一種工件研磨行為全局可控的拋光裝置的制造方法
【專利摘要】本發明屬于拋光技術領域，涉及一種工件研磨行為全局可控的拋光裝置，它包括第一導軌及可沿該第一導軌往返滑行并受該第一導軌約束的第一平臺、第二導軌及可沿該第二導軌往返滑行并受該第二導軌約束的第二平臺、含有散粒狀磨料的研磨拋光介質及盛裝該研磨拋光介質的容器。與現有技術相比，本裝置的最大特色在于采用導軌約束和可控電機的驅動方式來調控工件的拋光行為，同時結合自由散粒狀磨料特有的研磨性質，籍此獲得工件全局可控的研磨軌跡、研磨速度和研磨壓力，不僅能夠全局拋光異形工件的復雜表面，而且能夠保證拋光質量的一致性；此外，拋光全程少用甚至棄用電解或化學的拋光手段，由此減少乃至避免了拋光作業對環境造成的電化學污染。
【專利說明】
一種工件研磨行為全局可控的拋光裝置
技術領域
[0001] 本發明屬于機械拋光技術領域，涉及一種利用自由粒狀磨料對工件表面進行拋光 的裝置，具體地說涉及一種能約束拋光工件作特定研磨運動的拋光裝置，更具體地說涉及 一種能強制約束復雜三維曲面工件全局表面作指定研磨運動的拋光裝置。
【背景技術】
[0002] 眾所周知，許多具有復雜三維曲面的工件，比如衛浴龍頭、門把手以及其它各種五 金構件等，往往需要對其表面進行拋光處理，以便獲得平滑乃至光整的表面形貌和外觀質 量。然而，由于這些工件的表面多為不規則的復雜三維型面，因此處理起來十分困難，至今 仍為拋光領域一直面臨并無法規避的棘手難題。傳統的砂輪拋光和砂帶拋光分屬于硬拋光 手段和軟拋光手段，對于那些擁有規則的回旋面和平面類的工件，采用砂輪拋光和砂帶拋 光雖然可以獲得較高效率和較高質量的拋光效果，但是對于那些曲率半徑變化繁復的復雜 曲面工件，砂輪拋光和砂帶拋光則由于受到砂輪和導輪半徑的不可調節、以及拋光區域時 常出現無法容納拋光元件等結構因素的限制，因此導致目標工件出現砂輪或者砂帶無法企 及的部位，亦即意味著此時工件存在有無法拋光的死區，換言之面對復雜三維曲面的工件， 上述兩種拋光手段常常難以對其進行全局拋光處理。
[0003] 目前，針對復雜結構特征的工件表面拋光，較為成熟亦較為主流的處置手段就是 采用振動研磨拋光或者采用電化學拋光，即采用機械能和流體能的機械作用方式或者利用 電力場和化學場的電化學作用方式，從微觀的層面和全方位的角度對工件的三維表面實施 拋光。振動研磨拋光和電化學拋光各具特色，眾所周知的事實是，面對異形工件表面拋光， 它們的短處與它們的長處一樣凸顯： 1)振動研磨拋光即是將工件與磨料顆粒自由地混雜在一起，采用固粒單相、液粒兩相 或者液粒氣三相的拋光介質包圍或者裹挾工件，然后對盛裝有工件和拋光介質的容器(槽 或者筒)施加一定的振動，往返的振動或者旋轉的振動，從而使磨料相對于工件表面產生不 確定的運動滑移與碰撞刮擦，最終達成拋光工件表面的目的。現有技術中的振動拋光機正 是實施這一技術的典型代表，比如臺灣地區生產的"三次元振動研磨機"、山西省機電設計 研究院研發的"渦旋振動研磨光整機"（詳見《山西機械》1995年第1期）等等。振動研磨拋光 屬機械拋光范疇，其優點是對工件表面的形狀適應性較強，換句話說面對復雜三維曲面的 工件，振動拋光機照樣能夠從容對其拋光。但是，傳統的振動研磨拋光依然存在有局限性， 主要表現在:被拋光的工件，在拋光時是被任意地和無定位約束地放進振動槽里，工件被埋 入并混雜在磨粒介質當中，整個拋光處理過程工件及磨粒的運動均是雜散的和隨機的，一 方面工件與工件之間、工件與容器槽之間發生相互碰撞是幾乎無法避免的大概率事件，由 此極易造成工件表面的損傷而降低產品的外觀品相；另一方面，工件表面各點的運動是隨 機的和不可控的，即使是同一個工件，其表面上各點的運動速率及運動方向亦大相徑庭，而 且隨時隨地還在不斷地發生著改變，更遑論各個不同工件之間的運動速度，更是差異極大。 眾所周知，拋光質量與磨料刮削工件表面的速度及作用力密切相關，顯然，上述工作方式和 工作狀態極易造成工件某些部位過拋光而另一些部位欠拋光，亦即意味著拋光質量很難統 一和把控，換言之拋光質量的一致性較差。
