一种点阵型阵列柔性凝胶砂轮的制作方法

本实用新型涉及一种用于加工复杂表面的点阵型阵列柔性凝胶砂轮。

背景技术：

复杂零件在高端制造领域应用广泛，如汽车零配件、航天飞机发动机、航空飞机叶片等，随着科技的进步，对整体设备稳定性、安全性要求的提高，对其零件的表面质量要求也越来越高。所以对工件的超精密抛光具有重要意义。现有传统的加工方法难以适用且对零件表面自适应较差，造成抛光不够彻底、抛光表面质量不够高的问题。随着对复杂工件表面质量和加工效率的要求不断提高，急需一种能够用于各种抛光自动化设备，能适应具有自由曲面复杂特征的零件的抛光模块。所以，设计一种能够用于加工复杂表面的能够主动对复杂表面进行仿形的柔性抛光模块使得抛光设备实现高效率、高精度的复杂工件抛光工作显得尤为必要。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决现有复杂零件、尤其对具有各种复杂特征的零件抛光效率低、难加工、不彻底的问题，提出了一种用于复杂工件表面加工的点阵型阵列柔性凝胶砂轮，能够实现对工件加工面的主动仿形，配合自动化加工设备，完成高效、高质量的抛光工作。

本实用新型所述的一种用于加工复杂零件的点阵型阵列柔性凝胶砂轮，包括依次同轴连接的柔性砂轮头、砂轮体、集电滑环，柔性砂轮头、砂轮体、集电滑环都是回转体；

柔性砂轮头，通过卡箍卡住抛光布与砂轮体相连，包括弹性套膜，抛光布，磨粒层。

砂轮体，内部用于承载凝胶单元阵列、圆柱形活塞拉杆，加工端装配柔性砂轮头，底端与集电滑环固接。

集电滑环，一端与自动化设备固连，另一端与砂轮体固接，随柔性砂轮同步转动，用以通过内部导线，导线外接电源、控制模块，实现凝胶单元的轴向缩短，从而实现柔性砂轮头的主动仿形抛光。

所述柔性砂轮头包括弹性套膜、抛光布、卡箍、磨粒层。进行抛光工作时，弹性套膜与砂轮体前段密封套住，使得圆柱形活塞拉杆的半球面支撑体恰好顶住其内壁，抛光布通过卡箍固定在弹性套膜外层，磨粒层通过粘接剂粘在抛光布。

所述集电滑环包括内滑环、外滑环，内滑环与外滑环可相对转动地连接，内滑环的一端设有连接自动化设备的旋转部分的固结装置，内滑环的另一端连接砂轮体，外滑环连接自动化设备的机架。当进行抛光工作时，所述内滑环通过固结装置固接到自动化设备的旋转部分，另一端连接砂轮体，实现三者的同步旋转。所述外滑环则保持相对静止，与自动化设备机架相固连。集电滑环的主要作用是使得本实用新型所需导线一段跟随柔性砂轮进行旋转，另一段则保持静止，解决本实用新型的通电难题。

所述砂轮体包括砂轮壳，砂轮壳内部装有轴向设置的圆柱形活塞拉杆、凝胶单元阵列，凝胶单元阵列的阵列方式为点阵型阵列，凝胶单元设置在轴向圆柱孔壳内，砂轮体底端与集电滑环连接。砂轮体内部设有容纳圆柱形活塞拉杆的轴向通孔。凝胶单元上端安装圆柱形活塞拉杆，通电后的凝胶单元带动圆柱形活塞拉杆，拉动的活塞拉杆使得弹性套膜发生形态变化，进而可以实现对复杂工件表面进行抛光。

所述圆柱形活塞拉杆设置在轴向通孔内，圆柱形活塞拉杆的顶部设有半球面支撑体，各凝胶单元连接的圆柱形活塞拉杆的轴向高度不同，圆心位置拉杆设计最长，其设计目的是为了非工作状态，其半球面支撑体固接到弹性套膜内壁。

