一种精密薄壁零件的抛光设备及其抛光方法与流程

本发明涉及抛光设备及抛光技术领域，尤其是一种精密薄壁零件的抛光设备及其抛光方法。

背景技术：

在真空镀膜设备中，离子源栅网是一种产生高能量离子束的重要部件，这类部件工作于高电压、高温状态。其表面不允许有任何微观毛刺，也不允许有细微的变形，否则会由于尖端放电而引起重大事故。

对于离子源栅网这种精密零件，其在加工的最后阶段，通过良好的表面处理可以减少产品的磨损，提高客户的满意度，也是不可缺少的一个重要步骤，特别是还有一些应用于高温高电压环境中的金属零件，能够具有光亮的表面质量可以大大减少因尖端放电而引起的打火故障。

抛光是目前增加零件表面光洁度，减少粗糙度的主要方法，目前金属零件常用的抛光方法大致有：（1）比较重要的零件使用研磨材料和电动工具手工抛光；（2）毛刺较少时使用电流在电解液中对材料表面的微观突起进行腐蚀；（3）要求不严格不容易变形的零件使用震动抛光。

目前栅网零件在手工抛光的过程中，如果由于工人经验的不足，容易造成一些不良后果，如：（1）研磨工具施加给零件的压力超出变形的临界点，会使零件产生变形；（2）研磨头在各个位置的压力和研磨速度不一致，导致零件表面出现花斑；（3）研磨头在零件局部位置停留过久，容易使零件表面过热烧伤，或者过切影响尺寸；（4）研磨头在零件边界位置容易跳动导致手持不稳，给产品以剧烈冲击，造成废品和工具损坏；（5）手工抛光固定批量产品时，有很大可能性使产品的特性不一致；（6）电解抛光时都是把零件全部浸入电解液中，所需的电流太大，达到每平方厘米几十安培的强度，对电源和夹具要求比较高，相应的对设备投资要求也比较大；（7）在夹具和零件接触的位置，容易因夹具遮挡影响效果，也容易因接触点位置电流太大产生烧蚀；（8）精密薄壁零件可能因大电流过热而变形；（9）因导电性原因，产品的凹坑内或孔内的电解抛光效果不良；（10）产品表面因与导电板距离有远近之分，导致表面每个位置的电流不一致，易使产品表面出现瑕疵。

因此，对于栅网零件或其他精密的薄壁零件而言，要想在加工过程中取得良好的表面抛光效果，则不能仅仅是通过传统单一的工序进行抛光加工，而需要针对零件的表面特性和结构特性进行针对性采取抛光方案。

技术实现要素：

为了解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种实施可靠且抛光效果优良的精密薄壁零件的抛光设备及其抛光方法。

为了实现上述的技术目的，本发明的技术方案为：

一种精密薄壁零件的抛光设备，其包括依序设置的机械抛光机构、电解抛光机构、数控抛光机构和设于机械抛光机构、电解抛光机构和数控抛光机构之间且用于传递待抛光零件的传送机构；

所述的机械抛光机构包括固定支架、减速电机、偏心轮、连接块、滑块和用于夹持零件的工装，所述的减速电机固定在固定支架的一侧，减速电机的转轴朝向固定支架的另一侧且转轴端部与偏心轮的径向中部固定连接，所述固定支架的另一侧设有u形内凹部，所述u形内凹部中平行设置有一对横跨u形内凹部两侧的导向杆，所述的滑块滑动设置在一对导向杆上，滑块的下端面可拆卸地设置有抛光砂布，所述用于夹持零件的工装设于滑块的下方，所述滑块的上端部与连接块固定连接，所述连接块的一侧面与偏心轮相对且设有腰型孔，所述偏心轮与腰型孔相对的端面边缘固定设置有连接杆且通过连接杆穿设在连接块的腰型孔内，由减速电机的转轴带动偏心轮转动，使偏心轮上的连接杆在腰型孔中滑动来驱动滑块沿导向杆进行水平往复滑动，令滑块下端面的抛光砂布对置于滑块下方的待抛光零件进行机械抛光，经机械抛光后的零件通过传送机构输送至电解抛光机构进行电解抛光；

所述的电解抛光机构包括溶液池、数控三轴滑台、耐酸金属喷管、耐酸泵、加热单元和电源，所述溶液池内置有电解液，溶液池顶部的开口处设有平台，该平台上设有用于固定零件的工装，所述耐酸金属喷管固定在数控三轴滑台上并由数控三轴滑台带动在三维空间内按预定轨迹移动；所述电源的负极与耐酸金属喷管的外壁电连接，电源的正极与零件电连接；所述耐酸泵通过管路将溶液池内的电解液泵送至加热单元的进液口，加热单元的出液口连通至耐酸金属喷管，经电解抛光后的零件通过传送机构输送至数控抛光机构进行数控抛光；

