CN108544329A - 一种表面抛磨装置及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种表面抛磨装置及其应用，目的在于解决在进行高分子涂层、旋转体表面、大型易损金相表面抛磨处理时，普遍缺乏相应设备，生产成本高、效率低的问题。该装置包括立柱组件、上磨盘组件、下磨盘组件、检测模块组件、支架组件、真空吸附组件、控制***，所述立柱组件、下磨盘组件、检测模块组件分别设置在支架组件上，立柱组件包括底座、磨制丝杠、导轨、立柱伺服电机、立柱减速机。本发明对抛磨装置进行了全新的改进，其能够实现大型、易损金属工件、塑料橡胶制品、形状复杂旋转体、有机或无机涂层的平面自动抛磨、平面半自动抛磨和圆弧表面半自动抛磨。本发明构思巧妙，设计合理，具有较高的实用价值和较好的应用前景。

Description

一种表面抛磨装置及其应用

技术领域

本发明涉及材料处理领域，尤其是金属、高分子材料表面抛磨处理领域，具体为一种表面抛磨装置及其应用。更具体地，本发明涉及一种多模式表面抛磨装置，其尤其适用于大型、易损金属工件表面金相抛磨、塑料橡胶制品表面抛磨、形状复杂旋转体表面抛磨、有机或无机涂层表面抛磨，工作过程安全可控，具有较高的实用价值。

背景技术

高分子涂层通常包括各类油漆涂层，及环氧树脂、酚醛树脂、聚氯代对二甲苯等涂层。高分子涂层以其优异的气体阻隔性、耐磨性等性能，在电子器件、文物保护、特殊工件保护等领域取得了广泛的应用。高分子涂层通常采用化学气相沉积（CVD）、物理气相沉积（PVD）、压缩气体喷涂等方法进行制备。由于高分子涂层在成形过程中，存在着生长不均匀，沉积不均匀，或者人为操作误差等问题，导致所形成的高分子涂层不均匀。为满足应用，后期需要对薄膜涂层进行抛磨处理。当前，工业上一般采用手工修整的方法进行修整，这就导致尺寸难以控制，生产效率低下。

其次，形状复杂旋转体的表面抛磨处理一直以来都是制约旋转体生产效率的主要因素之一。当前，旋转体的表面抛磨一般使用针对单一工件设计的抛磨装置或工装完成，或采用手工抛磨。上述处理手段存在着生产成本高，或生产效率低的弊端。

此外，金相制备是材料研究的基础，在材料研发方面具有极其重要的作用。早期的金相制样都是采取人工抛磨的方式完成，样品制备过程费时费力，且样品表面质量也是因人而异，直接影响测定结果的准确性。而后，随着自动抛磨装置的逐步普及，金相制备变得便捷、快速，且表面质量可较好地控制。但目前，金相抛磨装置主要针对小型工件或微型试样，大型工件的表面金相制备装置尚处于空缺状态。另外，当前所使用的金相抛磨装置安全性不够，对于精密易损件的表面处理有所欠缺，这就要求提高抛磨装置的安全性。

为此，有必要开发一种涂层表面自动抛磨装置，以解决上述问题。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对在进行高分子涂层、旋转体表面、大型易损金相表面抛磨处理时，普遍缺乏相应设备，生产成本高、效率低的问题，提供一种表面抛磨装置及其应用。本发明对抛磨装置进行了全新的改进，其能够实现大型、易损金属工件、塑料橡胶制品、形状复杂旋转体、有机或无机涂层的平面自动抛磨、平面半自动抛磨和圆弧表面半自动抛磨。本发明构思巧妙，设计合理，具有较高的实用价值和较好的应用前景。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种表面抛磨装置，包括立柱组件、上磨盘组件、下磨盘组件、检测模块组件、支架组件、真空吸附组件、控制***，所述立柱组件、下磨盘组件、检测模块组件分别设置在支架组件上；

