一種內(nèi)圓柱面氣流輔助磨粒流拋光加工方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于流體表面研磨/拋光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種內(nèi)圓柱面氣流輔助磨粒流拋光加工方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在國防、航空航天及民用工業(yè)領(lǐng)域的一些特殊應用場合，需要一類圓柱面的管形工件，其內(nèi)壁橫截面為圓，該類工件的內(nèi)表面需滿足較高的粗糙度和面形精度要求，且不能有加工變質(zhì)層和亞表面損傷，以達到在實際應用過程中的高精密性、穩(wěn)定性和高可靠性目標。對于這類工件的內(nèi)表面拋光加工，硬性或軟性接觸式的加工方法因其易造成加工變質(zhì)層和亞表面損傷而不適用，故通常采用非接觸式的磨粒流加工方法，比如液固兩相軟性磨粒流拋光加工方法。
[0003]前期出現(xiàn)的液固兩相軟性磨粒流拋光加工是以磨粒流的湍流為理論依據(jù)，以磨粒之間的相互碰撞以及磨粒與壁面間的碰撞為基礎(chǔ)，對磨粒進行動力學分析，利用湍流流場中磨粒對壁面的切削作用，對工件的壁面粗糙處進行精密拋光加工。
[0004]目前，液固兩相磨粒流拋光加工所用的流道采用單入口、單出口的方式，流體從流道的入口流入，出口流出，最終回流至磨粒流儲存箱。按照兩相磨粒流的加工原理，對工件進行加工的磨粒流在流道內(nèi)必須形成湍流流動，湍流中，磨粒運動的隨機性有利于提高表面紋理的均勻性，直至實現(xiàn)工件表面無工具鏡面級加工效果。基于前期的研究狀況，簡單的單輸入輸出的加工流道存在以下缺點:①增壓栗的壓力或者流量較低的時候，增壓栗輸出的液固兩相磨粒流的流速不能達到產(chǎn)生湍流的最小速度，導致磨粒流道內(nèi)的磨粒流處于層流狀態(tài)，進而導致磨粒流中的磨粒對工件表面的切削概率很低，加工效果不明顯增壓栗輸出磨粒流的流速達到了在流道內(nèi)形成湍流的最小速度，由于加工流道較長，在流動過程中能量損失，湍動能下降，導致工件加工效果不均勻。③當遇到被加工工件尺寸形狀分布寬泛，依靠前面所述的加工方法十分費時費力，需要開發(fā)出一種自適應能力強且經(jīng)濟綠色的精密拋光加工方法及裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決在現(xiàn)有加工方法對圓管形工件內(nèi)壁面拋光的不適應、效果不明顯或者不均勻的問題，本發(fā)明提出了一種內(nèi)圓柱面氣流輔助磨粒流拋光加工方法。
[0006]所述的一種內(nèi)圓柱面氣流輔助磨粒流拋光加工方法，其特征在于包括如下步驟:
1)將圓管形工件固定在加工儲液槽內(nèi)，圓柱形拋光加工工具內(nèi)嵌套于圓管形工件中，同時將圓柱形拋光加工工具夾持在三軸伺服系統(tǒng)末端，圓柱形拋光加工工具頂部螺紋孔接頭與伺服電機的輸出軸連接；
2)啟動精密三軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)，將X軸直線導軌在X軸精密伺服驅(qū)動滑臺上滑動，至圓柱形拋光加工工具與圓管形工件在X軸方向達到設(shè)定距離，再通過調(diào)節(jié)Y軸直線導軌在Y軸精密伺服驅(qū)動滑臺上的位置，至圓柱形拋光加工工具與圓管形工件在Y軸方向達到設(shè)定距離，再調(diào)節(jié)Z軸的距離，使圓柱形拋光工具與圓管形工件同軸心且兩者之間形成圓環(huán)形縫隙區(qū)域；
3)加工開始時，先通過氣管接口向所述圓柱形拋光加工工具內(nèi)通入高速氣流，所述高速氣流通過均布在圓柱形拋光加工工具壁面的氣流孔高速均勻噴出，隨后啟動所述離心栗，將磨粒流輸送到加工儲液槽中，磨粒流將完全充滿圓柱形拋光加工工具與圓管形工件之間的微距縫隙區(qū)域，最后開啟伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)的伺服電機，驅(qū)動所述圓柱形拋光加工工具高速旋轉(zhuǎn)，進而在微距縫隙區(qū)域形成高速旋流磨粒流，結(jié)合氣流孔噴出的高速氣流，兩者共同作用，對所述圓管形工件內(nèi)壁表面進行高效精密拋光加工，在加工的同時，其三軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)中的Z軸，能根據(jù)實際需要，調(diào)節(jié)齒輪驅(qū)動安裝板在Z軸精密伺服驅(qū)動滑臺上的位置，使圓柱形拋光加工工具在Z軸方向上可調(diào)，利用其進行更大軸向尺寸范圍的拋光。
[0007]所述的一種內(nèi)圓柱面氣流輔助磨粒流拋光加工方法，其特征在于所述磨粒流是由磨粒和水或輕質(zhì)油均勻混合而成的拋光流體介質(zhì)。