所述的数控抛光机构包括机架，机架的下部设有第一y轴滑轨，第一y轴滑轨上滑动连接有滑台，该滑台由第一y轴驱动系统驱动，所述滑台的上端面上设有用于固定零件的工装；所述机架的上部设有第一x轴滑轨，第一x轴滑轨上滑动连接有滑座，该滑座由第一x轴驱动系统驱动；所述滑座上设有第一z轴滑轨，第一z轴滑轨上滑动连接有主轴夹具，该主轴夹具由第一z轴驱动系统驱动；所述主轴夹具上连接有旋转主轴，旋转主轴的底部连接有研磨头，所述旋转主轴和主轴夹具之间设有压力传感器；所述第一x轴驱动系统、第一y轴驱动系统、第一z轴驱动系统和压力传感器分别与一上位机电连接。

进一步，所述数控三轴滑台包括第二x轴滑轨，第二x轴滑轨上滑动连接有第二x轴滑台，该第二x轴滑台由第二x轴步进电机驱动，所述第二x轴滑台上设有第二y轴滑轨，第二y轴滑轨上滑动连接有第二y轴滑台，该第二y轴滑台由第二y轴步进电机驱动，所述y轴滑台靠近溶液池的一端上设有第二z轴滑轨，第二z轴滑轨上滑动连接有第二z轴滑台，该第二z轴滑台由第二z轴步进电机驱动，所述耐酸金属喷管固定在第二z轴滑台上，所述第二x轴步进电机、第二y轴步进电机和第二z轴步进电机分别与一上位机电连接。

优选的，所述加热单元包括石英管和加热器，加热器对石英管的外壁进行加热。

优选的，所述耐酸金属喷管由白金材料成型。

优选的，所述溶液池为石英池。

进一步，所述第一x轴驱动系统、第一y轴驱动系统和第一z轴驱动系统均包括电机以及与电机连接的丝杆螺母副。

进一步，所述的数控抛光机构还包括设在研磨头旁侧的研磨液喷头。

进一步，所述的抛光砂布为植绒砂布。

进一步，所述滑块与导向杆的滑动连接部设有滑套，所述的滑块通过滑套与导向杆滑动连接。

一种精密薄壁零件的抛光设备的抛光方法，其包括如下步骤：

（1）将待抛光的零件夹持在机械抛光机构的零件夹持工装上，然后启动减速电机，使减速电机的转轴带动偏心轮以60～600r/min的速度进行转动，令偏心轮上的连接杆驱动连接块进行带动滑块沿导向杆做往复直线运动，使滑块下端面的抛光砂布对零件夹持工装上的待抛光零件进行抛光，并使待抛光零件的表面至少被抛光砂布抛光一次；

（2）将经过机械抛光机构抛光后的零件置于电解抛光机构上用于固定零件的工装上，将以磷酸和硫酸为主要成分混合而成的电解液用耐酸泵进行抽取，先通过石英管对电解液进行加热，其中石英管的加热温度为50～200℃，之后通过耐酸金属喷管将保持一定温度的电解液喷洒在待抛光的零件上，其中零件接电源正极，耐酸金属喷管接电源负极，在耐酸金属喷管与零件之间保持9～24v的电压，使从耐酸金属喷管出来的电解液与零件之间导电；耐酸金属喷管安装在数控三轴滑台上，可以通过上位机编程使耐酸金属喷管相对零件之间可以按照预定的轨迹移动，因此耐酸金属喷管出来的带电的电解液按照设定的轨迹均匀地与零件接触，从而实现用极小的电流均匀去除细微毛刺和表面的氧化皮；

（3）将经过电解抛光后的零件固定在数控抛光机构的滑台上，然后在数控抛光机构的上位机上用数控程序控制研磨头按照对应的轨迹在零件表面上以0.5～3m/min的速度进行移动，同时在研磨头与零件之间喷洒加了研磨粉的悬浊液，达到抛光目的，另外，通过在旋转主轴与主轴夹具之间的压力传感器将检测到的压力信号传递至上位机，从而实时控制旋转主轴上下微调和使研磨头的压力保持在设定的压力值，使抛光可以顺利进行，又不会让零件变形，其中主轴的转速为1000～10000r/min。

