送器52，通过数据采集卡53输送到计算机54中进行保存。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
Claims (5)
1.一种用于线性液动压抛光装置的压力检测系统，线性液动压抛光装置包括机架、安装于机架上的横向进给机构、纵向进给机构和回转抛光机构；纵向进给机构用于调节回转抛光机构的高度，回转抛光机构包括抛光辊子；其特征在于，压力检测系统包括压力传感器、变送器和数据采集卡；压力传感器安装于横向进给机构，并与抛光辊子表面间隙配合；横向进给机构用于进给压力传感器；变送器一端电连接压力传感器，另一端电连接数据采集卡；
所述纵向进给机构包括螺纹座、丝杆、第一蜗轮、第一蜗杆、摇柄、第二蜗轮、第二蜗杆和微调旋钮；其中，丝杆纵向布置，可转动安装于机架；螺纹座螺纹配合于丝杆，回转抛光机构安装于螺纹座；第一蜗轮同轴固定于丝杆底部，第一蜗杆与第二蜗轮同轴连接，摇柄用于驱动第一蜗杆和第二蜗轮转动；第一蜗轮联动配合于第一蜗杆；第二蜗杆联动配合于第二蜗轮，微调旋钮用于驱动第二蜗轮转动;
所述机架包括底座和固定于底座的两立柱；底座具有第一导轨，两立柱分别具有相对设置的第二导轨，螺纹座滑动配合于两第二导轨之间;
所述横向进给机构包括工作台、抛光槽、齿条、齿轮和伺服电机；工作台活动安装于第一导轨，齿条固定于工作台；齿轮安装于伺服电机，伺服电机安装于底座，齿轮与齿条联动配合；抛光槽内设置有固定块，固定块内设置电磁铁，电磁铁限位压力传感器于固定块;
所述回转抛光机构包括旋转电机及其驱动的抛光辊子，旋转电机固定于螺纹座，抛光辊子设置于抛光槽内;
所述抛光辊子为圆柱体结构，其圆周面均匀分布有用于产生动压力的微槽结构；所述微槽结构包括圆周面的圆弧部及沿圆周面周向延伸的微槽部，微槽部沿抛光辊子轴向的投影为抛物线或直线。
2.根据权利要求1所述的一种用于线性液动压抛光装置的压力检测系统，其特征在于，还包括设置于压力传感器与变送器之间的信号调理放大器。
3.根据权利要求1所述的一种用于线性液动压抛光装置的压力检测系统，其特征在于，所述变送器为高频压力变送器。
4.根据权利要求1所述的一种用于线性液动压抛光装置的压力检测系统，其特征在于，还包括显示器，与数据采集卡电连接，用于显示间隙内液动压的压力值。
5.根据权利要求1所述的一种用于线性液动压抛光装置的压力检测系统，其特征在于，所述微槽结构的微槽部沿抛光辊子轴向的投影的圆心角为12-18°，微槽部的最大深度为1-3mm，微槽结构的个数为偶数。
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- 2019-11-18 CN CN201911127933.6A patent/CN110744431B/zh active Active
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