一种用于提高振动光饰研磨效率的多自由度协同辅助装置
阅读说明：本技术 一种用于提高振动光饰研磨效率的多自由度协同辅助装置 (Multi-degree-of-freedom cooperative auxiliary device for improving grinding efficiency of vibration finishing ) 是由 冯相如 任建伟 于 2021-09-15 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种用于提高振动光饰研磨效率的多自由度协同辅助装置,包括横架于振动光饰容器上方的机架,机架上竖向悬挂有芯轴,芯轴上转动设置有齿轮盘,齿轮盘上偏心设置有连接杆,连接杆的底端设置有用于夹持振动光饰容器中工件的夹具,齿轮盘转动进而带动工件于振动光饰容器中振动。上述多自由度协同辅助装置可在原有振动光饰工艺基础上引入相对运动和加工位置两个关键参数,当工件位于振动光饰容器近壁位置时光饰效率较高,当工件与研磨介质之间的相对速度较大时光饰效率较高,并维持各个工件在振动光饰过程中的多自由度运动效果,从而大幅提高振动光饰的效率。(The invention discloses a multi-degree-of-freedom cooperative auxiliary device for improving the grinding efficiency of vibration finishing, which comprises a rack which is transversely arranged above a vibration finishing container, wherein a mandrel is vertically hung on the rack, a gear disc is rotatably arranged on the mandrel, a connecting rod is eccentrically arranged on the gear disc, a clamp for clamping a workpiece in the vibration finishing container is arranged at the bottom end of the connecting rod, and the gear disc rotates to drive the workpiece to vibrate in the vibration finishing container. The multi-degree-of-freedom cooperative auxiliary device can introduce two key parameters of relative motion and processing position on the basis of the original vibration finishing process, the finishing efficiency is higher when the workpiece is positioned at the position close to the wall of the vibration finishing container, the finishing efficiency is higher when the relative speed between the workpiece and the grinding medium is higher, and the multi-degree-of-freedom motion effect of each workpiece in the vibration finishing process is maintained, so that the vibration finishing efficiency is greatly improved.)
技术领域
本发明涉及材料表面处理技术领域，尤其涉及一种用于提高振动光饰研磨效率的多自由度协同辅助装置。
背景技术
零件机械加工后通常都有大量毛刺，表面粗糙度也较差，没办法直接投入使用，必须经过一系列的去毛刺、精整加工工序才能达到使用要求。以往对于机械加工零件的精整加工都是依靠锉刀、砂带、砂轮、抛光机等工具进行手工操作。随着生产的发展和科技进步，这种手工操作工艺已然不适应新的需求，于是逐渐发展出了依靠研磨材料进行机械光整的精整技术，其中应用最广泛的技术是振动光饰。
振动光饰是采用三次元工作原理，利用零件与研磨石相互研磨，进行零件表面精整，获得平整光泽表面得技术，采用振动光饰技术可以改善零部件应力分布，提高抗疲劳强度。振动光饰机的容器通常为开放式圆锅或方槽，其尺寸可以很小也可以很大，可根据加工零件的大小设计适宜的容器容量，具备相当高的灵活性，此种优势是其他表面光整技术不可比拟的，因此众多大型机械加工企业都配备有不同规格的振动光饰设备。
随着机械工业的进步，越来越多的零部件要求更高的光洁度，比如GE和SIEMENS的工业燃气轮机成品压气机叶片的光洁度要求已经达到Ra0.2的水平，并且要求使用表面光整技术，该零件在光整前的表面粗糙度已经达到Ra4。采用传统振动光饰工艺很难满足这一要求，有研究证实采用振动光饰工艺加工该零件，当加工时间达到16h以上时才可以获得Ra0.2的表面粗糙度，加工效率极低，同时容易因研磨时间过长造成零件尖角尺寸超差。另有研究表明，采用涡流式或离心式光整设备可以获得很高的加工效率，但是这两种设备都存在其局限性，涡流光整设备是采用高转速来获得高加工效率的一种机器，采用此类机器极易造成零件表面损伤，这对于高表面完整性要求的零件是致命伤害；离心式光整设备需要使用独立的容器作为离心机的行星部件，其尺寸很容易受限，灵活性较差，大尺寸的离心机使用成本过高，而对于大型规模化生产企业来说，振动光饰依然是最理想的选择，因此开发一种高效率的振动光饰工艺是迫在眉睫意义重大的工作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于提高振动光饰研磨效率的多自由度协同辅助装置，基于工件在光饰容器中的位置、零件与光饰研磨材料件的相对运动速率对振动光饰效率的影响，辅助现有振动光饰机使用，提高振动光饰的效率。