所述立柱组件包括底座、磨制丝杠、导轨、立柱伺服电机、立柱减速机，所述立柱伺服电机、立柱减速机构成立柱驱动机构，所述立柱驱动机构、磨制丝杠、导轨分别设置在底座上，所述立柱驱动机构与磨制丝杠相连且立柱驱动机构能带动磨制丝杠相对底座转动；

所述上磨盘组件与磨制丝杠相连且立柱驱动机构通过磨制丝杠能带动上磨盘组件相对磨制丝杠移动，所述上磨盘组件与导轨活动相连且导轨能对上磨盘组件起到导向作用；

所述上磨盘组件包括上盘伺服电机、上盘减速机、上交叉轴承、上磨盘底座，所述上盘伺服电机、上盘减速机构成上盘驱动机构，所述上盘驱动机构通过上交叉轴承与上磨盘底座相连且上盘驱动机构通过交叉轴承能带动上磨盘底座相对转动；

所述上磨盘底座安装压力传感器保护装置，可感应抛磨时磨盘对工件的加载力，压力超过设定值***自动响应，上磨盘归为停止抛磨，所述压力设定值0.1kgf至10kgf可调；

所述下磨盘组件包括下盘伺服电机、下盘减速电机、下交叉轴承、下支撑件，所述下支撑件为下磨盘底座或真空旋转接头，所述真空旋转接头与真空吸附组件相连，所述下盘伺服电机与下盘减速电机构成下盘驱动机构，所述下盘驱动机构通过下交叉轴承与下支撑件相连且下盘驱动机构通过下交叉轴承能带动下支撑件相对转动；

所述立柱伺服电机、上盘伺服电机、下盘伺服电机、真空吸附组件、检测模块组件分别与控制***相连。

所述底座为金属底座。

所述底座为铸铁底座。

所述立柱减速电机的减速比为5~20:1，所述上盘减速机的减速比为5~20:1。

所述导轨的行程为250~300mm，丝杠的导程为3~5mm。

所述真空旋转接头为带橡胶密封条的喇叭口式真空吸盘。

所述下支撑件的外周直径为200～380 mm。

还包括设置在支架组件上的防护罩组件。

前述表面抛磨装置的应用，对工件进行平面自动抛磨，或平面半自动抛磨，或圆弧面半自动抛磨；

所述平面自动抛磨操作如下：所述下支撑件采用真空旋转接头，将工件置于真空旋转接头上，通过检测模块组件检测平面平行度并找正，吸附工件，再将砂纸粘在上磨盘底座上，下支撑件转动关闭，上磨盘底座转动开启，上磨盘底座下降到预定位置，进行抛磨，至打磨完成；

所述平面半自动抛磨操作如下：所述下支撑件采用下磨盘底座，将砂纸粘在下磨盘底座上，下支撑件转动开启，上磨盘底座转动关闭，手持工件在下磨盘底座上抛磨，至打磨完成；

所述圆弧面半自动抛磨操作如下：所述下支撑件采用真空旋转接头，上磨盘底座转动关闭，将工件置于真空旋转接头上，吸附工件，下支撑件转动开启，手持砂纸进行抛磨。

平面抛磨粗糙度可达≤Ra 0.8。

针对前述问题，本发明提供一种表面抛磨装置及其应用。现有的金相抛磨装置中，由于抛磨盘直径增大，抛磨精度变得难以控制。为此，本发明设计了高精度抛磨盘结构、表面平行度和粗糙度检测装置以及微量进给控制丝杆结构。另外，本发明是针对精密易损工件的表面、圆弧型面的抛磨，为此设计了真空吸附组件和防护罩组件，最大程度地保护了抛磨工件的安全。

该装置包括立柱组件、上磨盘组件、下磨盘组件、检测模块组件、支架组件、真空吸附组件、控制***，立柱组件、下磨盘组件、检测模块组件分别设置在支架组件上。

其中，立柱组件包括底座、磨制丝杠、导轨、立柱伺服电机、立柱减速机，立柱伺服电机、立柱减速机构成立柱驱动机构，立柱驱动机构、磨制丝杠、导轨分别设置在底座上，立柱驱动机构与磨制丝杠相连且立柱驱动机构能带动磨制丝杠相对底座转动。其中，立柱组件主要起支撑、移动上磨盘底座的作用，可实现上磨盘底盘沿导轨自动移动定位。在一个具体的实例中，导轨行程250~300 mm，磨制丝杆导程3~5 mm，重复定位精度≤±5 sec，底座平面平行度≤±0.01。

