一种温度和压力自适应的聚晶金刚石复合片表面抛光机的制作方法

本发明涉及一种聚晶金刚石复合片表面抛光机，尤其涉及一种温度和压力自适应的聚晶金刚石复合片表面抛光机(以下简称抛光机)，属于特种材料表面机械抛光领域。

背景技术：

聚晶金刚石(polycrystallinediamond,简称pcd)复合片是一种将人造金刚石粉和粘接剂等放置在硬质合金衬底上，通过高温、高压合成的复合材料。聚晶金刚石复合片兼有聚晶金刚石的极高耐磨性和硬质合金的高抗冲击性，使其具备优异的切削性能。为了确保切削加工时能迅速排屑、避免被加工工件表面划伤，大多数复合片的pcd表面需要进行抛光，使其达到镜面效果。

随着聚晶金刚石复合片的直径增大、厚度减薄，尤其大面积(甚至超大面积)聚晶金刚石复合片的出现，用传统抛光设备对其抛光，很难解决被抛光表面与磨轮端面相互吻合问题，由于不能适应聚晶金刚石复合片应力变形、热变形等因素影响，造成抛光机效率极低。

为了解决大面积聚晶金刚石复合片表面抛光技术难题，申请人在专利号zl201110445129.x的发明专利中公开了一种聚晶金刚石复合片表面抛光机，该抛光机利用四连杆机构中双摇杆摆动原理，实现抛光过程中工件自转同时在抛光工具的抛光区域内连续位移，解决了用传统抛光设备抛光大面积聚晶金刚石复合片表面时，由于复合片的待抛光表面与端面磨轮接触线固定，从而造成抛光效率低的问题，提高了大面积聚晶金刚石复合片表面抛光的效率。但该抛光机用于大面积(甚至超大面积)聚晶金刚石复合片表面抛光时仍存在下列问题：

1、抛光压力由人工凭经验施加，抛光压力控制不稳定。若抛光压力小，被抛光表面与磨轮吻合时间长，加工效率低；若抛光压力过大，磨轮磨耗快，易因过热导致被抛光表面烧伤。

2、抛光过程中磨轮驱动电机的负载无监控，磨轮修整时机掌握的不准确。传统抛光工艺采取定时修整磨轮，当修整磨轮时，要么磨轮早已失去锐利，已耗去诸多无用工时，要么磨轮还能继续使用，却因过度修整造成浪费。

3、抛光区温度波动大，时常超过允许范围，导致工件热变形增大，抛光时间增长。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种温度和压力自适应的聚晶金刚石复合片表面抛光机。

为了实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种温度和压力自适应的聚晶金刚石复合片表面抛光机，包括磨轮装置、检测装置、执行装置、控制装置及对应于磨轮装置的至少一个偏心旋转抛光装置，所述磨轮装置、所述检测装置、所述执行装置和每个所述偏心旋转抛光装置分别与控制装置连接；

每个所述偏心旋转抛光装置包括偏心转动机构、抛光压力控制机构和三角形框架结构；在所述抛光压力控制机构的作用下，所述偏心转动机构带动聚晶金刚石复合片工件做偏心旋转，并在所述三角形框架结构的限定下做上下直线移动，使得所述聚晶金刚石复合片自转的同时在所述磨轮装置端面上连续稳定地偏心转动；

通过所述控制装置根据接收的所述检测装置反馈的检测数据，控制所述执行装置实现对抛光压力、温度及磨轮装置电流的自适应控制。

其中较优地，所述偏心转动机构包括减速电机、支撑体、弹性联轴器、旋转轴、轴承座、连接块、偏心块、定位座、偏心轴、钢球、夹持夹具，所述减速电机通过所述弹性连轴器驱动所述旋转轴旋转，所述旋转轴安装在所述轴承座内，所述减速电机和所述轴承座均固定在所述支撑体上，所述连接块固定在所述旋转轴上，所述偏心块与所述连接块连接并定位于所述定位座内，所述偏心轴定位在所述偏心块上，并压住所述钢球随着所述旋转轴、所述连接块和所述偏心块的旋转，带动所述夹持夹具和安装在所述夹持夹具上的所述聚晶金刚石复合片工件一起偏心旋转。