为达上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于提高振动光饰研磨效率的多自由度协同辅助装置，其包括横架于振动光饰容器上方的机架，机架上竖向悬挂有芯轴，芯轴上转动设置有齿轮盘，齿轮盘上偏心设置有连接杆，连接杆的底端设置有用于夹持振动光饰容器中工件的夹具，齿轮盘转动进而带动工件于振动光饰容器中振动。
特别地，连接杆包括钩部、套筒和挂杆，钩部与套筒的顶端部螺纹连接，挂杆穿设于套筒中，挂杆的上端设置有限位凸头，挂杆上套设有减震弹簧，减震弹簧位于限位凸头与套筒的底端部之间，挂杆的下端从套筒中伸出。
特别地，挂杆与夹具之间通过万向球头连接。
特别地，齿轮盘镂空，且设置有多个径向筋，连接杆挂勾于径向筋上，且能沿着径向筋移动。
特别地，齿轮盘与振动光饰容器位于同一竖向轴线上。
特别地，机架上设置有安装座，安装座上设置有电机，电机的输出轴上设置有驱动齿轮，驱动齿轮与齿轮盘外啮合。
特别地，电机设置有不止一个且同步驱动，对应驱动齿轮均布于齿轮盘的外围。
特别地，夹具包括两个用于对顶夹紧工件的调节螺栓。
综上，本发明的有益效果为，与现有技术相比，所述用于提高振动光饰研磨效率的多自由度协同辅助装置可在原有振动光饰工艺基础上引入相对运动和加工位置两个关键参数，当工件位于振动光饰容器近壁位置时光饰效率较高，当工件与研磨介质之间的相对速度较大时光饰效率较高，并维持各个工件在振动光饰过程中的多自由度运动效果，从而大幅提高振动光饰的效率。
附图说明
图1是本发明实施例提供的用于提高振动光饰研磨效率的多自由度协同辅助装置的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的用于提高振动光饰研磨效率的多自由度协同辅助装置中连接杆与夹具的连接示意图；
图3是本发明实施例提供的使用与未使用多自由度协同辅助装置的振动光饰研磨曲线，图中横坐标为研磨时间(h)，纵坐标为表面粗糙度(Ra)。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的零部件或具有相同或类似功能的零部件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，可以是机械连接，也可以是电连接，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一特征和第二特征直接接触，也可以包括第一特征和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。
请参阅图1和图2所示，本优选实施例提供一种用于提高振动光饰研磨效率的多自由度协同辅助装置，众多研究和实践表明，振动光饰效率与工件在光饰容器中的位置、零件与光饰研磨材料件的相对运动速率有重要联系，即当工件位于光饰容器近壁位置时光饰效率较高，当工件与研磨介质之间的相对速度较大时光饰效率较高，因此该多自由度协同辅助装置基于这两个因素进行研发。
该多自由度协同辅助装置包括横架于振动光饰容器7上方的机架1，机架1上竖向悬挂有芯轴2，芯轴2上转动设置有齿轮盘3，齿轮盘3上偏心设置有连接杆4，连接杆4的底端设置有用于夹持振动光饰容器7中工件的夹具5，齿轮盘3转动进而带动工件于振动光饰容器7中振动。
其中，连接杆4包括钩部41、套筒42和挂杆43，钩部41与套筒42的顶端部螺纹连接，挂杆43穿设于套筒42中，挂杆43的上端设置有限位凸头44，挂杆43上套设有减震弹簧45，减震弹簧45位于限位凸头44与套筒42的底端部之间，挂杆43的下端从套筒42中伸出。进一步地，挂杆43与夹具5之间通过万向球头46连接，以保证被夹持的工件仍可多自由度运动。
此处的齿轮盘3镂空，且设置有多个径向筋31，连接杆4挂勾于径向筋31上，且能沿着径向筋31移动，从而适配多种振动光饰容器7的尺寸。
齿轮盘3与振动光饰容器7位于同一竖向轴线上，确保工件稳定沿着针对振动光饰容器7作近壁运动。
机架1上设置有安装座11，安装座11上设置有电机6，电机6的输出轴上设置有驱动齿轮，驱动齿轮与齿轮盘3外啮合。特别地，电机6设置有不止一个且同步驱动，对应驱动齿轮均布于齿轮盘3的外围。
此处的夹具5包括两个用于对顶夹紧工件的调节螺栓51，便于对工件简单装夹。
下面，根据本实施例思路搭建简易工艺装备，挑选压气机高强钢叶片作为对象进行了振动光饰实验，试验选用振动光饰机容量为600L；选用叶片总长为200mm；选用研磨材料为陶瓷基棕刚玉磨料；参数设定为振动频率50HZ，振幅为3mm；设置为不采用该多自由度协辅助装置的试验对照组，其余参数均相同。
压气机高强钢叶片光饰前经喷丸处理，其表面粗糙度为Ra4，要求经过振动光饰后表面光洁度达到Ra0.2。为记录振动光饰效果，本实验每30min记录一次工件表面粗糙度，最终试验结果如图3所示，使用该多自由度协同辅助装置达到工艺要求的时间仅为不适用该装备的1/4，由此可得，该多自由度协同辅助装置可以大幅提升振动光饰的加工效率，从而大幅削减加工成本。
综上，上述的用于提高振动光饰研磨效率的多自由度协同辅助装置可在原有振动光饰工艺基础上引入相对运动和加工位置两个关键参数，并维持各个工件在振动光饰过程中的多自由度运动效果，从而大幅提高振动光饰的效率。
以上实施例只是阐述了本发明的基本原理和特性，本发明不受上述事例限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改变，这些变化和改变都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
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