一种用于加工复杂零件的柔性气动抛光头的制作方法

本发明涉及一种用于加工复杂零件的柔性气动抛光头。

背景技术

复杂零件在如今的高端工业制造领域有着极其广泛的应用，例如大型飞机叶片、轮船潜艇叶片、航空航天推进装置等，而随着对设备稳定性、安全性的提高，对复杂零件表面质量的要求越来越高。所以对复杂零件的精密抛光就具有重要的意义。而纵观当前对大型复杂曲面的抛光自动化设备，虽然能对基本的零件表面进行抛光，但对于大凹面、大凸面等特征，自动化设备与工件适应性差，造成抛光不彻底的问题。随着对复杂零件加工质量和加工效率的要求不断提高，急需一种能够适用于各种自动化设备上，能适应各种具有大凸面、大凹面复杂特征的零件的抛光模块。所以，设计一种用于复杂零件加工的柔性抛光功能模块使自动化设备实现高质、高效的完成复杂零件抛光工作显得尤为必要。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有复杂零件，尤其对具有大凹面、大凸面特征的零件抛光不彻底、效率低的问题，提出了一种用于复杂零件加工的柔性气动抛光头，能够更高效地完成复杂零件的抛光工作。

本发明所述的一种用于加工复杂零件的柔性气动抛光头，其特征在于，包括：

多级气缸，其动作端安装柔性抛光头，用于驱动柔性抛光头沿自身轴向移动；

气动装置，与多级气缸固接，并且气动装置的进气口与外部压缩气源管路连通，排气口与多级气缸的进气口管路连通，用于向多级气缸供气；

柔性抛光头，其加工端配装可与工件待加工表面贴合并随柔性抛光头动作端同步运动的磨粒层，用于对工件表面进行加工。

所述多级气缸包括气缸体、排气罩、柱形活塞杆、至少一个环状活塞杆以及回位弹簧，气缸体与气动装置固接，气缸体的气缸设有可与气动装置的排气口管路连通的进气口，并且气缸体具有多个中空的台阶轴，台阶轴中空内腔均与气缸体的气缸连通，其中台阶轴的横截面为同心圆环，并且台阶轴的轴向高度从中心向外递减，形成多级台阶面；每个台阶轴的端部周向设有可与相应中空内腔连通的排气孔，台阶轴的台阶端面上设有供圆柱形活塞柱或环状活塞杆贯穿的轴向通孔；每个台阶轴的中空腔内对应设置一轴向布置的滑槽；排气罩密封装在多级气缸台阶轴外部，并且排气罩侧壁设有用于统一排气的排气口；圆柱形活塞杆的密封端、环状活塞杆的密封端分别密封插入相应的台阶轴轴向通孔内，并通过回位弹簧与台阶轴内的滑槽密封滑动连接，实现柱形活塞杆、环状活塞杆可沿相应台阶轴轴向伸缩。

除中心的台阶轴外，其余环状的台阶轴轴向表面均匀设有多个用于安装活塞杆的轴向通孔，所述圆柱形活塞杆安装在位于中心的台阶轴上，其余的环状活塞杆均匀安装在相应的环状的台阶轴上。

所述柔性抛光头包括弹簧支撑单元、支撑层以及磨粒层，每个圆柱形活塞柱以及环状活塞杆顶部各配装一弹簧支撑单元，全部的弹簧支撑单元共同形成可用于按压在支撑层内壁的台阶型弹簧阵列；支撑层包裹在弹簧阵列外部，并且支撑层的底部边沿与排气罩密封连接，使得排气罩、台阶轴的台阶面以及支撑层共同围成一用于容纳弹簧阵列的密封腔，支撑层外壁贴覆磨粒层，磨粒层的形状随弹簧阵列的活塞杆伸出长度调整。

所述弹簧支撑单元包括半球面支撑体和变刚度锥形弹簧，变刚度锥形弹簧的小端与圆柱形活塞柱或环状活塞杆顶部端面固接，其大端与半球面支撑体的平面端固连，而在圆柱形活塞柱或环状活塞杆的滑动行程内，半球面支撑体的球面可与支撑层内壁接触。

变刚度锥形弹簧的轴向高度一致，并且变刚度锥形弹簧沿其轴向从上到下相邻节距渐减，形成上疏下密的结构。

所述圆柱形活塞柱包括完全置于台阶轴中空内腔的第一推杆和可部分置于台阶轴中空内腔的第一挡板，所述第一挡板的底部插入台阶轴台阶端面的轴向通孔后与第一推杆固接，并保持第一挡板与滑槽密封滑动连接，第一推杆与台阶轴内壁滑动连接；第一挡板与台阶轴的滑槽底面之间连接回位弹簧。

