一种基于力流变抛光技术的滚珠丝杠抛光方法
阅读说明：本技术 一种基于力流变抛光技术的滚珠丝杠抛光方法 (Ball screw polishing method based on force rheological polishing technology ) 是由 吕冰海 蔡靖宇 段世祥 祝佳俊 邓乾发 于 2021-06-11 设计创作，主要内容包括：一种基于力流变抛光技术的滚珠丝杠抛光方法,加工过程中,抛光液随传送带运送到丝杠下方,与丝杠滚道发生接触,抛光液与丝杠之间的相对速度超过设定阈值时而产生力流变效应,抛光液中均匀分布的聚合物汇聚与磨粒一起形成“粒子簇”,在高剪切速度下,由于丝杠处于自转运动,“粒子簇”在丝杠的滚道部位流动,使得“粒子簇”与滚道部位充分接触。本发明利用抛光液的力流变效应,提供一种滚珠丝杠表面的高效、高质量和柔性抛光的方法及装置。(A ball screw polishing method based on a force rheological polishing technology is characterized in that in the processing process, polishing liquid is conveyed to the lower portion of a screw along with a conveyor belt and is in contact with a screw raceway, a force rheological effect is generated when the relative speed between the polishing liquid and the screw exceeds a set threshold value, polymers uniformly distributed in the polishing liquid are gathered and form particle clusters together with abrasive particles, and the particle clusters flow at the raceway portion of the screw due to the fact that the screw is in self-rotation motion at a high shearing speed, so that the particle clusters are in full contact with the raceway portion. The invention provides a method and a device for efficiently, high-quality and flexibly polishing the surface of a ball screw by utilizing the rheologic effect of polishing solution.)
技术领域
本发明涉及精密与超精密加工技术，尤其是一种基于力流变抛光技术的滚珠丝杠抛光方法。
背景技术
随着工业行业的发展，工业技术对机床和特种仪器设备提出了高速、高精度、高可靠性等性能要求。如今需要的滚珠丝杠与用传统方法加工出来的滚珠丝杠相比，具有高精度等级、低表面粗糙度、耐磨、热膨胀系数低和高稳定性的综合性能要求。滚珠丝杠是将回转运动转化为直线运动，或将直线运动转化为回转运动的工件，是工具机械和精密机械上最常使用的传动原件，兼具高精度、可逆性和高效率的特点，被广泛应用于各种工业设备和精密仪器。
目前滚珠丝杠的传统加工方法主要以流体抛光工业为主，这类方法需将丝杠固定在相应的夹具中，通过流体磨料自上而下对工件进行研磨。研磨过程中，研磨剂是影响滚珠丝杠加工效率和质量的重要工艺因素之一。研磨剂一般由磨料、研磨基液和添加剂三部分组成。磨料应具有良好的磨削性能(一定的硬度、韧性、机械强度、热稳定性以及化学稳定性)。磨料的成分、浓度、粒度不同，研磨效果也截然不同。研磨基液的主要功能是粘附磨料和冷却，并具有改善研磨效率和表面加工质量的作用。添加剂主要起到提高磨料与滚珠丝杠亲和性、润滑、防锈以及促进化学反应等作用。
但是，滚珠丝杠现有的研磨方式较少，且现有的研磨方式加工得到的效果并不理想，加工出来的丝杠表面无法达到较高的精度。主要是由于滚珠丝杠的表面加工较为复杂，需要对滚珠丝杠的各个凹槽进行均匀加工。力流变抛光利用非牛顿流体的力流变特性，在抛光液与工件的接触区域形成“柔性固着磨具”，实现对工件表面凹槽高效抛光。同时，抛光液具有一定的流动性，可以保证对滚珠丝杠的抛光要求。因此，目前市面上专门从事加工滚珠丝杠的机器很少，主要以抛光机为主，这种方式和装置抛光滚珠丝杠存在如下主要问题：1)无法有效均匀加工每个表面，抛光效率低；2)抛光机运行并不稳定；3)气缸容易发生不正常响动。
发明内容
为了克服现有对滚珠丝杠抛光过程中容易出现的精度不高，每个表面加工不均匀等问题；本发明针对现有技术的不足之处，提出了一种基于力流变抛光技术加工丝杠表面的滚珠丝杠抛光方法，该方法利用力流变抛光液的力流变效应，实现复杂丝杠表面的高效、高质量和柔性抛光；设计了一种滚珠丝杠抛光器，在降低人工成本的同时也提高生产效益，弥补目前市面上滚珠丝杠抛光装置缺少的问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于力流变抛光技术的滚珠丝杠抛光方法，将丝杠安装在夹具装置中，夹具装置安装在龙门架之间，龙门架安装在安装底盘上；在放置有传送带装置的抛光液槽内加入抛光液，使得抛光液黏附在传送带上；启动传送带装置电机，传送带在转轴驱动下进行运动，黏附的抛光液随传送带表面进行转动，被传送到丝杠下方，抛光液与丝杠表面发生接触，抛光液与丝杠之间的相对速度超过设定阈值时而产生力流变效应，抛光液中均匀分散的聚合物汇聚于磨粒一起形成“粒子簇”，使抛光液出现类似“固体”的特性，从而对丝杠滚道进行高效、高质量抛光。
