螺旋式約束磨粒流加工裝置製造方法
2023-10-10 05:17:24
螺旋式約束磨粒流加工裝置製造方法
【專利摘要】本發明公開了一種螺旋式約束磨粒流加工裝置，用於對待加工工件內壁進行研磨加工，包括固定板、螺旋式約束加工裝置、工件夾緊裝置、工件進給裝置和緩衝裝置；螺旋式約束加工裝置、工件夾緊裝置、工件進給裝置、緩衝裝置均固定安裝在固定板上；工件夾緊裝置用於夾緊待加工工件，螺旋式約束加工裝置包括研磨導向杆和短螺旋槽，短螺旋槽固定在研磨導向杆上，待加工工件套裝在研磨導向杆上，螺旋式約束加工裝置和待加工工件在待加工工件內部形成約束流道；工件夾緊裝置上設有約束流道的流體入口和流體出口；工件進給裝置用於工件夾緊裝置和待加工工件的軸向進給。本發明拋光效率高，拋光效果好，而且極其適合內壁超精密加工。
【專利說明】螺旋式約束磨粒流加工裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及軟性磨粒流加工領域，尤其涉及一種針對內壁超精密加工的螺旋式約束磨粒流加工裝置。
【背景技術】
[0002]隨著航空航天、醫藥、食品、化工等領域的高速發展，國內外對各類管材的需求量也越來越大，對內壁的要求也越來越嚴格，在現有的內壁超精密加工方法中，常見的有磁力研拋、珩磨、擠壓珩磨、柔性磨體振動拋光以及小磨頭拋光等，但對於形狀精度要求較高的工件來說都存在一定的加工局限性。比如擠壓珩磨和柔性磨體振動拋光，由於使用的是粘度較大的彈性基本介質，在進行壁面加工時會受到強粘性力的強力剪切作用，會破壞薄壁面，同時壁面在硬性磨粒的往復作用時表面紋理呈現規律性。而軟性磨粒流加工作為一種新的超精密加工方法，對內壁的加工具有獨特的優勢，尤其適合於較軟的有色金屬及堅韌的合金等。所謂軟性磨粒流就是利用無粘性或者弱粘性的磨粒流在湍流作用下對工件表面進行無序加工。磨粒流要達到湍流狀態，就必須要求流道內的流體具有較高的流速，現有的提速方法中主要是引入約束模塊，通過與被加工壁面構成一個封閉的約束流道，使流體從狹小的約束流道內部高速通過並達到湍流狀態，但是這種方法對於流體入口端的速度要求依舊很高，這就對水泵提出了很高的要求，大大提高了加工成本，而且工件拋光的時間較長，拋光效率普遍較低。
[0003]本發明「螺旋式約束磨粒流加工裝置」很好的解決了流體因達到湍流運動而對入口速度要求較高、對泵性能要求較高等問題。通過螺旋式約束模塊的高速旋轉運動帶動低速流體加速達到湍流的狀態，而且高速旋轉運動產生的離心力使磨粒運動更靠近加工壁面，對工件表面進行頻繁無序的撞擊作用實現內壁的光整加工。此裝置可使入口處的低速流體加速達到湍流狀態，不僅降低了對泵的要求，而且加工效率明顯提高，適合於各類零件內壁的光整加工。本發明尤其適用於鋁合金製品陽極氧化後的表面的加工。
【發明內容】
[0004]針對軟性磨粒流拋光效率較低、對流體的入口速度和入口壓力要求較高等難題，本發明提供了一種拋光效率高，拋光效果好，而且極其適合內壁超精密加工的螺旋式約束磨粒流拋光裝置。
[0005]本發明解決其技術問題所採用的技術方案是:
[0006]螺旋式約束磨粒流加工裝置，用於對待加工工件內壁進行研磨加工，包括固定板、螺旋式約束加工裝置、工件夾緊裝置、工件進給裝置和緩衝裝置；螺旋式約束加工裝置、工件夾緊裝置、工件進給裝置、緩衝裝置均固定安裝在固定板上；所述工件夾緊裝置用於夾緊待加工工件，所述螺旋式約束加工裝置包括研磨導向杆和短螺旋槽，所述短螺旋槽固定在研磨導向杆上，待加工工件套裝在研磨導向杆上，所述螺旋式約束加工裝置和待加工工件在待加工工件內部形成約束流道；所述工件夾緊裝置上設有所述約束流道的流體入口和流體出口 ；所述工件進給裝置用於工件夾緊裝置和待加工工件的軸向進給；
[0007]所述研磨導向杆的兩端通過軸承座支撐，所述研磨導向杆的末端通過聯軸器連接導向杆驅動電機；
[0008]所述工件夾緊裝置包括兩個夾緊端、兩個密封圈、螺杆，所述兩個夾緊端通過螺杆將待加工工件夾緊，所述密封圈包括夾緊端密封圈和工件端密封圈，所述夾緊端密封圈用於密封研磨導向杆與工件夾緊裝置之間的間隙，所述工件端密封圈用於密封待加工工件與工件夾緊裝置之間的間隙；所述兩個夾緊端上分別設有所述約束流道的流體入口和流體出Π ；
[0009]所述工件進給裝置包括絲杆、滑塊、導向板和滾珠螺母座，所述絲杆的一端通過聯軸器連接絲杆驅動電機，所述絲杆的另一端通過滾軸軸承相配合；所述滾珠螺母座套裝在所述絲杆上；所述導向板的一端與所述滾珠螺母座固接，另一端通過螺栓與工件夾緊裝置連接；所述絲杆驅動電機帶動絲杆轉動，通過所述絲杆的轉動帶動所述滾珠螺母座在水平方向做往復直線運動，牽引所述工件夾緊裝置和待加工工件做直線進給運動；所述滑塊裝在所述導向板上，所述工件進給裝置通過滑塊連接緩衝裝置；
[0010]所述緩衝裝置包括空氣壓縮機、氣缸、直線導軌和支架，所述氣缸的後端蓋與所述空氣壓縮機連接，所述氣缸的前端蓋安裝在支架上，所述支架安裝在固定板上，所述直線導軌的兩端通過軸承座固定安裝在固定板上；所述氣缸的活塞杆連接所述滑塊，所述滑塊套裝在所述直線導軌上。
[0011]進一步的，所述螺旋式約束磨粒流加工裝置還包括電機控制系統，所述電機控制系統包括電機控制板，用於控制所述導向杆驅動電機和所述絲杆驅動電機的轉動，所述電機控制板通過設定所述導向杆驅動電機和所述絲杆驅動電機的轉速，分析研究電機在不同的轉速下整套裝置的運行情況及工件內表面的加工效果。
[0012]進一步的，所述研磨導向杆和短螺旋槽組成約束模塊，待加工工件內表面與短螺旋槽表面組成約束流道，研磨導向杆通過聯軸器與導向杆驅動電機相連實現旋轉運動，帶動短螺旋槽旋轉，同時整個待加工工件和工件夾緊裝置通過工件進給裝置實現軸向進給運動，磨粒流在此雙重作用下完成內表面的加工。
[0013]進一步的，所述緩衝裝置上設置了平衡氣缸用於平衡所述由流體入口和流體出口壓力差作用在絲杆上的外載荷。
[0014]與現有技術相比，本發明具有以下優點:
[0015]1、軟性磨粒流加工主要是利用湍流作用下的磨粒流對工件表面進行微力微量的切削，達到光整加工的目的，流體要達到湍流狀態，可通過減小流體的粘度或者提高流體入口端的速度來實現。由於流體的粘度只與溫度有關，粘度隨溫度的不同而有顯著變化，液體粘度隨著溫度升高而減小，可適當提高磨粒流的溫度來降低流體的粘度，增加流體流動性能，但是當溫度升高時，會促使加工表面會與流體中的少量氣體發生氧化反應，溫度越高，被氧化的現象越明顯。而在現實生活中，水以及一些特殊的液壓油的粘度較低，流動性能較好，能滿足加工的要求，所以可通過提高流體的速度使其達到湍流的狀態。通常的做法是在被加工表面施加一個仿形的約束模塊，使流體從狹小的流道內部高速通過，雖然這種方法能解決流體達到湍流的難題，但是對流體入口端的速度要求比較高，本發明中，在流道內設置螺旋式約束模塊的同時使約束模塊做高速旋轉運動，使流體通過高速旋轉的方式加速達到湍流的狀態，不僅降低了對流體入口速度的要求，而且還可以通過控制電機轉速實現不同的湍流強度，使加工效果完全可控。
