CN213123522U - 一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台，包括机床、抛光辊子、进给单元、传感器。抛光辊子安装在机床上，进给单元包括往复进给机构、第一微进给机构、第二微进给机构；往复进给机构驱动工件往复运动均匀抛光，第一和第二微进给机构的位移可精确调整被夹持工件与抛光辊子的高度差及间距，形成微小间隙；传感器包括电涡流位移传感器和压力传感器，电涡流位移传感器用于检测工件与抛光辊子的间距，压力传感器用于实时监测抛光加工流体动压力。该实验平台各机构设计完善，辅以位移、压力测控系统，各工艺参数柔性可调，可实现流体动压抛光波纹度机理与控制的深入研究。

Description

一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台

技术领域

本实用新型属于抛光实验装置领域，具体涉及一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台。

背景技术

随着现代科学技术的发展，对材料表面的要求也日渐提升。抛光作为最为古老的表面质量改善工艺之一，传统的接触抛光工具与待抛工件直接接触，具备可观的材料去除率，但两者间的刚性接触使得抛光磨粒极易在工件表面留下划痕，也会引入额外的表面及亚表面缺陷，已难以满足各精密行业对表面质量的需求。

近年来，基于对加工机理的深入研究，国内外学者提出了一系列结合电磁场、流体力学、三束、化学作用等原理的新型非接触抛光技术，而流体动压抛光就是其中最为典型的一类，其以流体动压润滑为理论基础，在抛光过程中，抛光工具与待抛工件处于非接触状态，以一定浓度的抛光液作为两表面间隙内的润滑介质，一方面大大降低摩擦阻力，保护待抛工件表面免受刚性损伤，另一方面借助收敛间隙内形成的流体动压液膜来配合磨粒实现待抛工件表面的原子级材料去除。

流体动压抛光的现有研究主要集中在原理研究与流场压力模拟测量等方面，实际加工能力未有更深入探究。对于类砂轮磨削的流体动压抛光加工而言，表面波纹度是评价加工质量的重要指标，其产生机理与实验平台的精度、进给机构、工艺方案息息相关。因此需要以流动润滑原理为基础，设计一种进给机构完善、功能完备的新型流体动压抛光实验平台，以满足流体动压抛光突破加工极限的研究需要。

实用新型内容

基于现有技术中存在的上述缺点和不足，本实用新型的目的之一是至少解决现有技术中存在的上述问题之一或多个，换言之，本实用新型的目的之一是提供满足前述需求之一或多个的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台，包括机床、抛光辊子、进给单元、传感器；

抛光辊子安装在机床上，进给单元包括往复进给机构、第一微进给机构、第二微进给机构、夹持机构，夹持机构用于夹持工件，往复进给机构安装于机床，往复进给机构驱动第一微进给机构，第一微进给机构驱动第二微进给机构，第二微进给机构驱动夹持机构，夹持机构用于夹持工件；第二微进给机构用于调整工件与抛光辊子的间距；第一微进给机构用于调整工件与抛光辊子的高度差；往复进给机构用于联动工件往复运动，以使抛光辊子对工件进行面加工；

传感器包括电涡流位移传感器和压力传感器，电涡流位移传感器用于检测工件与抛光辊子的间距，压力传感器用于实时监测抛光加工流体动压力；两传感器都安装于夹持机构上。

在根据本实用新型的一个优选的实施方式中，所述第一微进给机构包括第一螺旋微分头、第一固定台面、第一移动台面、第一滑轨；第一固定台面与往复进给机构固定连接，第一移动台面和第一固定台面通过第一滑轨滑动配合；第一螺旋微分头固定于第一固定台面上并与第一移动台面相抵，控制第一移动台面的进给位移；所述第二微进给机构包括第二螺旋微分头、第二固定台面、第二移动台面、第二滑轨；第二固定台面与第一移动台面固定连接，第二移动台面和第二固定台面通过第二滑轨滑动配合；第二螺旋微分头固定于第二固定台面上并与第二移动台面相抵，控制第二移动台面在竖直方向位移。

