CN102672549A - 大曲面磁力研磨抛光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大曲面磁力研磨抛光装置，可对曲面实施连续研磨抛光，最终获得均匀的表面质量。该装置由下列部件构成：主架、前端支撑侧板、侧板固定螺栓、电机、主动锥齿轮、从动锥齿轮、定位套、连接螺栓、紧固螺栓、主轴、磁极、磨料和研磨液混合物输送管道、旋转接头、隔磁套、法兰盘、法兰定位螺栓、法兰盘、永久磁石、磁极套。本发明提供的装置加工效率高、结构简单、制造成本低和安装方便；具有独立的驱动电机，与多种加工设备或装置连接方便，通用性好且无需其他外置动力。可以广泛应用于各种曲面精整，特别适合于大面积、复杂自由曲面的研磨抛光。与该装置配合的工艺研磨升温小、效率高、加工工件不易变形，且加工后无变质层。

Description

大曲面磁力研磨抛光装置

技术领域

本发明涉及研磨抛光装置，尤其是一种大曲面磁力研磨抛光装置。

背景技术

现有磁力研磨技术是将磁性研磨粒子和研磨液加入到磁极与工件之间，在磁场中，磁性研磨粒子被磁化，由于磁力的作用，磁性研磨粒子像刷子一样压附在工件表面。随着磁极与工件之间的相对运动，磁性研磨粒子对工件摩擦、挤压，满足抛光、去毛刺要求。研磨时，磁性研磨粒子与工件接触端发生搅拌翻滚，由此引起磨料粒径会减小、锋利度降低，甚至有部分工件表面脱落的残留物也混合到研磨粒子中，使磨料与工件的相对运动变弱、磨料数目逐步减少、切削刃锋利度下降。单独依靠磨料的翻转自锐的自适应性，对于大面积加工已经不能满足要求，这就要求磁性研磨粒子应能够持续更新。传统作法是将研磨液与磁性磨料的混合物在加工过程中由磁极外部补充，这种作法的弊端是，在高速转动磁极的离心力作用下，大部分混合物被甩出，最终仅有少量研磨液和磁性磨料被更新，这样会直接影响到研磨抛光质量和材料去除效率。对于曲面而言如何保证磁极与工件之间的间隙，以及磁极轴线与曲面法向的重合，对研磨抛光均匀性和材料的去除效率影响也都非常大，这就使得很难对曲面进行均匀、高效的磁力研磨抛光，尤其是大面积、复杂曲面则更是难以实现。

查阅相关文献，中国专利公布的“磁力研磨装置”，公开(公告)号CN 101293335A，磁力研磨装置通过通用刀柄直接安装机床上，随着工作主轴高速旋转，研磨头被永久性磁石磁化后可吸附混合磁性磨料，形成磁力刷，对工件进行加工，在加工过程中，当磨料损耗或者研磨液流失时，可在不中断加工程序的条件下，通过外界的压力泵经由装置中间的管孔向加工区域中的磁力刷继续提供所需的磨料和研磨液。由此节省更换时间，达到提高加工质量和加工效率的目的。但是该装置需要通过刀柄安装于机床，靠机床主轴才能驱动磁极的旋转，自身并没有动力源，导致其通用性受到一定局限。另外因该磁力研磨装置安装在机床主轴后，导致其外界输送磨料和研磨液的管路与之连接难度较大。中国专利公布的“一种电解与磁力研磨复合加工机床的主轴***”，公开(公告)号CN 102069242A，该主轴***包括动力及传动部分、自吸式结构部分、电磁回路***部分和高频振动部分等。能够实现电解加工、磁力研磨加工和电解磁力研磨复合加工功能。但该装置结构复杂，体积相对较大，主要应用于电解与磁力研磨复合加工机床，并不适合直接与机器人和数控机床配合使用。

发明内容

本发明提供了一种大曲面磁力研磨抛光装置，该装置利用数控机床或多自由度机器人牵引方式，保证磁极与工件之间的间隙，且可以将磁极轴线与曲面法向的重合度限制在一定角度内，磁极在电机驱动下高速旋转的同时，辅以磨料强制更新。在保证加工效率和加工质量的前提下，通过调整磁石规格、磁极形状、加工间隙、主轴转速、磨料类比和配比等，可对曲面实施连续研磨抛光，最终获得均匀的表面质量。

