CN113183043A - 一种强约束高速射流抛光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种强约束高速射流抛光装置，包括整体机架、运动部分、箱体、加工部分和工件底座；所述整体机架由铝型材和铝型材连接件搭建而成，整体机架构成整个装置的支撑部分；所述箱体固定在机架四周，箱体构成加工过程中的抛光液收集箱；对加工之后的抛光液进行引流并收集；所述工件底座固定在整体机架内部的箱体中，工件底座对工件进行夹持；所述运动部分固定在箱体上方的整体机架上，加工部分通过螺栓固定在运动部分上；加工部分设置在工件底座的正上方，加工部分的下端正对工件底座上的工件；公开了本发明结构简单、成本低、对压力要求较低、可适用于不同材质、形状的工件表面抛光，喷嘴具有较强的可替换性。
Description
技术领域
本发明涉及磨粒射流抛光领域，更具体的说，尤其涉及一种强约束高速射流抛光装置。
背景技术
随着航空航天、汽车、新能源、光学和医学领域的发展，光学玻璃、光学晶体和工程陶瓷等硬质脆性材料在空间技术、仪器仪表、航空航天、微电子和新能源等领域中的应用越来越多，给超精密加工技术带来了重大挑战。高精度、超光滑和完整的表面是实现高光学分辨率、减少散射损耗、提高抗损伤阈值的基本要求。对非球面、自由曲面和微光学的精度要求越来越高，应用领域也越来越广，因此迫切需要新的光学加工方法。此外，对表面质量、表面精度和亚表面损伤的要求越来越高，这是传统光学加工方法难以达到的。
传统抛光技术面临的共同难题是加工时间长、难以抛光过于复杂的形状、用于不同几何形状的特殊抛光盘、抛光盘的调节、磨料中磨粒的不均匀分布以及加工成本高。其中磨料水射流抛光技术以其独特的材料去除方式、稳定而细小的去除函数以及对工件结构形状较强的适应性而拥有广阔的应用前景。与其他抛光技术相比，磨料水射流抛光技术具有精度高、易于控制、加工力小、柔性好、无热变形等优点。
现有的磨料水射流抛光装置也存在着一些问题，例如入射角过小，射流束与工件表面不能完全平行的问题，存在冲击损伤等问题。因此诞生了强约束射流抛光装置，虽然可以强制改变射流方向，但是也存在着如下问题：出水口面积相对较大，若想达到有效的抛光效果，对入水口的压力要求较大；只适用于加工平面工件，对曲面工件的加工效果并不均匀。
本发明针对磨料射流抛光加工中存在的冲击损伤大、冲击射流发散、装备较为复杂、所需压力过大、适用性不强等问题，提出一种强约束高速射流抛光装置。
发明内容
本发明的目的在于要解决的技术问题在于针对磨粒射流抛光中存在的射流束发散、射流束不能与工件表面平行造成冲击损伤过大、抛光所需压力较大等问题，提出了一种强约束高速射流抛光装置，能够使射流束以近似平行的角度射出，减少冲击损伤，通过改变喷嘴结构来增大射流束的压力，实现玻璃超高精度的抛光。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种强约束高速射流抛光装置，包括整体机架、运动部分、箱体、加工部分和工件底座；
所述整体机架由铝型材和铝型材连接件搭建而成，整体机架构成整个装置的支撑部分；所述箱体固定在机架四周，箱体构成加工过程中的抛光液收集箱；对加工之后的抛光液进行引流并收集；所述工件底座固定在整体机架内部的箱体中，工件底座对工件进行夹持；所述运动部分固定在箱体上方的整体机架上，加工部分通过螺栓固定在运动部分上；加工部分设置在工件底座的正上方，加工部分的下端正对工件底座上的工件；