上磨盘组件与磨制丝杠相连且立柱驱动机构通过磨制丝杠能带动上磨盘组件相对磨制丝杠移动，上磨盘组件与导轨活动相连且导轨能对上磨盘组件起到导向作用。上磨盘组件包括上盘伺服电机、上盘减速机、上交叉轴承、上磨盘底座，上盘伺服电机、上盘减速机构成上盘驱动机构，上盘驱动机构通过上交叉轴承与上磨盘底座相连。基于该结构，上盘驱动机构通过交叉轴承能带动上磨盘底座相对转动，即实现上磨盘底座的转动。在一个具体的实例中，圆盘外周直径300 mm，驱动伺服750W，配备10:1减速机，精度3弧分，转速0～200转/分可调，旋转平行度≤±0.015，旋转同心度≤±0.01，转盘推力载重300 kgf。

下磨盘组件包括下盘伺服电机、下盘减速电机、下交叉轴承、下支撑件，下支撑件可以为下磨盘底座，下盘伺服电机与下盘减速电机构成下盘驱动机构，下盘驱动机构通过下交叉轴承与下支撑件相连。进一步，下支撑件可以为真空旋转接头，真空旋转接头与真空吸附组件相连。本发明中，下支撑件采用可拆卸结构，将下磨盘底座拆卸，更换为直径为220～360 mm带橡胶密封条的喇叭口式真空吸盘，可实现外径为200～350 mm工件的吸持，吸附力≥30 kgf。

采用该结构，下盘驱动机构通过下交叉轴承能带动下支撑件相对转动，即可实现下支撑件转动抛磨和吸附工件的功能。在一个具体的实例中，圆盘外周直径200～350 mm，驱动伺服750W，配备10:1减速机，精度3弧分，转速0～200转/分可调，旋转平行度≤±0.015，旋转同心度≤±0.01，转盘推力载重300 kgf。

同时，立柱伺服电机、上盘伺服电机、下盘伺服电机、真空吸附组件、检测模块组件分别与控制***相连。其中，检测模块组件可检测下抛磨平面的平行度和粗糙度，并手动配合调整表面平行度和根据粗糙度选择合适型号的砂纸。在一个具体的实例中，采用本发明能对外周直径200~ 350 mm的不同形状工件平面平行度、粗糙度检测，实现平面自动抛磨、平面半自动抛磨以及圆弧面半自动抛磨三种表面抛磨模式，平面抛磨粗糙度可达≤Ra0.8。

基于上述结构的改进，使得本发明能够用于如下领域：1）适用于普通塑料、橡胶等高分子材料和其他涂层材料的抛磨；2）能够适于形状复杂旋转体表面抛磨，且应用范围广，有效降低旋转体表面抛磨成本，提高生产效率；3）本发明适用于大型、易损金属工件表面金相抛磨、塑料橡胶制品表面抛磨，工作过程安全可控。

进一步，基于上述结构，能够实现如下三种表面抛磨模式：平面自动抛磨模式、平面半自动抛磨模式、圆弧面半自动抛磨模式。其中，平面自动抛磨模式如下：下抛磨盘更换为真空吸盘，将工件置于吸盘内，检测表面平行度并找正，吸附工件，砂纸粘贴在上磨盘上，下磨盘转动关闭，上磨盘转动开启，上磨盘下降到预定位置进行抛磨。平面半自动抛磨模式如下：下磨盘为圆盘，抛磨砂纸粘贴下磨盘上，下磨盘转动开启，上磨盘转动关闭，手持工件在下磨盘上抛磨。圆弧面半自动抛磨模式如下：上磨盘转动关闭，下磨盘更换为真空吸盘，将工件置于吸盘内，吸附工件，下磨盘转动开启，手持砂纸进行抛磨。