凝胶单元上设有连接外部控制模块和电源的第一导线，第一导线穿过轴向圆柱孔壳、砂轮壳，再从砂轮壳外穿过外滑环。

所述凝胶单元是一种通过施加电极，由阳极正电子与凝胶内负电子间的静电吸引力诱发，导致凝胶基体形变的智能驱动器。所述凝胶单元上端安装圆柱形活塞拉杆，通电后的凝胶单元带动圆柱形活塞拉杆，移动的圆柱形活塞拉杆使得弹性套膜发生形态变化，进而可以实现对复杂工件表面进行抛光。所述凝胶单元包括多层透明弹性pvc凝胶薄膜，所述pvc凝胶薄膜之间设有金属电极，所述金属电极包括阳极板，阴极板。通过控制其输入电压，可使得凝胶单元具有轴向的缩短，缩短量由通电电压控制。

本实用新型的整体工作过程：本实用新型一般安装在用于复杂工件抛光工作的自动化设备末端，在进行零件加工时，根据所要加工零件的特征，通过调节每个凝胶单元的电压强弱，实现不同凝胶单元的轴向缩短，从而调整弹性套膜的形变，进而调整柔性砂轮头与被加工表面的接触曲率，提高磨粒层对复杂工件的适应性，使得抛光工作更加稳定和高效。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型可以用于复杂工件表面进行抛光的自动化设备领域，通过集电滑环适配到自动化设备末端，通过调节外部控制模块的电压强弱，改变柔性砂轮头的抛光形态，能够提高磨粒层对复杂零件的适应性，进而实现对不同曲面的工件进行高效抛光。

本实用新型的创新性在于：

1)通过对凝胶单元结构设计和分布阵列形变的协同控制实现砂轮加工轮廓的主动控制，从而满足工件复杂加工空间差异化需求；

2)在工业用电范围内，可通过输出电压控制，实现凝胶砂轮轮廓的实时调控，方法简单，响应灵敏；

3)磨粒群通过粘结剂固结在砂轮表层，在凝胶单元阵列支撑下，实现结构化剪胀态下的材料去除效果，一方面可以配合砂轮实现柔性接触，另一方面较游离磨粒而言可提升切屑力。

附图说明

图1是本实用新型的示意图。

图2是本实用新型的内部结构图。

图3是本实用新型的轴向剖视图。

图4a～图4b是本实用新型的凝胶单元变形原理图，其中图4a是直流长关闭状态，图4b是直流场开启状态。

图5a～图5b是本实用新型凝胶排布示意图，其中图5a是直流长关闭状态，图5b是直流场开启状态。

图6a～图6b是本实用新型加工原理示意图，图6a和图6b展示了不同的加工轮廓线。

图中标记为：砂轮体1，砂轮壳10，第一通孔11，第一导线12，轴向通孔13，圆柱形活塞拉杆14，半球面支撑体15，第一螺纹孔16，第二通孔17，轴向圆柱孔壳18，凝胶单元19；

集电滑环2，第二导线21，第二螺纹孔22，固结装置23，外滑环24，内滑环25；

柔性砂轮头3，卡箍31，弹性套膜32，抛光布33，磨粒层34；

pvc凝胶薄膜191、阳极板192、阴极板193。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型

参照附图：

砂轮体1，其工作端安装柔性砂轮头3，内部圆柱形活塞拉杆14用于驱动柔性砂轮头3沿轴向变形；其底端固接集电滑环2，用于实现第一导线12的同步转动。所述砂轮体1还包括砂轮壳10、圆柱形活塞拉杆14、凝胶单元阵列，砂轮体1底端设有与集电滑环2相固接的第一螺纹孔16，砂轮壳10中部设有第一通孔11。砂轮体1内设有容纳圆柱形活塞拉杆14的轴向通孔13。

所述砂轮壳10主要起保护内部结构、支撑等作用。

凝胶单元阵列包括轴向地设置在砂轮壳10内的若干个轴向圆柱孔壳18，每个轴向圆柱孔壳18内设有一个凝胶单元19；

所述凝胶单元19是一种通过施加电极，由阳极正电子与凝胶内负电子间的静电吸引力诱发，导致凝胶基体形变的智能驱动器。所述凝胶单元19上端安装圆柱形活塞拉杆14，通电后的凝胶单元19带动圆柱形活塞拉杆14，移动的圆柱形活塞拉杆14使得弹性套膜32发生形态变化，进而可以实现对复杂工件表面进行抛光。所述凝胶单元19包括多层透明弹性pvc凝胶薄膜191，所述pvc凝胶薄膜191之间设有金属电极，所述金属电极包括阳极板192，阴极板193。