[0016]2、螺旋約束模塊的高速旋轉運動不僅使磨粒流達到湍流狀態，而且旋轉運動產生的巨大離心力使磨粒更貼近壁面，撞擊工件壁面的速度更快，更頻繁，此外，螺旋槽的旋轉運動不僅使磨粒有繞圓周方向的分運動，而且能加速磨粒做軸向方向的運動，在約束流道內能實現不同方向的撞擊，實現紋理交錯加工，工件加工的效率高，加工後的效果好。
[0017]3、由於螺旋式約束模塊的尺寸有限，在一瞬間只能對工件局部進行加工，所以針對不同長度的工件，本發明可通過改變螺旋式約束模塊的軸向尺寸來提高整個工件的加工效率，在工件的加工過程中，可通過設定電機的轉速來控制整個約束模塊的往復進給速度，通過控制霍爾元件的位置控制工件運動的行程，實現對整個工件內表面加工的目的。
[0018]4、由於流體入口端和出口端有較大的壓力差，會給絲杆施加一個外載荷，長時間作用下會使絲杆彎曲變形，影響整套裝置的平穩運行，所以為平衡流體壓力差，本發明設計一氣缸，通氣使氣缸內的氣體壓力和流體壓力差保持平衡，以此來消除絲杆上的額外載荷。使整個加工過程安全平穩。
[0019]5、通過磨粒的撞擊運動實現表面的微力微量切削，不會破壞加工壁面，可實現對壁面的精密加工，且在整個流道內無加工死角。利用磨粒在封閉約束流道內的循環流動，反覆碰撞加工表面，可有效提高磨粒利用率和加工效率，減少汙水排放，實現清潔加工，而且整個加工過程可實現自動化。
[0020]6、通過磨粒流對工件表面進行加工，磨料流黏度低，不容易破壞陽極氧化後的表面塗層。
[0021]7、通過約束模塊的高速旋轉增強磨料流對加工表面的擠壓、摩擦，能提高加工效率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1螺旋式約束磨粒流拋光裝置俯視圖。
[0023]圖2螺旋式約束磨粒流拋光裝置右視圖。
[0024]圖3螺旋式約束磨粒流加工原理圖。
[0025]圖4緩衝裝置的主視圖。
[0026]圖5研磨導向杆主視圖。
[0027]圖6工件夾緊裝置剖視圖。
【具體實施方式】
[0028]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明了，下面結合【具體實施方式】並參照附圖，對本發明進一步詳細說明。應該理解，這些描述只是示例性的，而並非要限制本發明的範圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結構和技術的描述，以避免不必要地混淆本發明的概念。
[0029]圖1是螺旋式約束磨粒流拋光裝置俯視圖；圖2螺旋式約束磨粒流拋光裝置右視圖；圖3螺旋式約束磨粒流加工原理圖；圖4緩衝裝置的主視圖；圖5研磨導向杆主視圖；圖6工件夾緊裝置剖視圖。
