CN111152076A - 一种用于孔板件的双面同步研磨装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于孔板件的双面同步研磨装置及方法，包括传动单元、磁力研磨单元、夹具，夹具两侧分别设有传动单元，传动单元用于驱动磁力研磨单元横向及纵向移动；传动单元包括十字丝杠导轨滑台、磁极盘支撑架，十字丝杠导轨滑台驱动磁极盘支撑架横向及纵向移动；所述的磁力研磨单元包括通过联轴器连接在伺服电机上的磁极盘，以及装夹在磁极盘上的磁极组；工件通过夹具竖直的固定，并置于两对称磁极组之间，并留有用于充填磁性磨粒的间隙。优点是：适用于高硬度、高性能的非导磁薄板孔件的光整加工，尤其对其细密群孔进行光整加工。本发明装置结构简单，装夹及定位灵活，且方便，制造成本较低。

Description

一种用于孔板件的双面同步研磨装置及方法

技术领域

本发明属于带孔板件的加工领域，尤其涉及一种用于孔板件的双面同步研磨装置及方法。

背景技术

孔板件作为重要的零部件，广泛应用于航空制造业、工业、舰船和国防陆用等领域。例如，燃气轮机的涡轮叶片以及航空发动机燃烧室、加力燃烧室的隔热屏等，但是，孔缘存在毛刺，往往造成相关零部件表面过早磨损，使用寿命缩短，可靠性下降甚至使产品功能失效，大幅降低了设备安全性、可靠性和稳定性，从而无法保证整个设备的正常工作。因此，毛刺的去除显得尤其重要。孔板件毛刺的去处方法主要有人工打磨去毛刺、化学腐蚀去毛刺等，但普遍存在毛刺去除效率低、去除质量一致性差、易产生新缺陷等问题，特别是人工操作时，工作环境差，工作强度较大。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明的目的是提供一种用于孔板件的双面同步研磨装置及方法，适用于高硬度、高性能的非导磁薄板孔件的研磨加工，对其细密群孔进行光整加工，采用磁粒研磨光整技术，配合电机控制，同时对工件进行双面研磨加工，不仅能够去除孔缘毛刺，且不会损伤孔边缘，并对孔内表面也能有效地研磨抛光。解决一些针对孔板件，特别是密集孔板件毛刺去除的难题。

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种用于孔板件的双面同步研磨装置，包括传动单元、磁力研磨单元、夹具，夹具两侧分别设有传动单元，传动单元用于驱动磁力研磨单元横向及纵向移动；

传动单元包括十字丝杠导轨滑台、磁极盘支撑架，十字丝杠导轨滑台驱动磁极盘支撑架横向及纵向移动；

所述的磁力研磨单元包括通过联轴器连接在伺服电机上的磁极盘，以及装夹在磁极盘上的磁极组；工件通过夹具竖直的固定，并置于两对称磁极组之间，并留有用于充填磁性磨粒的间隙。

所述的磁极盘对称分布，在研磨时磁极盘保持同轴线运动。

所述磁极组对称布置，磁极组由若干磁极组成，磁极在磁极盘上均布，且磁极按照N、S极交错布置的方式排列，相对设置的磁极盘上的磁极组按照N极与S极一一对应的方式布置。

一种用于孔板件的双面同步研磨方法，包括以下步骤：

1)将磨料、研磨液按体积1:3混合并搅拌均匀，吸附在磁极上；磨料由三氧化二铝和铁粉按质量1:2的比例烧结而成，磨料粒度为40-120目，研磨液选用水基式研磨液；

2)工件通过夹具竖直的固定，使十字丝杠导轨滑台驱动电机，带动两磁极组运动到加工区域的初始位置，并与中间工件的距离保持一致，通过微调，使两磁极盘同轴线，之后，将工件可靠定位；