所述pvc凝胶薄膜191选用聚氯乙烯pvc(polyvinylchloride)凝胶(聚合度为3200)，增塑剂选用dba(dibutyladipate)。将pvc粉末混入一定比例的dba中(重量比率为1:4)，并混入氧杂环戊烷thf(tetra-hydro-furan)溶液中，并将上述混合物共同注入培养皿，在常温下随着thf的蒸发，形成一层轻质柔性的透明弹性pvc凝胶薄膜。所述pvc凝胶薄膜191是一种电活性聚合物，在其两侧施加电极，可使pvc凝胶由阳极与附近凝胶内部负电子在maxwell作用力诱发下导致基体形变。在其两侧施加电极，通过控制其输入电压，可使得凝胶单元具有轴向的缩短量，缩短量由通电电压强弱控制。基于pvc凝胶上述特性，为了使凝胶具备更为理想的力学效果，可将阴极板193设计于凝胶薄膜191内层，在凝胶薄膜191上下两层设计阳极板192，并进行多层排布。所述阳极板192和阴极板193采用柔性导电电极，如石墨烯薄膜电极，金属薄膜电极等，厚度为数微米～数百微米。

所述集电滑环2是一种模块化产品，可以用在任何要求连续旋转的同时，又需要从固定位置到旋转位置传输电源和信号的机电系统中，可以简化系统结构，避免导线在旋转过程中造成扭伤。所述集电滑环2包括内滑环25、外滑环24。当进行抛光工作时，所述内滑环25的一端通过固结装置23固接到自动化设备的旋转部分，另一端通过第一螺纹孔16连接柔性砂轮体1，实现三者的同步旋转。所述外滑环则保持相对静止，与自动化设备机架相固连。集电滑环的主要作用是使得本实用新型所需导线一段跟随柔性砂轮进行旋转，另一段则保持静止，解决本实用新型的通电难题。

凝胶单元16上设有连接外部控制模块和电源的第一导线12，第一导线12穿过轴向圆柱孔壳18上的第二通孔17、砂轮壳10上的第一通孔11，再从砂轮壳10外穿过外滑环24上的第二螺纹孔22,。第一导线12穿过外滑环24后的部分，称为第二导线21。

所述柔性砂轮头3包括弹性套膜32，柔性抛光布33，磨粒层34和卡箍31。当弹性套膜32受到圆柱形活塞拉杆14的拉力时发生形变，使得磨粒层34主动贴合工件加工表面，经过微调可完成高效的自动化抛光工作。

所述弹性套膜32通过卡箍31安装在砂轮体1上并保证密封并且与圆柱形活塞拉杆14上的半球面支撑体15保持固接。

所述抛光布一面贴合到弹性套膜固定，随着弹性套膜的形变而发生改变，另一面通过粘接剂固结磨粒层34。

所述磨粒层34通过粘接剂固结在抛光布33上。

柔性砂轮头3、砂轮体1、集电环2的轴线重合。

本实用新型所称的轴向是指柔性砂轮头3、砂轮体1、集电环2的轴线方向。

本实用新型工作过程为：

开始进行抛光工作前，确保半球面支撑体15固接弹性套膜。当进行抛光工作时，通过对所加工工件的表面进行预先轨迹模拟仿真，得出所需砂轮最适抛光形态，通过调节外部控制模块来调节凝胶单元19的输入电压，使得凝胶单元阵列不同位置的凝胶单元19有相对应的缩短量，因其形变从而导致不同位置的圆柱形活塞拉杆14沿轴向有相应的位移，通过传递给半球面支撑体15使得弹性套膜32发生弹性形变，改变柔性砂轮头1形态，使得磨粒层34可更好地贴合被加工表面，实现高效的抛光工作。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举，本实用新型的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本实用新型的保护范围也包括本领域技术人员根据本实用新型构思所能够想到的等同技术手段。