基于平動圓周轉動的工件表面處理設備的制造方法
【專利摘要】本發明公開了基于平動圓周轉動的工件表面處理設備，包括盛裝研磨介質的容器,以及作平動圓周轉動的工作臺、可安裝工件并能夠讓工件探觸到研磨介質的工件掛板，所述工件掛板緊固在工作臺上或者工件掛板與工作臺為一體結構制作。本設備強迫工件作相對于研磨介質的平動圓周轉動研磨運動，使工件表面全局任意點位都具有相同的研磨速度和研磨軌跡，并且研磨介質中的磨粒作用于工件表面各點的接觸壓力亦大致相同，故能夠有效保證工件全局表面處理質量的一致性。另外，設備采用工作臺硬隔離式地安裝和就位待處理工件，使得工件不再發生撞碰和刮擦，從而有效地避免了研磨過程發生損傷工件外表品質的事故，亦從另一角度保證了工件表面處理質量的一致性。
【專利說明】
基于平動圓周轉動的工件表面處理設備
技術領域
[0001]本發明屬于機械表面處理技術領域，涉及一種主要利用自由散粒狀磨料對工件表面進行處理的設備，具體地說涉及一種可對異形工件表面進行處理的設備，更具體地說涉及一種基于平動圓周轉動來控制工件研磨速度的表面處理設備。
【背景技術】
[0002]在機械產品的生產制造過程當中，常常需要對工件的表面進行諸如去銹、除垢、清污、研磨或拋光等處理程序，以便獲得光潔滑順的工件表面。對于那些具有復雜三維曲面的工件如衛浴龍頭、門把手等五金構件，目前最為有效的機械表面處理手段就是采用振動研磨處理，亦即將工件與自由散粒狀的磨料混雜在一起，采用固粒單相、液粒兩相或者液粒氣三相的工作介質包圍或者裹挾工件，然后對盛裝有工件和工作介質的容器(槽或者筒)施加一定的振動激勵，往返的振動或者旋轉的振動，從而使得磨料相對于工件表面產生不確定的碰撞與刮擦，最終達成研磨處理工件表面的目的。現有技術中，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”(見《山西機械》1995年第I期)等等，正是以振動研磨手段來處理異形工件表面的典型代表。
[0003]振動研磨機的原理是，將工件任意地和無定位約束地放進一個開放式的盛有研磨介質的振動盤當中，其中振動盤通過振動彈簧與底座相連，在振動盤的中部安裝有振動馬達，利用振動馬達驅動一個偏心塊做旋轉運動，以此產生強大的激振力震蕩振動盤，并迫使工件在研磨介質當中翻滾、挪移和跳動，從而造成研磨介質對工件表面的碰撞與刮削，最終達到處理工件表面的目的。毫無疑問，振動研磨機的優點是對工件表面形狀具有較強的適應性，換句話說它可以對各種復雜型面的工件實施研磨處置，因此特別適合處理那些具有異形表面的五金構件。
[0004]然而，目前傳統的振動研磨機依然存在有一定的局限性，主要表現在:I)由于工件和磨粒的運動均是隨機的和不可控的，磨粒對工件表面各點形成的研磨速度和研磨壓力大相徑庭，并隨時隨地還在發生著改變，眾所周知，研磨質量與磨粒刮削工件表面的速度及作用力密切相關，顯然上述工作方式極易造成工件某些部位過處理而另一些部位欠處理，換言之工件表面處理質量的一致性很難保證;2)被處理的工件被任意地和無定位約束地混雜在磨粒介質當中，整個處置過程工件及磨粒的運動均是雜散的和隨機的，致使工件與工件之間、工件與容器槽之間發生碰撞幾乎是無法避免的大概率事件，由此極易造成工件外表的損傷而降低產品的外觀品質。
【發明內容】
[0005]為了克服現有技術的不足，本發明提出基于平動圓周轉動的工件表面處理設備，目的在于有效提高工件表面處理質量的一致性，并有效避免研磨處理過程損傷工件的外表品質。
[0006]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是: 基于平動圓周轉動的工件表面處理設備，包括包含有自由散粒狀磨料的研磨介質、盛裝該研磨介質的容器，還包括有作平動圓周轉動的工作臺、可安裝工件并能夠讓工件探觸到研磨介質的工件掛板，所述工件掛板緊固在工作臺上或者工件掛板與工作臺為一體結構制作，被處置的工件受到工件掛板的驅使而做平動圓周轉動并形成相對于研磨介質的研磨運動。