所述运动部分包括Y轴滚珠丝杠模组、X轴滚珠丝杠模组、第三连接板、第二连接板和第一连接板，所述X轴滚珠丝杠模组水平设置且通过第三连接板固定在整体机架上，Y轴滚珠丝杠模组竖直设置且通过第二连接板固定在X轴滚珠丝杠模组的滑块上，Y轴滚珠丝杠模组的滑块上固定有第一连接板，第一连接板与加工部分固定连接；X轴滚珠丝杠模组工作时驱动Y轴滚珠丝杠模组、第二连接板、第一连接板和加工部分组成的整体在水平方向上运动，Y轴滚珠丝杠模组工作时驱动第一连接板和加工部分组成的整体在竖直方向上运动；
所述加工部分包括包括第四连接板、步进电机、旋转接头连接件、旋转接头、电机底座、同步带、同步带轮、深沟球轴承、轴承座、中空流道、喷嘴连接件和喷嘴，所述第四连接板竖直设置且第四连接板的一侧面与第一连接板固定连接，旋转接头连接件、电机底座和轴承座均固定在第四连接板的另一个侧面上，步进电机固定在电机底座上；中空流道竖直设置且中空流道的中部通过深沟球轴承支撑在轴承座上，中空流道的上端设置有旋转接头且中空流道上端的旋转接头安装在旋转接头连接件上，中空流道通过连接旋转接头的液压软管连接抛光液发生装置，旋转接头和轴承座之间的中空流道上设置有同步带轮，步进电机的输出端也固定有同步带轮，两个同步带轮通过同步带连接，步进电机工作时通过两个同步带轮和同步带组成的整体带动中空流道的转动；所述中空流道的下端通过喷嘴连接件连接喷嘴；
所述喷嘴设置有四个直径为1mm的出水孔，且出水孔喷嘴的进水口面积和出水口面积为36：1，四个出水孔均倾斜设置且四个出水孔绕着喷嘴的轴线均匀分布，喷嘴的出水孔越靠近出口端出水孔的中心点距离离喷嘴的轴线越远。
进一步的，所述整体机架，由铝型材搭建而成，通过铝型材连接件固定，构成所述装置的骨架部分。
进一步的，所述步进电机通过螺钉固定到电机底座上部。所述电机底座侧面开有螺纹孔，用螺钉固定到第四连接板表面。
进一步的，所述旋转接头安装在旋转接头连接件内部，通过紧定螺钉进行轴向固定。所述旋转接头连接件侧面开有螺纹孔，用螺钉固定到第四连接板表面。
进一步的，所述深沟球轴承的轴承外圈和轴承座配合，轴承内圈和中空流道配合。
进一步的，所述轴承座侧面开有螺纹孔，用螺钉固定到第四连接板表面。
进一步的，所述中空流道为圆柱形的不锈钢型材，中空流道的中间是供抛光液流过的通孔，中空流道一端和旋转接头通过螺纹固定，中空流道的中部深沟球轴承与同步带轮配合连接，中空流道的另一端和喷嘴连接件通过螺纹连接。
进一步的，所述同步带轮包括两个尺寸不同的同步带轮，较小的同步带轮和步进电机的输出轴通过紧定螺钉连接，较大的同步带轮和中空流道通过紧定螺钉相连，两个同步带轮之间用同步带传动。
进一步的，所述喷嘴连接件的一端通过螺纹和中空流道连接，喷嘴连接件的另一端通过螺纹和喷嘴连接。
进一步的，所述喷嘴一端通过螺纹和喷嘴连接件相连，抛光液从喷嘴的另一端流出。
进一步的，高速抛光液通过旋转接头流入中空流道，中空流道一端连接旋转接头，另一端连接喷嘴，中间部分和轴承、同步带轮配合，步进电机转动通过同步带和同步带轮连接中空流道，进而带动中空流道转动，中空流道末端的喷嘴也随之转动，达到抛光工件的效果。喷嘴具有可替换性，根据加工工件的不同替换不同型号的喷嘴。
进一步的，所述工件底座包括玻璃夹、第一底板、第二底板工件和支撑板，第二底板通过螺栓固定在箱体部分的底部，两块支撑板的下端通过螺栓固定在第二底板的上表面，两块支撑板的上端通过螺栓固定在第一底板的下表面，第二底板和第一底板平行设置，第一底板上设置有用于放置工件的凹槽，工件放置在第一底板的凹槽内，并通过设置在第一底板两侧的玻璃夹通过塑料垫片进行夹紧固定。工件放置在底板表面，通过玻璃夹和紧定螺钉、塑料垫片进行固定，不会损伤工件表面。