在根据本实用新型的一个优选的实施方式中，所述第一固定台面和第一移动台面间、第二固定台面和第二移动台面间设有复位弹簧。

在根据本实用新型的一个优选的实施方式中，所述往复进给机构包括壳体、伺服电机、丝杠、丝杠螺母、空心滑柱、工字滑轨；所述壳体安装于机架上，空心滑柱通过工字滑轨与壳体滑动连接，所述工字滑轨与抛光辊子边缘切向平行布置；伺服电机固定于壳体上，与丝杠连接，丝杠与同空心滑柱固定的丝杠螺母螺纹连接，伺服电机通过丝杠和丝杠螺母带动空心滑柱沿工字滑轨往复滑动；第一微进给机构安装在空心滑柱上。

在根据本实用新型的一个优选的实施方式中，所述夹持机构包括连接板、工件架、工件盘、锁紧螺钉；连接板一端固定连接于第二微进给机构，另一端固定连接工件架；所述工件架上开有T型槽，工件盘通过T型槽与工件架滑动配合；工件架一侧有横向贯穿至T型槽的螺孔，锁紧螺钉旋入螺孔可将工件盘和工件架抵紧锁死；工件盘中心设有工件安装槽位，工件盘具有手持部。

在根据本实用新型的一个优选的实施方式中，所述工件盘上布置有多个工件安装槽位。

在根据本实用新型的一个优选的实施方式中，所述机床包括机架、抛光槽、抛光辊子托座、主轴系统，抛光槽嵌设于机架上，主轴系统设于机架内，主轴系统输出端贯穿抛光槽底面至其内部，抛光辊子托座与主轴系统输出端连接，可由主轴系统驱动旋转。

在根据本实用新型的一个优选的实施方式中，抛光槽具有排液坡，排液坡低处设有排液口。

在根据本实用新型的一个优选的实施方式中，抛光辊子半径为500-650mm，厚度为100-150mm。

在根据本实用新型的一个优选的实施方式中，所述抛光辊子侧面均布有微型槽结构，所述微型槽结构深为2-6mm，所占弧长的圆心角为12°-24°，分布数量9-15个。

本实用新型与现有技术相比，有益效果是：

本实用新型的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台，其中往复进给机构带动工件在抛光过程中平稳往复运动，使得工件表面各点实现均匀抛光；微进给机构配合电涡流位移传感器，一方面能实现抛光间隙精确进给，另一方面便于工件的装卸定位。本实用新型各机构设计完善，辅以位移、压力测控系统，各工艺参数柔性可调，可实现流体动压抛光波纹度机理与控制的深入研究。

附图说明

图1是本实用新型实施例一的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台的结构示意图；

图2是本实用新型实施例一的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台的进给单元的结构示意图；

图3是本实用新型实施例一的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台的机床装配图；

图4是本实用新型实施例一的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台的抛光辊子结构示意图；

图5是本实用新型实施例一的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台的往复进给机构装配图；

图6是本实用新型实施例一的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台的微进给机构装配图；

图7是本实用新型实施例一的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台的夹持机构装配图；

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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。

实施例1：如图1所示，根据本实用新型的一个实施例的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台由机床10、抛光辊子20、往复进给机构30、微进给机构40、夹持机构50组成，其中，机床的结构如图3所示，机床中作为主体的机架11是一个正方体形状、上部开方形槽的空心外壳，底部设有四个脚座；上部开槽上嵌入式安装有抛光槽12，抛光槽是一个底部中间高四周低、中间开轴孔、四角开排液孔的方形凹槽，抛光槽的顶部边缘向外凸出，螺钉贯穿凸出部将抛光槽固定嵌入机架内。主轴系统设置于机架内部，其输出端贯穿抛光槽的轴孔暴露在外，输出端和抛光槽之间采用机械密封，防止抛光液流入主轴系统。输出端上安装有抛光辊子托座13，抛光辊子托座是一个顶面略有弧形凹陷的圆盘，且开有竖直贯通的定位孔，定位孔沿托座周向设置四组，每组沿径向设置两个。