本发明提供的大曲面磁力研磨抛光装置由下列部件构成：主架(7)，前端支撑侧板(16)依靠侧板固定螺栓(15)与主架(7)固定。电机(4)直接或利用传动软轴的末端安装于主架(7)上，电机(4)直接或通过传动软轴与主动锥齿轮(5)连接，主动锥齿轮(5)与从动锥齿轮(6)啮合。主轴(17)带有中孔，通过轴承定位于定位套(14)内，定位套(14)则通过连接螺栓(8)固定在主架(7)上。磁极套(9)通过紧固螺栓(13)与主轴(17)下端固定，其内装有带有中孔的磁极(10)，在其底端开有十字形槽。磨料和研磨液混合物输送管道(3)经旋转接头(2)，连接主轴(17)的中孔。旋转接头(2)与主轴(17)之间通过螺纹连接。主轴(17)中孔连接隔磁套(12)，与磁极(10)的十字形槽处相通，法兰盘(1)与主架(7)上端通过法兰定位螺栓(18)连接，法兰盘(1)安装在多自由度机器人的末端。永久磁石(11)装在磁极套(9)内。

所述法兰盘(1)为通用刀柄型，安装在数控机床上。

所述隔磁套(12)上端与主轴(17)的中孔采用过盈配合安装。

所述输送管道(3)和旋转接头(2)，采用非导磁的聚乙烯材料制成，主轴(17)采用非导磁性材料制成，磁极套(9)和隔磁套(12)采用非导磁性金属材料加工而成。

本发明提供的大曲面磁力研磨抛光装置，其永久磁石(11)由强磁性材料制造成型，而在磁极(10)底端开有十字形槽，可以将磁场分布梯度化，优化了磁场分布，有利于提高曲面磁力研磨抛光效率和质量。电机(4)或传动软轴的末端安装于主架(7)上，电机(4)直接或间接通过传动软轴驱动主轴(17)旋转，无需其他外接动力。而电机可以选择伺服电机，结合自由曲面形状特点，利用控制电脑规划伺服电机的转速，来保证自由曲面各个部位加工后的均匀性。外置泵将磁性磨料和研磨液混合物经过输送管道(3)和旋转接头(2)后，经主轴(17)中孔进入隔磁套(12)，最终送至磁极(10)的十字形槽处，使磁极上的磨料强制更新，即在加工较大自由曲面时，也不用中断加工程序，实现了连续加工，有利于提高研磨质量和研磨效率。主架(7)通过法兰盘(1)安装在多自由度机器人的末端，依靠多自由度机器人的牵引主架(7)，通过磁极(10)带动磁性磨料到达需加工自由曲面的任意位置从而实现对曲面的研磨抛光。另外还可以通过刀柄型连杆，将整个研磨装置安装在机床主轴上，利用数控机床带动主架(7)和磁极(10)，实现对自由曲面的研磨抛光。

本发明与现有同类装置相比，其显著的有益效果体现在：

本发明提供的装置具有加工效率高、结构简单、制造成本低和安装方便等优点；具有独立的驱动电机，与多种加工设备或装置连接方便，通用性好且无需其他外置动力。该装置与多自由度机器人或数控机床配合使用具有较高的加工精度，可以广泛应用于各种曲面精整，特别适合于大面积、复杂自由曲面的研磨抛光。与该装置配合的工艺研磨升温小、效率高、加工工件不易变形，且加工后无变质层。

附图说明

图1是大曲面研磨抛光装置整体结构示意图；

图2是图1中磁极的A向视图；

图3是模具钢P20材料表面研磨抛光前后对比图；

图4是模具钢NAK80材料表面研磨抛光前后对比图；

图5是不锈钢SUS304材料表面研磨抛光前后对比图。

图1～2的标示为：

1-法兰盘；2-旋转接头；3-输送管道；4-电机；5-主动锥齿轮；6-从动锥齿轮；7-主架；8-连接螺栓；9-磁极套；10-磁极；11-永久磁石；12-隔磁套；13-紧固螺栓；14-定位套；15-侧板固定螺栓；16-支撑侧板；17-主轴；18-法兰定位螺栓。

