本发明属于微型零件加工技术领域，尤其涉及一种微型管棒材内外圆微磨削设备及磨削方法。
背景技术：
随着微纳米加工技术在机械制造领域的广泛应用，微纳米加工技术已经成为一个国家科学技术发展的重要标志，微纳米加工技术在国防和民用高端技术中的应用，使得微纳米领域对于微纳米零件的精度和质量提出了新的迫切的要求。
微型管棒材应用于医学等尖端领域，被用于植入人体或进行其他一些高精度的研究，因此对于其精度有很高的要求，稍有不慎便会产生很大的影响。对于微型管棒材来说，就现有技术而言，很难对微型管棒材进行精度较高的加工，因为传统加工工业中所使用的夹具以及机床，达不到微纳米零件所需要的数量级，因此，现有传统夹具与机床无法对微型管棒材进行加工，更不用说提高其加工精度。
由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。
技术实现要素：
本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种微型管棒材内外圆微磨削设备及磨削方法，以实现对微型管棒材的多尺寸、高精度加工。
本发明所采用的技术方案为：
一种微型管棒材内外圆微磨削设备，包括控制系统、用于对待加工微型管棒材的外表面进行磨削的外磨削系统以及用于对待加工微型管棒材的内表面进行磨削的内磨削系统；所述外磨削系统包括上齿盘和下齿盘，上齿盘的底端面上设置有上槽口，下齿盘的顶端面上设置有下槽口，上、下槽口内均涂覆有磨粒，上、下槽口位置相对且两者相互配合形成对待加工微型管棒材的夹持和磨削；所述外磨削系统还包括用于带动所述上齿盘沿待加工微型管棒材的轴向做水平运动的水平驱动装置以及用于带动所述下齿盘做升降运动的升降驱动装置；所述内磨削系统包括微磨棒和用于安装所述微磨棒的夹具，微磨棒与待加工微型管棒材的内孔相适配，微磨棒安装到夹具上时，微磨棒的轴向方向与放置在上、下齿盘间的待加工微型管棒材的轴向方向一致，所述内磨削系统还包括用于带动所述夹具沿待加工微型管棒材的轴向移动的直线驱动装置，直线驱动装置带动夹具及设置在夹具上的微磨棒沿待加工微型管棒材的轴向作往复直线运动以实现对待加工微型管棒材的内孔的磨削；所述水平驱动装置、升降驱动装置以及直线驱动装置均受控于所述控制系统。
所述上齿盘的底端面上均布有多个所述上槽口，相对应的，所述下齿盘的顶端面上设置有多个所述下槽口，所述微磨棒的数量与上槽口的数量相同。
所述直线驱动装置包括直线电机及由直线电机驱动的滑块，所述滑块在直线电机的驱动下作往复直线运动，所述夹具设置在滑块上。
所述夹具与滑块之间为可拆卸式连接，所述内磨削系统包括若干套所述夹具和所述微磨棒，每套微磨棒的外径尺寸不同，与微磨棒相适配的用于安装微磨棒的夹具的尺寸亦不相同，以适应待加工微型管棒材不同尺寸的内孔的加工需求。
所述直线驱动装置还包括导向机构，导向机构包括直线导轨，直线导轨设置在滑块的下方；所述滑块的底端面上开设有多道导向滑槽，直线导轨的顶端面上设置有多道与导向滑槽相适配的导向凸条，或者所述滑块的底端面上设置有多条导向凸条，直线导轨的顶端面上开设有多道与所述导向凸条相适配的导向滑槽。
所述夹具包括上夹具和下夹具，所述下夹具与滑块的顶端面之间为可拆卸式连接，上夹具的底端开设有与所述微磨棒的外圆相适配的上半夹孔，下夹具的顶端开设有与所述微磨棒的外圆相适配且与所述上半夹孔位置相对的下半夹孔，上、下半夹孔相互配合形成对微磨棒的夹持。
所述升降驱动装置包括凸轮、推杆及用于带动所述凸轮旋转的第一旋转驱动机构，推杆的顶端与所述下齿盘相连，推杆的底端设置有滚子，滚子与凸轮相接触，凸轮在第一旋转驱动机构的带动下旋转并带动所述推杆做升降运动；所述第一旋转驱动机构包括动力输入轴、驱动部、横向传动轴和第一齿轮传动组件，第一齿轮传动组件包括第一减速齿轮和第二减速齿轮，第一减速齿轮套置在动力输入轴上，第二减速齿轮套置在横向传动轴上，第一、第二减速齿轮啮合传动，所述凸轮套置在横向传动轴上并由横向传动轴带动旋转，所述动力输入轴由驱动部驱动旋转，通过第一、第二减速齿轮带动横向传动轴旋转，进而带动所述凸轮转动。