抛光辊子托座上安装抛光辊子，抛光辊子如图4所示，是一个侧面开有12个微型槽结构21的空心圆柱体，圆柱体尺寸为直径600mm，微型槽对水平方向的投影为矩形，宽度24°，深度2mm。

机架顶部上一角安装往复进给机构30，往复进给机构的结构如图5所示，包括壳体37、伺服电机31、丝杠32、丝杠螺母35、空心滑柱36、工字滑轨33、侧滑块34；壳体通过螺钉固定于肋板上表面，伺服电机沿平行于该侧机架边缘的方向布置，具有安装座，伺服电机通过安装座和螺钉固定连接于壳体一端外壁并贯穿进入壳体内部；空心滑柱从壳体另一端部分贯穿入壳体内部，丝杠一端通过联轴器与伺服电机轴连接，另一端伸入空心滑柱内，空心滑柱靠近丝杠侧贯穿固定有一丝杠螺母，丝杠螺母与丝杠相配合，空心滑柱通过工字滑轨与壳体滑动连接，两个侧滑块从两侧将空心滑柱与壳体内侧壁相抵，微进给结构安装在空心滑柱暴露于壳体外的一端；伺服电机可由伺服电机PLC控制，当伺服电驱动丝杠转动时，丝杠螺母可带动空心滑柱沿丝杠轴向往复运动，从而带动微进给机构沿抛光辊子切向往复运动。

微进给机构40的结构如图6所示，包括第一螺旋微分头41、第一固定台面42、第一移动台面44、第一滑轨43、第二螺旋微分头45、第二固定台面46、第二导轨47、第二移动台面48；第一移动台面和第一固定台面通过第一滑轨滑动配合，第一滑轨沿竖直方向布设，第一移动台面和第一固定台面具有位置相对应的凸出部，第一螺旋微分头平行于第一滑轨贯穿固定在第一固定台面的凸出部上，测杆端部与第一移动台面的凸出部相抵，转动第一螺旋微分头即可带动第一移动台面沿第一滑轨精确微进给，从而使第一移动台面竖直地向抛光辊子移动或远离；第二固定台面通过螺钉固定连接于第一移动台面上，且第二固定台面、第二移动台面、第二滑轨、第二螺旋微分头按与前述相同的方式组合，区别仅在于整体旋转90度，使转动第二螺旋微分头时带动第二台面平行地向抛光辊子移动或远离。

往复进给机构、微进给机构、夹持机构的整体组合装配方式如图2所示，夹持机构的结构如图7所示，夹持机构50安装在第二移动台面上，包括连接板51、工件架52、工件盘53、工件安装槽位54、锁紧螺钉55；连接板呈L形，前端具有一块延伸出的肋板，由螺孔固定连接于微进给结构上，前端向抛光辊子轴线延伸，到中部弯折竖直向下，后端固定连接工件架；所述工件架上开有T型槽，工件盘通过T型槽与工件架滑动配合；工件架一侧有横向贯穿至T型槽的螺孔，将锁紧螺钉旋入螺孔可使工件盘和工件架抵紧锁死；工件盘中心设有工件安装槽位，工件盘在T型槽开口处的侧面还具有一向外凸出的长柄，便于工件盘的装卸。当往复进给机构和微进给机构移动时，位移量可以传递给夹持机构，从而带动工件安装槽位上的工件往复进给或微进给。工件架上还设有两传感器，一为电涡流位移传感器，能配合微进给机构实现抛光间隙地精确控制，确保能在极小间隙内形成动压液膜；一为压力传感器，能实时监测抛光加工流体动压力，用于流场动压、剪切特性研究。