其中较优地，所述偏心转动机构还包括防窜套和密封圈，防窜套安装在所述弹性联轴器上，所述密封圈安装在所述轴承座下端。

其中较优地，所述偏心轴上固定有拨叉，所述拨叉插入所述夹持夹具的槽内。

其中较优地，所述抛光压力控制机构包括气缸、气缸座、转换片、连接螺钉、弹簧、支撑轴、滑套、上下防尘罩、转接板和含油轴承，所述气缸安装在所述气缸座上，所述气缸座安装在所述支撑轴上端，所述气缸的缸杆与所述转换片连接，所述转换片套在所述连接螺钉上，所述转换片下端设置弹簧，所述滑套固定在所述支撑体上，所述滑套内装有所述含油轴承，所述上下防尘罩的一端分别固定在所述转接板或转套上，所述上下防尘罩的另一端固定在所述滑套上下两端。

其中较优地，所述三角形框架结构包括底板、可调连杆、所述支撑体和可转动部分，所述可调连杆处于完整状态时，所述可调连杆与所述支撑体和所述底板形成三角形框架，用于限定所述支撑体在所述气缸作用下带动所述偏心转动机构沿所述支撑轴上下直线移动，并通过控制所述可调连杆的插拔过程，实现所述可转动部分的转动过程。

其中较优地，所述可调连杆包括连接座、光杆、直线轴承、端头螺杆、伸缩螺母、螺杆，所述连接座安装在所述底板上，所述光杆插在所述连接座内，所述直线轴承与所述端头螺杆固定，所述直线轴承的内孔套在所述光杆上，所述伸缩螺母连接着所述端头螺杆和所述螺杆，所述螺杆安装在所述定位座上。

其中较优地，所述可转动部分包括所述支撑轴、转套、所述含油轴承、调整垫片和平面轴承，所述转套固定在所述底板上，所述含油轴承绕所述支撑轴转动，所述支撑轴下端安装所述调整垫片和所述平面轴承。

其中较优地，所述检测装置包括磨轮温度传感器、抛光温度传感器、压力传感器和电流检测传感器，所述磨轮温度传感器、所述抛光温度传感器、所述压力传感器和所述电流检测传感器分别与所述控制装置连接。

其中较优地，所述执行装置包括电动气压调节阀、可调节流电磁阀、蠕动泵和蜂鸣器，所述电动气压调节阀、所述可调节流电磁阀、所述蠕动泵和所述蜂鸣器分别与所述控制装置连接，所述电动气压调节阀还与所述气缸连接。

本发明所提供的抛光机通过设置检测装置、执行装置及至少一个偏心旋转抛光装置，使得本抛光机不仅具备双摇杆摆动机构的优点，还能实现抛光过程中聚晶金刚石复合片自转同时在磨轮端面上连续稳定地偏心转动，避免划伤已抛光表面；并且，本抛光机实现了抛光压力、温度及磨轮驱动电机负载电流自适应控制，提高了抛光效率和质量，减小了大面积(甚至超大面积)聚晶金刚石复合片应力变形和热变形影响，解决了抛光磨轮即时修整问题。

附图说明

图1为本发明所提供的抛光机的外部结构示意图；

图2为本发明所提供的抛光机中，偏心转动抛光机构的主剖视结构示意图；

图3为本发明所提供的抛光机中，偏心转动抛光机构的俯视示意图；

图4为本发明所提供的抛光机中，偏心转动抛光机构的可调连杆的结构示意图；

图5为本发明所提供的抛光机中，抛光压力、温度和磨轮驱动电机负载电流的控制原理图；

图6为本发明所提供的抛光机中，偏心转动机构的工作原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术内容做进一步的详细说明。