[0004] 2)電化學拋光主要是利用電解腐蝕或者化學腐蝕的方式對工件表面的微小凸起、 尖銳以及飛邊進行蝕除，以此降低工件表面的粗糙度，從而獲得拋光效果。電化學拋光的優 點是不受工件表面形狀的限制，因此非常適合那些具有復雜型面的家用五金件的拋光。但 是，電化學拋光存在有難以處置的環境污染問題，或者說它對環境不夠友好，因此限制了它 的推廣及應用。另外，電化學拋光還存在有一定的局限性，如電力場及化學場的設計和控制 非常困難，再有就是它對工件的材料有特殊的偏愛或者說它對工件的材料成分構成十分敏 感，對付不同材質的工件其拋光效果、拋光效率和拋光成本差異迥然。電化學拋光應用于由 不銹鋼材質制成的五金構件較為劃算，是目前該類材質工件拋光的常用手段。
[0005] 綜上，針對復雜異形曲面工件的拋光，當前常規拋光技術均不同程度地存在有硬 傷:砂輪式的"硬拋光"和砂帶式的"軟拋光"常常因出現處置死區而無法對工件實施全局拋 光，振動研磨拋光由于研磨參數不可控而無法保證工件拋光質量的一致性，電化學拋光則 因存在電化污染而對環境不友好且電化學拋光對工件材質有特殊要求。一言以蔽之，上述 傳統拋光技術尚存在進一步提升和改進的空間。
【發明內容】
[0006] 為了克服現有拋光技術對異形工件表面拋光時存在的不足，本發明提出一種實現 工件整體拋光的工件研磨行為全局可控的拋光裝置。
[0007] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案是： 一種工件研磨行為全局可控的拋光裝置，包括含有自由散粒狀磨料的研磨拋光介質， 和盛裝該研磨拋光介質的容器，拋光裝置還包括第一導軌及可沿該第一導軌滑行并受該第 一導軌約束的第一平臺、第二導軌及可沿該第二導軌滑行并受該第二導軌約束的第二平 臺、驅動第一平臺并使該第一平臺相對于第一導軌作往返運動的第一電機、驅動第二平臺 并使該第二平臺相對于第二導軌作往返運動的第二電機、控制并協調第一電機及第二電機 運轉規律的控制器、用于安裝工件并讓工件探觸到研磨拋光介質的工件掛板，其中所述第 二導軌被緊固在第一平臺上或者第二導軌與第一平臺為一體結構制作，所述工件掛板與第 二平臺緊固連接或者工件掛板與第二平臺為一體結構制作，被拋光的工件受到工件掛板的 驅使而運動并產生相對于研磨拋光介質的研磨運動。
[0008] 作為上述技術方案的改進，所述第一導軌和第二導軌均為直線導軌，并且第一導 軌與第二導軌相互垂直。
[0009] 作為上述技術方案的進一步改進，所述第一平臺、第一導軌和驅動第一平臺的第 一電機分別設置有至少兩個，第二平臺、第二導軌和驅動第二平臺的第二電機分別至少設 置有兩個。
[0010] 進一步，拋光裝置設置有力傳感器實時檢測第一電機驅動第一平臺的作用力的數 值，并通過比較第一電機和第一平臺的作用力決定第一電機的運行參數從而調整、改變第 一電機對第一平臺總驅動力的貢獻值;拋光裝置也設置有力傳感器實時檢測第二電機驅動 第二平臺的作用力數值，并可通過比較第二電機和第二平臺的作用力決定第二電機的運行 參數從而調整、改變第二電機對第二平臺總驅動力的貢獻值。
