一种基于挤压滚磨的光整加工方法及加工装置

1.本发明涉及精密与超精密加工技术领域，是一种基于挤压滚磨的光整加工方法及加工装置。


背景技术：

2.抛光是指利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法，是利用抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加工。抛光一直都是超精密加工领域中用以达到工件表面光滑、具有良好完整性甚至无损伤的重要技术手段。
3.光整加工是指不切除或从工件上切除极薄材料层，以减小工件表面粗糙度为目的，提高零件的表面质量的加工方法。随着现代科学技术的发展，大批量光整加工方法涌现，其中软粘性磨粒流光整加工方法以及涡流滚磨光整加工优点突出，在现代光整加工行业得到了广泛应用。涡流滚磨机又称旋转圆盘加工机，主要部件为一个匀速旋转的底盘和一个静止的圆筒。在加工过程中，转筒内的工件和加工介质在底盘旋转产生的离心力作用下沿固定筒壁回转，并沿其内壁上升，到达一定高度后下落。在连续回转过程中，上述过程反复进行，使工件和加工介质的混合物产生螺旋状的涡流运动，工件与磨料间相互作用，从而达到均匀地去除工件毛刺、倒角或抛光的目的。其加工过程中不会破坏原有尺寸和形状，操作方便，生产效率高，是振动光饰机的5～10倍，并且噪音小，可降低工件表面粗糙度1～2级。但是其转速较高，不适用于要求较低的大工件的大切削量的粗磨。
4.磨粒流光整加工通过高压软粘性磨料快速通过加工表面，从而使磨料与加工表面进行摩擦，达到材料去除的效果。磨粒流加工技术既有对零件隐蔽部位的孔及型腔研磨抛光、倒圆角的作用，又有对外表面各种复杂型面研磨抛光的能力。但是其需要专门配比软粘性磨料，价格昂贵，并且由于加工压力很高，所以容易出现过抛的情况，产生废件。
5.涡流滚磨光整加工方法成本低，加工效果好，但是加工效率低；磨粒流光整加工方法加工效率极高，但是专门配比软粘性磨料的成本高，加工效果差。因此，现有技术的光整加工方法对于物体的抛光都无法达到理想效果。


技术实现要素：

6.为了克服上述现有技术中的缺陷，本发明的第一个发明目的在于提供一种基于挤压滚磨的光整加工装置，该加工装置结构简单巧妙，可以通过挤压滚磨的方法对工件实现低成本、高效率、大批量的光整加工，有利于所述加工装置在精密与超精密加工设备技术领域的应用和推广。本发明的第二个发明目的在于提供一种基于挤压滚磨的光整加工方法，基于上述一种基于挤压滚磨的光整加工装置，该方法能够保证工件表面抛光的质量，也提高了装置的加工效率，与现有技术相比，更有利于工件的光整加工。
7.上述一种基于挤压滚磨的光整加工装置与一种基于挤压滚磨的光整加工方法技术上相互关联，属于同一个发明构思。
8.为了实现上述第一个发明目的，本发明采用以下技术方案:一种基于挤压滚磨的光整加工装置，包括机架、料仓、转盘机构、加压机构，所述转盘机构包括转盘和驱动所述转盘转动的转盘驱动机构，所述加压机构包括加压盘与驱动所述加压盘移动的加压盘驱动机构，所述转盘和所述加压盘均安装于所述料仓内且工件和研磨件位于所述转盘和所述加压盘之间。
9.作为本发明的一种优选方案，所述转盘驱动机构包括动力电机、密封垫、主轴、推力轴承、轴承盖、密封轴承、联轴器及锁紧件一，所述主轴安装有推力轴承和密封轴承，所述轴承盖安装于密封轴承且连接料仓支架，所述联轴器上下端分别连接所述主轴和所述动力电机，所述主轴穿过所述转盘并通过所述锁紧件一实现锁紧。
10.作为本发明的一种优选方案，所述密封垫套装于所述推力轴承外，并且设于所述料仓底部。
11.作为本发明的一种优选方案，所述加压盘驱动机构包括丝杠、加压上盘、限位螺栓、限位螺母、弹性件、设有内螺纹的套筒、旋转扶手、锁紧件二及螺母，所述限位螺栓具有螺纹段和光杆段，所述弹性件套装于所述限位螺栓的光杆段外且位于所述加压上盘与所述加压盘之间，所述限位螺母与所述限位螺栓的螺纹段螺旋连接且位于所述加压上盘的上方，所述丝杠穿设于所述套筒内并与所述套筒螺纹连接，所述旋转扶手靠近所述丝杠上端。
