一种微丝研抛微孔内表面的方法及装置

摘要

一种微丝研抛微孔内表面的方法及装置，涉及精密研抛加工。该方法通过目标工件的旋转运动与微丝的轴向往复进给形成的复合运动而提供微孔研抛所需的材料去除动作。所述的微丝研抛装置涉及装夹、粗定位、穿丝、精定位、对刀、加工、注工作液等系统模块。基于此设计的装置设有走丝系统、微进给系统、旋转系统、装夹密封系统。所述走丝系统由卷丝筒牵引微丝经导轮做高速轴向进给运动，并保证运行的精度与稳定性；所述微进给系统由微分计利用楔块减速传动，带动工件载台以微进给量前进；所述旋转系统提供目标工件以旋转运动，保证旋转运动的精度与稳定性。所述装夹密封系统将工件精确定位，同时保证抛光液远离工作区。

权利要求

1.一种微丝研抛微孔内表面的装置，其特征在于包括走丝系统、微进给系统、旋转系统和装夹密封系统；

所述走丝系统基于切割机的卷丝运动，设有卷丝筒、卷丝电机、变频器、导轮、导轮架、蓝宝石V型导向器、张力调节器；所述卷丝电机带动卷丝筒做旋转运动，变频器接入卷丝电机中，卷丝筒缠绕微丝，微丝经过导轮、导轮架、蓝宝石V型导向器形成一个运动闭环，卷丝电机通过变频器变速，提供卷丝筒不同的转速，达到微丝高速往复进给运动的目的，设有蓝宝石V型导向器与张力调节器，用于微丝在加工区的平稳运行；

所述微进给系统采用楔块机构减速传动，设有滑轨、工件载台、底座、微分计、上楔块、下楔块、螺杆支承座、固定法兰盘和锁紧弹簧；所述滑轨固定在底座，工件载台由滑轨带动滑动，微分计经固定法兰盘与上楔块连接，并由锁紧弹簧保证限制微分计的Z轴平移的自由度；下楔块固定在工件载台上，上楔块与下楔块始终处于接触状态，且由锁紧弹簧保证楔块间接触处于张紧状态，实现楔块运动的可进可退，避免爬行现象发生；

所述旋转系统利用同步带柔性传动，采用轴向与径向辅助固定的方式，设有调速电机、同步带轮组、深沟球轴承、平面推力轴承、挡圈、铜柱和中心轴；所述调速电机固定在工件载台上，电机轴通过同步带轮组给予中心轴传输旋转运动；工件载台上设有两个轴承孔，用于安放两个深沟球轴承，并与铜柱支承的挡圈所固定的深沟球轴承共同作用，保证中心轴旋转的径向精度；所述挡圈上还设有一组平面推力轴承，并利用铜柱锁紧，保证中心轴旋转的轴向精度；保证中心轴的最小旋转误差；

所述装夹密封系统采用外圆定位的方式定位装夹工件并利用密封与引流的方式，设有螺旋夹紧盖、抛光液储箱、水嘴、导流管和密封油毡；所述螺旋夹紧盖设计有一个大角度斜面，通过螺旋副固定在中心轴上，斜面用于工件外圆的定位；所述抛光液储箱用于储存抛光液，通过所述水嘴与导流管经过沉重板设有的沟槽流出工作区，并设有密封油毡将抛光液与中心轴隔离，防止了抛光液对工作区内传动部件的磨损。