所述水平驱动装置包括连杆、转向轴、转向齿轮、转向齿条以及带动所述转向齿条旋转的第二旋转驱动机构，连杆的一端与所述上齿盘相铰接、另一端与转向轴转动连接，转向轴与转向齿轮相连，转向齿轮的一端与所述转向齿条啮合传动，第二旋转驱动机构带动转向齿条旋转，并通过所述转向齿轮和转向轴带动连杆的一端旋转，从而通过连杆带动所述上齿盘做水平运动；所述第二旋转驱动机构包括垂直传动轴、设置在所述横向传动轴一端的第一换向锥齿轮和设置在垂直传动轴底端的第二换向锥齿轮，第一、第二换向锥齿轮啮合传动，所述转向齿条设置在垂直传动轴的顶部并由所述垂直传动轴带动旋转；所述转向齿条倾斜布置，所述转向齿轮在转向齿条上的啮合位置可调。
所述微型管棒材内外圆微磨削设备还包括基座、箱座、箱盖以及减振机构，箱座设置在基座上方，减振机构包括设置在箱座侧壁和基座内壁之间的超磁致伸缩器以及设置在箱座底端和基座内壁之间的空气弹簧，所述箱盖设置在箱座上方，所述上、下齿盘及内磨削系统均位于箱盖的上方。
本发明还公开了一种利用如上所述的微型管棒材内外圆微磨削设备磨削微型管棒材的方法，该方法通过所述控制系统控制水平驱动装置、升降驱动装置以及直线驱动装置的时序动作，以带动外磨削系统和内磨削系统的同时动作或分开动作，以实现对微型管板材外圆和内圆的同时加工或分开加工。
由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：
本发明能够调整磨削幅度以实现对微型管棒材的多尺寸加工，同时也可通过更换夹具实现对不同尺寸的微型管棒材的加工，增加了加工的灵活性和加工精度。此外，本发明通过设置减振机构对加工过程中的振动进行缓冲，进一步提高了加工精度。
附图说明
图1为本发明一种实施方式下的轴测图。
图2为本发明除去箱盖后的轴测图。
图3为本发明除去基座后的轴测图。
图4为本发明中基座的轴测图。
图5为本发明中箱座的轴测图。
图6为本发明中箱盖的轴测图。
图7为本发明中直线导轨的轴测图。
图8为本发明中滑块的轴测图。
图9为本发明中下夹具的轴测图。
图10为本发明中上夹具的轴测图。
图11为本发明中转向齿轮、转向齿条、连杆及上齿盘的装配图。
图12为本发明中转向齿轮和转向轴的装配图。
图13为本发明中转向齿条的轴测图。
图14为本发明中上齿盘的轴测图。
图15为本发明中下齿盘的轴测图。
图16为本发明中下齿盘、推杆及滚子的装配图。
其中，
101、垂直传动轴102、转向齿轮103、转向齿条104、转向轴105、第二换向锥齿轮106、第一换向锥齿轮107、推杆108、凸轮109、第一减速齿轮110、第二减速齿轮111、横向传动轴112、动力输入轴113、连杆114、齿条固定座115、滚子2、箱盖3、箱座4、基座501、下端夹具501.1、下半夹孔502.1、上半夹孔503、上齿盘503.1、上槽口503.2、导向槽504、微磨棒505、下齿盘505.1、下槽口6、直线导轨601、导向凸条7、滑块701、导向滑槽801、超磁致伸缩器802、空气弹簧9、导向架91、导向板
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施例。
如图1至图16所示，一种微型管棒材内外圆微磨削设备，包括控制系统、用于对待加工微型管棒材的外表面进行磨削的外磨削系统以及用于对待加工微型管棒材的内表面进行磨削的内磨削系统。