12.作为本发明的一种优选方案，所述加压盘驱动机构还包括丝杠固定夹，所述丝杠固定夹安装于所述丝杠并位于所述套筒上方。
13.作为本发明的一种优选方案，所述加压盘的形状尺寸和所述转盘相适配。
14.作为本发明的一种优选方案，多个所述限位螺栓沿所述加压盘周向等距设置。
15.作为本发明的一种优选方案，还包括料仓支架，所述料仓安装于料仓支架上方。
16.作为本发明的一种优选方案，所述丝杠安装于丝杠支架。
17.与现有技术相比，具有以下有益效果：1.本发明中的一种基于挤压滚磨的光整加工装置，通过加压盘驱动机构驱动加压盘给料仓内的工件和研磨件施加一定的工作压力，由于压力的存在，研磨件与工件之间的切削力更大，所以装置的加工效率更高；而转盘驱动机构驱动转盘转动，可以带动工件和研磨件做圆周运动相互研磨，从而实现对工件低成本、高效率、大批量的光整加工。该装置结构巧妙，机械化程度高，有利于所述加工装置在精密与超精密加工技术领域的应用和推广。
18.2.该装置的转盘驱动机构包括动力电机，通过动力电机驱动实现料仓内的转盘转动，以此带动工件和研磨件旋转运动，相互研磨。而动力电机可以控制转盘的转动速率和时间，保证工件所要达到的抛光程度。
19.3.该装置的加压机构设有弹性件，可以让加压盘随着工件和研磨件的变化上下移动，保证料仓内的工件和研磨件不会产生恒定体积而导致磨粒无法运动，也不会因为压力过大导致研磨件切削过度，产生费件，提高了工件的抛光效果。
20.4.该装置的加压盘驱动机构设置有丝杠，丝杠螺纹连接于套筒，通过旋转丝杠促使加压盘下压，使加压盘对工件和研磨件的压力达到所需的值，操作方便。
21.5.该装置料仓内的转盘与加压盘配合，给工件和研磨件提供了旋转运动的空间。而转盘的转动会使工件和研磨件产生离心力，在料仓内做圆周运动，充分混合接触，提高了研磨效率。
22.为了实现上述第二个发明目的，本发明采用以下技术方案:一种基于挤压滚磨的光整加工方法，基于一种基于挤压滚磨的加工装置，包括以下步骤：步骤1、将工件和研磨件放置于料仓内，并位于转盘和加压盘之间；步骤2、转动加压盘驱动机构的丝杠，丝杠下压，使加压盘压在工件和研磨件上，并用丝杠固定夹将丝杠固定；步骤3、启动转盘驱动机构，转盘转动，使工件和研磨件在料仓内做圆周运动，充分混合，研磨件对工件研磨，实现工件的研磨加工。
23.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明的一种基于挤压滚磨的光整加工方法，与现有技术的v型槽加工方法和相关光整加工方法相比，通过将大批量的待加工工件放置在转盘与加压盘之间，实现批量加工，进而能够提高加工效率，同时保证工件的光整加工质量，有利于上述加工方法在精密与超精密加工技术领域的推广及应用。
附图说明
24.图1是实施例中一种基于挤压滚磨的光整加工装置的结构示意图；图2是实施例中一种基于挤压滚磨的光整加工装置的结构剖视图；图3是实施例中一种基于挤压滚磨的光整加工装置的转盘机构结构示意图；图4是实施例中一种基于挤压滚磨的光整加工装置的加压机构结构示意图；附图标记：1、机架；2、转盘；3、料仓；4、料仓支架；5、转盘驱动机构；5-1、动力电机；5-2、密封垫；5-3、主轴；5-4、推力轴承；5-5、轴承盖；5-6、密封轴承；5-7、联轴器；5-8、锁紧件一；6、加压盘驱动机构；6-1、丝杠；6-2、加压上盘；6-3、限位螺栓；6-4、限位螺母；6-5、弹性件；6-6、套筒；6-7、丝杠固定夹；6-8、旋转扶手；6-9、锁紧件二；7、加压盘；8、丝杠支架。
具体实施方式
25.下面结合附图对本发明实施例作详细说明。
