一种大长径比轴类零件表面研抛装置及方法

技术领域

本发明涉及轴类零件研抛技术领域，特别是涉及一种大长径比轴类零件表面研抛装置及方法。

背景技术

对于大长径比轴类零件外表面的研抛加工，由于其刚性能比较差，在磨削外圆表面时很容易发生让刀或弹性变形，极大影响大长径比轴类零件表面的精度和直线度，始终是轴类零件加工的难题。以直线光轴为例，通常对此种大长径比轴类零件外表面的抛光，主要采用附有磨料的布、皮革等软质材料的抛光轮高速旋转来进行表面研抛，去除加工残余条纹，提高其表面光洁度；对于表面不明显处的小块区域会使用轻度研磨剂进行研抛，如果漆面缺陷较严重，考虑选用中度或重度研磨剂，从而达到消除严重氧化、细微划痕及表面缺陷的作用。然而在大长径比轴类零件外表面研抛过程中，传统的研抛手段无论是金刚石车削、百叶轮还是砂纸磨抛，主要依赖于工程经验，很难得到精确的去除函数；另外，对于曲率复杂表面，传统研抛无法较好适应工件表面的曲率变化，经常出现过抛或欠抛现象，表面去除极不均匀，稳定性较差。

有鉴于上述大长径比轴类零件的研抛方式存在的问题及其不足，针对现有的大长径比轴类零件的研抛方式进行优化，本发明借鉴磁流变与磁力研抛相关技术，在原有技术基础上设计了一种大长径比轴类零件表面研抛装置，并提出了一种研抛方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种大长径比轴类零件表面研抛装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高研抛质量。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种大长径比轴类零件表面研抛装置，包括送料单元、出料单元、磁力研抛单元和旋转驱动单元；

所述送料单元、磁力研抛单元和所述出料单元沿着工件的输送方向依次布设，输送方向为所述工件的轴线方向，所述送料单元用于将所述工件向所述磁力研抛单元输送，所述磁力研抛单元用于对所述工件进行定量研抛，所述出料单元用于将研抛完毕的所述工件输出；所述旋转驱动单元用于驱动研抛过程中的工件进行旋转；

所述磁力研抛单元包括间隙调节单元、两个抛光头和抛光液供给装置，两个所述抛光头分别设置于所述工件输送轨迹的两侧，所述抛光液供给装置用于向所述抛光头输送抛光液，所述间隙调节单元用于调节两个所述抛光头与所述工件外表面之间的间隙值以实现定量研抛。

优选的，所述抛光头由抛光电机驱动转动，所述间隙调节单元驱动所述抛光头靠近和远离所述工件以调节所述间隙值。

优选的，所述送料单元包括送料电机和两个第一聚氨酯摩擦轮，两个所述第一聚氨酯摩擦轮上下相对设置，所述工件从两个所述第一聚氨酯摩擦轮之间穿过，所述第一聚氨酯摩擦轮转动时能够带动所述工件向所述磁力研抛单元输送，所述送料电机与一个所述第一聚氨酯摩擦轮传动连接并进行驱动，另一个所述第一聚氨酯摩擦轮为随动轮；

所述出料单元包括出料电机和两个第一聚氨酯摩擦轮，所述出料单元中的两个所述第一聚氨酯摩擦轮也上下相对设置，所述工件从两个所述第一聚氨酯摩擦轮之间穿过，所述第一聚氨酯摩擦轮转动时能够带动所述工件输出，所述出料电机与一个所述第一聚氨酯摩擦轮传动连接并进行驱动，另一个所述第一聚氨酯摩擦轮为随动轮。