下面将结合上述结构介绍本实用新型的使用方法：

工件的抛光步骤如下：

抛光准备：将工件用石蜡固定于工件安装槽位54，将工件盘53沿T型槽滑入工件架52，接着旋转锁紧螺钉55定位工件盘；将特定的抛光液倒入抛光槽12，直至指定刻度线；配合电涡流位移传感器，转动第二螺旋微分头45，第二移动台面前移，从而带动工件向抛光辊子20靠近，直至两者抛光间隙达到实验所需，转动第一螺旋微分头41，带动夹持机构50下移，使得工件下降指定深度，抛光液浸没。

抛光工序：抛光辊子20转动，使抛光液以一定速度进入微型槽结构21的收敛间隙内，形成均匀分布的流体动压液膜，进而驱动磨粒撞击工件表面，实现无接触抛光材料去除；与此同时伺服电机31开始工作，带动丝杠32旋转，通过丝杠螺母35，,使空心滑柱36沿侧滑块34、直线滑轨33做往复运动。与空心滑柱36端部相连接的微进给机构40、夹持机构50将运动逐级传递至工件，进而使工件在抛光过程中实现指定幅度的往复运动，从而实现工件表面各点均匀抛光。

抛光后处理：经过一定时间的抛光后，关闭主轴系统动力源及伺服电机31。反向转动第二螺旋微分头45，使得工件远离抛光辊子20，反向转动第一螺旋微分头41，使工件浮出抛光液面；打开抛光槽12底部排液口将抛光液排出；旋出锁紧螺钉55后，将工件盘53取出；加热工件盘53，取出已抛工件。

在抛光过程中需要通过工件架上安装的电涡流位移传感器配合微进给机构实现微间隙厚度地精确控制；并通过压力传感器实时监测抛光加工流体动压力，对流体动压抛光流场动压、剪切特性进行研究，进而对抛光波纹度的控制提供理论依据。

值得注意的是：本实施例的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台所选用的抛光辊子及其上微型槽结构参数用于更着重材料去除率的粗抛件加工，而微型槽结构的形状也可根据工件尺寸和加工要求采用梯形、矩形、弧形的不同组合方式。在其他的实际应用场景下，其参数可以在符合本实用新型思想的前提下进行不同选取，如对于加工粗抛件，即着重材料去除率，选用600mm以上的矩形微型槽结构抛光辊子、微型槽结构尺寸(数量x深x宽)：12x 2mm x 24°；对于加工精抛件，即着重去除均匀性，控制波纹度，选用600mm以下的梯形或弧形微型槽结构抛光辊子、微型槽结构尺寸(数量x深x宽)：15x6mm x 12°。

抛光时的间隙范围选用1-100丝，确保能在极小间隙内形成动压液膜。

在抛光液的选用上，抛光液中种类为多晶金刚石、非结晶二氧化硅、碳化硅等；抛光液粘度可由增稠剂或浓度参数调节，为10-100cps，而其具体选用参数则主要根据待抛工件的参数确定，玻璃类选取碳化硅，金属类选取金刚石等，同样着重材料去除的选取1μm及以上的磨粒，着重加工均匀性，控制波纹度，选取100nm及以下的磨粒。主轴转速同样可根据具体加工要求不同及附加跳动误差而选用0-3000rpm中某一数值。

实施例2：在根据本实用新型的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台的另一个实施方式中，机架11顶部一角设有直角肋板，往复进给机构安装在直角肋板上，此结构设计便于往复进给机构的外伸安装，合理利用机架面空间。

其他结构可以参考实施例1。

实施例3：在根据本实用新型的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台的另一个实施方式中，微进给机构中移动台面与固定台面之间设有顺相应滑轨方向布置的复位弹簧，两端分别与移动台面与固定台面的内壁相抵，可以在螺旋微分头反转时提供推力，快速响应复位。

其他结构可以参考实施例1。

实施例4：在根据本实用新型的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台的另一个实施方式中，工件盘靠近抛光辊子面的长度加长，而背面通过T型槽插入工件架，靠近抛光辊子面水平布置多个工件安装槽位，可以实现多个工件的同时抛光及其动压抛光研究。