综上所述，一种多模式、大型易损件表面抛磨装置，及用于设计制造该抛磨装置的方法，该装置将真空吸附、自动抛磨、平面检测等功能设计于一体，并配备了安全防护装置、磨削自动收集装置等，实现了大型、易损工件表面的自动抛磨。

研究表明，本发明能明显提高大型金属工件、塑料橡胶制品、形状复杂旋转体、有机或无机涂层等的表面修整效率和质量，实现大型、复杂形状工件平面金相制备、塑料橡胶工件表面自动抛磨，旋转体圆弧表面半自动抛磨，平面抛磨粗糙度≤Ra 0.8。本发明设计合理，使用方便好，操作简单、安全、可靠，具有较高的实用价值和应用前景。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为实施例1中装置的结构示意图。

图2为实施例1中立柱组件的结构示意图。

图3为实施例1中上磨盘组件的结构示意图。

图4为实施例1中下磨盘组件的结构示意图。

图中标记：图中标记：1、立柱组件，2、上磨盘组件，3、下磨盘组件，4、控制***，5、检测模块组件，6、防护罩组件，7、支架组件，8、真空吸附组件，1-1、导轨，1-2、磨制丝杠，1-3、立柱伺服电机，1-4、立柱减速机，1-5、底座，2-1、上盘伺服电机，2-2、上盘减速机，2-3、上交叉轴承，2-4、上磨盘底座，3-1、下磨盘底座，3-2、下交叉轴承，3-3、下盘伺服电机，3-4、下盘减速电机，3-5、真空旋转接头。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

如图所示，该装置包括立柱组件、上磨盘组件、下磨盘组件、检测模块组件、支架组件、真空吸附组件、防护罩组件、控制***，立柱组件、下磨盘组件、检测模块组件、防护罩组件、控制***分别设置在支架组件上。防护罩组件位于立柱组件周围，防止工件抛磨脱离抛飞。

如图所示，立柱组件包括底座、磨制丝杠、导轨、立柱伺服电机、立柱减速机，立柱伺服电机、立柱减速机构成立柱驱动机构，立柱驱动机构、磨制丝杠、导轨分别设置在底座上，立柱驱动机构与磨制丝杠相连。本发明中，底座采用铸铁制备而成，铸铁底座平面平行度≤±0.01，确保抛磨面平整；导轨和磨制丝杆垂直安装在底座的侧边，导轨行程250~300mm，丝杆导程3~5 mm，重复定位精度≤±5 sec；导轨用于连接上磨盘组件；立柱伺服电机和立柱减速机安装在导轨和铸铁底座上方，用于控制上磨盘底座移动。

同时，如图3所示，上磨盘组件包括上盘伺服电机、上盘减速机、上交叉轴承、上磨盘底座，上盘伺服电机、上盘减速机构成上盘驱动机构，上盘驱动机构通过上交叉轴承与上磨盘底座相连。本实施例中，上交叉轴承为90度交差轴承，上磨盘底座圆盘外周直径220～360 mm，驱动伺服750W，配备10:1减速机，精度3弧分，转速0～200转/分可调，旋转平行度≤±0.015，旋转同心度≤±0.01，转盘推力载重300 kgf。

如图4所示，下磨盘组件包括下盘伺服电机、下盘减速电机、下交叉轴承、下支撑件，下支撑件为下磨盘底座，下盘伺服电机与下盘减速电机构成下盘驱动机构，下盘驱动机构通过下交叉轴承与下支撑件相连。下磨盘底座的圆盘外周直径220～360 mm，驱动伺服750W，配备10:1减速机，精度3弧分，转速0～200转/分可调，旋转平行度≤±0.015，旋转同心度≤±0.01，转盘推力载重300 kgf。同时，可将下支撑件更换为直径为200～350 mm带橡胶密封条的喇叭口式真空吸盘（即真空旋转接头），安装在90度交差轴承，真空旋转接头与真空吸附组件相连，可实现外径为200～350 mm工件的吸持，吸附力≥30 kgf。