[0008]所述的一種內(nèi)圓柱面氣流輔助磨粒流拋光加工方法，其特征在于所述磨粒為二氧化硅、碳化硅或氧化鋁。
[0009]所述的一種內(nèi)圓柱面氣流輔助磨粒流拋光加工方法，其特征在于所述磨粒粒徑為8_500nmo
[0010]所述的一種內(nèi)圓柱面氣流輔助磨粒流拋光加工方法，其特征在于所述圓柱形拋光加工工具的外壁面與圓管形工件的內(nèi)壁面之間距離小于1_。
[0011]所述的一種內(nèi)圓柱面氣流輔助磨粒流拋光加工方法，其特征在于所述圓柱形拋光加工工具的轉(zhuǎn)速500-5000r/min。
[0012]所述的一種內(nèi)圓柱面氣流輔助磨粒流拋光加工方法，其特征在于所述氣流孔出口處的氣流壓力為0.15-0.6Mpa。
[0013]本發(fā)明工藝所用的拋光加工裝置，包括安裝機架，其特征在于所述安裝機架上設(shè)置精密三軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)、磨粒流循環(huán)系統(tǒng)及伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)，圓柱形拋光加工工具連接定位其位置的精密三軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)和驅(qū)動其自身旋轉(zhuǎn)的伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)，圓柱形拋光加工工具及圓管形工件置于磨粒流循環(huán)系統(tǒng)內(nèi)，圓柱形拋光加工工具內(nèi)置于圓管形工件中，且圓柱形拋光加工工具與圓管形工件同軸心，圓柱形拋光加工工具外壁面和圓管形工件內(nèi)壁面之間形成圓環(huán)形縫隙區(qū)域。
[0014]所述的一種內(nèi)圓柱面氣流輔助磨粒流拋光加工裝置，其特征在于所述安裝機架為雙層架構(gòu)，包括機架和機架面板，所述機架面板上設(shè)置用來安裝精密三軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)的三軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)安裝架，所述機架面板表面中部安裝有加工儲液槽。
[0015]所述的一種內(nèi)圓柱面氣流輔助磨粒流拋光加工裝置，其特征在于所述精密三軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)包括X軸精密伺服驅(qū)動滑臺、X軸驅(qū)動連接板1、Y形連接件1、Υ軸精密伺服驅(qū)動滑臺、Υ軸直線導軌、Ζ軸精密伺服驅(qū)動滑臺、Ζ軸滑動安裝板、Υ軸驅(qū)動系統(tǒng)安裝板、Υ形連接件I1、X軸驅(qū)動連接板I1、X軸直線導軌及齒輪驅(qū)動安裝板，所述X軸直線導軌分別為兩個，X軸精密伺服驅(qū)動滑臺固定在三軸伺服驅(qū)動系統(tǒng)安裝架相對兩邊上，X軸直線導軌與X軸精密伺服驅(qū)動滑臺配合連接，其中一個X軸直線導軌上部通過X軸驅(qū)動連接板I連接Υ形連接件I，另一個X軸直線導軌上部通過X軸驅(qū)動連接板II連接Υ形連接件II ;所述Υ軸驅(qū)動系統(tǒng)安裝板兩端連接Υ形連接件I和Υ形連接件II，Υ軸精密伺服驅(qū)動滑臺固定在Υ軸驅(qū)動系統(tǒng)安裝板上并與Y軸直線導軌配合連接；所述ζ軸滑動安裝板固定在Y軸驅(qū)動系統(tǒng)安裝板中部，Z軸精密伺服驅(qū)動滑臺固定在Z軸滑動安裝板上，且與齒輪驅(qū)動安裝板連接，所述齒輪驅(qū)動安裝板能在Z軸精密伺服驅(qū)動滑臺上上下滑動，齒輪驅(qū)動安裝板用于夾持圓柱形拋光加工工具。
[0016]所述的一種內(nèi)圓柱面氣流輔助磨粒流拋光加工裝置，其特征在于所述伺服電機驅(qū)動系統(tǒng)包括伺服電機安裝板及伺服電機，所述伺服電機安裝板固定在齒輪驅(qū)動安裝板上，伺服電機安裝在伺服電機安裝板上，伺服電機通過聯(lián)軸器連接直齒圓柱齒輪II，直齒圓柱齒輪II與直齒圓柱齒輪I嚙合連接，直齒圓柱齒輪I的輸出軸與圓柱形拋光加工工具連接，并由齒輪軸鎖緊螺母固定，伺服電機帶動圓柱形拋光加工工具旋轉(zhuǎn)。
[0017]所述的一種內(nèi)圓柱面氣流輔助磨粒流拋光加工裝置，其特征在于所述磨粒流循環(huán)系統(tǒng)包括設(shè)置在機架面板中心位置的加工儲液槽、設(shè)置在機架側(cè)面的水箱，所述水箱內(nèi)設(shè)有離心栗，離心栗連接第一管道一端，第一管道另一端插入加工儲液槽內(nèi)，加工儲液槽底部出液口連接第二管道一端，第二管道另一端插入水箱內(nèi)，使加工儲液槽和水箱之間形成磨粒流循環(huán)。
[0018]所述的一種內(nèi)圓柱面氣