采用上述的技术方案，本发明的有益效果为：本发明通过依序设置机械抛光机构、电解抛光机构和数控抛光机构进行对零件抛光，通过逐步细化的抛光工序来保证抛光后的零件表面具有优良的平整度，其中机械抛光机构的滑块下方设置的抛光砂布为可拆式结构，可便于更换和进行调整，另外利用减速电机的转轴带动偏心轮转动，使偏心轮上的连接杆在腰型孔中滑动来驱动滑块沿导向杆进行水平往复滑动，令滑块下端面的抛光砂布对置于滑块下方的待抛光零件进行机械抛光的方式不仅简单有效，而且还能够便于观察零件的实时抛光进度，而电解抛光装置在耐酸金属喷管与待抛光的零件之间保持一定的电压，从而使耐酸金属喷管出来的电解液与零件之间导电；同时喷出来的带电的电解液按照设定的轨迹均匀地与零件接触，就可以实现用极小的电流均匀去除薄壁精密零件上的细微毛刺和表面的氧化皮，并且采用循环酸液的加热方式，可以防止强腐蚀性酸液在通电环境下对设备的腐蚀，使得设备使用寿命更长，零件抛光效果更佳，另外数控抛光机构利用数控程序控制研磨头按照对应的轨迹在零件表面上移动，同时在研磨头与零件之间喷洒加了研磨粉的悬浊液，达到抛光目的；另外，在旋转主轴与主轴夹具之间安装压力传感器，从而实时控制研磨头与零件之间保持一个合适的压力值，使抛光可以顺利进行，又不会让零件变形。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步的阐述：

图1为本发明装置的连接示意框图；

图2为本发明机械抛光机构的结构简要示意图；

图3为本发明电解抛光机构的结构简要示意图；

图4为本发明电解抛光机构的石英管的结构简要剖面示意图；

图5为图4所示石英管结构的径向剖面示意图；

图6为本发明数控抛光机构的结构简要示意图；

图7为本发明数控抛光机构的旋转主轴与压力夹具连接的示意图；

图8为本发明数控抛光机构各部件的控制原理简要示意图。

具体实施方式

如图1至8之一所示，本发明包括依序设置的机械抛光机构1、电解抛光机构2、数控抛光机构3和设于机械抛光机构1、电解抛光机构2和数控抛光机构3之间且用于传递待抛光零件的传送机构4。

机械抛光机构1包括固定支架11、减速电机12、偏心轮13、连接块18、滑块14和用于夹持零件的工装（未示出），所述的减速电机12固定在固定支架11的一侧，减速电机12的转轴朝向固定支架的另一侧且转轴端部与偏心轮13的径向中部固定连接，所述固定支架11的另一侧设有u形内凹部，所述u形内凹部中平行设置有一对横跨u形内凹部两侧的导向杆15，所述的滑块14滑动设置在一对导向杆15上，滑块14的下端面可拆卸地设置有抛光砂布16，所述用于夹持零件的工装设于滑块14的下方，所述滑块14的上端部与连接块18固定连接，所述连接块18的一侧面与偏心轮13相对且设有腰型孔181，所述偏心轮13与腰型孔181相对的端面边缘固定设置有连接杆17且通过连接杆穿设在连接块18的腰型孔181内，由减速电机12的转轴带动偏心轮13转动，使偏心轮13上的连接杆17在腰型孔181中滑动14来驱动滑块14沿导向杆15进行水平往复滑动，令滑块14下端面的抛光砂布16对置于滑块14下方的待抛光零件进行机械抛光，经机械抛光后的零件通过传送机构4输送至电解抛光机构2进行电解抛光。

进一步，所述的抛光砂布16为植绒砂布。

进一步，所述滑块14与导向杆15的滑动连接部设有滑套，所述的滑块14通过滑套与导向杆15滑动连接。

电解抛光机构包括溶液池21、数控三轴滑台22、耐酸金属喷管23、耐酸泵24、加热单元25和电源26，所述溶液池21内置有电解液，溶液池21顶部的开口处设有平台，该平台上设有用于固定零件27的工装，所述耐酸金属喷管23固定在数控三轴滑台22上并由数控三轴滑台22带动在三维空间内按预定轨迹移动；所述电源26的负极与耐酸金属喷管23的外壁电连接，电源26的正极与零件27电连接；耐酸泵24通过管路将溶液池21内的电解液泵送至加热单元25的进液口，加热单元25的出液口连通至耐酸金属喷管23，经电解抛光后的零件通过传送机构输4送至数控抛光机构3进行数控抛光；