本发明的工作原理是：两组滚珠丝杠模组的电机转动可以驱动两组滚珠丝杠模组沿X、Y方向移动，加工部分和运动部分固定到一起，通过控制电机转动就能控制加工部分沿X、Y方向移动。加工部分是装置的核心部分，抛光液从中空流道的一端进入，经过中空流道，到达另一端再经过喷嘴加压喷出，使抛光液尽可能的以水平方向喷出。所述加工部分的电机转动，通过同步带轮和同步带带动中空流道转动。所述旋转接头和中空流道连接，可实现中空流道转动，旋转接头的另一端固定。所述喷嘴的移动轨迹和高度通过电机转动来控制。
本发明的有益效果在于：
1、本发明结构简单、成本低、对压力要求较低、可适用于不同材质、形状的工件表面抛光，喷嘴具有较强的可替换性。
2、本发明的喷嘴，设计出水口为4个直径为1mm的小孔，进水口面积和出水口面积为36：1，可以起到增大射流束压力的作用，大大降低对入口压力的需求；如果还需继续增大压力，可减少喷嘴底部孔的数量，例如减少为2个，此时进水口面积和出水口面积为72：1，可再次增大射流压力。
3、本发明的喷嘴可根据加工工件的不同而进行替换，在加工平面、凹面、凸面的工件时，分别使用不同种类的喷嘴。
4、本发明在加工过程中，喷嘴是在跟随中空流道转动，所以其有效加工表面是一个环形的面，可以增大有效抛光比面积，达到抛光均匀的目的。
附图说明
图1是本发明一种强约束高速射流抛光装置的整体结构示意图。
图2是整体机架的整体机构示意图。
图3是运动部分的主视图。
图4是运动部分的后视图。
图5是加工部分、运动部分和工件底座的整体结构结构图。
图6是加工部分的剖视图。
图7是工件底座的整体结构示意图。
图8是工件底座的剖视图。
图9是喷嘴的整体结构透视示意图。
图10是本发明喷嘴的俯视图。
图11是本发明喷嘴在第一种工况下的剖视图。
图12是本发明喷嘴在第二种工况下的剖视图。
图13是本发明喷嘴在第三种工况下的剖视图。
图中，1-运动部分、2-加工部分、3-工件底座、4-箱体、5-整体机架、6-铝型材、7-铝型材连接件、8-电机、9-Y轴滚珠丝杠模组、10-滑块、11-第一连接板、12-X轴滚珠丝杠模组、13-第二连接板、14-第三连接板、15-第四连接板、16-步进电机、17-旋转接头连接件、18-旋转接头、19-电机底座、20-同步带、21-深沟球轴承、22-轴承座、23-中空流道、24-喷嘴连接件、25-喷嘴、26-玻璃夹、27-第一底板、28-工件、29-第二底板、30-支撑板。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
结合图1，整个强约束磨粒射流抛光装置由运动部分1、加工部分2、工件底座3、箱体4、机架5构成。
结合图2，所述整体机架由铝型材6、铝型材连接件7搭建而成。
结合图3、图4，所述运动部分由电机8、Y轴滚珠丝杠模组9、滑块10、第一连接板11、X轴滚珠丝杠模组12、第二连接板13、第三连接板14构成。电机8通过联轴器和Y轴滚珠丝杠模组9、X轴滚珠丝杠模组12连接，滑块10用螺钉固定在Y轴滚珠丝杠模组9上，第一连接板11表面开有螺纹孔和通孔，用螺钉固定在滑块10上，第三连接板14表面开有螺纹孔和通孔，用螺钉固定在机架5上，X轴滚珠丝杠模组12通过螺钉固定在第三连接板14上，Y轴滚珠丝杠模组9通过第二连接板13和X轴滚珠丝杠模组12固定。第一连接板11和加工部分连接，电机8转动，带动加工部分沿X、Z方向移动。
结合图5、图6，加工部分由第四连接板15、步进电机16、旋转接头连接件17、旋转接头18、电机底座19、同步带和同步带轮20、轴承21、轴承座22、中空流道23、喷嘴连接件24、喷嘴25构成。第四连接板15通过螺钉和第一连接板11连接，电机底座19、旋转接头连接件17、轴承座22用螺钉固定在第四连接板15表面；旋转接头18安装在旋转接头连接件17内部，通过紧定螺钉来实现径向固定；