[0011] 進一步，拋光裝置設置有位置傳感器監測第一平臺和第二平臺的位置，并通過校 驗和比較第一平臺22與第二平臺24的位置信息反饋以調控第一電機與第二電機的關聯運 動。
[0012] 進一步，所述控制器調控第一電機和第二電機實現協同運轉規律或者協同運轉效 果，在第一電機和第二電機的聯合驅動下，被拋光工件在拋光進程中的主拋光運動呈現為 相對于容器的平動轉動。
[0013] 進一步，被拋光工件相對于容器所作的平動轉動為等速率轉動的平動圓周運動， 其中第一平臺相對于第一導軌所作的往返運動以及第二平臺相對于第二導軌所作的往返 運動皆為簡諧運動，并且第一平臺沿第一導軌的簡諧運動與第二平臺沿第二導軌的簡諧運 動具有相同數值的幅值和相同數值的周期，且第二平臺沿第二導軌的簡諧運動的相位與第 一平臺沿第一導軌的簡諧運動的相位相差弧度。
[0014] 進一步，所述容器內設置有分隔研磨拋光介質的格柵，所述格柵具有若干個隔離 單元，被拋光的工件可探入格柵的隔離單元內并與該隔離單元中的研磨拋光介質發生研磨 拋光運動。
[0015] 進一步，所述格柵的隔離單元只容納一個被拋光工件，隔離單元設置有與其所容 納工件作平動研磨轉動時形成的外包絡面對應的分隔型面，而且該分隔型面完全包容該工 件研磨拋光時的平動轉動外包絡面。
[0016] 進一步，所述研磨拋光介質中部分或全部的粒狀磨料含帶有鐵質成分，所述容器 的底部設置有可產生磁力吸引并集聚含鐵研磨拋光介質的磁鐵。
[0017] 進一步，所述磁鐵為電磁鐵，并且該電磁鐵所產生的磁力規律包括磁場強度大小、 磁場分布狀況和磁力產生時序均可調控。
[0018] 進一步，所述容器設置有振動發生器。
[0019] 進一步，所述容器設置有獨立底板，所述獨立底板通過彈性密封材料制成的密封 墊連接在容器的殼體上，所述振動發生器貼合連接在獨立底板上。
[0020] 進一步，拋光裝置還包括驅使研磨拋光介質流動的驅動栗。
[0021] 進一步，拋光裝置還包括用于調節研磨拋光介質工作溫度的控溫器。
[0022] 本發明的有益效果是:本拋光裝置首先能夠實現有效全局拋光異形工件的復雜三 維表面，其次能夠有效保證工件表面全局拋光質量的一致性，最后能夠有效減少拋光過程 對環境造成電化學污染。本裝置的最大特色在于采用導軌約束和可控電機的驅動方式來調 控工件的拋光行為，同時結合自由散粒狀磨料特有的研磨性質，籍此獲得工件全局可控的 研磨軌跡、研磨速度和研磨壓力，不僅能夠全局拋光異形工件的復雜表面，而且能夠保證拋 光質量的一致性;此外，拋光全程少用甚至棄用電解或化學的拋光手段，由此減少乃至避免 了拋光作業對環境造成的電化學污染。
【附圖說明】
[0023]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0024]圖1是本發明實施例的安裝結構示意圖； 圖2是圖1實施例另一角度的安裝結構示意圖； 圖3是圖1實施例又另一角度的安裝結構示意圖； 圖4是本發明工件在容器內的平動示意圖。
【具體實施方式】