其中，所述的数控三轴滑台22包括第二x轴滑轨221，第二x轴滑轨221上滑动连接有第二x轴滑台222，该第二x轴滑台222由第二x轴步进电机223驱动，所述第二x轴滑台222上设有第二y轴滑轨224，第二y轴滑轨224上滑动连接有第二y轴滑台225，该第二y轴滑台225由第二y轴步进电机226驱动，所述y轴滑台225靠近溶液池21的一端上设有第二z轴滑轨227，第二z轴滑轨227上滑动连接有第二z轴滑台228，该第二z轴滑台228由第二z轴步进电机229驱动，所述耐酸金属喷管23固定在第二z轴滑台228上，所述第二x轴步进电机223、第二y轴步进电机226和第二z轴步进电机229分别与一上位机电连接。

优选的，所述加热单元25包括石英管252和加热器251，加热器251对石英管251的外壁进行加热。

优选的，所述耐酸金属喷管23由白金材料或其他耐酸性金属材料成型，所述溶液池21为石英池，所述石英池内的溶液为硫酸、磷酸为主要成分的混合酸。

数控抛光机构3包括机架31，机架31的下部设有第一y轴滑轨32，第一y轴滑轨32上滑动连接有滑台33，该滑台33由第一y轴驱动系统34驱动，所述滑台33的上端面上设有用于固定零件的工装（未示出）；所述机架31的上部设有第一x轴滑轨35，第一x轴滑轨35上滑动连接有滑座36，该滑座36由第一x轴驱动系统37驱动；所述滑座36上设有第一z轴滑轨38，第一z轴滑轨38上滑动连接有主轴夹具39，该主轴夹具39由第一z轴驱动系统310驱动；所述主轴夹具39上连接有旋转主轴311，旋转主轴311的底部连接有研磨头312，所述旋转主轴311和主轴夹具39之间设有压力传感器313；所述第一x轴驱动系统37、第一y轴驱动系统34、第一z轴驱动系统310和压力传感器313分别与一上位机（未示出）电连接。

进一步，所述第一x轴驱动系统37、第一y轴驱动系统34和第一z轴驱动系统310均包括电机以及与电机连接的丝杆螺母副。

进一步，所述的数控抛光机构还包括设在研磨头312旁侧的研磨液喷头。

一种精密薄壁零件的抛光设备的抛光方法，其包括如下步骤：

（1）将待抛光的零件夹持在机械抛光机构1的零件夹持工装上，然后启动减速电机12，使减速电机12的转轴带动偏心轮13以60～600r/min的速度进行转动，令偏心轮13上的连接杆17驱动连接块18进行带动滑块沿导向杆15做往复直线运动，使滑块14下端面的抛光砂布16对零件夹持工装上的待抛光零件进行抛光，并使待抛光零件的表面至少被抛光砂布抛光一次；

（2）将经过机械抛光机构1抛光后的零件27置于电解抛光机构2上用于固定零件的工装上，将以磷酸和硫酸为主要成分混合而成的电解液21用耐酸泵进行抽取，先通过石英管251对电解液进行加热，其中石英管251的加热温度为50～200℃，之后通过耐酸金属喷管23将保持一定温度的电解液喷洒在待抛光的零件上，其中零件接电源正极，耐酸金属喷管23接电源负极，在耐酸金属喷管23与零件之间保持9～24v的电压，使从耐酸金属喷管23出来的电解液与零件之间导电；耐酸金属喷管安23装在数控三轴滑台22上，可以通过上位机编程使耐酸金属喷管23相对零件之间可以按照预定的轨迹移动，因此耐酸金属喷管23出来的带电的电解液按照设定的轨迹均匀地与零件接触，从而实现用极小的电流均匀去除细微毛刺和表面的氧化皮；

（3）将经过电解抛光后的零件固定在数控抛光机构3的滑台33上，然后在数控抛光机构3的上位机上用数控程序控制研磨头312按照对应的轨迹在零件表面上以0.5～3m/min的速度进行移动，同时在研磨头与零件之间喷洒加了研磨粉的悬浊液，达到抛光目的，另外，通过在旋转主轴311与主轴夹具39之间的压力传感器将检测到的压力信号传递至上位机，从而实时控制旋转主轴上下微调和使研磨头压力保持在设定的压力值，使抛光可以顺利进行，又不会让零件变形，其中主轴的转速为1000～10000r/min。

以上所述为本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。