优选的，所述第一聚氨酯摩擦轮中部均设置有沿着自身周向延伸的沟槽，所述工件从所述沟槽中穿过，所述沟槽用于限制所述工件的侧向位移。

优选的，所述旋转驱动单元包括两个第二聚氨酯摩擦轮和旋转驱动电机，两个所述第二聚氨酯摩擦轮的轴线平行于所述工件的轴线，且两个所述第二聚氨酯摩擦轮的轴线位于所述工件轴线的下方的两侧，所述工件设置于两个所述第二聚氨酯摩擦轮之间间隙之上，所述旋转驱动电机驱动其中一个所述第二聚氨酯摩擦轮旋转时带动所述工件以及另一个所述第二聚氨酯摩擦轮旋转。

优选的，沿着所述工件的输送方向，所述出料单元背离所述磁力研抛单元的一侧设置有V型槽，所述V型槽沿着所述工件输送轨迹延伸且用于支撑所述工件。

优选的，所述抛光液供给装置包括抛光液循环池、循环泵和导管，所述抛光液循环池设置于两个所述抛光头的正下方，所述循环泵和所述导管用于将所述抛光液循环池内的抛光液提升并喷洒至所述抛光头朝向所述工件的一侧。

本发明还提供了一种大长径比轴类零件表面研抛方法，利用如上所述的大长径比轴类零件表面研抛对工件进行研抛。

优选的，研抛前，检测工件表面的凹坑或瑕疵区域深度△r和分布情况，△r即为研抛去除深度；

计算去除深度为△r时，所述抛光液所需的磁感应强度，并根据抛光头与工件之间的磁场分布情况推导出两者之间所需的间隙值，所述间隙调节单元根据所需的间隙值调节两个所述抛光头与所述工件外表面之间的间隙。

优选的，利用轮廓扫描仪扫描工件表面凹坑或瑕疵区域深度△r和分布情况。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

本发明提供的大长径比轴类零件表面研抛装置及方法可实现精准研抛，且采用磁力研抛方式能够提高研抛质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的大长径比轴类零件表面研抛装置的正等轴测图；

图2为图1的正视图；

图3为图1的俯视图；

图4为图1中的大长径比轴类零件表面研抛装置的抛光原理图；

图中：1-工作台；2-螺钉；3-第一支架；4-工件；5-V型槽；6-第一运动模组；7-送料电机；8-电机支架；9-第二支架；10-第一轴承座；11-循环泵；12-循环泵支架；13-第一聚氨酯摩擦轮；14-出料电机；15-抛光模块；151-第二轴承座；152-第一带轮；153-第一同步带；154-第一驱动轴；155-第一联轴器；156-抛光电机；157-柱形抛光头；158-抛光液；159-第二驱动轴；1590-第六支架；16-第三驱动轴；17-第四驱动轴；18-第二运动模组；19-第三支架；20-抛光液循环池；21-导管；22-第二联轴器；23-第二聚氨酯摩擦轮；24-第四支架；25-第三轴承座；26-第三带轮；27-第二同步带；28-第四带轮；29-第三联轴器；30-第五支架；31-旋转驱动电机。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种大长径比轴类零件表面研抛装置及方法，以解决上述现有技术存在的问题，提高研抛质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例一

本实施例提供一种大长径比轴类零件表面研抛装置，如图1～图3所示，包括设置于工作台1上的送料单元、出料单元、磁力研抛单元和旋转驱动单元；送料单元、磁力研抛单元和出料单元沿着工件4的输送方向依次布设，输送方向为工件4的轴线方向，送料单元用于将工件4向磁力研抛单元输送，磁力研抛单元用于对工件4进行定量研抛，出料单元用于将研抛完毕的工件4输出；旋转驱动单元用于驱动研抛过程中的工件4进行旋转；

