CN111975621A - 一种微小复杂孔腔内表面抛光装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种微小复杂孔腔内表面抛光装置，包括：左驱动气缸、右驱动气缸、液压泵、磨料液容器、第一双向气泵、第二双向气泵和工件夹紧机构；工件夹紧机构用于夹紧待加工工件，左驱动气缸内的左气缸活塞将左驱动气缸的内腔分隔为左气体腔和左溶液腔，左溶液腔与待加工孔的一端连通，右驱动气缸内的右气缸活塞将右驱动气缸的内腔分隔为右气体腔和右溶液腔，右溶液腔与待加工孔的另一端连通；第一双向气泵与左气体腔连通，第二双向气泵与右气体腔连通，液压泵的两端分别与磨料液容器和右溶液腔连通。本发明解决了微小复杂孔腔内表面抛光，具有绿色环保、自动化加工、安全高效的特点，适合零件微小复杂内表面的加工。

Description

一种微小复杂孔腔内表面抛光装置及其控制方法

技术领域

本发明涉及微小零件内表面的改性及加工制造领域，具体涉及一种微小复杂孔腔内表面抛光装置及其控制方法。

背景技术

随着零部件加工技术的不断发展，大量微型、高精度零件在航空航天、汽车制造以及武器装备等诸多领域中都得到了广泛应用，但其结构微小、形状复杂等问题，使其后续提高加工精度越来越重要。直接影响着微型零件的服役性能。

目前，激光加工、电火花加工等特种加工技术已经能在诸多微型零部件内部加工出微小复杂孔，而且磨料流动加工、化学腐蚀加工等加工方法也能够对这些微小复杂孔进行进一步的精加工。然而，上述加工方式对于非直线形的复杂孔具有极大的局限性。其中，磨料流动加工过程中，固体磨料流动性差，易聚团，加工质量不均匀，化学溶剂腐蚀加工虽然能实现溶剂在复杂孔顺畅流动，但是化学腐蚀易损伤内孔壁，且化学腐蚀不稳定，加工精度难以控制。

现有技术提供了一种用于将磨料介质移动穿过工件小孔的磨料流动加工设备及方法，该装置的特点是通过使其中含有磨料颗粒的一粘性介质在泵的推送下，通过一小孔进行抛光或研磨加工。该装置可以较为方便的实现粘性介质带动磨料颗粒流动，对直线形小孔孔壁进行研磨，但是对于非直线形的复杂小孔，粘性介质依旧容易出现易结团问题，且仍不能保证加工质量的均匀性。因此，寻求一种加工效果稳定，且能适应微小复杂孔内表面精密抛光加工方法尤为重要。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种微小复杂孔腔内表面抛光装置及其控制方法，解决了微小复杂孔腔内表面抛光问题。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种微小复杂孔腔内表面抛光装置，包括：左驱动气缸、右驱动气缸、液压泵、磨料液容器、第一双向气泵、第二双向气泵和工件夹紧机构；

所述工件夹紧机构用于夹紧待加工工件，所述左驱动气缸和所述右驱动气缸分别设置于待加工工件的两端，所述左驱动气缸内的左气缸活塞将所述左驱动气缸的内腔分隔为左气体腔和左溶液腔，所述左溶液腔与待加工孔的一端连通，所述右驱动气缸内的右气缸活塞将所述右驱动气缸的内腔分隔为右气体腔和右溶液腔，所述右溶液腔与待加工孔的另一端连通；

所述第一双向气泵与所述左气体腔连通，所述第二双向气泵与所述右气体腔连通，所述液压泵的两端分别与所述磨料液容器和所述右溶液腔连通。

进一步地，所述工件夹紧机构包括左夹紧气缸、右夹紧气缸、左支撑棒、右支撑棒和单向气泵，所述左夹紧气缸和所述右夹紧气缸分别设置于待加工工件的两端，所述左夹紧气缸和所述右夹紧气缸均与所述单向气泵连接，所述左支撑棒与所述左夹紧气缸的活塞杆连接，所述右支撑棒与所述右夹紧气缸的活塞杆连接，所述左支撑棒和所述右支撑棒从待加工工件的两端夹紧待加工工件。

进一步地，所述左夹紧气缸的活塞杆为左Y形连杆，所述左支撑棒和所述左驱动气缸均设置于所述左Y形连杆的一端，所述右夹紧气缸的活塞杆为右Y形连杆，所述右支撑棒和所述右驱动气缸均设置于所述右Y形连杆的一端。