[0007]作為上述技術方案的改進，所述工作臺的平動圓周轉動由一個平行四邊形機構予以約束并予以實現，該平行四邊形機構包括至少兩組偏心軸系，每一組偏心軸系均包括有一個圍繞自身固定軸線作定軸轉動的主軸、一個與主軸固定連接或者與主軸為一體結構制作的曲柄、一個與曲柄連接并圍繞主軸固定軸線作旋轉運動的偏心銷，所述偏心軸系通過偏心銷與工作臺連接并約束和驅動工作臺，偏心軸系的主軸固定軸線以及偏心銷運動軸線均分別相平行。
[0008]作為上述技術方案的進一步改進，所述主軸中至少有一個主軸受到電機的驅動而轉動，所述偏心軸系中，偏心銷與曲柄固定配合的同時偏心銷與工作臺轉動配合、或者偏心銷與曲柄轉動配合的同時偏心銷與工作臺固定配合、或者偏心銷與曲柄轉動配合的同時偏心銷與工作臺也為轉動配合。
[0009]進一步，所述曲柄上開設有滑槽，滑槽內設置有滑塊，所述偏心銷通過該滑塊與曲柄進行連接，偏心銷與滑塊為轉動配合、或者偏心銷與滑塊為緊固配合、或者偏心銷與滑塊為一體結構制作。
[0010]進一步，所述滑槽內設置有調整塊或/和調節螺釘，所述滑塊在滑槽中的位置受到調節塊或/和調節螺釘的約束與限定。
[0011]進一步，所述偏心軸系的主軸均通過皮帶傳動連接并在皮帶的約束下進行同向的聯動轉動。
[0012]進一步，所述曲柄上設置有離心式平衡塊。
[0013]進一步，所述容器的研磨介質含有鐵質成分，容器的底部設置有可產生磁力吸引并集聚這些研磨介質的磁鐵。
[0014]進一步，所述容器內設置有可分隔研磨介質的格柵，所述格柵具有若干個隔離單元，被處置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介質發生研磨運動。
[0015]進一步，所述格柵的隔離單元只容納一個被處置的工件，隔離單元設置有與其所容納工件作平動圓周轉動時形成的外包絡面對應的型面，而且該型面能夠完全包容該工件的平動轉動時的外包絡面。
[0016]進一步，所述容器設置有獨立底板，所述獨立底板上設置有振動發生器，所述獨立底板通過彈性密封材料制成的環墊與容器的殼體實現密封連接。
[0017]本發明的有益效果是:I)采用平動轉動的工作臺約束工件作強制的平動圓周轉動，使得工件表面全局任意點位都具有相同的研磨軌跡和研磨速度，而且研磨介質中的磨粒相對于工件表面各點的接觸壓力亦基本相同，故能有效保證工件全局表面處理質量的一致性;2)采用工作臺有效硬隔離安置各個處置工件，從而使得工件與工件之間以及工件與容器之間不再發生撞碰刮擦，有效地避免了研磨處理過程發生損傷工件外表品質的現象。
【附圖說明】
[0018]下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
[0019]圖1是本發明實施例的安裝結構示意圖；
圖2是本發明實施例底部視角的局部安裝結構示意圖；
圖3是本發明實施例偏心軸系的安裝結構分解示意圖；
圖4是本發明工件在容器內的平動示意圖。
【具體實施方式】
[0020]參照圖1，本發明的基于平動圓周轉動的工件表面處理設備，包括盛裝自由散粒狀磨料的研磨介質的容器2，和作平動圓周轉動的工作臺3、用于安裝工件并能夠讓工件探觸到容器2內的研磨介質的工件掛板5，其中所述工件掛板5緊固在工作臺3上，或者工件掛板5與工作臺3為一體結構制作，被處置的工件受到工件掛板5的驅使而做平動圓周轉動并形成相對于容器2和研磨介質的研磨運動。