3)加工过程中，两磁极组同向旋转，但转速n₁、n₂不同，转速n₁恒定，转速n₂以n₁为基准，呈“超前—滞后—滞后—超前”的形式，做周期性变化，变化过程中磁极N、S始终对应；十字丝杠导轨滑台驱动电机纵向移动，带动两磁极组以相同的移动速度同时进行纵向研磨加工，然后反方向进行研磨加工，到达初始位置；以此往复加工。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明适用于高硬度、高性能的非导磁薄板孔件的光整加工，尤其对其细密群孔进行光整加工。本发明装置结构简单，装夹及定位灵活，且方便，制造成本较低；研磨加工时，将工件竖直的固定在两磁极盘之间，实现双面研磨加工，使研磨效率大幅提升，有效的节省加工时长；磁极两两对称分布，增大了研磨面积；磁极N、S相对应排列，形成了一定强度的磁粒束，有效地去除了紧贴孔内壁的毛刺，且不会损伤孔边缘，并对孔内表面也能有效地研磨抛光；研磨加工过程中，其转速形成了周期性速度差，增加了磨料受力方向的多变性，改善了磨料的运动轨迹，促进了磨料的翻滚、更新，提高了研磨质量。

附图说明

图1为用于孔板件的双面同步研磨装置的立体结构示意图。

图2为用于孔板件的双面同步研磨装置的主视结构示意图。

图3为用于孔板件的双面同步研磨装置的磁极分布示意图。

图4为用于孔板件的双面同步研磨方法的加工原理图。

图中：1-纵向滑台电机Ⅰ、2-纵向丝杠Ⅰ、3-纵向滑块Ⅰ、4-纵向滑台Ⅰ、5-横向滑台电机Ⅰ、6-横向丝杠Ⅰ、7-横向滑块Ⅰ、8-横向滑台Ⅰ、9-伺服电机Ⅰ、10-联轴器Ⅰ、11-磁极盘Ⅰ、12-磁极组Ⅰ、13-磁极盘支撑座Ⅰ、14-螺丝、15-紧固螺丝、16-纵向滑台电机Ⅱ、17-纵向丝杠Ⅱ、18-纵向滑块Ⅱ、19-纵向滑台Ⅱ、20-横向滑台电机Ⅱ、21-横向丝杠Ⅱ、22-横向滑块Ⅱ、23-横向滑台Ⅱ、24-伺服电机Ⅱ、25-联轴器Ⅱ、26-磁极盘Ⅱ、27-磁极组Ⅱ、28-支撑座Ⅱ、29-工件、30-夹具、31-紧定夹、33-控制柜、34-触摸屏、35-控制面板。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明进行详细地描述，但是应该指出本发明的实施不限于以下的实施方式。

见图1，一种用于孔板件的双面同步研磨装置，包括传动单元、磁力研磨单元、夹具，夹具两侧分别设有传动单元，传动单元用于驱动磁力研磨单元横向及纵向移动；

传动单元包括十字丝杠导轨滑台、磁极盘支撑架，十字丝杠导轨滑台驱动磁极盘支撑架横向及纵向移动；十字丝杠导轨滑台包括纵向滑台电机Ⅰ1、纵向丝杠Ⅰ2、纵向滑块Ⅰ3、纵向滑台Ⅰ4、横向滑台Ⅰ8、横向滑台电机Ⅰ5、横向丝杠Ⅰ6、横向滑块Ⅰ7、伺服电机Ⅰ9、磁极盘支撑座Ⅰ13，纵向滑台电机Ⅰ1驱动纵向丝杠Ⅰ2带动纵向滑块Ⅰ3在纵向滑台Ⅰ4上移动，横向滑台Ⅰ8与纵向滑块Ⅰ3相连，横向滑台电机Ⅰ5驱动横向丝杠Ⅰ6带动横向滑块Ⅰ7在横向滑台Ⅰ8上移动，伺服电机Ⅰ9固定在横向滑块Ⅰ7上，磁极盘支撑座Ⅰ13通过螺丝14固定在横向滑台Ⅰ8尾部，随横向滑台Ⅰ8同步移动，同理，与此对称的装置分布亦是如此，见图1、图2。