[0025] 參照圖1-圖3,本發明的一種工件研磨行為全局可控的拋光裝置，包括含有自由散 粒狀磨料的研磨拋光介質，和盛裝該研磨拋光介質的容器1，拋光裝置還包括第一導軌21及 可沿該第一導軌21滑行并受該第一導軌21約束的第一平臺22、第二導軌23及可沿該第二導 軌23滑行并受該第二導軌23約束的第二平臺24、驅動第一平臺22并使該第一平臺22相對于 第一導軌21作往返運動的第一電機25、驅動第二平臺24并使該第二平臺24相對于第二導軌 23作往返運動的第二電機26、控制并協調第一電機25及第二電機26運轉規律的控制器3、可 安裝工件并能夠讓工件探觸到研磨拋光介質的工件掛板27,其中所述第二導軌23被緊固在 第一平臺22上或者第二導軌23與第一平臺22為一體結構制作，所述工件掛板27與第二平臺 24緊固連接或者工件掛板27與第二平臺24為一體結構制作，被拋光的工件受到工件掛板27 的驅使而運動并產生相對于研磨拋光介質的研磨運動。第一導軌21和第二導軌23固定在一 機架的機臺上，容器1安裝在機臺下方的機架上，第一平臺22和第二平臺24于機臺上帶動工 件掛板27相對容器1移動，所述工件掛板27呈U形，其兩側與第二平臺24連接，底部安裝工 件。
[0026] 控制器3發出控制信號，控制第一電機25通過螺桿移動機構驅動第一平臺22沿第 一導軌21往返移動，以及控制第二電機26通過螺桿移動機構驅動第二平臺24沿第二導軌23 往返移動，第一平臺22和第二平臺24的移動軌跡疊加從而實現工件掛板27整體平面的移 動，故工件在平動過程中與研磨拋光介質相互作用進行拋光。
[0027] 參考圖1-3,所述第一導軌21和第二導軌23均為直線導軌，并且第一導軌21與第二 導軌23相互垂直，所述第一平臺22、第一導軌21和驅動第一平臺22的第一電機25分別設置 有至少兩個，第二平臺24、第二導軌23和驅動第二平臺24的第二電機26分別至少設置有兩 個，即工件掛板27的四邊分別對稱地被第一平臺22和第二平臺24圍繞和連接。
[0028] 拋光裝置設置有力傳感器實時檢測每個第一電機25各自驅動第一平臺22的作用 力的數值、并可通過比較它們作用力的大小來決定哪些第一電機25的運行參數需要調整以 改變其對第一平臺22總驅動力的貢獻值，從而保證各個第一電機25驅動力的同步性;拋光 裝置也設置有力傳感器實時檢測每個第二電機26各自驅動第二平臺24的作用力的數值、并 可通過比較它們作用力的大小來決定哪些第二電機26的運行參數需要調整以改變其對第 二平臺24總驅動力的貢獻值，從而保證各個第二電機26驅動力的同步性。
[0029]拋光裝置設置有位置傳感器來監測第一平臺22和第二平臺24的位置信息，并可通 過校驗和比較第一平臺22與第二平臺24的位置信息來反饋并調控第一電機25與第二電機 26的關聯運動，以確保第一平臺22和第二平臺24運動位置的同步性。
[0030] 第一電機25和第二電機26在控制器的調控下兩者的協同運轉規律或者協同運轉 效果為:在第一電機25和第二電機26的聯合驅動下，被拋光工件在拋光進程中的主拋光運 動呈現為相對于容器的平動轉動。
[0031] 被拋光工件相對于容器所作的平動轉動為等速率轉動的平動圓周運動，其中第一 平臺22相對于第一導軌21所作的往返運動以及第二平臺24相對于第二導軌23所作的往返 運動皆為簡諧運動，并且第一平臺22沿第一導軌21的簡諧運動與第二平臺24沿第二導軌23 的簡諧運動具有相同數值的幅值和相同數值的周期，但第二平臺24沿第二導軌23的簡諧運 動的相位與第一平臺22沿第一導軌21的簡諧運動的相位相差弧度。
[0032] 散粒狀的研磨介質在容器2和工件的帶動或攪動下，會出現離散運動的趨勢，并影 響到它們與工件表面的接觸狀態，同時研磨介質主要依靠重力和介質中的粘性保持和恢復 其靜止的狀態，也導致研磨介質對工件表面產生的接觸力不夠大，所有這些必然會導致工 件研磨處置效率低下，為了改變這一不足，參考圖3和圖4,所述容器1內設置有分隔研磨拋 光介質的格柵11，所述格柵11具有若干個隔離單元12,被拋光的工件可探入格柵的隔離單 元12內并與該隔離單元12中的研磨拋光介質發生研磨拋光運動，各個隔離單元12上的工件 掛板27設置有匹配蓋合且帶手柄的工件蓋，其可用于吊掛工件，方便操作。