[0030]參照附圖1、圖2和圖4，螺旋式約束磨粒流加工裝置，用於對待加工工件2內壁進行研磨加工，包括固定板1、螺旋式約束加工裝置、工件夾緊裝置、工件進給裝置和緩衝裝置；螺旋式約束加工裝置、工件夾緊裝置、工件進給裝置、緩衝裝置均固定安裝在固定板I上；工件夾緊裝置用於夾緊待加工工件2，螺旋式約束加工裝置包括研磨導向杆3和短螺旋槽18，短螺旋槽18固定在研磨導向杆3上，待加工工件2套裝在研磨導向杆3上，螺旋式約束加工裝置和待加工工件2在待加工工件2內部形成約束流道；工件夾緊裝置上設有約束流道的流體入口 4和流體出口 5 ;工件進給裝置用於工件夾緊裝置和待加工工件2的軸向進給；
[0031]研磨導向杆3的兩端通過軸承座支撐，研磨導向杆3的末端通過聯軸器連接導向杆驅動電機6 ;
[0032]工件夾緊裝置包括兩個夾緊端7、兩個密封圈、螺杆8，兩個夾緊端7通過螺杆8將待加工工件2夾緊，密封圈包括夾緊端7密封圈和工件端密封圈，夾緊端7密封圈用於密封研磨導向杆3與工件夾緊裝置之間的間隙，工件端密封圈用於密封待加工工件2與工件夾緊裝置之間的間隙；兩個夾緊端7上分別設有約束流道的流體入口 4和流體出口 5 ；
[0033]工件進給裝置包括絲杆9、滑塊10、導向板11和滾珠螺母座12，絲杆9的一端通過聯軸器連接絲杆驅動電機13，絲杆9的另一端通過滾軸軸承相配合；滾珠螺母座12套裝在絲杆9上；導向板11的一端與滾珠螺母座12固接，另一端通過螺栓與工件夾緊裝置連接；絲杆驅動電機13帶動絲杆9轉動，通過絲杆9的轉動帶動滾珠螺母座12在水平方向做往復直線運動，牽引工件夾緊裝置和待加工工件2做直線進給運動；滑塊10裝在導向板11上，工件進給裝置通過滑塊10連接緩衝裝置；
[0034]緩衝裝置包括空氣壓縮機、氣缸14、直線導軌15和支架16，氣缸14的後端蓋與空氣壓縮機連接，氣缸14的前端蓋安裝在支架16上，支架16安裝在固定板I上，直線導軌15的兩端通過軸承座固定安裝在固定板I上；氣缸14的活塞杆17連接滑塊10，滑塊10套裝在直線導軌15上。
[0035]螺旋式約束磨粒流加工裝置還包括電機控制系統，電機控制系統包括電機控制板，用於控制導向杆驅動電機6和絲杆驅動電機13的轉動，電機控制板通過設定導向杆驅動電機6和絲杆驅動電機13的轉速，分析研究電機在不同的轉速下整套裝置的運行情況及工件內表面的加工效果。
[0036]研磨導向杆3和短螺旋槽18組成約束模塊，待加工工件2內表面與短螺旋槽18表面組成約束流道，研磨導向杆3通過聯軸器與導向杆驅動電機6相連實現旋轉運動，帶動短螺旋槽18旋轉，同時整個待加工工件2和工件夾緊裝置通過工件進給裝置實現軸向進給運動，磨粒流在此雙重作用下完成內表面的加工。
[0037]緩衝裝置上設置了平衡氣缸14用於平衡由流體入口 4和流體出口 5壓力差作用在絲杆9上的外載荷。
[0038]參照圖3，螺旋式約束磨粒流加工裝置的流體入口 4和流體出口 5與磨粒流控制系統，磨粒流控制系統包括控制櫃19、磨料箱20、電機、隔膜泵21和回收箱，磨料箱20內設有攪拌電機24、攪拌器23和電磁鐵22，攪拌電機24控制攪拌機對磨料箱20的磨料進行攪拌，電磁鐵22用於吸附箱底的磨屑；磨料箱20通過管道連接隔膜泵21，管道上設有開關閥；攪拌器23將磨料箱20中的磨料流攪拌均勻，通過隔膜泵21輸送到螺旋式約束磨粒流加工裝置的流體入口 4，磨料流流過約束流道後通過流體出口 5回流到磨料箱20。隔膜泵21上設有流量調節按扭26、水壓表25，用於控制磨料的流量。電機用於驅動隔膜泵21，控制櫃19通過控制攪拌電機24和隔膜泵21來控制進入螺旋式約束磨粒流加工裝置磨料流的流量。