实施例2 平面自动抛磨

采用实施例1的装置，具体操作步骤如下。

步骤S1 根据工件尺寸（外周直径200~350 mm）选择合适的真空旋转接头，并将下支撑件更换为真空旋转接头，并与真空吸附组件相连，下盘伺服电机处于关闭状态。

本实施例中，真空旋转接头由铝合金或不锈钢基座和橡胶密封条组成，真空旋转接头内设计圆环形置物台，可吸持不同外形特征的工件。根据工件尺寸，真空旋转接头内径设计了220mm、250mm、280mm、320mm和360mm五种尺寸，可吸持外周直径在200~350 mm范围内的工件。

步骤S2 将抛磨工件置于真空旋转接头内，利用检测模块组件检测工件待磨平面平行度，并对其平行度进行调整。

步骤S3 工件表面平行度达到抛磨要求，开启真空吸附组件，将工件固定到真空旋转接头内。

步骤S4 根据工件尺寸，选择合适尺寸的上磨盘底座，根据工件平面当前的粗糙度情况，粘贴不同型号的砂纸；

本实施例中，上磨盘底座设计了220mm、250mm、280mm、320mm和360mm五种尺寸，可实现外周直径在200~350 mm范围内工件的平面抛磨。

步骤S5 在控制***的面板上设置转速、进给量、抛磨时间、位置等操作参数，开启上盘伺服电机，上磨盘底座沿导轨缓慢靠近工件表面，开始抛磨，抛磨过程中，上磨盘底座沿磨制丝杠微量进给。

步骤S6 工件端面粗糙度检测，工件表面粗糙度未达到要求，则转到步骤S5，根据工件端面粗糙度更换砂纸；粗糙度达到要求后，关闭上盘伺服电机，移开上磨盘底座，关闭真空吸附组件，取下工件，抛磨完成。

实施例3 平面半自动抛磨

采用实施例1的装置，具体操作步骤如下。

步骤N1 根据工件尺寸（外周直径200~350 mm）选择合适的下磨盘底座，并根据平面当前的粗糙度情况，粘贴不同型号的砂纸。

本实施例中，下磨盘底座设计了220mm、250mm、280mm、320mm和360mm五种尺寸，可实现外周直径在200~350 mm范围内工件的平面抛磨。

步骤N2 将抛磨工件置于下磨盘底座内，利用检测模块组件检测工件待磨平面平行度，并对其平行度进行调整。

步骤N3 在控制***的面板上设置下磨盘底座转速、抛磨时间等参数，上磨盘底座保持关闭状态，开启下盘伺服电机，手持工件，平面缓慢靠近下磨盘底座，开始抛磨。

步骤N4 检测工件端面粗糙度，工件表面粗糙度未达到要求，则转到步骤N3，根据粗糙度更换砂纸继续抛磨；工件端面质量达到要求，关闭下盘伺服电机，移开工件，抛磨完成。

实施例4 圆弧面半自动抛磨

采用实施例1的装置，具体操作步骤如下。

步骤M1 根据工件尺寸（外周直径200~350 mm）选择合适的真空旋转接头，将下支撑件更换为真空旋转接头，并与真空吸附组件相连。

本实施例中，真空旋转接头由铝合金或不锈钢基座和橡胶密封条组成，真空旋转接头内设计圆环形置物台，可吸持不同外形特征的工件。根据工件尺寸，真空旋转接头内径设计了220mm、250mm、280mm、320mm和360mm五种尺寸，可吸持外周直径在200~350 mm范围内的工件。

步骤M2 将抛磨工件置于真空旋转接头内，工件放置平稳后，开启真空吸附组件，将工件固定到真空旋转接头内。

步骤M3 在控制***的面板上设置下盘减速电机转速、抛磨时间等操作参数，开启下盘伺服电机，根据抛磨外型面粗糙度情况，选择合适型号的砂纸，手持砂纸进行抛磨。

步骤M4 通过检测模块组件检测工件表面粗糙度，工件表面粗糙度未达到要求则转到步骤M3，根据粗糙度更换砂纸继续抛磨；工件端面质量达到要求，则关闭下盘减速电机，关闭真空吸附组件，取下工件，抛磨完成。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (10)