2.微丝研抛微孔内表面的方法，其特征在于采用如权利要求1所述一种微丝研抛微孔内表面的装置，所述方法包括以下步骤：

1)打孔：采用激光在目标工件上打孔定位；

2)装夹：将目标工件，固定在所述微丝研抛微孔内表面的装置上，微丝研抛微孔内表面的装置通过专用夹具固定在切割机的工作台上；

3)粗定位：利用线切割机的十字滑台，将目标工件移至导丝嘴的正下方；

4)穿丝：将微丝穿过微孔，并绕回卷丝筒形成闭环，丝线暂时不必张紧；

5)精定位：逐步增加丝线的张紧度并不断修正微孔位置，直到微丝与微孔无接触且微丝处于绷紧状态；

6)对刀：开机，卷丝筒牵引微丝做高速轴向进给运动；利用所述微丝研抛微孔内表面的装置上的微进给系统，推动微孔微动，并利用放大镜观察对刀的情况；

7)加工：开机，目标工件做旋转运动，微丝高速进给对微孔实现研抛加工；

8)注液：加注抛光液，有助于提高研抛的效率与质量。

说明书

一种微丝研抛微孔内表面的方法及装置

技术领域

[0001] 本发明涉及精密研抛加工，尤其是涉及一种微丝研抛微孔内表面的方法及装置。

背景技术

[0002] 制造业是国民经济的支柱产业，而表面加工是现代制造业中的重要环节，是实现超精密加工的最高效应用最广的工艺技术之一。随着超精密加工技术的不断发展，对研抛技术也提出了新要求。研抛技术作为零件精加工的方法之一，是精密零件加工不可缺少的工艺，同时是日益发展的航空、电子、计算机工业领域不可或缺的关键。

[0003] 目前常见的几种超精密研抛方法主要包括机械抛光法与机械—化学抛光法。机械抛光法依靠微细磨粒的机械作用对被加工表面进行微量去除，达到高精度的加工表面，其中包括：弹性发射加工、浮动研磨抛光、磁力研磨、电解磁力研磨抛光等方法。机械—化学抛光法利用微粉粒子的撞击和研磨液的化学作用下产生研磨作用，从而达到去除工件表面的微量材料。这种方法不仅可达到很高的表面粗糙度等级，而且加工几何精度也很高且被加工表面几乎不产生变质层，其中包括超声研磨抛光、液面研磨抛光、水合研磨抛光、离子束抛光等。其中，超声波研磨抛光应用广泛。

[0004] 中国专利CN201610761753.3公开一种超精密研磨机，包括第一底座、第二底座、上料机构、后端控制器、研磨装置、超声波清洗机、导轨、水洗装置、烘干装置、检测装置、收料平台及调节器机构。此装置把要研磨的产品排在上料机构上，上料机构自动将产品输送到研磨装置上研磨，通过超声波清洗机清洗，超声波清洗机清洗干净后直接送到水洗装置，用清水再次冲洗，并用鼓风机吹，再送到烘干装置上，通过电热棒的高温烘干，产品清洗烘干后个别产品推到检测装置区检测，产品检测后的产品在皮带的作用下并成一排，达到一定的数量时推料气缸将产品推到收料平台上，由人工取料，节省了大量的人工成本、提高效率，减少了转换的工序，节省工作占地空间，提高数据准确度，调节方便，提高研磨精度。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供以解决微孔粗加工后可能存在的内表面不光滑，孔壁锥度等几何精度问题的一种微丝研抛微孔内表面的方法及装置。

[0006] 所述微丝研抛微孔内表面的装置包括走丝系统、微进给系统、旋转系统和装夹密封系统；

[0007] 所述走丝系统基于切割机的卷丝运动，设有卷丝筒、卷丝电机、变频器、导轮、导轮架、蓝宝石V型导向器、张力调节器；所述卷丝电机带动卷丝筒做旋转运动，变频器接入卷丝电机中，卷丝筒缠绕微丝，微丝经过导轮、导论架、蓝宝石导向器形成一个运动闭环，卷丝电机通过变频器变速，提供卷丝筒不同的转速，达到微丝高速往复进给运动的目的，设有蓝宝石V型导向器与张力调节器，用于微丝在加工区的平稳运行；

[0008] 所述微进给系统采用楔块机构减速传动，设有滑轨、工件载台、底座、微分计、上楔块、下楔块、螺杆支承座、固定法兰盘和锁紧弹簧；所述滑轨固定在底座，工件载台由滑轨带动滑动，微分计经固定法兰盘与上楔块连接，并由锁紧弹簧保证限制微分计的Z轴平移的自由度；下楔块固定在工件载台上，上楔块与下楔块始终处于接触状态，且由锁紧弹簧保证楔块间接触处于张紧状态，实现楔块运动的可进可退，避免爬行现象发生；

[0009] 所述旋转系统利用同步带柔性传动，采用轴向与径向辅助固定的方式，设有调速电机、同步带轮组、深沟球轴承、平面推力轴承、挡圈、铜柱和中心轴；所述调速电机固定在工件载台上，电机轴通过同步带轮组给予中心轴传输旋转运动；工件载台上设有两个轴承孔，用于安放两个深沟球轴承，并与铜柱支承的挡圈所固定的深沟球轴承共同作用，保证中心轴旋转的径向精度；所述挡圈上还设有一组平面推力轴承，并用利用铜柱锁紧，保证中心轴旋转的轴向精度；所述设计目的是保证中心轴的最小旋转误差；