[0039]參照附圖5，研磨導向杆3上設有安裝槽，短螺旋槽18固定通過固定安裝槽安裝在研磨導向杆3上。
[0040]參照附圖6，工件夾緊裝置的主要作用是夾緊工件以及密封整個流道，其構件主要包括左端夾緊塊27、右端夾緊塊28，左端密封蓋29、右端密封蓋30、螺杆8、工件定位塊31、密封圈等。右端夾緊塊28與導向板11相連接，連同滑塊10 —起作水平方向的直線運動，工件安裝在左端夾緊塊27和右端夾緊塊28之間，其中工件左右兩端分別與定位塊31接觸，左右夾緊塊通過螺杆8將工件夾緊，其中左端夾緊塊開有流體入口 4，右端夾緊塊28上開有流體出口 5，密封蓋與夾緊塊的兩端配合較好，密封蓋的中心位置安裝有密封性良好的超耐磨密封圈，密封圈研磨導向杆3緊密接觸，導向板11通過一連接板與右端夾緊塊28相連，通過滑塊的移動引導整個工件夾緊裝置做左右往復運動。設定霍爾元件的距離來控制工件夾緊裝置運動的行程。整套夾緊裝置除了使工件擁有良好的夾緊性能以外，還能確保工件在加工時整個流道擁有很好的密封性。
[0041]螺旋式約束磨粒流加工裝置的加工原理是軟性磨粒流加工主要是利用湍流作用下的磨粒流對工件表面進行微力微量的切削，達到光整加工的目的，流體要達到湍流狀態，可通過減小流體的粘度或者提高流體入口端的速度來實現。由於流體的粘度只與溫度有關，粘度隨溫度的不同而有顯著變化，液體粘度隨著溫度升高而減小，可適當提高磨粒流的溫度來降低流體的粘度，增加流體流動性能，但是當溫度升高時，會促使加工表面會與流體中的少量氣體發生氧化反應，溫度越高，被氧化的現象越明顯。而在現實生活中，水以及一些特殊的液壓油的粘度較低，流動性能較好，能滿足加工的要求，所以可通過提高流體的速度使其達到湍流的狀態。本發明通過在流道內設置螺旋式約束模塊的同時使約束模塊做高速旋轉運動，使流體通過高速旋轉的方式加速達到湍流的狀態，不僅降低了對流體入口速度的要求，而且還可以通過控制電機轉速實現不同的湍流強度，使加工效果完全可控。
[0042]應當理解的是，本發明的上述【具體實施方式】僅僅用於示例性說明或解釋本發明的原理，而不構成對本發明的限制。因此，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。此外，本發明所附權利要求旨在涵蓋落入所附權利要求範圍和邊界、或者這種範圍和邊界的等同形式內的全部變化和修改例。
【權利要求】
1.螺旋式約束磨粒流加工裝置，用於對待加工工件(2)內壁進行研磨加工，其特徵在於:包括固定板(I)、螺旋式約束加工裝置、工件夾緊裝置、工件進給裝置和緩衝裝置；螺旋式約束加工裝置、工件夾緊裝置、工件進給裝置、緩衝裝置均固定安裝在固定板(I)上；所述工件夾緊裝置用於夾緊待加工工件(2)，所述螺旋式約束加工裝置包括研磨導向杆(3)和短螺旋槽(18)，所述短螺旋槽(18)固定在研磨導向杆(3)上，待加工工件(2)套裝在研磨導向杆(3)上，所述螺旋式約束加工裝置和待加工工件(2)在待加工工件(2)內部形成約束流道；所述工件夾緊裝置上設有所述約束流道的流體入口(4)和流體出口(5);所述工件進給裝置用於工件夾緊裝置和待加工工件(2)的軸向進給； 