CN112139858B - 一种柱塞隔膜式磨粒流抛光工具头装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柱塞隔膜式磨粒流抛光工具头装置，包括主轴箱，所述主轴箱上设置有复合凸轮式驱动机构，所述复合凸轮式驱动机构底部抵接设置有柱塞式磨粒流容纳筒，所述复合凸轮式驱动机构旋转带动柱塞式磨粒流容纳筒内设置的磨粒流往复运动。通过复合凸轮式驱动机构旋转带动设置有磨粒流的柱塞式磨粒流容纳筒，使柱塞式磨粒流容纳筒内具有粘弹性的磨粒流在挤压作用下通过加工表面或夹具与工件配合形成的受限空间，磨粒流中的磨粒对工件表面进行挤压、滑擦等作用实现确定性抛光加工。

Description

一种柱塞隔膜式磨粒流抛光工具头装置

技术领域

本发明涉及精密抛光设备技术领域，尤其是涉及一种柱塞隔膜式磨粒流抛光工具头装置。

背景技术

抛光加工是各种固体材料表面实现尺寸超精密、形状超准确、表面粗糙度极低的唯一手段，也是消除表层以下材料加工缺陷、损伤的最佳方法。抛光加工的适用范围广泛，能够胜任各种复杂型面的超精密加工。尤其对于光学、电子信息领域中使用的各种难加工材料复杂型面零件的加工，抛光加工工艺发挥着不可替代的作用。

传统抛光加工技术多采用散粒磨料低速加工方式，存在精度保持性较低、加工速度低等缺点，极大地影响了精密零件的生产率，尤其在大型光学自由曲面零件的加工中，研磨抛光加工的时间占到了整个加工时间的大部分，加工一件产品用时少则数百小时，多则数月。

对于目前广泛使用的慢速环形研磨抛光方式，运动形式多为研盘转动，工件相对于研盘自转与公转的形式，虽工艺相对简单，但存在去除函数不理想，适用工件面型单一，难以适应于复杂曲面的加工，工件尺寸、工件转速、研盘转速有严格限制等缺点；对于国外新采用的气囊抛光设备，其结构较复杂，球头形抛光头上磨粒回转半径较小，研磨抛光速度较低，使得加工效率提高不明显，虽适合于加工复杂型面零件，但在加工大中型超精密零件时效率较低，并且使用时加工成本很高。

磨料流加工是一种将半固着磨料介质往复挤压滑擦复杂表面以提高表面质量的非传统光整加工技术，具有较高的加工可达性，在复杂零部件的光整加工中显露出广阔的应用前景。磨料流加工技术是一项关于流体力学、材料学和机械制造等多学科交叉的光整加工技术。磨料流加工过程中挤推压力由活塞到磨粒磨削力之间的传递决定了磨料流加工效率和加工质量，超精密自由表面光学元件的加工，需要采用确定性抛光技术进行控制，而光学元件在采用确定性抛光控制技术下的加工精度与所采用抛光工具的去处函数轮廓有关。而目前使用的磨料流加工多用于零部件内部抛光，且无法进行定量式抛光。

例如一种在中国专利文献上公开的“基于工具导向的磨粒流喷涌式抛光装置”，其公告号“CN102990523A”，包括抛光导向工具、主轴机构和磨粒流机构；所述抛光导向工具包括一顶端开口、底端呈半球形的空心管道，所述空心管道的底端设置有若干个均匀分布的微细槽；所述主轴机构包括壳体，以及安装在壳体内的空心主轴、轴套、转子、定子和轴承；所述磨粒流机构包括箱体、搅拌器、磨屑吸附器、泵、单向调压阀、回收箱和管道。这种装置通过磨粒流对模具自由曲面抛光，因为磨粒流抛光的仿型性能好，因而不受曲面曲率变化的影响，但该方式仍无法控制磨粒流的流动方式，无法满足确定性抛光加工过程对理想去除函数的要求。为此，本发明提出一种柱塞隔膜式磨粒流抛光工具头装置。

