一种变曲率截面内柱面气流辅助磨粒流抛光加工装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于流体表面研磨/抛光技术领域，尤其涉及一种变曲率截面内柱面气流辅助磨粒流抛光加工装置。
【背景技术】
[0002]在国防、航空航天及民用工业领域的一些特殊应用场合，需要一类变曲率截面柱面的管形工件，其内壁横截面曲线为变曲率的光滑封闭曲线，该类工件的内壁表面需满足较高的粗糙度和面形精度要求，且不能有加工变质层和亚表面损伤，以达到在实际应用过程中的高精密性、稳定性和高可靠性目标。对于这类工件的内表面抛光加工，硬性或软性接触式的加工方法因其易造成加工变质层和亚表面损伤而不适用，故通常采用非接触式的磨粒流加工方法，比如液固两相软性磨粒流抛光加工方法。
[0003]前期出现的液固两相软性磨粒流抛光加工是以磨粒流的湍流为理论依据，以磨粒之间的相互碰撞以及磨粒与壁面间的碰撞为基础，对磨粒进行动力学分析，利用湍流流场中磨粒对壁面的切削作用，对工件的壁面粗糙处进行精密抛光加工。
[0004]目前，液固两相磨粒流抛光加工所用的流道采用单入口、单出口的方式，流体从流道的入口流入，出口流出，最终回流至磨粒流储存箱。按照两相磨粒流的加工原理，对工件进行加工的磨粒流在流道内必须形成湍流流动，湍流中，磨粒运动的随机性有利于表面无序化，直至实现工件表面无工具镜面级加工效果。基于前期的研究状况，简单的单输入输出的加工流道存在以下缺点:①增压栗的压力或者流量较低的时候，增压栗输出的液固两相磨粒流的流速不能达到产生湍流的最小速度，导致磨粒流道内的磨粒流处于层流状态，进而导致磨粒流中的磨粒对工件表面的切削概率很低，加工效果不明显；②增压栗输出磨粒流的流速达到了在流道内形成湍流的最小速度，由于加工流道较长，在流动过程中能量损失，湍动能下降，导致工件加工效果不均匀。③当遇到被加工工件尺寸形状分布宽泛，依靠前面所述的加工方法十分费时费力，需要开发出一种自适应能力强且经济绿色的精密抛光加工方法及装置。
【发明内容】
[0005]为了解决在现有加工方法对变曲率截面管形工件内壁面抛光的不适应、效果不明显或者不均匀的问题，本发明提出了一种变曲率截面内柱面气流辅助磨粒流抛光加工装置。
[0006]本发明所采用的技术方案是:
所述的一种变曲率截面内柱面气流辅助磨粒流抛光加工装置，用于抛光变曲率截面管形工件，包括安装机架，其特征在于所述安装机架上设置精密三轴伺服驱动系统、磨粒流循环系统及伺服电机驱动系统，圆柱形抛光加工工具连接用于定位其位置的精密三轴伺服驱动系统和驱动其自身旋转的伺服电机驱动系统，圆柱形抛光加工工具及变曲率截面管形工件置于磨粒流循环系统内，圆柱形抛光加工工具内置于变曲率截面管形工件中，且圆柱形抛光加工工具与变曲率截面管形工件的轴线相互平行，圆柱形抛光加工工具的外壁面与变曲率截面管形工件的内壁面相贴近，抛光工作中，圆柱形抛光加工工具在精密三轴伺服驱动系统的作用下，沿变曲率截面管形工件内壁运动。
[0007]所述的一种变曲率截面内柱面气流辅助磨粒流抛光加工装置，其特征在于所述安装机架为双层架构，包括机架和机架面板，所述机架面板上设置用来安装精密三轴伺服驱动系统的三轴伺服驱动系统安装架，所述机架面板表面中部安装有加工储液槽。