所述外磨削系统包括上齿盘503和下齿盘505，上齿盘503的底端面上设置有上槽口503.1，下齿盘505的顶端面上设置有下槽口505.1，上、下槽口内均涂覆有超细磨粒，上、下槽口位置相对且两者相互配合形成对待加工微型管棒材的夹持和磨削。
为了提高加工效率，在所述上齿盘503的底端面上均匀开设多个所述上槽口503.1，相对应的，所述下齿盘505的顶端面上设置多个所述下槽口505.1，使上、下齿盘可以同时磨削多根待加工微型管棒材的外圆。
所述外磨削系统还包括用于带动所述上齿盘503沿待加工微型管棒材的轴向做水平运动的水平驱动装置以及用于带动所述下齿盘505做升降运动的升降驱动装置。
具体地来说，所述升降驱动装置包括凸轮108、推杆107及用于带动所述凸轮108旋转的第一旋转驱动机构，推杆107的顶端与所述下齿盘505相连，推杆107的底端设置有滚子115，滚子115与凸轮108相接触，凸轮108在第一旋转驱动机构的带动下旋转并带动所述推杆107做升降运动。
优选地，所述第一旋转驱动机构包括动力输入轴112、驱动部、横向传动轴111和第一齿轮传动组件。第一齿轮传动组件包括第一减速齿轮109和第二减速齿轮110，第一减速齿轮套置在动力输入轴112上，第二减速齿轮110套置在横向传动轴上111，第一、第二减速齿轮啮合传动。所述第一、第二减速齿轮均为直齿圆柱齿轮，且第一减速齿轮109的外径小于第二减速齿轮110的外径。所述凸轮108套置在横向传动轴111上并由横向传动轴111带动旋转，所述动力输入轴112由驱动部驱动旋转，通过第一、第二减速齿轮带动横向传动轴111旋转，进而带动所述凸轮108转动，凸轮108通过所述滚子115带动所述推杆107升降。
所述水平驱动装置包括连杆113、转向轴104、转向齿轮102、转向齿条103以及带动所述转向齿条102旋转的第二旋转驱动机构，连杆113的一端与所述上齿盘503相铰接、另一端与转向轴104转动连接，转向轴104与转向齿轮102相连，转向齿轮102的一端与所述转向齿条102啮合传动，第二旋转驱动机构带动转向齿条103旋转，并通过所述转向齿轮102和转向轴104带动连杆113的一端旋转，从而通过连杆113带动所述上齿盘503做水平运动。也就是说，所述转向齿条102、转向轴104、连杆113和上齿盘503共同配合形成了一个曲柄滑块机构，而上齿盘503相当于该曲柄滑块机构内的滑块，在转向齿条103、转向轴104和连杆113的带动下作往复直线运动。
所述箱盖2的顶端一侧还设置有导向架9，导向架9包括支架及设置在支架顶端两侧的两块导向板91，上齿盘503的两侧分别开设有与所述导向板91相适配的导向槽503.2。
为了实现通过一个动力源即可带动所述上、下齿盘运动，优选地，所述第二旋转驱动机构包括垂直传动轴101、设置在所述横向传动轴111一端的第一换向锥齿轮106和设置在垂直传动轴101底端的第二换向锥齿轮105，第一、第二换向锥齿轮啮合传动，所述转向齿条103设置在垂直传动轴101的顶部并由所述垂直传动轴101带动旋转，垂直传动轴101的顶端设置有用于安装所述转向齿条103的齿条固定座114。所述第一、第二换向锥齿轮均为直齿锥齿轮，且第一换向锥齿轮106的外径小于第二换向锥齿轮105的外径。
所述转向齿条103相对于所述上齿盘503的中心轴倾斜布置，转向齿条103有两根，两根转向齿条103带有齿牙的一面相对设置，所述转向齿轮102设置在两根转向齿条103之间，且转向齿轮102在转向齿条103上的啮合位置可调。当需要对不同尺寸的待加工微型管棒材进行外圆磨削加工时，将转向齿轮102沿转向齿条103向前或向后(沿齿条的长度方向)转过一个齿，因转向齿条103倾斜布置，因此所述连杆113的运动幅度便会减少或增加一个的长度，实现对不同尺寸的待加工微型管棒材的外圆的磨削加工。