发明内容

针对背景技术中提到的目前磨粒流抛光装置无法控制磨粒流的流动方式，无法满足确定性抛光加工过程对理想去除函数要求的问题，本发明提供了一种柱塞隔膜式磨粒流抛光工具头装置，通过复合凸轮式驱动机构旋转带动设置有磨粒流的柱塞式磨粒流容纳筒，使柱塞式磨粒流容纳筒内具有粘弹性的磨粒流在挤压作用下通过加工表面或夹具与工件配合形成的受限空间，磨粒流中的磨粒对工件表面进行挤压、滑擦等作用实现确定性抛光加工。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种柱塞隔膜式磨粒流抛光工具头装置，包括主轴箱，所述主轴箱上设置有复合凸轮式驱动机构，所述复合凸轮式驱动机构底部抵接设置有柱塞式磨粒流容纳筒，所述复合凸轮式驱动机构旋转带动柱塞式磨粒流容纳筒内设置的磨粒流往复运动。所述复合凸轮式驱动机构通过旋转挤压柱塞式磨粒流容纳筒，使得柱塞式磨粒流容纳筒内的磨粒流持续往复运动形成确定性抛光去除函数，能够有效提升抛光质量。

作为优选，所述磨粒流容纳筒包括连接于主轴箱的外套筒和内部设置有磨粒流的筒心组件，所述外套筒套接于筒心组件，所述外套筒连接于主轴箱，所述筒心组件上对应复合凸轮式驱动机构设置有波浪式顶台，所述筒心组件通过波浪式顶台抵接复合凸轮式驱动机构。所述筒心组件设置的波浪式顶台配合复合凸轮式驱动机构实现对磨粒流的驱动，所述外套筒用于连接主轴箱，使得整个工具头装置一体成型，所述复合凸轮式驱动机构在主轴箱的驱动下匀速旋转，驱动下方的筒心组件内的磨粒流往复运动，从而实现对筒心组件下方工件的待加工表面的摩擦抛光。

作为优选，所述筒心组件包括内柱塞筒和外柱塞筒，所述外柱塞筒套接于内柱塞筒外部，所述外柱塞筒顶部设置有若干柱塞孔，所述柱塞孔上方对应设置有塞柱，所述塞柱外部套接有弹性元件，所述波浪式顶台设置于塞柱顶部；所述内柱塞筒上对应柱塞孔设置有柱塞通道，所述柱塞通道内设置有磨粒流，所述塞柱贯穿柱塞孔，并在柱塞通道内往复运动，所述塞柱可通过弹性元件复位。

进一步的，所述塞柱底部设置有隔膜，所述磨粒流设置于隔膜下方。

进一步的，所述内柱塞筒底部设置有导流槽，所述导流槽连通各柱塞通道的出口，所述磨粒流可在导流槽内流动。

在柱塞孔中间安装隔膜可用来分隔柱塞孔和柱塞通道，避免了磨粒流对塞柱的磨损和塞柱磨损对磨粒流的污染。内柱塞筒的下端加工成与工件表面相匹配的平面或球面，并且在各个柱塞孔之间加工有导流槽。通过调节柱塞筒下端面与工件表面之间的间隙，在磨粒流自身黏性的约束下就可以实现磨粒流在倒流槽和柱塞孔之间的流动而不会出现外溢。

作为优选，所述波浪式顶台的顶部轮廓线为波浪式弧线结构。所述波浪式弧线结构为呈中心低的近高斯曲线结构，在复合凸轮式驱动机构的驱动下均匀往复运动，曲线轮廓避免了往复运动的冲击。塞柱推动磨粒流对工件表面进行挤压及摩擦等抛光运动。

作为优选，所述内柱塞筒与外柱塞筒螺纹或卡扣连接；所述外套筒与外柱塞筒螺纹连接。所述内柱塞筒与外柱塞筒可拆卸连接，能够根据待加工工件的形状更换底部不同形状的内柱塞筒，以配合复合凸轮式驱动机构对工件进行高效的确定性抛光加工。而通过调节柱塞筒与外套筒的螺纹旋进量来调整柱塞与端面凸轮之间的相对位置和挤压力。

作为优选，所述复合凸轮式驱动机构包括刀柄和设置于刀柄底部的驱动杆，所述刀柄连接于主轴箱，所述主轴箱可驱动刀柄旋转，所述驱动杆远离主轴箱端设置有端面凸轮，所述端面凸轮抵接筒心组件。通过将端面凸轮安装在机床主轴上，在主轴的旋转运动带动下，端面凸轮周期性挤压塞柱实现往复移动。

因此，本发明具有如下有益效果：（1）通过复合凸轮式驱动机构旋转带动设置有磨粒流的柱塞式磨粒流容纳筒，使柱塞式磨粒流容纳筒内具有粘弹性的磨粒流在挤压作用下通过加工表面或夹具与工件配合形成的受限空间，磨粒流中的磨粒对工件表面进行挤压、滑擦等作用实现确定性抛光加工；（2）通过调节柱塞筒下端面与工件表面之间的间隙，在磨粒流自身黏性的约束下就可以实现磨粒流在倒流槽和柱塞孔之间的流动而不会出现外溢；（3）在柱塞孔中间安装隔膜可用来分隔柱塞孔和柱塞通道，避免了磨粒流对塞柱的磨损和塞柱磨损对磨粒流的污染；（4）波浪式弧线结构为呈中心低的近高斯曲线结构，在复合凸轮式驱动机构的驱动下均匀往复运动，曲线轮廓避免了往复运动的冲击。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1中复合凸轮式驱动机构和柱塞式磨粒流容纳筒的组装图。