具体实施方式

如附图1、附图2所示，大曲面研磨抛光装置的具体结构如下：主架7，其前端支撑侧板16依靠侧板固定螺栓15与主架7固定，主架7和前端支撑侧板15的材质均为金属铝，既不导磁，又可以减少整个装置的重量。电机4直接安装于主架7上，电机4为伺服电机，最大转速3000r/min，与伺服驱动器和计算机上安装的运动控制卡连接，其转速等参数由计算机通过运动控制卡决定。电机4驱动主动锥齿轮5，主动锥齿轮5与从动锥齿轮6啮合，传动比为1，通过键驱动中空的主轴17旋转。主轴17通过一对轴承和卡簧定位于定位套14内，定位套14则通过连接螺栓8固定在主架7上，为了避免影响磁极的磁力分布，主轴17和定位套14由金属铝加工而成。铝质磁极套9通过紧固螺栓13与主轴17下端固定，其内装有带有中孔的永久磁石11，采用汝铁硼制成，中孔直径为9mm，磁极10由导磁性材料铁制成，在其底端开有宽度为4mm的十字形槽，吸附在永久磁石11下端。外置泵将磨料和研磨液混合物输送到输送管道3，经旋转接头2，送至主轴17的中孔。旋转接头2与主轴17之间通过螺纹连接。磨料和研磨液的混合物经主轴17中孔进入壁厚为2.5mm的铝制隔磁套11，最终送至磁极10的十字形槽处，使磁极上的磨料强制更新，即在整个加工过程中，无需中止加工即可完成磨料的更替。法兰盘1与主架7上端通过法兰定位螺栓17连接，法兰盘1安装在6自由度机器人的末端，通过计算机编程可以控制机器人的轨迹，可以牵引磁极到达自由曲面任意位置，实现对自由曲面的研磨加工。

由6自由度机器人牵引本发明实施例装置对自由曲面进行研磨加工，验证了其效果显著，完全符合设计要求。

如附图3～5所示，采用6自由度机器人牵引本发明提供的大曲面研磨抛光装置，利用磁极吸附的磁性磨粒对工件表面进行研磨抛光。其工艺条件包括磁极转速为800r/min；磁性磨料为烧结磨料(铁与三氧化铝)60目；采用水溶性研磨液；加工时磁极在表面的进给速度为1mm/s；磁极直径为Φ12mm；底端开有深度为4mm的十字形槽；

磁性磨料和研磨液混合后的泵送速度为20ml/min。

Claims (4)

1.一种大曲面磁力研磨抛光装置，其特征在于该装置由下列部件构成：主架(7)，前端支撑侧板(16)依靠侧板固定螺栓(15)与主架(7)固定，电机(4)直接或利用传动软轴的末端安装于主架(7)上，电机(4)直接或通过传动软轴与主动锥齿轮(5)连接，主动锥齿轮(5)与从动锥齿轮(6)啮合，主轴(17)带有中孔，通过轴承定位于定位套(14)内，定位套(14)则通过连接螺栓(8)固定在主架(7)上，磁极套(9)通过紧固螺栓(13)与主轴(17)下端固定，其内装有带有中孔的磁极(10)，在其底端开有十字形槽，磨料和研磨液混合物输送管道(3)经旋转接头(2)，连接主轴(17)的中孔，旋转接头(2)与主轴(17)之间通过螺纹连接，主轴(17)中孔连接隔磁套(12)，与磁极(10)的十字形槽处相通，法兰盘(1)与主架(7)上端通过法兰定位螺栓(18)连接，法兰盘(1)安装在多自由度机器人的末端，永久磁石(11)装在磁极套(9)内。

2.根据权利要求1所述的大曲面磁力研磨抛光装置，其特征在于其中的法兰盘(1)为通用刀柄型，安装在数控机床上。

3.根据权利要求1所述的大曲面磁力研磨抛光装置，其特征在于其中的隔磁套(12)上端与主轴(17)的中孔采用过盈配合安装。

4.根据权利要求1所述的大曲面磁力研磨抛光装置，其特征在于其中的输送管道(3)和旋转接头(2)，采用非导磁的聚乙烯材料制成，主轴(17)采用非导磁性材料制成，磁极套(9)和隔磁套(12)采用非导磁性金属材料加工而成。

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