所述研磨導向杆(3)的兩端通過軸承座支撐，所述研磨導向杆(3)的末端通過聯軸器連接導向杆驅動電機(6)； 所述工件夾緊裝置包括兩個夾緊端(7)、兩個密封圈、螺杆(8)，所述兩個夾緊端(7)通過螺杆(8)將待加工工件(2)夾緊，所述密封圈包括夾緊端(7)密封圈和工件端密封圈，所述夾緊端(7)密封圈用於密封研磨導向杆(3)與工件夾緊裝置之間的間隙，所述工件端密封圈用於密封待加工工件(2)與工件夾緊裝置之間的間隙；所述兩個夾緊端(7)上分別設有所述約束流道的流體入口(4)和流體出口(5)； 所述工件進給裝置包括絲杆(9)、滑塊(10)、導向板(11)和滾珠螺母座(12)，所述絲杆(9)的一端通過聯軸器連接絲杆驅動電機(13)，所述絲杆(9)的另一端通過滾軸軸承相配合；所述滾珠螺母座(12)套裝在所述絲杆(9)上；所述導向板(11)的一端與所述滾珠螺母座(12)固接，另一端通過螺栓與工件夾緊裝置連接；所述絲杆驅動電機(13)帶動絲杆(9)轉動，通過所述絲杆(9)的轉動帶動所述滾珠螺母座(12)在水平方向做往復直線運動，牽引所述工件夾緊裝置和待加工工件(2)做直線進給運動；所述滑塊(10)裝在所述導向板(11)上，所述工件進給裝置通過滑塊(10)連接緩衝裝置； 所述緩衝裝置包括空氣壓縮機、氣缸(14)、直線導軌(15)和支架(16)，所述氣缸(14)的後端蓋與所述空氣壓縮機連接，所述氣缸(14)的前端蓋安裝在支架(16)上，所述支架(16)安裝在固定板(I)上，所述直線導軌(15)的兩端通過軸承座固定安裝在固定板(I)上；所述氣缸(14)的活塞杆(17)連接所述滑塊(10)，所述滑塊(10)套裝在所述直線導軌(15)上。
2.根據權利要求1所述的螺旋式約束磨粒流加工裝置，其特徵在於:所述螺旋式約束磨粒流加工裝置還包括電機控制系統，所述電機控制系統包括電機控制板，用於控制所述導向杆驅動電機(6)和所述絲杆驅動電機(13)的轉動，所述電機控制板通過設定所述導向杆驅動電機(6)和所述絲杆驅動電機(13)的轉速，分析研究電機在不同的轉速下整套裝置的運行情況及工件內表面的加工效果。
3.根據權利要求1所述的螺旋式約束磨粒流加工裝置，其特徵在於:所述研磨導向杆(3)和短螺旋槽(18)組成約束模塊，待加工工件(2)內表面與短螺旋槽(18)表面組成約束流道，研磨導向杆(3)通過聯軸器與導向杆驅動電機(6)相連實現旋轉運動，帶動短螺旋槽(18)旋轉，同時整個待加工工件(2)和工件夾緊裝置通過工件進給裝置實現軸向進給運動，磨粒流在此雙重作用下完成內表面的加工。
4.根據權利要求1所述的螺旋式約束磨粒流加工裝置，其特徵在於:所述緩衝裝置上設置了平衡氣缸(14)用於平衡所述由流體入口(4)和流體出口(5)壓力差作用在絲杆(9) 上的外載荷。
【文檔編號】B24C9/00GK104325411SQ201410577068
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年10月24日 優先權日:2014年10月24日
【發明者】袁巧玲, 計時鳴, 單曉杭, 孫建輝, 宋衛 申請人:浙江工業大學