其中，在优选的实施例中，送料单元包括送料电机7和两个第一聚氨酯摩擦轮13，两个第一聚氨酯摩擦轮13上下相对设置，工件4从两个第一聚氨酯摩擦轮13之间穿过，第一聚氨酯摩擦轮13转动时能够带动工件4向磁力研抛单元输送，送料电机7与一个第一聚氨酯摩擦轮13传动连接并进行驱动，另一个第一聚氨酯摩擦轮13为随动轮；采用送料电机7驱动第一聚氨酯摩擦轮13转动，并利用第一聚氨酯摩擦轮13与工件4之间的摩擦力带动工件4向前输送工件4，另一个第一聚氨酯摩擦轮13由工件4带动转动，该实施例仅设置一个第一聚氨酯摩擦轮13为驱动轮，另一个随动，相比于设置两个摩擦轮均为驱动轮的方案，本实施例提供方案能够防止因两个驱动轮之间的转速不一致导致的摩擦现象，避免出现摩擦划痕，由此，本实施例提高了工件4的加工质量；另外，在其他实施例中，还可设置直线驱动机构来对工件4进行送料，只要能够实现送料功能即可；

出料单元包括出料电机14和两个第一聚氨酯摩擦轮13，出料单元中的两个第一聚氨酯摩擦轮13也上下相对设置，工件4从两个第一聚氨酯摩擦轮13之间穿过，第一聚氨酯摩擦轮13转动时能够带动工件4输出，出料电机14与一个第一聚氨酯摩擦轮13传动连接并进行驱动，另一个第一聚氨酯摩擦轮13为随动轮。出料单元与送料单元的结构相同，在此不再赘述，且送料单元也可采用现有技术中的直线驱动机构来实现出料的目的。

更为具体的，送料电机7安装在电机支架8上并将其输出端与第二联轴器22一端相连接；第二联轴器22另一端与第四驱动轴17相连接；第一聚氨酯摩擦轮13安装在第三驱动轴16、第四驱动轴17上；第三驱动轴16、第四驱动轴17两端分别通过第一轴承座10安装在第二支架9上。

磁力研抛单元包括间隙调节单元、两个抛光头和抛光液158供给装置，如图4所示，两个抛光头分别设置于工件4输送轨迹的两侧，抛光液158供给装置用于向抛光头输送抛光液158，间隙调节单元用于调节两个抛光头与工件4外表面之间的间隙值以实现定量研抛。于一些实施例中，抛光头由抛光电机156驱动转动，间隙调节单元驱动抛光头靠近和远离工件4以调节间隙值，具体的，抛光头为柱形抛光头157，抛光电机156固定安装在第六支架1590上，其输出轴通过第一联轴器155与第一驱动轴154连接；第一驱动轴154的另一端通过第二轴承座151安装在第六支架1590上；所述第一带轮152安装在第一驱动轴154上；所述第一驱动轴154通过第一带轮152上的第一同步带153将动力传递给第二驱动轴159；所述第二驱动轴159上安装柱形抛光头157，并形成抛光模块15。

本装置对整根光轴进行均匀抛光，抛光时，送料电机将光轴向前进给一定的长度后，进行抛光，抛光完毕后再进给。也可仅对工件有瑕疵的位置进行抛光，根据瑕疵分布来确定进给量。

于一些实施例中，第一聚氨酯摩擦轮13中部均设置有沿着自身周向延伸的沟槽，工件4从沟槽中穿过，沟槽用于限制工件4的侧向位移，沟槽不会影响工件4的旋转；用于驱动工件4转动的旋转驱动单元设置于工件4下方，工件4上方的第一聚氨酯摩擦轮13可由工件4带动转动也可直接与下方的第一聚氨酯摩擦轮13接触并由下方的第一聚氨酯摩擦轮13带动转动。在其他实施例中，为了实现工件4自由旋转，还可设置两个第一聚氨酯摩擦轮13为可上下移动式结构，当送料完毕进行抛光时，两个第一聚氨酯摩擦轮13远离工件4，以便于旋转驱动单元驱动工件4进行旋转。