26.实施例1：如图1至图4所示，一种基于挤压滚磨的光整加工装置，主要由机架1、料仓3、转盘机构及加压机构组成，机架1是由多根铝型材和机架铝板组成的方形框架，料仓支架4和丝杠支架8通过螺栓连接固定安装在机架1上方，料仓3安装在上述料仓支架4上方。转盘机构包括转盘2与转盘驱动机构5，转盘驱动机构5驱动转盘2转动，转盘驱动机构5包括动力电机5-1与主轴5-3，主轴5-3安装在动力电机5-1的输出端且穿过上述料仓支架4和上述料仓3与转盘2连接，动力电机5-1则安装在上述机架1的铝板上；加压机构包括加压盘驱动机构6和加压盘7，加压机构位于上述转盘2上方并且安装在丝杠支架8。整个装置工作前在上述料仓3内放置钢球、氧化锆磨珠和研磨液，通过上述加压盘驱动机构6推动上述加压盘7移动，使加压盘7压住钢球、氧化锆磨珠和研磨液，对钢球、氧化锆磨珠和研磨液整体进行施压，然后开启动力电机5-1，带动转盘机构的转盘2转动，促使钢球、氧化锆磨珠和研磨液在料仓3内做圆周旋转运动，实现研磨件对钢球的研磨抛光。本实施例的工件是直径为6mm的钢球，研磨件是直径为2mm的氧化锆磨珠和含有氧化铝的研磨液，由于氧化锆材料强度、硬度高，耐磨性能好，因此可用作研磨件。上述转盘2带动料仓3内钢球、磨珠和研磨液做旋转运动，而底部的磨珠、钢球与顶部的磨珠、钢球存在速度差，底部和顶部的磨珠、钢球也会相互研磨，使磨珠和钢球之间的磨削更加充分；由于存在较大的工作压力，磨珠通过附着研磨液中的磨料对钢球进行微磨削，从而完成对钢球的光整加工。该光整加工装置与现有技术
相比，可以控制加工时的工作压力，能够根据所需控制动力电机5-1的转速和转动时间，以此达到不同的抛光程度，提高了钢球的加工效率，保证了抛光的效果。
27.如图2和图3所示，本实施例的转盘驱动机构5还包括密封垫5-2、推力轴承5-4、轴承盖5-5、密封轴承5-6、联轴器5-7及锁紧件一5-8，联轴器5-7的上端与上述主轴5-3相连，主轴5-3装有推力轴承5-4和密封轴承5-6，而轴承盖5-5安装于密封轴承5-6并且螺纹连接在料仓支架4的顶板，所以通过密封轴承5-6和轴承盖5-5连接安装在料仓支架4顶板的下面，使主轴5-3与料仓3分开，达到密封效果，防止工件和研磨件掉落。上述密封垫5-2放置在料仓3的底部并安装在推力轴承5-4上，上述转盘2则通过平键安装在主轴5-3上端，为了能够防止转盘2上下移动，设置锁紧件一5-8为锁紧螺母，通过锁紧螺母将转盘2固定在推力轴承5-4上，而聚氨酯垫与转盘2通过推力轴承5-4隔开一定距离，减小了转盘2的转动阻力。设置上述密封垫5-2材料为聚氨酯，由于其材料强度高、耐磨，可以起到填充作用，同时也能防止从转盘2掉落的物料颗粒引起振动。而上述转盘2表面设置有等角度圆周分布的加强筋，不仅增加了转盘2的牢固程度，也有利于带动钢球和研磨件运动；另一方面，转盘2的转动会使钢球和研磨件产生离心力，在料仓3内做圆周旋转运动，充分混合接触，增加了研磨质量，提高了加工的效率。
28.为了让上述转盘2能够由动力电机5-1控制转动，设置联轴器5-7的下端与动力电机5-1通过平键相连，当动力电机5-1运行时，会驱动联轴器5-7转动，而与联轴器5-7连接的主轴5-3也随之转动，从而促使与主轴5-3通过平键连接的转盘2转动，但密封垫5-2和轴承盖5-5由于轴承的作用保持固定不动。为了能让转盘2转动的阻力更小，设置转盘2的圆周侧面与聚氨酯垫5-2隔开有相应的距离，使转盘2不与密封垫5-2接触，但也能防止钢球和磨珠掉落，保证了光整加工的效果。
29.如图2和图4所示，本实施例的加压盘驱动机构6包括丝杠6-1、加压上盘6-2、限位螺栓6-3、限位螺母6-4、弹性件6-5、套筒6-6、丝杠固定夹6-7、旋转扶手6-8及锁紧件二6-9，多个限位螺栓6-3呈圆周状等间距安装在加压盘7上，每个限位螺栓6-3的螺纹段安装有限位螺母6-4，光杆段套装有弹性件6-5，加压上盘6-2设于弹性件6-5上方并位于光杆段，因此弹性件6-5位于加压盘7和加压上盘6-2之间。设置上述弹性件6-5为弹簧，通过弹簧给加压盘7施加力，使加压盘7下移至能够压住钢球和研磨件，对料仓3内的钢球和研磨件形成一定的工作压力。丝杠6-1装有两个分别位于上述加压上盘6-2上下两侧的推力轴承，下面的推力轴承通过螺母6-4固定在加压上盘6-2，上面的推力轴承通过丝杠6-1压紧固定在加压上盘6-2，上述丝杠6-1通过推力轴承和螺母6-4垂直连接在上述加压上盘6-2上。为了使丝杠6-1能够旋转，将旋转扶手6-8安装在丝杠6-1的上方，设置锁紧件二6-9为锁紧螺母，并用锁紧螺母将旋转扶手6-8固定在丝杠6-1上，工作人员可转动旋转扶手6-8来旋转丝杠6-1，结构简单且省力。
