一種自動化循環控制多相流旋流拋光加工裝置的製作方法

2023-04-25 23:31:51

本實用新型涉及超精密加工技術領域，更具體的說，尤其涉及一種自動化循環控制多相流旋流拋光加工裝置。

背景技術：

鑑於傳統固液二相流拋光加工效率較為低下，拋光面積較小，難以運用到光學、電子信息及薄膜科學等高新技術領域的超光滑表面加工的情況，氣液固三相磨粒流拋光加工成為流體拋光技術新的難點與熱點。超聲空化三相磨粒流旋流拋光加工是指在原有的固液二相旋流流場的基礎上加入超聲波氣泡發生器，超聲波氣泡發生器利用超聲空化使旋流流場中產生空化氣泡，利用微空化氣泡的潰滅作用驅動磨粒群，從而提高拋光加工的效率。目前的三相流拋光加工裝置大體都是以拋光加工裝置與工件表面固定形成微距細縫，對於三相流體的流速，粘度，溫度以及流體入口壓力確實自動化控制，導致加工過程中難以採集到三相流拋光加工的加工參數，難以形成有效的邊界條件調控方法，最終導致工件表面加工不平整，大面積超光滑拋光加工名不副實。

如何進一步改進三相磨粒流拋光加工裝置，實現高效、穩定、均勻化的自動化超精密拋光加工是一大難點。

鑑於目前存在的一些問題，設計研發了一種自動化循環控制多相流旋流拋光加工裝置。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於解決現有三相磨粒流拋光加工裝置自動化加工能力較差，對於流場邊界條件以及氣泡潰滅能量調控較弱，導致工件表面加工不均勻，無法形成真正意義上的大面積超精密拋光加工；為了實現對精密光學零件的自動化超精密表面拋光加工，提出了一種自動化循環控制多相流旋流拋光加工裝置。

本實用新型通過以下技術方案來實現上述目的：一種自動化循環控制多相流旋流拋光加工裝置，包括拋光流道主體結構、自吸泵、電磁流量顯示控制裝置、攪拌葉片、攪拌電機、 溫度傳感器、粘度傳感器、降溫棒、自動控制櫃和加工池；所述加工池的外側固定有側邊支架和底部支架，加工池的頂部固定有頂部支架；所述拋光流道主體結構固定安裝在所述加工池內，所述拋光流道主體結構為拋光加工的主體；所述自吸泵安裝在所述加工池的側邊支架上，所述自吸泵通過管道與所述加工池內形成磨粒內循環；所述電磁流量顯示控制裝置安裝在所述自吸泵的出口處，所述電磁流量顯示控制裝置用於顯示和控制自吸泵的出口速度；所述攪拌葉片固定安裝在所述加工池上方的頂部支架上，所述攪拌電機與所述攪拌葉片固定連接，所述攪拌電機轉動時帶動所述攪拌運動轉動，用於增加加工池內磨粒的渾濁度與黏度；所述溫度傳感器和粘度傳感器固定安裝在所述加工池的內側壁上，溫度傳感器用於檢測加工池內加工液的溫度，粘度傳感器用於檢測加工池內加工液的粘度；所述降溫棒固定安裝在所述加工池的內側壁上，用於穩定加工液的溫度；所述自動控制櫃安裝在加工池的底部支架上，用於溫度傳感器和粘度傳感器發送的信號和控制整個裝置的運行；

所述拋光流道主體結構包括拋光工具、超聲波氣泡發生器、固定架和升降驅動裝置，所述拋光工具和超聲波氣泡發生器固定在固定架上，升降驅動裝置連接所述固定架，升降驅動裝置通過帶動所述固定架的升降調整所述拋光工具底部與安裝在加工池底部的加工工件的間隙；

所述拋光工具包括圓盤形拋光碟，圓盤形拋光碟與固定在加工池底部的加工工件表面形成間隙，圓盤形拋光碟的底部設置有環形滾花，所述圓盤形拋光碟內部具有倒錐形內腔，所述圓盤形拋光碟的頂部設有與所述倒錐形內腔連通的固液二相拋光液入口，所述超聲波氣泡發生器固定在所述圓盤形拋光碟的正上方，所述固液二相拋光液入口通過管道連接自吸泵。