图3为图1中复合凸轮式驱动机构的轴测图。

图中：100、复合凸轮式驱动机构，1、内柱塞筒，200、柱塞式磨粒流容纳筒，201、筒心组件，2、隔膜，3、外柱塞筒，4、塞柱，5、弹性元件，6、外套筒，61、波浪式顶台，62、曲线轮廓，7、驱动杆，71、端面凸轮，8、刀柄，9、主轴箱，10、工件。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明做进一步的描述。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，或成一体；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或两个元件的相互作用关系。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。

实施例1

如图1、3所示，一种柱塞隔膜式磨粒流抛光工具头装置，包括主轴箱，所述主轴箱上设置有复合凸轮式驱动机构，所述复合凸轮式驱动机构底部抵接设置有柱塞式磨粒流容纳筒，所述复合凸轮式驱动机构旋转带动柱塞式磨粒流容纳筒内设置的磨粒流往复运动。所述复合凸轮式驱动机构通过旋转挤压柱塞式磨粒流容纳筒，使得柱塞式磨粒流容纳筒内的磨粒流持续往复运动形成确定性抛光去除函数，能够有效提升抛光质量。

所述磨粒流容纳筒包括连接于主轴箱的外套筒和内部设置有磨粒流的筒心组件，所述外套筒套接于筒心组件，所述外套筒连接于主轴箱，所述筒心组件上对应复合凸轮式驱动机构设置有波浪式顶台，所述筒心组件通过波浪式顶台抵接复合凸轮式驱动机构。所述筒心组件设置的波浪式顶台配合复合凸轮式驱动机构实现对磨粒流的驱动，所述外套筒用于连接主轴箱，使得整个工具头装置一体成型，所述复合凸轮式驱动机构在主轴箱的驱动下匀速旋转，驱动下方的筒心组件内的磨粒流往复运动，从而实现对筒心组件下方工件的待加工表面的摩擦抛光。

所述筒心组件包括内柱塞筒和外柱塞筒，所述外柱塞筒套接于内柱塞筒外部，所述外柱塞筒顶部设置有若干柱塞孔，所述柱塞孔上方对应设置有塞柱，所述塞柱外部套接有弹性元件，所述波浪式顶台设置于塞柱顶部；所述内柱塞筒上对应柱塞孔设置有柱塞通道，所述柱塞通道内设置有磨粒流，所述塞柱贯穿柱塞孔，并在柱塞通道内往复运动，所述塞柱可通过弹性元件复位。进一步的，所述塞柱底部设置有隔膜，所述磨粒流设置于隔膜下方。进一步的，所述内柱塞筒底部设置有导流槽，所述导流槽连通各柱塞通道的出口，所述磨粒流可在导流槽内流动。在柱塞孔中间安装隔膜可用来分隔柱塞孔和柱塞通道，避免了磨粒流对塞柱的磨损和塞柱磨损对磨粒流的污染。内柱塞筒的下端加工成与工件表面相匹配的平面或球面，并且在各个柱塞孔之间加工有导流槽。通过调节柱塞筒下端面与工件表面之间的间隙，在磨粒流自身黏性的约束下就可以实现磨粒流在倒流槽和柱塞孔之间的流动而不会出现外溢。

如图2所示，所述波浪式顶台的顶部轮廓线为波浪式弧线结构。所述波浪式弧线结构为呈中心低的近高斯曲线，在复合凸轮式驱动机构的驱动下均匀往复运动，曲线轮廓避免了往复运动的冲击。塞柱推动磨粒流对工件表面进行挤压及摩擦等抛光运动。

所述内柱塞筒与外柱塞筒螺纹或卡扣连接；所述外套筒与外柱塞筒螺纹连接。所述内柱塞筒与外柱塞筒可拆卸连接，能够根据待加工工件的形状更换底部不同形状的内柱塞筒，以配合复合凸轮式驱动机构对工件进行高效的确定性抛光加工。而通过调节柱塞筒与外套筒的螺纹旋进量来调整柱塞与端面凸轮之间的相对位置和挤压力。