磁粒研磨单元包括磁极盘Ⅰ11、联轴器Ⅰ10、磁极组Ⅰ12、联轴器Ⅱ25、磁极盘Ⅱ26；伺服电机Ⅰ9通过联轴器Ⅰ10连接磁极盘Ⅰ11，并通过磁极盘支撑座Ⅰ13支撑连接磁极盘Ⅰ11的连接杆，防止磁极盘Ⅰ11在工作过程中振幅过大，影响研磨效果；在磁极盘Ⅰ11上装夹有磁极组Ⅰ12，同理，伺服电机Ⅱ24通过联轴器Ⅱ25连接磁极盘Ⅱ26，磁极组Ⅱ27装夹在磁极盘Ⅱ26上。工件29通过夹具30竖直固定，并置于两对称磁极组之间，并留有用于充填磁性磨粒的间隙。夹具30上带有紧定夹31用于固定工件29。磁极盘Ⅰ11、磁极盘Ⅱ26对称分布，并保持同轴线，且磁极对称分布，其中磁极组Ⅰ12磁极按N、S、N、S的排列方式均布的装夹在磁极盘Ⅰ11上，磁极组Ⅱ27磁极按N、S、N、S的排列方式装夹在磁极盘Ⅱ26上，并且磁极组Ⅰ12的磁极N、S分别于与磁极组Ⅱ27的磁极S、N相对应，见图3。

此外用于孔板件的双面同步研磨装置还包括控制单元，用于控制纵向滑台电机Ⅰ1、横向滑台电机Ⅰ5、伺服电机Ⅰ9、伺服电机Ⅱ24、纵向滑台电机Ⅱ16、横向滑台电机Ⅱ20、伺服电机Ⅱ，控制单元包括控制面板35、控制柜33、PLC控制器、限位开关、触摸屏34、声光报警单元和电气开关等，上述电机通过PLC控制器控制其运行。

用于孔板件的双面同步研磨方法，包括以下步骤：

1)将磨料、研磨液按体积1:3混合并搅拌均匀，吸附在磁极上。磨料由三氧化二铝(Al₂O₃)和铁粉(Fe)按质量1:2的比例烧结而成，粒度选用40-120目(粒径为375-125μm)，研磨液选用水基式研磨液；

2)操作控制面板35，将设备自动复位，然后使十字丝杠导轨滑台驱动电机作用在纵向滑块Ⅰ3、纵向滑块Ⅱ18和横向滑块Ⅰ7、横向滑块Ⅱ22上，使两磁极组Ⅰ12、Ⅱ27运动到加工区域的初始位置，与中间工件29的距离保持一致，通过微调，使两磁极盘Ⅰ11、磁极盘Ⅱ26同轴线，之后，将工件29可靠定位；

3)通过触摸屏34，输入工作参数。如伺服电机Ⅰ9、伺服电机Ⅱ24转速n₁、n₂，带动对称的磁极组Ⅰ12、磁极组Ⅱ27同向旋转研磨加工，加工过程中，转速n₁、n₂不同，转速n₁恒定，转速n₂以n₁为基准，呈“超前(快)—滞后(慢)—滞后(慢)—超前(快)”的形式，做周期性变化，变化过程中磁极N、S始终对应，若磁极在磁极盘上径向均布4个磁极则，则变化范围不超过磁极盘圆周的25％，也就是说超前(快)或滞后(慢)仅仅是短距离的错位，不会发生N-N或S-S对应的情况；纵向移动速度及距离，纵向滑台电机Ⅰ1、纵向滑台电机Ⅱ16带动两磁极组Ⅰ12、两磁极组Ⅱ27以相同的移动速度同时进行纵向研磨加工，加工区域研磨完成后，录入此时的坐标，然后反方向进行研磨加工，到达初始位置；设定加工时间，在此区间往复加工，直至加工时间完成。左右两侧的磁极组旋转，但转速并不同步，一侧磁极组转速恒定，另一侧磁极组转速呈周期性波动，可以加速磁性磨粒的翻滚、更新，促进磨粒切削刃更替，从而提高研磨效率。本发明通过控制单元结合磁粒研磨工艺实现对孔板件双面的自动研磨，研磨效率高。

见图4，一组对称磁极在研磨工艺的加工过程：(a)为加工初始状态，转速n₁、n₂同步，(a)-(b)表现为转速n₂快于n₁，(b)-(c)表现为转速n₂慢于n₁，(c)-(d)表现为转速n₂慢于n₁，(d)-(e)表现为转速n₂快于n₁，(e)恢复初始状态，此过程为一个研磨加工周期，加工过程中以此周期循环加工。