[0033] 如圖4所示，由于格柵11的圍攏作用，能夠有效減少研磨介質的離散運動，從而有 利于增加其保持和恢復靜止狀態的能力。參考圖4,所述格柵11的隔離單元12只容納一個被 拋光工件6,隔離單元12設置有與其所容納工件6作平動研磨轉動時形成的外包絡面相似的 分隔型面，而且該分隔型面能夠完全包容該工件6研磨拋光時的平動轉動外包絡面，工件6 邊緣上標示的虛線圈為工件6邊緣各點的平動軌跡。此時格柵12的圍攏效應將更加有效和 強大，由此可促進研磨介質與工件表面的接觸機會和接觸力度。
[0034] 為了減少研磨介質在工作過程當中的離散運動的趨勢，所述研磨拋光介質中部分 或全部的粒狀磨料含帶有鐵質成分，所述容器1的底部設置有可產生磁力吸引并集聚含鐵 研磨拋光介質的磁鐵(附圖未畫出）。所述磁鐵為電磁鐵，并且該電磁鐵所產生的磁力規律 包括磁場強度大小、磁場分布狀況和磁力產生時序均可調控。通過磁鐵產生的磁力增強研 磨介質恢復靜止狀態的能力并有效增加研磨介質對工件的接觸力。
[0035] 參考圖1和圖2,所述容器1底部的殼體上設置有振動發生器4,所述振動發生器4 一 般固定在機架上，同時容器1活動連接在機架上，通過振動發生器4驅動容器1產生振動，為 了增加研磨介質對工件的研磨能力，可以在工件作強制平動圓周轉動的基礎上，增設上對 研磨介質的強迫振動，即附加和疊加上研磨介質對工件表面的碰擊和刮削作用，從而提高 研磨效率和研磨質量。
[0036] 參考圖2,所述容器1設置有獨立底板13,所述獨立底板13通過彈性密封材料制成 的密封墊連接在容器1的殼體上，所述振動發生器4貼合連接在獨立底板13上，振動發生器4 首先將振動施加到獨立底板13上，接著由獨立底板13傳導并作用到研磨介質上，最終形成 研磨介質對工件表面的碰擊和刮削。
[0037] 參考圖1，拋光裝置還包括驅使研磨拋光介質流動的驅動栗5。
[0038] 拋光裝置還包括用于調節研磨拋光介質工作溫度的控溫器。
[0039] 本裝置的最大特色在于采用導軌約束和可控電機的驅動方式來調控工件的拋光 行為，同時結合自由散粒狀磨料特有的研磨性質，籍此獲得工件全局可控的研磨軌跡、研磨 速度和研磨壓力，不僅能夠全局拋光異形工件的復雜表面，而且能夠保證拋光質量的一致 性;此外，拋光全程少用甚至棄用電解或化學的拋光手段，由此減少乃至避免了拋光作業對 環境造成的電化學污染。
[0040] 以上所述，只是本發明的較佳實施方式而已，但本發明并不限于上述實施例，只要 其以任何相同或相似手段達到本發明的技術效果，都應落入本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種工件研磨行為全局可控的拋光裝置，包括含有自由散粒狀磨料的研磨拋光介 質，和盛裝該研磨拋光介質的容器，其特征在于:拋光裝置還包括第一導軌及可沿該第一導 軌滑行并受該第一導軌約束的第一平臺、第二導軌及可沿該第二導軌滑行并受該第二導軌 約束的第二平臺、驅動第一平臺并使該第一平臺相對于第一導軌作往返運動的第一電機、 驅動第二平臺并使該第二平臺相對于第二導軌作往返運動的第二電機、控制并協調第一電 機及第二電機運轉規律的控制器、用于安裝工件并讓工件探觸到研磨拋光介質的工件掛 板，其中所述第二導軌被緊固在第一平臺上或者第二導軌與第一平臺為一體結構制作，所 述工件掛板與第二平臺緊固連接或者工件掛板與第二平臺為一體結構制作，被拋光的工件 受到工件掛板的驅使而運動并產生相對于研磨拋光介質的研磨運動。