本发明所提供的抛光机,包括磨轮装置、检测装置、执行装置、控制装置及对应于磨轮装置的至少一个偏心旋转抛光装置(如图1示出的对应于磨轮装置设置有两个偏心旋转抛光装置100)；磨轮装置、检测装置、执行装置和每个偏心旋转抛光装置分别与控制装置连接。其中，如图1所示，每个偏心旋转抛光装置100包括偏心转动机构101、抛光压力控制机构102和三角形框架结构103；在抛光压力控制机构的作用下，偏心转动机构101带动聚晶金刚石复合片工件做偏心旋转，并在三角形框架结构103的限定下，偏心转动机构101还做上下直线移动，使得聚晶金刚石复合片自转的同时在磨轮装置的端面上连续稳定地偏心旋转，解决了被抛光聚晶金刚石复合片表面划伤的问题。并且，通过控制装置根据接收的检测装置反馈的检测数据，控制执行装置实现对抛光压力、温度及磨轮装置电流的自适应控制，提高了本抛光机的抛光效率，减小了大面积(甚至超大面积)pcd表面热变形影响，解决了用于抛光的磨轮装置即时修整的问题。

如图2所示，偏心转动机构101，包括减速电机20、支撑体6、弹性联轴器22、防窜套21、旋转轴24、轴承座42、轴承盖18、轴承接套19、锁紧母23、向心推力轴承25、轴承隔套26、密封圈41、连接块28、连接螺母27、深沟球轴承30、偏心块29、下端盖37、上端盖40、内隔套39、定位座38、偏心轴35、拨叉31、防脱落销钉36、钢球32、夹持夹具34、抛光工件33(聚晶金刚石复合片工件)；其中，减速电机20通过弹性连轴器22驱动旋转轴24旋转，防窜套21安装在弹性连轴器22上，用于防止弹性联轴器22脱开；通过两套背对背安装的向心推力轴承25、轴承盖18、轴承接套19、锁紧母23、轴承隔套26将旋转轴24安装在轴承座42内；减速电机20和轴承座42均固定在支撑体6上。连接块28固定在旋转轴24上并用连接螺母27锁定，偏心块29与连接块28之间用螺钉连接，通过深沟球轴承30、下端盖37、上端盖40、内隔套39将偏心块29和连接块28定位于定位座38内。偏心轴35用销钉36定位在偏心块29上，偏心量s根据被抛光工件33直径和磨轮环宽确定，并通过在偏心块29上距圆心s距离的位置设置偏心孔，以得到需要的偏心量。偏心轴35压住钢球32，其随着旋转轴24、连接块28和偏心块29的旋转带动夹持夹具34和安装在其上的抛光工件33一起偏心旋转。用销钉36将拨叉31固定在偏心轴35上，拨叉31插入夹持夹具34的槽内，阻止了工件受磨轮端面内外线速度搓动而非控制性地旋转，控制着所述工件以均匀的速度转动。密封圈41安装在轴承座42下端，阻挡灰尘进入轴承。

其中，在偏心转动机构101中，减速电机20与旋转轴24采用十字滑块型弹性连轴器22连接，采用直拖式驱动结构，不仅结构简单，还使得偏心转动机构101不仅装拆方便，而且旋转稳定可靠、吸震性好，不抖动、不丢转。

如图2所示，抛光压力控制机构102，包括气缸17、气缸座14、转换片12、双螺母15、连接螺钉16、弹簧10、支撑轴11、滑套8、防尘罩7、转接板13、含油轴承5。其中，气缸17安装在气缸座14上，气缸座14安装在支撑轴11上端。气缸17的缸杆与转换片12连接后，并用双螺母15锁紧，转换片12套在连接螺钉16上，转换片12下端设置弹簧10，滑套8固定在支撑体6上，滑套8内装有含油轴承5，随着气缸17的缸杆伸缩，支撑体6带动滑套8在支撑轴11上移动，同时支撑体6带动偏心转动机构101(除钢球32、夹持夹具34和抛光工件33外)移动。上下两个防尘罩7的一端分别固定在转接板13或转套2上，另一端固定在滑套8上下两端，防尘罩7将含油轴承5及其在支撑轴11上移动的区域完全遮蔽，并有效阻挡灰尘和杂质进入含油轴承5。随着气缸17的缸杆伸出，抛光工件33与磨轮装置的磨轮端面接触，转换片12压缩弹簧10，检测装置将压力值传输给控制装置，控制装置将气缸压力调整到并保持在最佳值；当气缸17的缸杆缩回时，支撑体6及偏心转动机构101各部件快速提升，拨叉31与夹持夹具34脱开，此时可方便取出夹持夹具和抛光工件33。