进一步地，所述工件夹紧机构还包括左电磁换向阀和右电磁换向阀以及控制单元，所述左电磁换向阀设置于所述单向气泵与所述左夹紧气缸连接的管路上，所述右电磁换向阀设置于所述单向气泵与所述右夹紧气缸连接的管路上，所述液压泵、所述左电磁换向阀、所述右电磁换向阀、所述第一双向气泵和所述第二双向气泵均与所述控制单元连接。

进一步地，所述左支撑棒和所述右支撑棒上均设有通电加热线圈。

进一步地，所述左驱动气缸和所述右驱动气缸与待加工工件的连接处均设有密封圈。

一种微小复杂孔腔内表面抛光装置的控制方法，包括：

步骤A：控制单元控制液压泵工作，将磨料溶剂混合液注入待加工件的待加工孔内；

步骤B：控制单元控制第一双向气泵正转，左驱动气缸进气，同时，控制单元控制第二双向气泵反转，右驱动气缸向外抽气，磨料溶剂混合液向右流动，进行磨料加工；

步骤C：左气缸活塞与待加工件接触时，控制单元控制第一双向气泵停止工作，第二双向气泵继续向外抽气，右气体腔内气压降持续低，磨料溶剂混合液内部气压小于饱和蒸汽压时，开始析出空气，混合液容积增大；

步骤D：混合液容积增大至预定体积后，控制单元控制第二双向气泵正转，右驱动气缸进气，右气缸活塞左移，将析出气体压缩，实现右溶液腔容积交变；

步骤E：控制单元控制第一双向气泵反转，第二双向气泵继续正转，左驱动气缸排气，磨料溶剂混合液向左流动，右气缸活塞与工件接触后，控制单元控制第二双向气泵停止工作，第一双向气泵继续向外抽气，左气体腔内气压降持续低，磨料溶剂混合液内部气压小于饱和蒸汽压时，开始析出空气，混合液容积增大；

步骤F：混合液容积增大至预定体积后，控制单元控制第一双向气泵正转，左驱动气缸进气，左气缸活塞右移，将析出气体压缩，实现左溶液腔容积交变。

本发明的有益效果：

1)本发明将磨料与水介质空化加工相结合，利用容积交变作用下含有低浓度磨料的水介质在空化效应的空泡溃灭冲击波作用下，协同对微小复杂孔内表面抛光加工，解决了微小复杂孔腔内表面抛光，具有绿色环保、自动化加工、安全高效的特点，适合零件微小复杂内表面的加工。

2)本发明的控制方法采用容积交变新型空化发生方法，有效的解决了现有水射流空化、激光诱导空化及超声空化等空化发生方法的不足，更适合于微小复杂异形孔内表面抛光加工，并且加工效率高。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种微小复杂孔腔内表面抛光装置的结构示意图。

附图标记：

1.固定箱；2.左夹紧气缸；3.左Y形连杆；4.左支撑棒；5.左加热线圈；6.液压泵；7.待加工件；8.密封圈；9.右气缸活塞；10.右驱动气缸；11.右夹紧卡盘；12.右夹紧气缸；13.右Y形连杆；14.右电磁换向阀；15右加热线圈；16.右支撑棒；17.单向气泵；18.磨料溶剂混合液；19.左气缸活塞；20.第一双向气泵；21.左驱动气缸；22.左夹紧卡盘；23.左电磁换向阀；24.第二双向气泵。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的一种微小复杂孔腔内表面抛光装置。

请参阅图1，根据本发明实施例的一种微小复杂孔腔内表面抛光装置，包括固定箱1、左驱动气缸21、右驱动气缸10、液压泵6、磨料液容器、第一双向气泵20、第二双向气泵24、工件夹紧机构和控制单元。

工件夹紧机构包括左夹紧气缸2、右夹紧气缸12、左支撑棒4、右支撑棒16和单向气泵17，所述左夹紧气缸2和所述右夹紧气缸12固定于固定箱1的相对内壁上，左夹紧气缸2和所述右夹紧气缸12分别设置于待加工工件7的两端。左夹紧气缸2的活塞杆为左Y形连杆，右夹紧气缸12的活塞杆为右Y形连杆，左Y形连杆3的左端与左气缸活塞19连接，右端连接有左支撑棒4与左夹紧卡盘22，左夹紧卡盘22上夹有左驱动气缸21，左驱动气缸21与待加工件7之间装有密封垫圈8，防止磨料溶剂混合液18渗漏。右Y形连杆13左侧连接有右支撑棒16与右夹紧卡盘11，右端连接有右气缸活塞9，右夹紧卡盘11上夹有右驱动气缸10，右驱动气缸10与待加工件7之间装有密封垫圈8，防止磨料溶剂混合液18渗漏。左夹紧气缸2与右夹紧气缸12分别通过左电磁换向阀23和右电磁换向阀14与单向气泵17相连，通过单向气泵17提供的动力，实现待加工件工件7的装夹，本实施例中，左支撑棒4、右支撑棒16、左驱动气缸21和右驱动气缸10在待加工工件7的两侧面形成四点夹紧。