结合图7、图8，工件底座由玻璃夹26、第一底板27、工件28、第二底板29、支撑板30构成。第二底板29表面开有螺纹孔，通过螺钉固定到机架5上；支撑板30侧面开有螺纹孔，用螺钉固定到第二底板29表面；第一底板27表面开有螺纹孔，用螺钉固定在支撑板30侧面；工件28放置在第一底板27表面；玻璃夹26开有螺纹孔，通过紧定螺钉和塑料垫片固定工件28。
结合图9～13，在实际抛光过程中，针对不同表面形貌的工件，可以更换不同类型的喷嘴。抛光平面玻璃时，选择图11所示的喷嘴；抛光凹面玻璃时，选择图12所示的喷嘴；抛光凸面玻璃时，选择图13所示的喷嘴。在抛光工件时，如果需要更高的压力，则可以选择图9所示的高压喷嘴，抛光液出口面积更小，出口压力更大。
使用该装置进行抛光工作时，首先通过控制电机8调整加工部分2的高度，使喷嘴25和工件28之间的距离为1mm(经实验认证，1mm时抛光效果最好)；然后控制电机8合理规划喷嘴的抛光路径及移动速度；再然后通过调节步进电机16的转速来控制中空流道23的转速；接着抛光液从中空流道23流入，最后从喷嘴25流出，达到抛光工件的目的。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。
Claims (10)
1.一种强约束高速射流抛光装置，其特征在于：包括整体机架(5)、运动部分(1)、箱体(4)、加工部分(2)和工件底座(3)；
所述整体机架(5)由铝型材(6)和铝型材连接件(7)搭建而成，整体机架(5)构成整个装置的支撑部分；所述箱体(4)固定在机架四周，箱体(4)构成加工过程中的抛光液收集箱；对加工之后的抛光液进行引流并收集；所述工件底座(3)固定在整体机架(5)内部的箱体(4)中，工件底座(3)对工件(28)进行夹持；所述运动部分(1)固定在箱体(4)上方的整体机架(5)上，加工部分(2)通过螺栓固定在运动部分(1)上；加工部分(2)设置在工件底座(3)的正上方，加工部分(2)的下端正对工件底座(3)上的工件(28)；
所述运动部分(1)包括Y轴滚珠丝杠模组(9)、X轴滚珠丝杠模组(12)、第三连接板(14)、第二连接板(13)和第一连接板(11)，所述X轴滚珠丝杠模组(12)水平设置且通过第三连接板(14)固定在整体机架(5)上，Y轴滚珠丝杠模组(9)竖直设置且通过第二连接板(13)固定在X轴滚珠丝杠模组(12)的滑块上，Y轴滚珠丝杠模组(9)的滑块上固定有第一连接板(11)，第一连接板(11)与加工部分(2)固定连接；X轴滚珠丝杠模组(12)工作时驱动Y轴滚珠丝杠模组(9)、第二连接板(13)、第一连接板(11)和加工部分(2)组成的整体在水平方向上运动，Y轴滚珠丝杠模组(9)工作时驱动第一连接板(11)和加工部分(2)组成的整体在竖直方向上运动；
所述加工部分(2)包括包括第四连接板(15)、步进电机(16)、旋转接头连接件(17)、旋转接头(18)、电机底座(19)、同步带(20)、同步带轮、深沟球轴承(21)、轴承座(22)、中空流道(23)、喷嘴(25)连接件(24)和喷嘴(25)，所述第四连接板(15)竖直设置且第四连接板(15)的一侧面与第一连接板(11)固定连接，旋转接头连接件(17)、电机底座(19)和轴承座(22)均固定在第四连接板(15)的另一个侧面上，步进电机(16)固定在电机底座(19)上；中空流道(23)竖直设置且中空流道(23)的中部通过深沟球轴承(21)支撑在轴承座(22)上，中空流道(23)的上端设置有旋转接头(18)且中空流道(23)上端的旋转接头(18)安装在旋转接头连接件(17)上，中空流道(23)通过连接旋转接头(18)的液压软管连接抛光液发生装置，旋转接头(18)和轴承座(22)之间的中空流道(23)上设置有同步带轮，步进电机(16)的输出端也固定有同步带轮，两个同步带轮通过同步带(20)连接，步进电机(16)工作时通过两个同步带轮和同步带(20)组成的整体带动中空流道(23)的转动；所述中空流道(23)的下端通过喷嘴(25)连接件(24)连接喷嘴(25)；