其中，偏心转动机构101和抛光压力控制机构102采用上述结构具有以下特点：

(1)滑套8、支撑体6、转换片12、轴承座42、定位座38、连接块28、偏心块29等较大结构件均采用铝合金材料制作，大幅减轻了气缸17驱动的移动部分构件重量。

(2)采用含油轴承5+支撑轴11作为偏心转动机构101、抛光压力控制机构102上下运动导轨副，运行灵活，刚性足，减震性能好且无需维护。

(3)在转换片12与检测装置中的压力传感器之间设置弹簧10，起到压力缓冲作用，有效保护压力传感器免受冲击。

(4)防尘罩7将含油轴承5+支撑轴11组成的导轨副实施完全遮蔽防护，其既避免灰尘或杂质进入导轨的间隙，又不增加导轨的运动阻力。

如图3所示，三角形框架结构103，包括底板3、可调连杆59、支撑体6和可转动部分；在可调连杆59处于完整状态时，可调连杆59与支撑体6和底板3形成三角形框架结构，用于限定支撑体6只能在气缸17作用下带动偏心转动机构101沿支撑轴11上下直线移动(如图2所示)，从而保证偏心转动机构101不偏离既定的工作位置。通过控制可调连杆59的插拔过程，实现可转动部分的转动过程。

如图4所示，可调连杆59包括连接座51、光杆52、直线轴承53、端头螺杆54、伸缩螺母55、螺杆56、大螺母57、小螺母58。其中，连接座51安装在底板3上，光杆52插在连接座51内，直线轴承53与端头螺杆54固定，直线轴承53的内孔套在光杆52上，伸缩螺母55连接着端头螺杆54和螺杆56，螺杆56安装在偏心转动机构101的定位座38上，小螺母58用于防止螺杆56与定位座38松脱，大螺母57用于防止伸缩螺母55松动。随着支撑体带动定位座上下移动，直线轴承在光杆上也上下移动，这样保持着三角框架不变形，保证偏心转动机构上下移动的直线性。

在所述三角形框架结构中，伸缩螺母55与端头螺杆54能够调整可调连杆59的长度，这对微调偏心转动机构101中的偏心轴35相对磨轮装置的磨轮端面的位置十分有利。可调连杆59的直线轴承53在光杆52上随偏心转动机构101上下移动且运动灵活。此外，当气缸17驱动支撑体6带动偏心转动机构101上下移动时，直线轴承53保证着三角形框架结构103不变形，保持着偏心转动机构101移动的直线性，使其不偏离与磨轮端面的相对位置。

如图2所示，三角形框架结构103的可转动部分包括支撑轴11、转套2、含油轴承5、调整垫片4和平面轴承1。其中，转套2固定在底板3上，转套2内的含油轴承5可绕支撑轴11转动，支撑轴11下端安装有调整垫片4和平面轴承1。当可调连杆59的光杆52从连接座51中拔出(如图4所示)，支撑轴11可绕转套2转动。这样偏心转动机构101可离开原来的工位，为操作者更换磨轮装置及其他操作提供了方便。

磨轮装置包括磨轮与磨轮驱动电机，磨轮与磨轮驱动电机连接，磨轮驱动电机与控制装置连接；通过控制装置控制磨轮驱动电机驱动磨轮转动，使得磨轮与偏心旋转抛光装置配合完成对抛光工件的抛光。

如图5所示，检测装置包括磨轮温度传感器60、抛光温度传感器61、压力传感器9和电流检测传感器63，磨轮温度传感器60、抛光温度传感器61、压力传感器9和电流检测传感器63分别与控制装置连接。执行装置包括电动气压调节阀64、可调节流电磁阀65、蠕动泵66和蜂鸣器67，电动气压调节阀64、可调节流电磁阀65、蠕动泵66和蜂鸣器67分别与控制装置连接，电动气压调节阀64还与气缸17连接。其中，控制装置可以采用中央处理器实现。