[0010] 所述装夹密封系统采用外圆定位的方式定位装夹工件并利用密封与引流的方式，设有螺旋夹紧盖、抛光液储箱、水嘴、导流管和密封油毡；所述螺旋夹紧盖设计有一个大角度斜面，通过螺旋副固定在中心轴上，斜面用于工件外圆的定位，保证了其定位的准确性与稳定性；所述抛光液储箱用于储存抛光液，通过所述水嘴与导流管经过沉重板设有的沟槽流出工作区，并设有密封油毡将抛光液与中心轴隔离，防止了抛光液对工作区内传动部件的磨损。

[0011] 所述一种微丝研抛微孔内表面的方法，提出了一种去除工件材料的方法，即工件旋转运动与微丝的轴向往复运动组合为复合运动的方式。

[0012] 所述微丝研抛微孔内表面的方法包括以下步骤：

[0013] 1)打孔：采用激光在目标工件上打孔定位；

[0014] 2)装夹：将目标工件，固定在所述微丝研抛微孔内表面的装置上，微丝研抛微孔内表面的装置通过专用夹具固定在切割机的工作台上；

[0015] 3)粗定位：利用线切割机的十字滑台，将目标工件尽可能移至导丝嘴的正下方；

[0016] 4)穿丝：将微丝穿过微孔，并绕回卷丝筒形成闭环，丝线暂时不必张紧；

[0017] 5)精定位：逐步增加丝线的张紧度并不断修正微孔位置，直到微丝与微孔无接触且微丝处于绷紧状态；

[0018] 6)对刀：开机(卷丝筒)，卷丝筒牵引微丝做高速轴向进给运动；利用所述微丝研抛微孔内表面的装置上的微进给系统，推动微孔微动，并利用放大镜观察对刀的情况；

[0019] 7)加工：开机(微孔旋转)，目标工件做旋转运动，微丝高速进给对微孔实现研抛加工；

[0020] 8)注液：加注抛光液，有助于提高研抛的效率与质量。

[0021] 与现有技术相比，本发明具有以下突出优点：

[0022] (1)所述方法创新性地利用目标工件的旋转运动与轴向微丝的往复进给运动，形成去除材料的复合运动。

[0023] (2)所述方法基于线切割机的走丝结构运行，节约成本，提高效率。

[0024] (3)所述方法的微丝始终保证与微孔内表面平行，保证了研抛的精确性。

附图说明

[0025] 图1为本发明所述微丝研抛微孔内表面的装置的示意图。

[0026] 图2为本发明所述微丝研抛微孔内表面的装置的走丝系统结构示意图。

[0027] 图3为本发明所述微丝研抛微孔内表面的装置的微进给系统的结构示意图。

[0028] 图4为本发明旋转系统&装夹密封系统的结构示意图。

[0029] 图5为本发明实施例中的加工工件。

[0030] 图6为本发明所述微丝研抛微孔内表面的装置轴端剖面图。

[0031] 在图1～6中，各主要部件的标记：卷丝筒1、卷丝电机2、变频器3、导轮4、导轮架5、蓝宝石V型导向器6、张力调节器7、滑轨8、工件载台9、底座10、微分计11、上楔块12、下楔块13、螺杆支承座14、固定法兰盘15、锁紧弹簧16、调速电机17、同步带轮组18、深沟球轴承19、平面推力轴承20、挡圈21、铜柱22、中心轴23、螺旋夹紧盖24、抛光液储箱25、水嘴26、导流管
27、密封油毡28。

具体实施方式

[0032] 下面结合附图对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。

[0033] 参见图1～6，所述工件A是一个直径4mm，高度1mm的硬质合金圆筒，且有一个直径2.5mm，高度0.7mm的凸台。

[0034] 本发明提供一种技术方案：一种微孔内表面研抛方法及装置，所述方法涉及采用微丝进行内孔研抛微孔内表面并达到其表面质量要求的方法及装置，该方法通过目标工件的旋转运动与微丝的轴向往复进给形成的复合运动而提供微孔研抛所需的材料去除动作，达到对微孔内表面研抛的目的。