实施例一

本实施例中，工件材料为GH3128，工件长度为800mm，宽度为600mm，厚度为0.8mm，孔直径为4mm，横向孔数为100，纵向孔数为80，要求去除孔缘毛刺，并保持表面光整。

本实施例的加工条件为：采用直径为50mm，长度为30mm的径向磁极，磁性研磨粒子为60目(粒径为250μm)，填充量为20克，研磨液为劳力恩SR-9911水基式研磨液，加工间隙为1.5mm，电机转速n₁为1200r/min，n₂为1100～1300r/min，在此区间呈周期性变化，纵向移动速度为1.5mm/s，研磨加工时间为15min。

经本发明所述一种用于孔板件双面同步研磨的装置及加工工艺研磨加工后，孔缘毛刺被有效地去除并且孔的内外表面光滑、平整，满足客户的要求。

实施例二

本实施例中，工件材料为SUS304，工件长度为600mm，宽度为600mm，厚度为1.0mm，孔直径为3mm，横向孔数为100，纵向孔数为100，要求去除孔缘毛刺，并保持表面光整。

本实施例的加工条件为：采用直径为50mm，长度为30mm的径向磁极，磁性研磨粒子为60目(粒径为250μm)，填充量为15克，研磨液为劳力恩SR-9911水基式研磨液，加工间隙为1.5mm，电机转速n₁为1000r/min，n₂为900～1100r/min，在此区间呈周期性变化，纵向移动速度为1.5mm/s，研磨加工时间为10min。

经本发明所述一种用于孔板件双面同步研磨的装置及加工工艺研磨加工后，孔缘毛刺被有效地去除并且孔的内外表面光滑、平整，满足客户的要求。

本发明装置及方法不只限于对孔板件的研磨加工，针对不同的加工对象及材料，可调节电机的转速、方向以及周期性速度差的研磨范围。实用性强，加工范围广。

Claims (4)

1.一种用于孔板件的双面同步研磨装置，其特征在于，包括传动单元、磁力研磨单元、夹具，夹具两侧分别设有传动单元，传动单元用于驱动磁力研磨单元横向及纵向移动；

传动单元包括十字丝杠导轨滑台、磁极盘支撑架，十字丝杠导轨滑台驱动磁极盘支撑架横向及纵向移动；

所述的磁力研磨单元包括通过联轴器连接在伺服电机上的磁极盘，以及装夹在磁极盘上的磁极组；工件通过夹具竖直的固定，并置于两对称磁极组之间，并留有用于充填磁性磨粒的间隙。

2.根据权利要求1所述的一种用于孔板件的双面同步研磨装置，其特征在于，所述的磁极盘对称分布，在研磨时磁极盘保持同轴线运动。

3.根据权利要求1所述的一种用于孔板件的双面同步研磨装置，其特征在于，所述磁极组对称布置，磁极组由若干磁极组成，磁极在磁极盘上均布，且磁极按照N、S极交错布置的方式排列，相对设置的磁极盘上的磁极组按照N极与S极一一对应的方式布置。

4.一种利用权利要求1-3任意一项所述的装置实现的用于孔板件的双面同步研磨方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将磨料、研磨液按体积1:3混合并搅拌均匀，吸附在磁极上；磨料由三氧化二铝和铁粉按质量1:2的比例烧结而成，磨料粒度为40-120目，研磨液选用水基式研磨液；

2)工件通过夹具竖直的固定，使十字丝杠导轨滑台驱动电机，带动两磁极组运动到加工区域的初始位置，并与中间工件的距离保持一致，通过微调，使两磁极盘同轴线，之后，将工件可靠定位；

3)加工过程中，两磁极组同向旋转，但转速n₁、n₂不同，转速n₁恒定，转速n₂以n₁为基准，呈“超前—滞后—滞后—超前”的形式，做周期性变化，变化过程中磁极N、S始终对应；十字丝杠导轨滑台驱动电机纵向移动，带动两磁极组以相同的移动速度同时进行纵向研磨加工，然后反方向进行研磨加工，到达初始位置；以此往复加工。

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