進一步的，所述升降驅動裝置包括固定在加工池內側壁上的主體底部固定塊、豎直安裝在主體底部固定塊上的滑軌、豎直安裝在主體底部固定塊上的滾珠絲槓、連接所述滾珠絲槓的頂部並驅動所述滾珠絲槓轉動的絲槓驅動電機、用於固定所述絲槓驅動電機的主體頂部固定塊、套裝在所述滾珠絲槓上的絲槓螺母、套裝在所述滑軌上的滑塊以及滑塊連接體，所述 滑塊連接體的一側面固定連接滑塊和絲槓螺母，另一側面固定連接固定架。

進一步的，所述固定架包括用於固定所述圓盤形拋光碟的底部固定板和用於固定所述超聲波氣泡發生器的頂部固定板，底部固定板與所述頂部固定板固定連接，頂部固定板固定在滑塊連接體上。

進一步的，所述超聲波氣泡發生器與自動控制櫃電連接，自動控制櫃控制超聲波氣泡發生器發出不同頻率的超聲波以產生不同尺寸的氣泡並使之潰滅。

進一步的，所述圓盤形拋光碟頂部均布3個固液二相拋光液入口，對應的自吸泵也設有3個，所述固液二相拋光液入口與自吸泵一一對應；所述固液二相拋光液入口與圓盤形拋光碟的頂部成30度夾角。該固液二相拋光液入口的分布增大了倒錐形內腔和間隙中的流場壓力，形成了高速旋流流場，加大提升了拋光效率。

進一步的，所述間隙的寬度為1-2mm。間隙為微距間隙，該微距間隙解決倒錐形內腔中心壓力大，外圈壓力小而形成環形加工面，實現加工工件表面的均勻後拋光加工。

進一步的，所述攪拌葉片和攪拌電機設置有四對，均勻分布在加工池的四周。通過攪拌葉片的攪拌效果增大加工液的渾濁度和粘度，防止磨粒沉積。

進一步的，所述自動控制櫃有3個信號接收端和4個信號輸出端，3個信號接收端分別連接所述電磁流量顯示控制裝置、溫度傳感器和粘度傳感器，4個信號輸出端分別連接電磁流量顯示控制裝置、絲槓驅動電機、降溫棒和超聲波氣泡發生器。自動控制柜上能夠顯示流量信息、溫度信息和流量信息，並對電磁流量顯示控制裝置、絲槓驅動電機、降溫棒和超聲波氣泡發生器進行控制，從而穩定加工流場的速度、溫度和粘度，控制空化氣泡的潰滅效果，實現對工件的均勻化加工。

進一步的，所述超聲波氣泡發生器與所述圓盤形拋光碟的倒錐形內腔間設有密封蓋板，所述密封蓋板與超聲波氣泡發生器通過密封環密封。

圓盤形拋光碟底部的滾花呈環形分布，可增大流場近壁面區域的紊亂度，從而增大微距 細縫中的磨粒運動的無序性，實現工件表面均勻化加工。

本實用新型的技術構思為：加工池和自吸泵形成拋光液加工內循環，減少資源的浪費；固液二相拋光液通過3個均布的固液二相拋光液入口，在倒錐形流道中和由超聲波氣泡發生器產生的空化氣泡混合形成高速旋流流場，通過與加工工件形成的不等間距的微距細縫，均勻化拋光加工工件；自動控制櫃實時接收拋光流場中的流場入口速度，流場溫度和粘度並作出反饋，通過控制電磁流量顯示控制裝置使3個自吸泵出口速度達成一致，通過控制攪拌葉片上方的電機穩定流場的粘度和渾濁度，防止磨粒沉積，通過控制降溫棒平衡設備做功所產生的熱量，穩定流場溫度，通過控制超聲波氣泡發生器形成穩定的氣泡潰滅方式；本實用新型形成一個全自動穩定的拋光加工流場，實現超光滑大面積拋光加工。