所述环状活塞杆包括完全置于台阶轴中空内腔的第二推杆和可部分置于台阶轴中空内腔的第二挡板，所述第二挡板的底部插入台阶轴台阶端面的轴向通孔后与第二推杆固接，并保持第二挡板与滑槽密封滑动连接，第二推杆与台阶轴内壁滑动连接；第二挡板与相应台阶轴的滑槽底面之间连接回位弹簧，其中回位弹簧一端与第二挡板的插入端固连，另一端与相应台阶轴的滑槽底面固连。

本发明的工作原理在于：该机构包括凸面加工模式和凹面加工模式。

凸面加工模式中，气动装置不工作，多级气缸没有压缩空气，圆形活塞杆、环状活塞杆不会顶出。磨粒层形状仅仅根据回复弹簧和变刚度锥形弹簧力的作用保持原状。在抛光头接触到凸面工件时，工件给予抛光头的力会使变刚度锥形弹簧和回复弹簧进行变形。变刚度锥形弹簧由于上疏下密的设计，可以使上部疏圈螺旋部快速响应支撑磨粒接触变化，这种设计方法使变刚度锥形弹簧产生足够的微调角，使对磨粒群的支撑获得一定程度上的方向可调。回复弹簧根据根据所受的力快速调整活塞杆的伸出长度。两种弹簧的作用，提升整个抛光头对凸面零件加工的适应性。抛光头离开工件后，由两种弹簧的共同作用，磨粒层和活塞杆恢复抛光头原状。

凹面加工模式中，气动装置工作，通入压缩空气，多级气缸中的活塞杆在压缩空气的作用下顶出，通过第一推杆和第二推杆上的弹簧阵列支撑件改变磨粒层的形状，在第一挡板、第二挡板到达气缸体排气孔时，活塞杆停止运动此时磨粒层的形状已适应凹面零件加工，从而进入凹面加工模式。在抛光头接触到凹面面工件时，工件给予抛光头的力会使变刚度锥形弹簧和回复弹簧进行变形。变刚度锥形弹簧由于上疏下密的设计，可以使上部疏圈螺旋部快速响应支撑磨粒接触变化，这种设计方法使变刚度锥形弹簧产生足够的微调角，使对磨粒群的支撑获得一定程度上的方向可调。回复弹簧根据根据所受的力快速调整活塞杆的伸出长度。两种弹簧的作用，提升整个抛光头对凹面零件加工的适应性。抛光头离开工件后，由两种弹簧的共同作用，恢复凹面工作模式下初始状态。工作结束时，关闭气动装置，停止通入压缩空气，磨粒层和活塞杆通过回复弹簧的作用力恢复到不充气原状。

本发明的整体工作过程：本发明一般安装在用于复杂零件(凸面、凹面、自由表面)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，通过调节气动装置，从而控制多级气缸来切换凸面工作模式或者凹面工作模式，从而实现人为调整与工件的接触曲率。在接触到工件时，通过回复弹簧和变刚度锥形的快速反应，进行抛光头形状的进一步微调，进一步提高磨粒层对于复杂工件的适应性，从而实现对复杂零件表面的稳定、高效抛光工作。

本发明的有益效果在于：本发明可以用于复杂零件表面进行抛光作业的自动化设备领域；通过气动装置适配到各种自动化设备末端，通过调节气动装置来进行凸面加工模式和凹面加工模式的切换，并通过变刚度锥形弹簧和回复弹簧的自动微调来进一步提高磨粒层对复杂工件的适应性。由于本发明能够通过调节工作模式改变抛光头形貌，从而可以实现对多种复杂零件的抛光工作。