[0008]所述的一种变曲率截面内柱面气流辅助磨粒流抛光加工装置，其特征在于所述精密三轴伺服驱动系统包括X轴精密伺服驱动滑台、X轴驱动连接板1、Y形连接件1、Υ轴精密伺服驱动滑台、Y轴直线导轨、Z轴精密伺服驱动滑台、Z轴滑动安装板、Y轴驱动系统安装板、Y形连接件I1、X轴驱动连接板I1、X轴直线导轨及齿轮驱动安装板，所述X轴直线导轨分别为两个，X轴精密伺服驱动滑台固定在三轴伺服驱动系统安装架相对两边上，X轴直线导轨与X轴精密伺服驱动滑台配合连接，其中一个X轴直线导轨上部通过X轴驱动连接板I连接Y形连接件I，另一个X轴直线导轨上部通过X轴驱动连接板II连接Y形连接件II ;所述Y轴驱动系统安装板两端连接Y形连接件I和Y形连接件II，Y轴精密伺服驱动滑台固定在Y轴驱动系统安装板上并与Y轴直线导轨配合连接；所述Z轴滑动安装板固定在Y轴驱动系统安装板中部，Z轴精密伺服驱动滑台固定在Z轴滑动安装板上，且与齿轮驱动安装板连接，所述齿轮驱动安装板能在Z轴精密伺服驱动滑台上上下滑动，齿轮驱动安装板用于夹持圆柱形抛光加工工具。
[0009]所述的一种变曲率截面内柱面气流辅助磨粒流抛光加工装置，其特征在于所述伺服电机驱动系统包括伺服电机安装板及伺服电机，所述伺服电机安装板固定在齿轮驱动安装板上，伺服电机安装在伺服电机安装板上，伺服电机通过联轴器连接直齿圆柱齿轮II，直齿圆柱齿轮II与直齿圆柱齿轮I啮合连接，直齿圆柱齿轮I的输出轴与圆柱形抛光加工工具连接，并由齿轮轴锁紧螺母固定，伺服电机带动圆柱形抛光加工工具旋转。
[0010]所述的一种变曲率截面内柱面气流辅助磨粒流抛光加工装置，其特征在于所述磨粒流循环系统包括设置在机架面板中心位置的加工储液槽及设置在机架侧面的水箱，所述水箱内设有离心栗，离心栗连接第一管道一端，第一管道另一端插入加工储液槽内，加工储液槽底部出液口连接第二管道一端，第二管道另一端插入水箱内，使加工储液槽和水箱之间形成磨粒流循环。
[0011]所述的一种变曲率截面内柱面气流辅助磨粒流抛光加工装置，其特征在于所述圆柱形抛光加工工具为圆柱形结构，其上端面中心处开有螺纹孔接头，所述螺纹孔接头与伺服电机驱动系统的输出轴连接，所述螺纹孔接头上的螺纹孔设为气管接口，将压缩空气注入到圆柱形抛光加工工具的内腔中形成气腔，圆柱形抛光加工工具壁面开有多个气流孔，气腔中的高速气流通过气流孔均匀喷出，对变曲率截面管形工件进行抛光加工。
[0012]所述的一种变曲率截面内柱面气流辅助磨粒流抛光加工装置，其特征在于所述磨粒流是由磨粒和水或轻质油均匀混合而成的抛光流体介质。
[0013]所述的一种变曲率截面内柱面气流辅助磨粒流抛光加工装置，其特征在于所述磨粒为二氧化硅、碳化硅或氧化铝。
[0014]所述的一种变曲率截面内柱面气流辅助磨粒流抛光加工装置，其特征在于所述圆柱形抛光加工工具的外壁面与变曲率截面管形工件的内壁面在局部加工区域的距离小于Imm0
[0015]所述的一种变曲率截面内柱面气流辅助磨粒流抛光加工装置，其特征在于所述气流孔倾斜设置在圆柱形抛光加工工具壁面上。
[0016]通过采用上述技术，与现有技术相比，本发明的有益效果主要表现在:
1)本发明利用一种圆柱形抛光工具自身的高速旋转及从其内部由多个气流孔喷出的高速气流共同作用，将圆柱形抛光工具周边的液-固两相磨粒流驱动形成高速旋流，利用高速旋流对磨粒流中磨粒的驱动效果来达到对变曲率截面管形工件表面的精密切削作用，加工后工件内壁表面具有很低的表面粗糙度和较高的面形精度，且没有加工变质层和亚表面损伤；
2)本发明通过采用精密三轴伺服驱动系统来驱动所述圆柱形抛光加工工具实时沿着所述变曲率截面管形工件内壁面运动，同时沿着所述变曲率截面管形工件轴线方向进行来回往复运动，进而保证所述圆柱形抛光工具可以对不同尺