本實用新型的有益效果在於：本實用新型結構簡單緊湊，生產成本低；採用拋光液內循環的結構，增加了拋光液的利用率，減少了對環境的負擔；通過頂部入口和錐形內腔增大內部流場的壓力和速度，在利用超聲波氣泡發生器產生的空化氣泡形成了氣液固三相高速旋流流場，大幅度提高了磨粒在氣液固三相流場中的速度，進而了提高所述圓盤形旋流拋光工具對於工件的拋光效率；同時，通過調整微距細縫的距離，在圓盤形旋流拋光工具底部設置滾花，克服了因旋流流場產生的環形加工面，實現了大面積超光滑均勻化拋光加工；通過倒錐形流道和滾花的設計，避免了高速旋流加工中產生環狀加工面，實現了大面積均勻化加工；通過自動控制櫃的設計穩定了加工流場的速度、溫度、粘度以及氣泡潰滅的方式，可實現穩定的無人化大批量大面積超精密拋光加工。

附圖說明

圖1是本實用新型一種自動化循環控制多相流旋流拋光加工裝置的結構示意圖。

圖2是本實用新型拋光流道主體結構的機構示意圖。

圖3是本實用新型拋光流道的剖面示意圖。

圖中，1-拋光流道主體結構、2-自吸泵、3-電磁流量顯示控制裝置、4-攪拌葉片、5-攪拌 電機、6-溫度傳感器、7-降溫棒、8-自動控制櫃、9-加工池、10-粘度傳感器、11-主體底部固定塊、12-滑軌、13-滑塊、14-滑塊連接體、15-滾珠絲槓、16-絲槓驅動電機、17-超聲波氣泡發生器、18-主體頂部固定塊、19-頂部固定板、110-固液二相拋光液入口、111-底部固定板、112-圓盤形拋光碟、113-加工工件、114-密封蓋板。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步說明：

如圖1～3所示，一種自動化循環控制多相流旋流拋光加工裝置，包括拋光流道主體結構1、自吸泵2、電磁流量顯示控制裝置3、攪拌電機4、攪拌電機5、溫度傳感器6、粘度傳感器10、降溫棒7、自動控制櫃8和加工池9；所述加工池9的外側固定有側邊支架和底部支架，加工池9的頂部固定有頂部支架；所述拋光流道主體結構1固定安裝在所述加工池9內，所述拋光流道主體結構1為拋光加工的主體；所述自吸泵2安裝在所述加工池9的側邊支架上，所述自吸泵2通過管道與所述加工池9內形成磨粒內循環；所述電磁流量顯示控制裝置3安裝在所述自吸泵2的出口處，所述電磁流量顯示控制裝置3用於顯示和控制自吸泵2的出口速度；所述攪拌電機4固定安裝在所述加工池9上方的頂部支架上，所述攪拌電機5與所述攪拌電機4固定連接，所述攪拌電機5轉動時帶動所述攪拌運動轉動，用於增加加工池9內磨粒的渾濁度與黏度；所述溫度傳感器6和粘度傳感器10固定安裝在所述加工池9的內側壁上，溫度傳感器6用於檢測加工池9內加工液的溫度，粘度傳感器10用於檢測加工池9內加工液的粘度；所述降溫棒7固定安裝在所述加工池9的內側壁上，用於穩定加工液的溫度；所述自動控制櫃8安裝在加工池9的底部支架上，用於溫度傳感器6和粘度傳感器10發送的信號和控制整個裝置的運行。

所述拋光流道主體結構1包括拋光工具、超聲波氣泡發生器17、固定架和升降驅動裝置，所述拋光工具和超聲波氣泡發生器17固定在固定架上，升降驅動裝置連接所述固定架，升降驅動裝置通過帶動所述固定架的升降調整所述拋光工具底部與安裝在加工池9底部的加工工 件113的間隙；所述拋光工具包括圓盤形拋光碟112，圓盤形拋光碟112與固定在加工池9底部的加工工件113表面形成間隙，圓盤形拋光碟112的底部設置有環形滾花，所述圓盤形拋光碟112內部具有倒錐形內腔，所述圓盤形拋光碟112的頂部設有與所述倒錐形內腔連通的固液二相拋光液入口110，所述超聲波氣泡發生器17固定在所述圓盤形拋光碟112的正上方，所述固液二相拋光液入口110通過管道連接自吸泵2。