附图说明

图1是本发明外观图。

图2是本发明内部结构图。

图3是本发明截面图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明

参照附图：

实施例1本发明所述的一种用于加工复杂零件的柔性气动抛光头，包括：

多级气缸2，其动作端安装柔性抛光头，用于驱动柔性抛光头沿自身轴向移动；

气动装置1，与多级气缸固接，并且气动装置的进气口11与外部压缩气源管路连通，排气口与多级气缸2的进气口管路连通，用于向多级气缸供气；

柔性抛光头，其加工端配装可与工件待加工表面贴合并随柔性抛光头动作端同步运动的磨粒层4，用于对工件表面进行加工。

所述多级气缸2包括气缸体21、排气罩22、圆柱形活塞杆23、至少一个环状活塞杆24以及回位弹簧25，气缸体21与气动装置1固接，气缸体21的气缸设有可与气动装置的排气口管路连通的进气口，并且气缸体21具有多个中空的台阶轴212，台阶轴212中空内腔均与气缸体21的气缸连通，其中台阶轴212的横截面为同心圆环，并且台阶轴212的轴向高度从中心向外递减，形成多级台阶面；每个台阶轴212的端部周向设有可与相应中空内腔连通的排气孔213，台阶轴212的台阶端面上设有供圆柱形活塞柱23或环状活塞杆24贯穿的轴向通孔214；每个台阶轴212的中空腔内对应设置一轴向布置的滑槽215；排气罩22密封装在多级气缸台阶轴212外部，并且排气罩22侧壁设有用于统一排气的排气口221；圆柱形活塞杆23的密封端、环状活塞杆24的密封端分别密封插入相应的台阶轴212轴向通孔214内，并通过回位弹簧25与台阶轴212内的滑槽215密封滑动连接，实现圆柱形活塞杆23、环状活塞杆24可沿相应台阶轴212轴向伸缩。

除中心的台阶轴外，其余环状的台阶轴轴向表面均匀设有多个用于安装活塞杆的轴向通孔，所述圆柱形活塞杆安装在位于中心的台阶轴上，其余的环状活塞杆均匀安装在相应的环状的台阶轴上。

所述柔性抛光头包括弹簧支撑单元3、支撑层41以及磨粒层4，每个圆柱形活塞柱23以及环状活塞杆24顶部各配装一弹簧支撑单元3，全部的弹簧支撑单元3共同形成可用于按压在支撑层内壁的台阶型弹簧阵列；支撑层41包裹在弹簧阵列外部，并且支撑层41的底部边沿与排气罩22密封连接，使得排气罩22、台阶轴212的台阶面以及支撑层41共同围成一用于容纳弹簧阵列的密封腔，支撑层41外壁贴覆磨粒层4，磨粒层4的形状随弹簧阵列的活塞杆伸出长度调整。

所述弹簧支撑单元3包括半球面支撑体31和变刚度锥形弹簧32，变刚度锥形弹簧32的小端322与圆柱形活塞柱或环状活塞杆顶部端面固接，其大端321与半球面支撑体31的平面端固连，而在圆柱形活塞柱或环状活塞杆的滑动行程内，半球面支撑体的球面可与支撑层内壁接触。

变刚度锥形弹簧32的轴向高度一致，并且变刚度锥形弹簧沿其轴向从上到下相邻节距渐减，形成上疏下密的结构。

所述圆柱形活塞柱23包括完全置于台阶轴中空内腔的第一推杆231和可部分置于台阶轴中空内腔的第一挡板232，所述第一挡板232的底部插入台阶轴台阶端面的轴向通孔后与第一推杆231固接，并保持第一挡板232与滑槽密封滑动连接，第一推杆231与台阶轴内壁滑动连接；第一挡板与台阶轴的滑槽底面之间连接回位弹簧。

所述环状活塞杆24包括完全置于台阶轴中空内腔的第二推杆241和可部分置于台阶轴中空内腔的第二挡板242，所述第二挡板的底部插入台阶轴台阶端面的轴向通孔后与第二推杆固接，并保持第二挡板与滑槽密封滑动连接，第二推杆与台阶轴内壁滑动连接；第二挡板与相应台阶轴的滑槽底面之间连接回位弹簧，其中回位弹簧一端与第二挡板的插入端固连，另一端与相应台阶轴的滑槽底面固连。

本发明的工作原理在于：该机构包括凸面加工模式和凹面加工模式。

凸面加工模式中，气动装置1不工作，多级气缸2没有压缩空气，圆形活塞杆23、环状活塞杆24不会顶出。磨粒层4形状仅仅根据回复弹簧25和变刚度锥形弹簧32力的作用保持原状。在抛光头接触到凸面工件时，工件给予抛光头的力会使变刚度锥形弹簧32和回复弹簧25进行变形。变刚度锥形弹簧32由于上疏下密的设计，可以使上部疏圈螺旋部快速响应支撑磨粒42接触变化，这种设计方法使变刚度锥形弹簧32产生足够的微调角，使对磨粒42群的支撑获得一定程度上的方向可调。回复弹簧25根据根据所受的力快速调整活塞杆的伸出长度。两种弹簧的作用，提升整个抛光头对凸面零件加工的适应性。抛光头离开工件后，由两种弹簧的共同作用，磨粒层4和活塞杆恢复抛光头原状。