1.一种表面抛磨装置，其特征在于，包括立柱组件、上磨盘组件、下磨盘组件、检测模块组件、支架组件、真空吸附组件、控制***，所述立柱组件、下磨盘组件、检测模块组件分别设置在支架组件上；

所述立柱组件包括底座、磨制丝杠、导轨、立柱伺服电机、立柱减速机，所述立柱伺服电机、立柱减速机构成立柱驱动机构，所述立柱驱动机构、磨制丝杠、导轨分别设置在底座上，所述立柱驱动机构与磨制丝杠相连且立柱驱动机构能带动磨制丝杠相对底座转动；

所述上磨盘组件与磨制丝杠相连且立柱驱动机构通过磨制丝杠能带动上磨盘组件相对磨制丝杠移动，所述上磨盘组件与导轨活动相连且导轨能对上磨盘组件起到导向作用；

所述上磨盘组件包括上盘伺服电机、上盘减速机、上交叉轴承、上磨盘底座，所述上盘伺服电机、上盘减速机构成上盘驱动机构，所述上盘驱动机构通过上交叉轴承与上磨盘底座相连且上盘驱动机构通过交叉轴承能带动上磨盘底座相对转动；

所述下磨盘组件包括下盘伺服电机、下盘减速电机、下交叉轴承、下支撑件，所述下支撑件为下磨盘底座或真空旋转接头，所述真空旋转接头与真空吸附组件相连，所述下盘伺服电机与下盘减速电机构成下盘驱动机构，所述下盘驱动机构通过下交叉轴承与下支撑件相连且下盘驱动机构通过下交叉轴承能带动下支撑件相对转动；

所述立柱伺服电机、上盘伺服电机、下盘伺服电机、真空吸附组件、检测模块组件分别与控制***相连。

2.根据权利要求1所述表面抛磨装置，其特征在于，所述底座为金属底座。

3.根据权利要求2所述表面抛磨装置，其特征在于，所述底座为铸铁底座。

4.根据权利要求1所述表面抛磨装置，其特征在于，所述立柱减速电机的减速比为5~20:1，所述上盘减速机的减速比为5~20:1。

5.根据权利要求1~4任一项所述表面抛磨装置，其特征在于，所述导轨的行程为250~300mm，丝杠的导程为3~5mm。

6.根据权利要求1所述表面抛磨装置，其特征在于，所述真空旋转接头为带橡胶密封条的喇叭口式真空吸盘。

7.根据权利要求1所述表面抛磨装置，其特征在于，所述下支撑件的外周直径为200～380 mm。

8.根据权利要求1~7任一项所述表面抛磨装置，其特征在于，还包括设置在支架组件上的防护罩组件。

9.根据权利要求1~8任一项所述表面抛磨装置的应用，其特征在于，对工件进行平面自动抛磨，或平面半自动抛磨，或圆弧面半自动抛磨；

所述平面自动抛磨操作如下：所述下支撑件采用真空旋转接头，将工件置于真空旋转接头上，通过检测模块组件检测平面平行度并找正，吸附工件，再将砂纸粘在上磨盘底座上，下支撑件转动关闭，上磨盘底座转动开启，上磨盘底座下降到预定位置，进行抛磨，至打磨完成；

所述平面半自动抛磨操作如下：所述下支撑件采用下磨盘底座，将砂纸粘在下磨盘底座上，下支撑件转动开启，上磨盘底座转动关闭，手持工件在下磨盘底座上抛磨，至打磨完成；

所述圆弧面半自动抛磨操作如下：所述下支撑件采用真空旋转接头，上磨盘底座转动关闭，将工件置于真空旋转接头上，吸附工件，下支撑件转动开启，手持砂纸进行抛磨。

10.根据权利要求9所述的应用，其特征在于，平面抛磨粗糙度可达≤Ra 0.8。