2. 根據權利要求1所述的一種工件研磨行為全局可控的拋光裝置，其特征在于:所述第 一導軌和第二導軌均為直線導軌，并且第一導軌與第二導軌相互垂直。3. 根據權利要求1所述的一種工件研磨行為全局可控的拋光裝置，其特征在于:所述第 一平臺、第一導軌和驅動第一平臺的第一電機分別設置有至少兩個，第二平臺、第二導軌和 驅動第二平臺的第二電機分別至少設置有兩個。4. 根據權利要求1所述的一種工件研磨行為全局可控的拋光裝置，其特征在于:拋光裝 置設置有力傳感器實時檢測第一電機驅動第一平臺的作用力的數值，并通過比較第一電機 和第一平臺的作用力決定第一電機的運行參數從而調整、改變第一電機對第一平臺總驅動 力的貢獻值;拋光裝置也設置有力傳感器實時檢測第二電機驅動第二平臺的作用力數值， 并可通過比較第二電機和第二平臺的作用力決定第二電機的運行參數從而調整、改變第二 電機對第二平臺總驅動力的貢獻值;拋光裝置設置有位置傳感器監測第一平臺和第二平臺 的位置，并通過校驗和比較第一平臺22與第二平臺24的位置信息反饋以調控第一電機與第 ^?電機的關聯運動。5. 根據權利要求1-4任一所述的一種工件研磨行為全局可控的拋光裝置，其特征在于： 所述控制器調控第一電機和第二電機實現協同運轉規律或者協同運轉效果，在第一電機和 第二電機的聯合驅動下，被拋光工件在拋光進程中的主拋光運動呈現為相對于容器的平動 轉動。6. 根據權利要求5所述的一種工件研磨行為全局可控的拋光裝置，其特征在于:被拋光 工件相對于容器所作的平動轉動為等速率轉動的平動圓周運動，其中第一平臺相對于第一 導軌所作的往返運動以及第二平臺相對于第二導軌所作的往返運動皆為簡諧運動，并且第 一平臺沿第一導軌的簡諧運動與第二平臺沿第二導軌的簡諧運動具有相同數值的幅值和 相同數值的周期，且第二平臺沿第二導軌的簡諧運動的相位與第一平臺沿第一導軌的簡諧 運動的相位相差f弧度。7. 根據權利要求1所述的一種工件研磨行為全局可控的拋光裝置，其特征在于:所述容 器內設置有分隔研磨拋光介質的格柵，所述格柵具有若干個隔離單元，被拋光的工件可探 入格柵的隔離單元內并與該隔離單元中的研磨拋光介質發生研磨拋光運動。8. 根據權利要求7所述的一種工件研磨行為全局可控的拋光裝置，其特征在于:所述格 柵的隔離單元只容納一個被拋光工件，隔離單元設置有與其所容納工件作平動研磨轉動時 形成的外包絡面對應的分隔型面，而且該分隔型面完全包容該工件研磨拋光時的平動轉動 外包絡面。9. 根據權利要求1所述的一種工件研磨行為全局可控的拋光裝置，其特征在于:所述研 磨拋光介質中部分或全部的粒狀磨料含帶有鐵質成分，所述容器的底部設置有可產生磁力 吸引并集聚含鐵研磨拋光介質的磁鐵，所述磁鐵為電磁鐵，并且該電磁鐵所產生的磁力規 律包括磁場強度大小、磁場分布狀況和磁力產生時序均可調控。10. 根據權利要求1所述的一種工件研磨行為全局可控的拋光裝置，其特征在于:所述 容器設置有振動發生器，容器設置有獨立底板，所述獨立底板通過彈性密封材料制成的密 封墊連接在容器的殼體上，所述振動發生器貼合連接在獨立底板上;拋光裝置還包括驅使 研磨拋光介質流動的驅動栗和/或用于調節研磨拋光介質工作溫度的控溫器。
【文檔編號】B24B47/12GK105881184SQ201610344346
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年5月20日
【發明人】王天雷, 耿愛農, 李辛沫, 朱飛, 張京玲
【申請人】五邑大學