[0035] 所述微孔研抛加工的方法涉及打孔、装夹、粗定位、穿丝、精定位、对刀、加工、注液等步骤，具体如下：

[0036] ①打孔：采用激光在实施例工件上定位一个微孔200μm。采用激光可以精确定位孔但可能存在内表面不光滑、锥度等问题，需要进一步对其内表面进行精密研抛修正。

[0037] ②装夹：将目标工件固定在装置载台上，装置通过专用夹具固定在切割机的工作台上。

[0038] ③粗定位：利用线切割机上的十字滑台，将目标工件尽可能移至导丝嘴的正下方。

[0039] ④穿丝：将微丝穿过微孔，并绕回卷丝筒上形成闭环，丝线暂时不必张紧。

[0040] ⑤精定位：逐步增加丝线的张紧程度，并利用十字滑台不断地修正位置，直到微丝与微孔无接触且微丝达处于绷紧状态。

[0041] ⑥对刀：开机(卷丝筒1400rpm)，卷丝筒牵引微丝做高速轴向进给运动。利用装置上的微进给系统，推动微孔微动，利用放大镜观察对刀的情况。

[0042] ⑦加工：开机(工件旋转600rpm)，目标工件做旋转运动，微丝高速进给对微孔实现研抛。

[0043] ⑧注液：在加工的阶段加注抛光液，有利于提高研抛的效率与质量。

[0044] 所述方法设计装置包括走丝系统、微进给系统、旋转系统、装夹密封系统。

[0045] 所述走丝系统B基于切割机的卷丝运动，设有卷丝筒1、卷丝电机2、变频器3、导轮4、导轮架5、蓝宝石V型导向器6、张力调节器7。所述卷丝电机1带动卷丝筒2做旋转运动，实施例中的220V单相电通过变频器3接入三相380V的卷丝电机2中，卷丝筒2缠绕微丝，微丝经过导轮4、导论架5、蓝宝石导向器6形成一个运动闭环，卷丝电机1通过变频器3变速，提供卷丝筒2不同的转速(0～1400rpm)，达到微丝高速往复进给运动的目的。在满足一定速度的范围内选择微丝直径，实施例中选择了不等径的微丝进行试验。蓝宝石V型导向器6保证了微丝在加工区的平稳运行，张力调节器7设有张紧重锤、张紧轮、与滑块，在张紧重锤的重力作用下，始终保持微丝处于绷紧状态。

[0046] 所述微进给系统采用楔块机构减速传动，设有滑轨8、工件载台9、底座10、微分计11、上楔块12、下楔块13、螺杆支承座14、固定法兰盘15、锁紧弹簧16。所述滑轨8固定在底座
10，工件载台9由滑轨8带动滑动，微分计11经固定法兰盘15与上楔块12在Z轴方向固定，并由锁紧弹簧16保证限制微分计11的Z轴平移的自由度而不限制Z轴旋转的自由度。下楔块13固定在工件载台9上，上楔块12与下楔块13始终处于接触状态，且楔块角度为5°，减速比约为1︰10。锁紧弹簧16保证楔块间接触处于张紧状态，实现楔块运动的可进可退，避免爬行现象发生。

[0047] 所述旋转系统利用同步带柔性传动，采用了轴向与径向辅助固定的方式，设有调速电机17、同步带轮组18、深沟球轴承19、平面推力轴承20、挡圈21、铜柱22、中心轴23。所述调速电机17(0～600rpm)固定在工件载台9上，电机轴通过同步带轮组18给予中心轴23传输旋转运动。工件载台9上设有两个轴承孔，用于安放两个深沟球轴承19，并与铜柱22支承的挡圈21所固定的深沟球轴承19共同作用，保证中心轴23旋转的径向精度。所述挡圈21上还设有一组平面推力轴承20，并用利用铜柱22锁紧，保证中心轴23旋转的轴向精度。所述装夹密封系统采用外圆定位的方式定位装夹工件并利用密封与引流的方式，设有螺旋夹紧盖24、抛光液储箱25、水嘴26、导流管27、密封油毡28。所述螺旋夹紧盖24设计有一个大角度斜面，通过螺旋副固定在中心轴23上，在本发明的实施例中，大角度斜面用于实施例的外圆定位，保证了其定位的准确性与稳定性。所述抛光液储箱25用于储存抛光液，通过所述水嘴26与导流管27经过工件载台9设有的沟槽流出工作区，并设有密封油毡28将抛光液与中心轴
23隔离，防止了抛光液对工作区内传动部件的磨损。