30.当装置运行时，转盘2的转动会导致料仓3内钢球、磨珠和研磨液的整体形状发生变化，而通过设置弹性件6-5可以使加压盘7随着料仓3内钢球、磨珠和研磨液的运动上下移动，不会产生恒定体积而导致工件和研磨件无法运动。上述加压盘7连接上述加压盘驱动机构6，在加工前已设定需要的压力，转动旋转扶手6-8，丝杠6-1转动下压，使连接于丝杠6-1的加压上盘6-2下压，而加压上盘6-2通过弹簧使加压盘7压住钢球、磨珠和研磨液，弹簧产生相应的形变，加压盘7对钢球和研磨件施加所需的压力，因此不会因为压力过大导致研磨
件对钢球切削过度，产生费件，有利于减少工件等材料的损失，提高加工效率和研磨效果。
31.为了使料仓3内的工件和研磨件能被加压盘7压住，具有一定的工作压力，设置加压盘7的形状为圆形，尺寸与料仓3的截面相适配，但不与料仓3接触，不仅能减小加压盘7上下移动的阻力，也能保证对钢球、磨珠和研磨液起到加压作用。
32.为了保证加压机构的加压盘7能够更有效的压住钢球和研磨件，将套有弹簧的限位螺栓6-3垂直安装在加压盘7上，并设置每个限位螺母6-4安装在限位螺栓6-3的高度保持一致，使位于弹簧和限位螺母6-4之间的加压上盘6-2与加压盘7相互平行。于是加工时，加压盘7能够与钢球、磨珠和研磨液充分接触，使整体的工作压力更加的稳定。
33.由于光整加工钢球和研磨件需要运动的空间，设置上述加压盘7与上述转盘2之间放置钢球、磨珠和研磨液，并且加压盘7能够压住钢球、磨珠和研磨液，使光整加工在具有合适的运动空间进行。
34.为了使丝杠6-1能在垂直于上述转盘2的方向上下移动，将套筒6-6通过螺栓连接固定安装在丝杠支架8上，由于套筒6-6内设置有与丝杠6-1相对应的螺纹，将丝杠6-1通过螺纹连接穿过套筒6-6，保证了丝杠6-1的移动方向始终与转盘2垂直。由于套筒6-6和丝杠6-1的螺纹连接，工作人员可通过转动旋转扶手6-8，使丝杠6-1上下移动，并且带动连接于丝杠6-1的加压上盘6-2移动，从而使加压盘7随着加压上盘6-2上下移动。当丝杠6-1下压一定距离后，在套筒6-6上方安装丝杠固定夹6-7，能将丝杠6-1固定，防止向下移动，而丝杠6-1本身具有自锁性能，不会向上移动，由此丝杠6-1能够保持不动，保证了稳定的工作压力。
35.由于钢球和研磨件做圆周运动更有利于充分混合研磨，所以将料仓3的形状设置为圆柱状，和转盘2相适配。为了保证装置运行的稳定性，将机架1设置为顶部安装有铝板的方形铝型材框架，铝板用于承载料仓支架4和丝杠支架8。上述机架1通过多根铝型材连接形成框架，不仅节约了材料，同时具有较好的强度。为了增加料仓3的稳定性，设置四根立柱安装在机架1铝板上，并在四根立柱上安装方形铝板用于承载料仓3，通过四根立柱和方形铝板固定连接形成料仓支架4，铝板的强度较好，而立柱则增加了料仓支架4的整体牢固程度；由于加压机构需要固定在料仓3的上方，设置四根支柱安装在上述机架1的铝板上，并在四根支柱上端固定安装长方形铝板，通过四根支柱和长方形铝板连接形成丝杠支架8，使加压机构的套筒6-6能够通过螺栓固定连接在长方形铝板上，并且长方形铝板用于穿丝杠6-1的孔不设有螺纹。