凹面加工模式中，气动装置1工作，通入压缩空气，多级气缸2中的活塞杆在压缩空气的作用下顶出，通过第一推杆231和第二推杆241上的弹簧支撑单元3改变磨粒层4的形状，在第一挡板232、第二挡板242到达气缸体21排气孔213时，活塞杆停止运动此时磨粒层4的形状已适应凹面零件加工，从而进入凹面加工模式。在抛光头接触到凹面面工件时，工件给予抛光头的力会使变刚度锥形弹簧32和回复弹簧25进行变形。变刚度锥形弹簧32由于上疏下密的设计，可以使上部疏圈螺旋部快速响应支撑磨粒42接触变化，这种设计方法使变刚度锥形弹簧32产生足够的微调角，使对磨粒42群的支撑获得一定程度上的方向可调。回复弹簧25根据根据所受的力快速调整活塞杆的伸出长度。两种弹簧的作用，提升整个抛光头对凹面零件加工的适应性。抛光头离开工件后，由两种弹簧的共同作用，恢复凹面工作模式下初始状态。工作结束时，关闭气动装置1，停止通入压缩空气，磨粒层4和活塞杆通过回复弹簧25的作用力恢复到不充气原状。

本发明的整体工作过程：本发明一般安装在用于复杂零件(凸面、凹面、自由表面)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，通过调节气动装置1，从而控制多级气缸2来切换凸面工作模式或者凹面工作模式，从而实现人为调整与工件的接触曲率。在接触到工件时，通过回复弹簧25和变刚度锥形的快速反应，进行抛光头形状的进一步微调，进一步提高磨粒层4对于复杂工件的适应性，从而实现对复杂零件表面的稳定、高效抛光工作。

实施例2一种用于加工复杂零件的柔性气动抛光头，包括：

多级气缸2，其动作端安装柔性抛光头，用于驱动柔性抛光头沿自身轴向移动；

气动装置1，与多级气缸固接，并且气动装置的进气口11与外部压缩气源管路连通，排气口与多级气缸2的进气口管路连通，用于向多级气缸供气；

柔性抛光头，其加工端配装可与工件待加工表面贴合并随柔性抛光头动作端同步运动的磨粒层4，用于对工件表面进行加工。

所述气动装置1一端设置有用于与自动化设备固连的螺纹孔11以及用于压缩空气的进气口12，另一端与多级气缸2连接；

所述多级气缸2包括气缸体21、排气罩22、圆形活塞杆23、若干环状活塞杆24、若干回复弹簧25。所述气缸体21通过螺钉211安装在气动装置1上，外侧为多个不同高度的台阶轴212；所述每个台阶轴212上周向设置有多个用于排出压缩空气的排气孔213，所述每个台阶轴212轴向表面设置有均匀分布多个用于安装活塞杆的通孔214。所述气缸体21内侧根据外侧台阶轴212的不同高度设置有对应深度的滑槽215，每一级滑槽215之间相互隔离。所述排气罩22安装于气缸体21外部，设置有用于统一排气的排气孔221。所述圆形活塞杆23包括第一推杆231和第一挡板232，安装在气缸体21内侧中心部位的滑槽215中，所述保证第一推杆231可以通过气缸体21外侧中心台阶轴212轴向表面的通孔214伸出，所述第一挡板232与气缸体21中心部位的滑槽215保持密封。所述若干环状活塞杆24包括多个第二推杆241和第二挡板242，分别安装在气缸体21内侧外围的滑槽215中，所述多个第二推杆241可以通过气缸体21外侧台阶轴212轴线表面的通孔214伸出，所述第二挡板242与气缸外围部分的滑槽215保持密封。所述若干回复弹簧25一端固定在圆形活塞杆23的第一挡板232以及若干环状活塞杆24的第二挡板242上，另一端固定在气缸体21内侧各个滑槽215底面上。

所述弹簧支撑单元3包括半球面支撑体31、变刚度锥形弹簧32。所述变刚度锥形弹簧32包括大端321和小端322，所述大端321与半球面支撑体31的平面端固连。所述弹簧支撑单元3通过变刚度锥形弹簧32的小端322安装在第一推杆231和第二推杆241的顶端。

所述磨粒层4包括复合薄膜41和磨粒42。所述复合薄膜41安装在排气罩22上并保证密封且与弹簧支撑单元3上的半球面支撑体31保持接触。所述磨粒42固结在复合薄膜41上。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明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，本发明的保护范围也包括本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。