[0021]平動是機械中的一種運動狀態，其指剛體在運動過程中剛體上的任意兩個點的連線其方向始終保持不變，在本發明中所涉及到的工件的運動一般都是作二維的平面運動。顯然，作平動圓周轉動的工件其上任意點位的運動均具有相同的運動行為特性，即它們在某一任意瞬間均具有相同大小和相同方向的速度，并具有相同半徑的圓周軌跡，特別地當工件的平動圓周轉動為勻速率圓周運動時，則工件外表面上所有的任意點位在其運動的全過程當中均具有彼此相同的速率、方向和軌跡，毋庸置疑這一運動特質可保證工件具有全局相同的研磨規律和研磨行為，換句話說研磨介質對工件表面的研磨處置效果相當，亦即獲得的工件的表面處理質量具有很好的一致性。另一方面，本發明采用工件掛板5來就位和安裝工件，即采用硬隔離的方式對各工件實施分隔，從而可有效避免研磨處理過程損傷工件的外表品質。
[0022]所述容器固定在機臺4上，工作臺3帶動工件掛板5驅使工件在容器2內進行平動研磨。約束工作臺3作平動轉動的方式很多，作為優選方式，驅使工作臺3做平動圓周轉動的工作由一個平行四邊形機構來予以約束并予以實現(參見圖1)，該平行四邊形機構包括有至少兩組偏心軸系，其中每一組偏心軸系均包括有一個圍繞自身固定軸線作定軸轉動的主軸
6、一個與該主軸6固定連接或者與該主軸6為一體結構制作的曲柄7、一個與曲柄7連接并圍繞主軸6固定軸線作旋轉運動的偏心銷8，所述的這兩組偏心軸系通過它們的兩個偏心銷8與工作臺3發生聯系并通過這兩個偏心銷8來約束和驅動工作臺3，這兩組偏心軸系B的兩個主軸6的固定軸線以及兩個偏心銷8的運動軸線一共四根軸線全部兩兩平行設置、并且它們的軸心(指沿著固定軸線的軸向方向進行觀察，所有固定軸線及運動軸線均各自聚集成一個點亦即它們各自所謂的軸心)可以構成一個動態的平行四邊形，主軸6、曲柄7和偏心銷8分別至少設置有兩個，主軸6固定在機臺4上，曲柄7的中心軸與主軸6轉動連接，曲柄7的偏心軸與偏心銷8連接，且曲柄7通過偏心銷8與工作臺3連接。
[0023]所說的動態的平行四邊形是因為在設備運轉的過程當中，由上述兩組偏心軸系的兩個固定軸線的軸心和兩個運動軸線的軸心始終構成平行四邊形，而且這個平行四邊形的形態一直處在不斷變化之中，特別地當這兩個固定軸線及兩個運動軸線運行至共面狀態時，此時的平行四邊形將退化聚集成一條直線段，當然動態的平行四邊形始終保持兩個固定軸線的距離不變、兩個運動軸線的距離亦不變，且兩個固定軸線之間的距離與兩個運動軸線之間的距離兩者始終保持相等。根據機械知識可知，采用上述布局形式獲得的工作臺3的運動行為一定是平動圓周運動，工作臺3上任意一點的軌跡均為圓周軌跡且圓周半徑均等于同一組偏心軸系B中其固定軸線與運動軸線之間的距離(該距離亦叫做偏心銷8的偏心距)，特別當偏心銷8圍繞固定軸線作勻速圓周運動時，工作臺3將全局作等速率同方向的等半徑圓周運動，換言之安裝在工作臺3上的工件亦將具有全局相等的運動行為亦即具有全局相同的研磨特性。
[0024]采用上述平行四邊形機構約束并獲得工作臺3作平動圓周轉動的表面處理設備，其兩組偏心軸系的兩個主軸6當中至少有一個主軸6受到電機9的驅動而轉動(當然也可以讓兩個主軸6均同時受到電機9的驅動)，此時兩組偏心軸系中偏心銷8與曲柄7及工作臺3之間的連接可以有三種布局形式:1)偏心銷8與曲柄7采用固定配合，同時該偏心銷8與工作臺3采用轉動配合;2)偏心銷8與曲柄7采用轉動配合，同時該偏心銷8與工作臺3采用固定配合;3)偏心銷8與曲柄7采用轉動配合，同時該偏心銷8與工作臺3亦采用轉動配合;需要說明的是，電機9驅動主軸6的方式非常多，其中一個做法是通過皮帶10來驅動主軸6(如圖2所示)。另外，為了調節偏心銷8的偏心距以便獲得不同的工作臺3平動圓周轉動的運行參數，本發明可以在曲柄7上開設滑槽71，并在滑槽71內設置滑塊11(如圖3所示)，此時偏心銷8通過該滑塊11與曲柄7進行連接，其中偏心銷8與滑塊11可以為轉動配合、偏心銷8與滑塊11也可以為緊固配合、偏心銷8與滑塊11還可以為一體結構制作。為了隨時根據需要調節偏心銷8的偏心距，可以在上述的滑槽71內設置調整塊12或/和調節螺釘13(如圖3所示)，此時滑塊11在滑槽71中的位置受到調節塊12或/和調節螺釘13的約束與限定，注意此位置將決定偏心銷8偏心距的大小，換言之由調節塊12或/和調節螺釘13可以調控工作臺3的運行參數