其中，磨轮温度传感器60，用于实测磨轮端面温度，并传输至控制装置，控制装置根据预先设置的抛光机床所处地室温、磨轮端面最高限定温度(一般为室温+5℃)，判断实测磨轮端面温度是否高于最高限定温度，若实测磨轮端面温度高于室温或磨轮端面最高限定温度，控制装置控制磨轮冷却水供应管路中的可调节流电磁阀65，加大冷却水流量，并且温度每增高1℃，冷却水流量增加1l/min，利用冷却水的散热作用降低了磨轮上磨粒温度，使其远低于抛光工件，这使磨粒瞬时作用于抛光工件时能减少烧失率，从而减少所述磨轮的磨耗；若实测磨轮端面温度高于最高限定温度，则打开蜂鸣器67，通知人工处理，如修整磨轮。

抛光温度传感器61，实测抛光工件的温度，并传输至控制装置，控制装置根据预先设置的抛光工件最佳抛光温度的上限值、抛光工件抛光温度的最大允许值(一般为最佳抛光温度上限值+10℃)，判断抛光工件实测温度是否高于最佳抛光温度的上限或抛光工件抛光温度的最大允许值，若抛光工件实测温度高于最佳抛光温度的上限，控制装置打开蠕动泵66，向夹持夹具上滴纯净水，并以起始流量1ml/min，随温度每增高2℃滴液量增大1ml/min；若抛光工件实测温度高于抛光工件抛光温度的最大允许值(通常比最佳抛光温度上限高20℃)，控制装置将打开蜂鸣器67，通知人工处理，如停机或修整磨轮。

压力传感器9，用于在抛光过程中实测抛光压力，并传输至控制装置，控制装置根据预先设置的抛光压力最佳值，及依据公式(1)计算得到的实际抛光压力，控制电动气压调节阀64，将气缸17压力调整到抛光压力最佳值，保证抛光过程中气缸压力始终保持在设定的最佳范围。其中，如图2所示，连接螺钉16固定在压力传感器9的上端，压力传感器9的下端安装在支撑体6上。实际抛光压力f与压力传感器9测量值p大致存在下列关系(由于偏心量s值较小，故忽略不计)：

其中，l表示压力传感器到支撑轴心距离；g表示上下移动部分的构件重量；r表示上下移动部分的构件重心至支撑轴心距离；l表示偏心旋转抛光装置的旋转中心至支撑轴心距离。

电流监测传感器63，用于实测磨轮驱动电机负载电流，并传输至控制装置，控制装置根据预先设置的磨轮驱动电机负载电流的限值，判断实测磨轮驱动电机负载电流是否超过负载电流的限值，若实测电流超过负载电流的限值，则打开蜂鸣器，通知人工处理，如修整磨轮。

如图6所示的抛光工件在磨轮端面上偏心旋转的工作原理中，用实线和虚线显示了工件在磨轮上的四个工作位置。不难发现，偏心旋转抛光装置具有抛光工件连续偏心转动、压力控制和自适应与磨轮端面接触多种功能，被抛光表面与磨轮端面自适应接触，加上对磨轮的修整作用，以及散热条件的改善，使得同一台抛光机可以同时安装多个偏心旋转抛光装置，以便抛光多片大面积甚至超大面积聚晶金刚石复合片，提高了抛光机的利用率。

本发明所提供的抛光机通过设置检测装置、执行装置及至少一个偏心旋转抛光装置，使得本抛光机不仅具备双摇杆摆动机构的优点，还能实现抛光过程中聚晶金刚石复合片自转同时在磨轮端面上连续稳定偏心转动，避免划伤已抛光表面；并且，本抛光机实现了抛光压力、温度及磨轮驱动电机负载电流自适应控制，提高了抛光效率和质量，减小了大面积(甚至超大面积)聚晶金刚石复合片应力变形和热变形影响，解决了抛光磨轮即时修整问题。

以上对本发明所提供的温度和压力自适应的聚晶金刚石复合片表面抛光机进行了详细的说明。对本领域的一般技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将属于本发明专利权的保护范围。