于一些实施例中，旋转驱动单元包括两个第二聚氨酯摩擦轮23和旋转驱动电机31，两个第二聚氨酯摩擦轮23的轴线平行于工件4的轴线，且两个第二聚氨酯摩擦轮23的轴线位于工件4轴线的下方的两侧，工件4设置于两个第二聚氨酯摩擦轮23之间间隙之上，旋转驱动电机31驱动其中一个第二聚氨酯摩擦轮23旋转时带动工件4以及另一个第二聚氨酯摩擦轮23旋转。本实施例驱动工件4转动的方式较简单，驱动力为两者之间的摩擦力，为了实现更好的驱动效果，可在第二聚氨酯摩擦轮23的表面附着一层用于增大摩擦系数的摩擦层。在其他的实施例中，还可选取现有的旋转驱动机构，例如采用夹爪夹住工件4并进行旋转驱动，相比于夹爪夹紧的方式，本实施例提供的旋转驱动单元不会在工件4表面产生新的压痕，以此提高工件4表面质量。具体的，旋转驱动电机31通过第五支架30固定安装在工作台1上；旋转驱动电机31的输出轴与第三联轴器29和第四带轮28相连接，并将动力通过第二同步带27传递给第三带轮26，进而驱动第二聚氨酯摩擦轮23转动，实现工件4转动；第二聚氨酯摩擦轮23通过第三轴承座25设置在第四支架24上。

于一些实施例中，为了顺利输出工件4，沿着工件4的输送方向，出料单元背离磁力研抛单元的一侧设置有V型槽5，V型槽5沿着工件4输送轨迹延伸且用于支撑工件4，研抛完毕后，出料单元向V型槽5上输送工件4。

于一些实施例中，抛光液158供给装置包括抛光液循环池20、循环泵11和导管21，抛光液循环池20设置于两个抛光头的正下方，循环泵11和导管21用于将抛光液循环池20内的抛光液158提升并喷洒至抛光头朝向工件4的一侧，以实现抛光液158循环利用的目的，抛光液158一般由大量的粒径微小的磨粒组成，磨粒可吸附于抛光头上，具体的，抛光液一般由磁性颗粒、硅油、磨粒(如金刚石、碳化硅、氧化铈等磨粒)和少量添加剂组成。抛光液经循环泵从导管出来，被输送到柱形抛光头表面。由于柱形抛光头具有磁场，所以抛光液中的磁性和磨粒会被吸附在柱形抛光头表面形成柔性抛光垫；然后相当于理解为柱形抛光头旋转会带动抛光液(抛光垫)转动，当柱形抛光头上的抛光液靠近旋转的工件，即发生研抛。

于一些实施例中，还包括第一支架3，第一支架3通过螺钉2固定于工作台1上，V型槽5固定在第一支架3上；

于一些实施例中，间隙调节单元包括第一运动模组6和第二运动模组18，两个运动模组分别对应于两个抛光轮，分别用于驱动两个抛光轮靠近和远离工件4，另外，抛光轮属于抛光模块15的一部分，因此，第一运动模组6和第二运动模组18均直接驱动相应的抛光模块15即可实现驱动抛光轮的目的。

实施例二

本实施例还提供了一种大长径比轴类零件表面研抛方法，利用实施例一中的大长径比轴类零件表面研抛对工件4进行研抛。

于一些实施例中，研抛前，检测工件4表面的凹坑或瑕疵区域深度△r和分布情况，△r即为研抛去除深度；

计算去除深度为△r时，抛光液158所需的磁感应强度，并根据抛光头与工件4之间的磁场分布情况推导出两者之间所需的间隙值，间隙调节单元根据所需的间隙值调节两个抛光头与工件4外表面之间的间隙。

具体的，借助轮廓扫描仪扫描大长径比轴类零件表面凹坑深度△r和分布情况，根据去除深度△r计算抛光去除量，MRR＝π(2rΔr-Δr

MRR＝KPV (1)

式(1)中，K为系数，P为去除磁压力，V为抛光液与工件的沿工件轴向运动的相对速度，工件沿轴向不动，抛光液沿轴向流动；其去除磁压力P表示为：

式(2)中，μ

Bz＝u

再根据式(4)求解y，

其中a

当然，在其他实施例中也可利用现有的一些定量研抛的方法来进行间隙值的计算。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。