液压泵6、左电磁换向阀23、右电磁换向阀14和单向气泵17均与控制单元连接，待加工件7的装夹控制过程具体为：控制单元控制左电磁换向阀23和右电磁换向阀14的阀芯至左位，启动单向气泵17，左夹紧气缸2与右夹紧气缸12进气，并通过左Y形连杆3和右Y形连杆13同时驱动左支撑棒4、右支撑棒16、左驱动气缸21和右驱动气缸10运动，实现待加工件7的夹紧。

左驱动气缸21内的左气缸活塞19将所述左驱动气缸21的内腔分隔为左气体腔和左溶液腔，所述左溶液腔与待加工孔的一端连通，所述右驱动气缸10内的右气缸活塞9将所述右驱动气缸10的内腔分隔为右气体腔和右溶液腔，所述右溶液腔与待加工孔的另一端连通；

所述第一双向气泵20与所述左气体腔连通，所述第二双向气泵24与所述右气体腔连通，所述液压泵6的两端分别与所述磨料液容器和所述右溶液腔连通，通过第一双向气泵20和第二双向气泵24实现待加工件7的内孔两侧的容积交变，利用磨料的流动与容积交变下的空化效应实现待加工件7内孔的抛光。

根据本发明实施例的微小复杂孔腔内表面抛光装置的控制过程具体如下：

控制单元控制液压泵6工作，将磨料溶剂混合液注入待加工件7的待加工孔内。然后控制单元控制第一双向气泵20正转、第二双向气泵24反转，左驱动气缸21进气，右驱动气缸10排气，左气缸活塞19与右气缸活塞9同时向右运动，带动磨料溶剂混合液18向右流动，实现磨料流动加工；左气缸活塞19与待加工件7左端面接触时，第一双向气泵20停止工作，第二双向气泵24继续向外抽气，右驱动气缸10的右气体腔内气压持续降低，磨料溶剂混合液18内气压随之降低，当磨料溶剂混合液18内部气压低于饱和蒸汽压时，开始析出气体，左气缸活塞19与右气缸活塞9之间的体积变大，右气缸活塞9继续向右运动，运动至指定位置时，控制单元控制第二双向气泵24正转，右驱动气缸10进气，推动右气缸活塞9向左运动，压缩析出的气体，使左气缸活塞19与右气缸活塞9之间的体积减小，因为待加工件7的内孔直径远小于驱动气缸直径，根据空化原理，活塞运动实现的容积交变将对待加工件7的内孔表面产生空化效应。空化效应产生的能量除了可以直接对内孔进行加工外，还能带动磨料运动，对内孔的孔壁进行加工。

右驱动气缸10驱动下的容积交变结束后，控制单元控制第一双向气泵20反转，第二双向气泵24继续正转，左驱动气缸21排气，右驱动气缸10进气，左气缸活塞19与右气缸活塞9同时向左运动，带动磨料溶剂混合液18向左运动，实现磨料流动加工，右气缸活塞9与待加工件右端面接触时，控制单元控制第一双向气泵20与第二双向气泵24，以同样的方式实现左驱动气缸21驱动下的容积交变。

在上述加工过程中，若工件有加工环境温度要求，可以给左加热线圈5与右加热线圈15通电，加热支撑棒，通过热量传递，对待加工件7进行间接加热。

工件抛光完成后，控制单元控制左电磁换向阀23和右电磁换向阀14的阀芯至右位，左夹紧气缸2与右夹紧气缸12向外排气，使得左支撑棒4、右支撑棒16、左驱动气缸21和右驱动气缸10远离待加工件7。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (7)

1.一种微小复杂孔腔内表面抛光装置，其特征在于，包括：左驱动气缸(21)、右驱动气缸(10)、液压泵(6)、磨料液容器、第一双向气泵(20)、第二双向气泵(24)和工件夹紧机构；