36.该光整加工装置在运行前先在料仓3内放置钢球、磨珠和研磨液，然后转动旋转扶手6-8使丝杠6-1下降，则连接在丝杠6-1下端的加压上盘6-2也随之下降，促使通过限位螺栓6-3和限位螺母6-4挂在加压上盘6-2上的加压盘7下移，直至加压盘7与钢球、磨珠和研磨液接触，但弹簧还没有压缩变形，用刻度尺测出此时的丝杠6-1超出丝杠支架8的距离值x1，再继续转动丝杠6-1，加压上盘6-2下压，弹簧开始压缩变形，下压一定距离后用丝杠固定夹6-7固定住丝杠6-1，测量此时丝杠6-1超出丝杠支架8的距离值为x2，则丝杠6-1下降距离为x=x1-x2。然后再开启动力电机5-1，带动联轴器5-7转动，从而促使安装在主轴5-3的转盘2转动，使料仓3内的钢球、磨珠和研磨液做圆周运动，相互研磨，达到加工效果。
37.该光整加工的压力值f判定方法为弹簧的弹性系数k乘丝杠下压的距离x,再加上加压盘7、限位螺栓6-3、限位螺母6-4和弹簧6-5的重力总和g，即f=kx+g。
38.本实施例的加工参数如表1所示：
表1在同一批钢球光整加工前，取五个钢球进行表面粗糙度测量，每个钢球测量五次取平均值，所得的平均粗糙度值为0.06μm。通过设置加压盘6-1对钢球、磨珠和研磨液的工作压力为f=15n，转盘5-1转速为v=90rpm，研磨液质量配比为w3氧化铝：煤油：硬脂酸＝15：100：1，光整加工时间t=2h。在上述加工条件完成对钢球的光整加工后，取五个钢球测量表面粗糙度，所得的平均粗糙度值为0.03μm。结果表明，所加工钢球的平均粗糙度从加工前的0.06μm降到了0.03μm。
39.根据上述钢球在加工前后的表面粗糙度变化，与传统研磨过程相比（在相同的工艺条件下），该方法所得到球体粗糙度值较低，由此可知，该加工装置对钢球的光整加工有着较好的作用效果。
40.一种基于挤压滚磨的光整加工方法，包括以下步骤：步骤1、将工件和研磨件放置于料仓3内，并位于转盘2和加压盘7之间；步骤2、转动加压盘驱动机构6的丝杠6-1，丝杠6-1下压，使加压盘7压在工件和研磨件上，并用丝杠固定夹6-7将丝杠6-1固定；步骤3、启动转盘驱动机构5，转盘2转动，使工件和研磨件在料仓3内做圆周运动，充分混合，研磨件对工件研磨，实现工件的研磨加工。
41.本实施例中的一种基于挤压滚磨的光整加工装置，通过加压机构的加压盘7下压，使加压盘7与钢球和研磨件接触，对钢球和研磨件整体进行施压，形成一定压力，工作时转盘机构的转盘2转动，促使钢球和研磨件在料仓3内做圆周运动，相互研磨，提升了钢球的抛光质量和加工效率，可以实现对钢球低成本、高效率、大批量的光整加工，有利于上述加工装置在精密与超精密加工技术领域的应用和推广。
42.实施例2：本实施例与实施例1相区别的特征在于：本实施例中的一种基于挤压滚磨的光整加工装置，通过去除套筒6-6，使丝杠支架8用于穿丝杠6-1的铝板孔设置有与丝杠6-1对应的螺纹，使丝杠6-1能螺纹连接在丝杠支架8上。根据所需压力转动丝杠6-1，使加压盘7压住工件和研磨件，再用丝杠固定夹6-7夹住丝杠6-1并紧贴于丝杠支架8的铝板，防止丝杠6-1移动，再启动加压盘驱动机构6带动转盘2转动，促使钢球和研磨件运动研磨，实现对钢球的研磨加工。
43.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现；因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一
致的最宽的范围。
44.尽管本文较多地使用了图中附图标记：1、机架；2、转盘；3、料仓；4、料仓支架；5、转盘驱动机构；5-1、动力电机；5-2、密封垫；5-3、主轴；5-4、推力轴承；5-5、轴承盖；5-6、密封轴承；5-7、联轴器；5-8、锁紧件一；6、加压盘驱动机构；6-1、丝杠；6-2、加压上盘；6-3、限位螺栓；6-4、限位螺母；6-5、弹性件；6-6、套筒；6-7、丝杠固定夹；6-8、旋转扶手；6-9、锁紧件二；7、加压盘；8、丝杠支架等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。