所述内磨削系统包括微磨棒504和用于安装所述微磨棒504的夹具，微磨棒504与待加工微型管棒材的内孔相适配，微磨棒504的数量与上槽口503.1的数量相同。微磨棒504安装到夹具上时，微磨棒504的轴向方向与放置在上、下齿盘间的待加工微型管棒材的轴向方向一致。
所述内磨削系统还包括用于带动所述夹具沿待加工微型管棒材的轴向移动的直线驱动装置，直线驱动装置带动夹具及设置在夹具上的微磨棒504沿待加工微型管棒材的轴向作往复直线运动以实现对待加工微型管棒材的内孔的磨削。
具体地来说，所述直线驱动装置包括直线电机及由直线电机驱动的滑块7，所述滑块7在直线电机的驱动下作往复直线运动，所述夹具设置在滑块7上。当然，所述直线驱动机构并不仅仅局限于所述的采用直线电机直接驱动滑块7运动的结构形式，还可以采用其它结构组成，例如采用液压缸或气缸直接驱动滑块7做直线运动，又比如采用电机和滚珠丝杠副的配合带动所述滑块7做直线运动等等，任何可以带动所述滑块7做直线运动的结构组成形式均可满足要求。
所述直线驱动装置还包括导向机构，导向机构包括直线导轨6，直线导轨6设置在滑块7的下方；所述滑块7的底端面上开设有多道导向滑槽701，直线导轨6的顶端面上设置有多道与导向滑槽701相适配的导向凸条601。当然，导向机构的设置并不仅仅局限于在滑块7上开设导向滑槽01，在直线导轨6上设置导向凸条601，也可以在所述滑块7的底端面上设置多条导向凸条，在直线导轨6的顶端面上开设多道与所述导向凸条相适配的导向滑槽。
为了适应待加工微型管棒材不同尺寸的内孔的加工需求，所述内磨削系统包括若干套所述夹具和所述微磨棒504，每套微磨棒504的外径尺寸不同，与微磨棒504相适配的用于安装微磨棒的夹具的尺寸亦不相同。
所述夹具包括上夹具502和下夹具501，所述下夹具501与滑块7的顶端面之间为可拆卸式连接，上夹具502的底端开设有与所述微磨棒504的外圆相适配的上半夹孔502.1，下夹具501的顶端开设有与所述微磨棒504的外圆相适配且与所述上半夹孔502.1位置相对的下半夹孔501.1，上夹具502扣合在下夹具501上，上、下半夹孔相互配合形成对微磨棒504的夹持。在对不同尺寸的微型管棒材进行磨削加工时，需要更换不同尺寸的微磨棒504，在更换微磨棒504时，将原有的上、下夹具拆卸下来，安装上对应尺寸的夹具即可。
为了避免微型管棒材的内圆磨削加工过程中，微磨棒504发生弯曲，沿微磨棒504的长度方向设置两组或多组所述上、下夹具，以对微磨棒504形成夹持和支撑。
所述微型管棒材内外圆微磨削设备还包括基座4、箱座3、箱盖2以及减振机构。箱座3设置在基座4上方，所述箱盖2设置在箱座3上方，所述上、下齿盘及内磨削系统均位于箱盖2的上方。减振机构包括设置在箱座3侧壁和基座4侧壁之间的多根超磁致伸缩器801以及设置在箱座3底端和基座4内壁之间的空气弹簧802。通过所述空气弹簧802，对加工过程中产生的纵向振动进行缓冲，通过所述超磁致伸缩器801，对加工过程中产生的横向振动进行缓冲，从而避免了加工过程中所产生的振动对于零件加工精度的影响。
本发明还公开了一种利用如上所述的微型管棒材内外圆微磨削设备磨削微型管棒材的方法，该方法通过所述控制系统控制水平驱动装置、升降驱动装置以及直线驱动装置的时序动作，以带动外磨削系统和内磨削系统的同时动作或分开动作，以实现对微型管板材外圆和内圆的同时加工或分开加工。也就是说，所述磨削外圆和磨削内圆的操作可以同时进行，也可以分开进行。当然，在磨削内圆前，需要外磨削系统配合动作，将待加工微型管棒材移至与内磨削系统的微磨棒504的轴向相匹配的位置，以辅助内磨削系统的磨削内圆加工的操作。
本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。