所述复合凸轮式驱动机构包括刀柄和设置于刀柄底部的驱动杆，所述刀柄连接于主轴箱，所述主轴箱可驱动刀柄旋转，所述驱动杆远离主轴箱端设置有端面凸轮，所述端面凸轮抵接筒心组件。通过将端面凸轮安装在机床主轴上，在主轴的旋转运动带动下，端面凸轮周期性挤压塞柱实现往复移动。

本发明所公开的柱塞隔膜式磨粒流抛光工具头装置安装过程如下，首先将隔膜2放置在上柱塞筒3的槽内，下柱塞筒1通过螺纹与上柱塞筒3连接在一起，隔膜2在上下柱塞筒1和3的挤压下固定。将回弹弹簧5安装在柱塞杆4上，然后插入上柱塞筒3的孔内。通过螺纹将上柱塞筒3和外套筒6进行连接。端面凸轮杆7可以跟刀柄8通过弹性夹头等方式进行连接。将刀柄8安装在机床设备的主轴上，外套筒6通过连杆10与主轴箱9进行连接保持固定，并且保持柱塞筒1和3与端面凸轮杆7同轴。在主轴的带动下端面凸轮杆7发生转动，柱塞杆4在端面凸轮杆7的挤压和回弹弹簧5的弹力下，在上柱塞杆3的柱塞孔内进行直线往复运动。隔膜2受上柱塞筒3内的柱塞孔和柱塞杆的交变体积影响，也会随柱塞杆往复变化，从而带动下柱塞筒1的柱塞孔体积发生变化。在下柱塞筒1的柱塞孔内填充粘弹性磨粒流介质，受下柱塞筒1的柱塞孔体积变化，粘弹性磨粒流会在下柱塞筒1和工件11之间形成额空腔内流动，从而实现了磨粒流的确定性抛光加工。

除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施例，这些都是本领域技术人员无需进行创造性劳动即可实现的，因此这些本发明没有详细描述的实施例也应视为本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种柱塞隔膜式磨粒流抛光工具头装置，其特征在于，包括主轴箱，所述主轴箱上设置有复合凸轮式驱动机构，所述复合凸轮式驱动机构底部抵接设置有柱塞式磨粒流容纳筒，所述复合凸轮式驱动机构旋转带动柱塞式磨粒流容纳筒内设置的磨粒流往复运动；

所述磨粒流容纳筒包括连接于主轴箱的外套筒和内部设置有磨粒流的筒心组件，所述外套筒套接于筒心组件，所述外套筒连接于主轴箱，所述筒心组件上对应复合凸轮式驱动机构设置有波浪式顶台，所述筒心组件通过波浪式顶台抵接复合凸轮式驱动机构；

所述筒心组件包括内柱塞筒和外柱塞筒，所述外柱塞筒套接于内柱塞筒外部，所述外柱塞筒顶部设置有若干柱塞孔，所述柱塞孔上方对应设置有塞柱，所述塞柱外部套接有弹性元件，所述波浪式顶台设置于塞柱顶部；所述内柱塞筒上对应柱塞孔设置有柱塞通道，所述柱塞通道内设置有磨粒流，所述塞柱贯穿柱塞孔，并在柱塞通道内往复运动，所述弹性元件通过弹力复位塞柱；

所述波浪式顶台的顶部轮廓线为波浪式弧线结构，所述波浪式弧线结构为呈中心低的近高斯曲线结构；

内柱塞筒与外柱塞筒可拆卸连接，根据待加工工件的形状更换底部不同形状的内柱塞筒，以配合复合凸轮式驱动机构对工件进行确定性抛光加工。

2.根据权利要求1所述的一种柱塞隔膜式磨粒流抛光工具头装置，其特征在于，所述塞柱底部设置有隔膜，所述磨粒流设置于隔膜下方。

3.根据权利要求1所述的一种柱塞隔膜式磨粒流抛光工具头装置，其特征在于，所述内柱塞筒底部设置有导流槽，所述导流槽连通各柱塞通道的出口，所述磨粒流流动设置于导流槽内。

4.根据权利要求1所述的一种柱塞隔膜式磨粒流抛光工具头装置，其特征在于，所述内柱塞筒与外柱塞筒螺纹或卡扣连接；所述外套筒与外柱塞筒螺纹连接。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的一种柱塞隔膜式磨粒流抛光工具头装置，其特征在于，所述复合凸轮式驱动机构包括刀柄和设置于刀柄底部的驱动杆，所述刀柄连接于主轴箱，所述主轴箱驱动刀柄旋转，所述驱动杆远离主轴箱端设置有端面凸轮，所述端面凸轮抵接筒心组件。

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