所述喷嘴(25)设置有四个直径为1mm的出水孔，且出水孔喷嘴(25)的进水口面积和出水口面积为36：1，四个出水孔均倾斜设置且四个出水孔绕着喷嘴(25)的轴线均匀分布，喷嘴(25)的出水孔越靠近出口端出水孔的中心点距离离喷嘴(25)的轴线越远。
2.根据权利要求1所述的一种强约束高速射流抛光装置，其特征在于：所述整体机架(5)，由铝型材(6)搭建而成，通过铝型材连接件(7)固定，构成所述装置的骨架部分。
3.根据权利要求1所述的一种强约束高速射流抛光装置，其特征在于：所述步进电机(16)通过螺钉固定到电机底座(19)上部。
4.根据权利要求1所述的一种强约束高速射流抛光装置，其特征在于：所述旋转接头(18)安装在旋转接头连接件(17)内部，通过紧定螺钉进行轴向固定。
5.根据权利要求1所述的一种强约束高速射流抛光装置，其特征在于：所述深沟球轴承(21)的轴承外圈和轴承座(22)配合，轴承内圈和中空流道(23)配合。
6.根据权利要求1所述的一种强约束高速射流抛光装置，其特征在于：所述轴承座(22)侧面开有螺纹孔，用螺钉固定到第四连接板(15)表面。
7.根据权利要求1所述的一种强约束高速射流抛光装置，其特征在于：所述中空流道(23)为圆柱形的不锈钢型材，中空流道(23)的中间是供抛光液流过的通孔，中空流道(23)一端和旋转接头(18)通过螺纹固定，中空流道(23)的中部深沟球轴承(21)与同步带轮配合连接，中空流道(23)的另一端和喷嘴(25)连接件(24)通过螺纹连接。
8.根据权利要求1所述的一种强约束高速射流抛光装置，其特征在于：所述同步带轮包括两个尺寸不同的同步带轮，较小的同步带轮和步进电机(16)的输出轴通过紧定螺钉连接，较大的同步带轮和中空流道(23)通过紧定螺钉相连，两个同步带轮之间用同步带(20)传动。
9.根据权利要求1所述的一种强约束高速射流抛光装置，其特征在于：所述喷嘴(25)一端通过螺纹和喷嘴(25)连接件(24)相连，抛光液从喷嘴(25)的另一端流出。
10.根据权利要求1所述的一种强约束高速射流抛光装置，其特征在于：所述工件底座(3)包括玻璃夹(26)、第一底板(27)、第二底板(29)、工件(28)和支撑板(30)，第二底板(29)通过螺栓固定在箱体(4)部分的底部，两块支撑板(30)的下端通过螺栓固定在第二底板(29)的上表面，两块支撑板(30)的上端通过螺栓固定在第一底板(27)的下表面，第二底板(29)和第一底板(27)平行设置，第一底板(27)上设置有用于放置工件(28)的凹槽，工件(28)放置在第一底板(27)的凹槽内，并通过设置在第一底板(27)两侧的玻璃夹(26)通过塑料垫片进行夹紧固定。
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2021
- 2021-06-02 CN CN202110614709.0A patent/CN113183043A/zh active Pending
Patent Citations (6)
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