由于設備通常都具有一定的結構尺寸，考慮到運行穩定性的需要，本發明可以在除了構成驅動工作臺3運動的平行四邊形機構中的兩組偏心軸系之外，還可以再另外增設至少一組偏心軸系，并且讓包括新增偏心軸系在內的所有偏心軸系其全部軸線均相互平行而且其全部偏心距均相同；需要說明的是，新增的偏心軸系事實上構成了設備機構的虛約束，在某些場合，虛約束在實際的機械機構中是允許的，有時甚至是必需的，這在尺寸較大的設備當中經常運用，因為在不影響機器運轉確定性的前提下虛約束的增設可以提高設備的剛性和穩定性。
[0025]由平行四邊形的特性容易理解，當設備運行到某些極限位置時會存在死點的現象，比如平行四邊形機構中的兩個固定軸線及兩個運動軸線，當它們的軸心運行至共線狀態時就出現死點，本發明為了保證平行四邊形機構能夠順利通過這些死點，可以采用一個較佳的做法，這就是將設備中的全部偏心軸系的所有主軸均全部使用同步皮帶聯系在一起，并在該同步皮帶的約束下進行同向的聯動轉動。
[0026]由于工作臺3及工件做的是平動圓周運動，存在所謂的運動圓周半徑亦即偏心距，因此工作臺3及工件必然會派生出離心慣性力而造成設備產生振動，本發明為了減少振動，可以在設備至少兩個曲柄7上設置離心式平衡塊15(如圖3所示)，利用平衡塊15產生的離心慣性力削減甚至完全抵消工作臺3及工件派生的離心慣性力，從而提高設備的穩定性。本發明為了適應和對付不同的工件所引發的不同數值的離心慣性力，可以將上述平衡塊15設計為可增減質量的組件式平衡塊15(參見圖3)，此時可根據需要調節平衡塊15產生的離心慣性力，換言之可增減質量的組件式平衡塊15具有更好的平衡性能。
[0027]進一步，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，為了改變這一現狀，可以使用含有鐵質成分的研磨介質，并在容器2的底部設置可產生磁力吸引并集聚這些研磨介質的磁鐵16(如圖，2所示)，通過磁鐵16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。
[0028]同樣地，為了減少研磨介質在工作過程當中的離散運動的趨勢，如圖4所示，容器2內安置可分隔研磨介質的格柵21，所述格柵21具有若干個隔離單元22，被處置的工件I可探入格柵21的隔離單元22內并與該隔離單元22中的研磨介質發生研磨運動，顯然，由于格柵21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。特別地，當格柵21的每一個隔離單元22只容納一個被處置的工件I，并且每個隔離單元22擁有與其所容納工件I作平動圓周轉動時形成的外包絡面相似的型面23，而且該型面23能夠完全包容該工件的平動轉動外包絡面(參見圖4)，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21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。
[0029]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，參考圖2，為此可以在容器2上設置獨立底板24，并在該獨立底板24上設置振動發生器18，其中獨立底板24通過彈性密封材料制成的環墊與容器2的殼體實現密封連接，振動發生器18首先將振動施加到獨立底板24上，接著由獨立底板24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。