所述工件夹紧机构用于夹紧待加工工件(7)；

所述左驱动气缸(21)和所述右驱动气缸(10)分别设置于待加工工件(7)的两端，所述左驱动气缸(21)内的左气缸活塞(19)将所述左驱动气缸(21)的内腔分隔为左气体腔和左溶液腔，所述左溶液腔与待加工孔的一端连通，所述右驱动气缸(10)内的右气缸活塞(9)将所述右驱动气缸(10)的内腔分隔为右气体腔和右溶液腔，所述右溶液腔与待加工孔的另一端连通；

所述第一双向气泵(20)与所述左气体腔连通，所述第二双向气泵(24)与所述右气体腔连通，所述液压泵(6)的两端分别与所述磨料液容器和所述右溶液腔连通。

2.根据权利要求1所述的微小复杂孔腔内表面抛光装置，其特征在于，所述工件夹紧机构包括左夹紧气缸(2)、右夹紧气缸(12)、左支撑棒(4)、右支撑棒(16)和单向气泵(17)，所述左夹紧气缸(2)和所述右夹紧气缸(12)分别设置于待加工工件(7)的两端，所述左夹紧气缸(2)和所述右夹紧气缸(12)均与所述单向气泵(17)连接，所述左支撑棒(4)与所述左夹紧气缸(2)的活塞杆连接，所述右支撑棒(16)与所述右夹紧气缸(12)的活塞杆连接，所述左支撑棒(4)和所述右支撑棒(16)从待加工工件(7)的两端夹紧待加工工件(7)。

3.根据权利要求2所述的微小复杂孔腔内表面抛光装置，其特征在于，所述左夹紧气缸(2)的活塞杆为左Y形连杆(3)，所述左支撑棒(4)和所述左驱动气缸(21)均设置于所述左Y形连杆(3)的一端，所述右夹紧气缸(12)的活塞杆为右Y形连杆(13)，所述右支撑棒(16)和所述右驱动气缸(10)均设置于所述右Y形连杆(13)的一端。

4.根据权利要求2所述的微小复杂孔腔内表面抛光装置，其特征在于，所述工件夹紧机构还包括左电磁换向阀(23)和右电磁换向阀(14)以及控制单元，所述左电磁换向阀(23)设置于所述单向气泵(17)与所述左夹紧气缸(2)连接的管路上，所述右电磁换向阀(14)设置于所述单向气泵(17)与所述右夹紧气缸(12)连接的管路上，所述液压泵(6)、所述左电磁换向阀(23)、所述右电磁换向阀(14)、所述第一双向气泵(20)和所述第二双向气泵(24)均与所述控制单元连接。

5.根据权利要求2所述的微小复杂孔腔内表面抛光装置，其特征在于，所述左支撑棒(4)和所述右支撑棒(16)上均设有通电线圈。

6.根据权利要求1所述的微小复杂孔腔内表面抛光装置，其特征在于，所述左驱动气缸(21)和所述右驱动气缸(10)与待加工工件(7)的连接处均设有密封圈(8)。

7.根据权利要求4所述的微小复杂孔腔内表面抛光装置的控制方法，其特征在于，包括：

步骤A：控制单元控制液压泵(6)工作，将磨料溶剂混合液注入待加工件(7)的待加工孔内；

步骤B：控制单元控制第一双向气泵(20)正转，左驱动气缸(21)进气，同时，控制单元控制第二双向气泵(24)反转，右驱动气缸(10)向外抽气，磨料溶剂混合液向右流动，进行磨料加工；

步骤C：左气缸活塞(19)与待加工件(7)接触时，控制单元控制第一双向气泵(20)停止工作，第二双向气泵(24)继续向外抽气，右气体腔内气压降持续低，磨料溶剂混合液内部气压小于饱和蒸汽压时，开始析出空气，混合液容积增大；

步骤D：混合液容积增大至预定体积后，控制单元控制第二双向气泵(24)正转，右驱动气缸(10)进气，右气缸活塞(9)左移，将析出气体压缩，实现右溶液腔容积交变；

步骤E：控制单元控制第一双向气泵(20)反转，第二双向气泵(24)继续正转，左驱动气缸(21)排气，磨料溶剂混合液向左流动，右气缸活塞(9)与工件接触后，控制单元控制第二双向气泵(24)停止工作，第一双向气泵(20)继续向外抽气，左气体腔内气压降持续低，磨料溶剂混合液内部气压小于饱和蒸汽压时，开始析出空气，混合液容积增大；

步骤F：混合液容积增大至预定体积后，控制单元控制第一双向气泵(20)正转，左驱动气缸(21)进气，左气缸活塞(19)活塞右移，将析出气体压缩，实现左溶液腔容积交变。

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