所述升降驅動裝置包括固定在加工池9內側壁上的主體底部固定塊11、豎直安裝在主體底部固定塊11上的滑軌12、豎直安裝在主體底部固定塊11上的滾珠絲槓15、連接所述滾珠絲槓15的頂部並驅動所述滾珠絲槓15轉動的絲槓驅動電機16、用於固定所述絲槓驅動電機16的主體頂部固定塊18、套裝在所述滾珠絲槓15上的絲槓螺母、套裝在所述滑軌12上的滑塊13以及滑塊連接體14，所述滑塊連接體14的一側面固定連接滑塊13和絲槓螺母，另一側面固定連接固定架。絲槓驅動電機16運動時帶動滾珠絲槓的轉動，從而帶動與絲槓螺母固定連接的滑塊連接體14和固定架沿滾珠絲槓15和滑軌12做升降運動，從而調整固定在固定架上的圓盤形拋光碟112與固定在加工池9底部的加工工件113表面形成間隙距離。間隙的寬度調整範圍為1-2mm。

所述固定架包括用於固定所述圓盤形拋光碟112的底部固定板111和用於固定所述超聲波氣泡發生器17的頂部固定板19，底部固定板111與所述頂部固定板19固定連接，頂部固定板19固定在滑塊連接體14上。

所述超聲波氣泡發生器17與自動控制櫃8電連接，自動控制櫃8控制超聲波氣泡發生器17發出不同頻率的超聲波以產生不同尺寸的氣泡並使之潰滅。根據流場流速和壓力產生不同頻率的超聲振動，形成最佳的氣泡潰滅作用。

所述圓盤形拋光碟112頂部均布3個固液二相拋光液入口110，對應的自吸泵2也設有3個，所述固液二相拋光液入口110與自吸泵2一一對應；所述固液二相拋光液入口110與圓盤形拋光碟112的頂部成30度夾角。該固液二相拋光液入口110的分布增大了倒錐形內腔和 間隙中的流場壓力，形成了高速旋流流場，加大提升了拋光效率。

所述攪拌電機4和攪拌電機5設置有四對，均勻分布在加工池9的四周。

所述自動控制櫃8有3個信號接收端和4個信號輸出端，3個信號接收端分別連接所述電磁流量顯示控制裝置3、溫度傳感器6和粘度傳感器10，4個信號輸出端分別連接電磁流量顯示控制裝置3、絲槓驅動電機16、降溫棒7和超聲波氣泡發生器17。自動控制櫃8上能夠顯示流量信息、溫度信息和流量信息，並對電磁流量顯示控制裝置3、絲槓驅動電機16、降溫棒7和超聲波氣泡發生器17進行控制，從而穩定加工流場的速度、溫度和粘度，控制空化氣泡的潰滅效果，實現對工件的均勻化加工。

所述超聲波氣泡發生器17與所述圓盤形拋光碟112的倒錐形內腔間設有密封蓋板114，所述密封蓋板114與超聲波氣泡發生器17通過密封環密封。

加工池9和自吸泵2形成拋光液加工內循環，減少資源的浪費。固液二相拋光液通過3個均勻的固液二相拋光液入口110，在圓盤形拋光碟112中和由超聲波氣泡發生器17產生的空化氣泡混合形成高速旋流流場，通過與加工工件113形成的不等間距的微距細縫，均勻化拋光加工工件113。自動控制櫃8實時接收拋光流場中的流場入口速度，流場溫度和粘度並作出反饋，通過控制電磁流量顯示控制裝置3使3個自吸泵2出口速度達成一致，通過控制攪拌葉片4上方的攪拌電機5穩定流場的粘度和渾濁度，防止磨粒沉積，通過控制降溫棒6平衡設備做功所產生的熱量，穩定流場溫度，通過控制超聲波氣泡發生器17形成穩定的氣泡潰滅方式。形成一個全自動穩定的拋光加工流場，實現超光滑大面積拋光加工。

上述實施例只是本實用新型的較佳實施例，並不是對本實用新型技術方案的限制，只要是不經過創造性勞動即可在上述實施例的基礎上實現的技術方案，均應視為落入本實用新型專利的權利保護範圍內。