[0030]本發明相比現有技術突出的優點是:I)采用平動轉動的工作臺3約束工件作強制的平動圓周轉動，使得工件表面全局任意點位都具有相同的研磨軌跡和研磨速度，而且研磨介質中的磨粒相對于工件表面各點的接觸壓力亦基本相同，故能有效保證工件全局表面處理質量的一致性;2)采用工作臺3有效硬隔離安置各個處置工件，從而使得工件與工件之間以及工件與容器2之間不再發生撞碰刮擦，有效地避免了研磨處理過程發生損傷工件外表品質的現象。
[0031]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.基于平動圓周轉動的工件表面處理設備，包括包含有自由散粒狀磨料的研磨介質、盛裝該研磨介質的容器，其特征在于:還包括有作平動圓周轉動的工作臺、可安裝工件并能夠讓工件探觸到研磨介質的工件掛板，所述工件掛板緊固在工作臺上或者工件掛板與工作臺為一體結構制作，被處置的工件受到工件掛板的驅使而做平動圓周轉動并形成相對于研磨介質的研磨運動。2.根據權利要求1所述的基于平動圓周轉動的工件表面處理設備，其特征在于:所述工作臺的平動圓周轉動由一個平行四邊形機構予以約束并予以實現，該平行四邊形機構包括至少兩組偏心軸系，每一組偏心軸系均包括有一個圍繞自身固定軸線作定軸轉動的主軸、一個與主軸固定連接或者與主軸為一體結構制作的曲柄、一個與曲柄連接并圍繞主軸固定軸線作旋轉運動的偏心銷，所述偏心軸系通過偏心銷與工作臺連接并約束和驅動工作臺，偏心軸系的主軸固定軸線以及偏心銷運動軸線均分別相平行。3.根據權利要求2所述的基于平動圓周轉動的工件表面處理設備，其特征在于:所述主軸中至少有一個主軸受到電機的驅動而轉動，所述偏心軸系中，偏心銷與曲柄固定配合的同時偏心銷與工作臺轉動配合、或者偏心銷與曲柄轉動配合的同時偏心銷與工作臺固定配合、或者偏心銷與曲柄轉動配合的同時偏心銷與工作臺也為轉動配合。4.根據權利要求2所述的基于平動圓周轉動的工件表面處理設備，其特征在于:所述曲柄上開設有滑槽，滑槽內設置有滑塊，所述偏心銷通過該滑塊與曲柄進行連接，偏心銷與滑塊為轉動配合、或者偏心銷與滑塊為緊固配合、或者偏心銷與滑塊為一體結構制作。5.根據權利要求4所述的基于平動圓周轉動的工件表面處理設備，其特征在于:所述滑槽內設置有調整塊或/和調節螺釘，所述滑塊在滑槽中的位置受到調節塊或/和調節螺釘的約束與限定。6.根據權利要求2所述的基于平動圓周轉動的工件表面處理設備，其特征在于:所述偏心軸系的主軸均通過皮帶傳動連接并在皮帶的約束下進行同向的聯動轉動，所述曲柄上設置有離心式平衡塊。7.根據權利要求1-6任一所述的基于平動圓周轉動的工件表面處理設備，其特征在于:所述容器的研磨介質含有鐵質成分，容器的底部設置有可產生磁力吸引并集聚這些研磨介質的磁鐵。8.根據權利要求1-6任一所述的基于平動圓周轉動的工件表面處理設備，其特征在于:所述容器內設置有可分隔研磨介質的格柵，所述格柵具有若干個隔離單元，被處置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介質發生研磨運動。9.根據權利要求8所述的基于平動圓周轉動的工件表面處理設備，其特征在于:所述格柵的隔離單元只容納一個被處置的工件，隔離單元設置有與其所容納工件作平動圓周轉動時形成的外包絡面對應的型面，而且該型面能夠完全包容該工件的平動轉動時的外包絡面。10.根據權利要求1-6任一所述的基于平動圓周轉動的工件表面處理設備，其特征在于:所述容器設置有獨立底板，所述獨立底板上設置有振動發生器，所述獨立底板通過彈性密封材料制成的環墊與容器的殼體實現密封連接。
【文檔編號】B24B31/00GK106002587SQ201610344201
【公開日】2016年10月12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