其他结构可以参考实施例1。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是对本实用新型的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本实用新型提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台，包括机床、抛光辊子、进给单元、传感器，其特征在于：

抛光辊子安装在机床上，进给单元包括往复进给机构、第一微进给机构、第二微进给机构、夹持机构，往复进给机构安装于机床，往复进给机构驱动第一微进给机构，第一微进给机构驱动第二微进给机构，第二微进给机构驱动夹持机构，夹持机构用于夹持工件；第二微进给机构用于调整工件与抛光辊子的间距；第一微进给机构用于调整工件与抛光辊子的高度差；往复进给机构用于联动工件往复运动，以使抛光辊子对工件进行面加工；

传感器包括电涡流位移传感器和压力传感器，电涡流位移传感器用于检测工件与抛光辊子的间距，压力传感器用于实时监测抛光加工流体动压力；两传感器都安装于夹持机构上。

2.如权利要求1所述的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台，其特征在于，所述第一微进给机构包括第一螺旋微分头、第一固定台面、第一移动台面、第一滑轨；第一固定台面与往复进给机构固定连接，第一移动台面和第一固定台面通过第一滑轨滑动配合；第一螺旋微分头固定于第一固定台面上并与第一移动台面相抵，控制第一移动台面的进给位移；所述第二微进给机构包括第二螺旋微分头、第二固定台面、第二移动台面、第二滑轨；第二固定台面与第一移动台面固定连接，第二移动台面和第二固定台面通过第二滑轨滑动配合；第二螺旋微分头固定于第二固定台面上并与第二移动台面相抵，控制第二移动台面在竖直方向位移。

3.如权利要求2所述的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台，其特征在于，所述第一固定台面和第一移动台面间、第二固定台面和第二移动台面间设有复位弹簧。

4.如权利要求1所述的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台，其特征在于，所述往复进给机构包括壳体、伺服电机、丝杠、丝杠螺母、空心滑柱、工字滑轨；所述壳体安装于机架上，空心滑柱通过工字滑轨与壳体滑动连接，所述工字滑轨与抛光辊子边缘切向平行布置；伺服电机固定于壳体上，与丝杠连接，丝杠与同空心滑柱固定的丝杠螺母螺纹连接，伺服电机通过丝杠和丝杠螺母带动空心滑柱沿工字滑轨往复滑动；第一微进给机构安装在空心滑柱上。

5.如权利要求1所述的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台，其特征在于，所述夹持机构包括连接板、工件架、工件盘、锁紧螺钉；连接板一端固定连接于第二微进给机构，另一端固定连接工件架；所述工件架上开有T型槽，工件盘通过T型槽与工件架滑动配合；工件架一侧有横向贯穿至T型槽的螺孔，锁紧螺钉旋入螺孔可将工件盘和工件架抵紧锁死；工件盘中心设有工件安装槽位，工件盘具有手持部。

6.如权利要求5所述的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台，其特征在于，所述工件盘上布置有多个工件安装槽位。

7.如权利要求1所述的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台，其特征在于，所述机床包括机架、抛光槽、抛光辊子托座、主轴系统，抛光槽嵌设于机架上，主轴系统设于机架内，主轴系统输出端贯穿抛光槽底面至其内部，抛光辊子托座与主轴系统输出端连接，可由主轴系统驱动旋转。

8.如权利要求7所述的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台，其特征在于，抛光槽具有排液坡，排液坡低处设有排液口。

9.如权利要求1所述的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台，其特征在于，抛光辊子半径为500-650mm，厚度为100-150mm。

10.如权利要求1所述的一种用于新型流体动压抛光研究的实验平台，其特征在于，所述抛光辊子侧面均布有微型槽结构，所述微型槽结构深为2-6mm，所占弧长的圆心角为12°-24°，分布数量9-15个。

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