进一步，所述的丝杠安放在传送带的上方，丝杠是固定在龙门架上，丝杠随龙门架做左右往复运动，同时丝杠自身做自转运动。
再进一步，所述的丝杠与传送带上表面的间距为0.5-2cm，抛光槽内的抛光液的液面高于传送带下表面1-5cm，传送带运动速度为1-3m/s，龙门架移动速度为2-5mm/s，丝杠自转速度为20-50rpm。
进一步，所述的抛光液由力流变基液、磨粒、活性添加剂和化学腐蚀剂组成；所述磨粒粒径为#3000～#10000；所述磨粒为以下一种或者多种的混合物：氧化铝、金刚石、二氧化硅或氧化铈；所述磨粒占抛光液质量分数的10～40％；所述的活性添加剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的一种或者多种的混合物；所述的活性添加剂占抛光液质量分数的1～5％；所述化学腐蚀剂为芬顿试剂；所述芬顿实际配比为过氧化氢浓度为0.1～0.25wt％。
更进一步，加工过程中，加工温度为20～40℃。
本发明的有益效果主要表现在：(1)可以实现对丝杠的表面的高效、高质量抛光。(2)通过丝杠自转以及龙门架带动丝杠左右移动，使得丝杠表面都能被均匀加工。
附图说明
图1是本发明中滚珠丝杠抛光装置的结构图。
图2是滚珠丝杠抛光微观示意图。
图3是滚珠丝杠基于力流变抛光技术的微观原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。
参照图1～图3，一种基于力流变抛光技术的滚珠丝杠抛光方法，将丝杠8两侧分别与两个夹持装置(7、11)连接，夹持装置7连接在驱动电机6的转轴上，驱动电机6安装在龙门框架上，夹持装置11直接固定在同高度的龙门架5上；将传送带装置10与抛光液槽2底部表面预设的槽口镶嵌，完成固定作用，抛光液槽2用螺钉与装置底盘1固定，龙门架5底部与底盘的导轨3相配合；在放置有传送带装置10的抛光液槽2内倒入抛光液12；启动自转驱动电机6，丝杠8在驱动下进行自转运动；启动左右驱动电机4，控制龙门架5运动，带动丝杠8进行左右往复运动；启动传送驱动电机9，控制传送带装置10运动；加工过程中，抛光液12随传送带10运送到丝杠下方，与丝杠滚道发生接触，抛光液12与丝杠8之间的相对速度超过一定阈值时而产生力流变效应，抛光液12中均匀分布的聚合物汇聚与磨粒13一起形成“粒子簇”14，使抛光液12出现类似“固体”的特性；在高剪切速度下，由于丝杠8处于自转运动，“粒子簇”14在丝杠滚道部位流动，形成剪切流变区域，使得“粒子簇”14与滚道部位充分接触，包裹磨粒13对滚道部位进行抛光。
进一步，所述的丝杠8安放在传送带10的上方，丝杠10是固定在龙门架5上，丝杠8随龙门架5做左右往复运动，同时丝杠8自身做自转运动。
进一步，所述的抛光液12由力流变基液、磨粒、活性添加剂和化学腐蚀剂组成；所述磨粒粒径为#3000～#10000；所述磨粒为以下一种或者多种的混合物：氧化铝、金刚石、二氧化硅或氧化铈；所述磨粒占抛光液质量分数的10～40％；所述的活性添加剂为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂、非离子表面活性剂中的一种或者多种的混合物；所述的活性添加剂占抛光液质量分数的1～5％；所述化学腐蚀剂为芬顿试剂；所述芬顿实际配比为过氧化氢浓度为0.1～0.25wt％。
进一步，抛光液12的液面高度高于传送带10下表面1～5cm，丝杠8最低点与传送带10上表面的间距为0.5～2cm。
再进一步，丝杠8的自转方向可调整与传送带10转动方向相同或者相异，传送带运动速度为1～3m/s，丝杠自转速度为20～50rpm。
进一步，抛光液槽2呈长方形状，四块侧板都采用亚克力玻璃制成，防止抛光液溅出的同时以便操作人员观测槽内抛光液的量。
进一步，传送带10的运行不仅能带动抛光液12与丝杠8发生接触，还能防止抛光液中的磨料13沉淀的作用。
进一步，装置底座1与抛光液槽2之间安放橡胶隔振垫，减少龙门架5进行往复运动产生振动对抛光过程的不利影响。
本实施例的基于力流变抛光技术的滚珠丝杠抛光装置，，包括抛光液槽2、传送带装置10、安装底盘1和龙门架5，所述抛光液槽2用于盛放抛光液12，所述传送带装置10固定在抛光液槽2上方，所述安装底盘1用于固定抛光液槽2的位置以及确定龙门架5的运动轨迹；所述龙门架5可左右滑动地安装在导轨3上，所述龙门架5与用于带动龙门架左右往复运动的左右驱动电机4连接，两个丝杠夹具(7、11)分别固定在龙门架5上，两个丝杠夹具之间为供待抛光滚珠丝杠8装配的工位，所述传送带装置10位于所述工位的下方，其中一个丝杠7夹具与自转驱动电机6的输出轴连接，另一个丝杠夹具11安装在龙门架5上。
所述的抛光液槽2底部长方形状，接触面积大更有利于通过传送带的转动将抛光液带动对滚珠丝杠8加工；抛光液槽底部开设有废料排出口，将抛光液槽2拆下，内部得抛光液12可以在自重的作用下从排出口流出；抛光液12通过人工添加流入抛光液槽2中，抛光液12的液面高度高于传送带10下表面1～5cm；抛光液槽的四块侧板都采用亚克力玻璃制成，防止抛光液溅出的同时以便操作人员观测槽内抛光液的量。
所述的传送带装置由传送驱动电机9和传送带10组成；传送驱动电机9安装在传送带10上方，通过转轴驱动带动传送带10转动，转动时黏附带动抛光液12，同时起到防止抛光液中磨粒13沉淀的作用；所述传送带装置与抛光液槽盘壁及底部之间留有空隙；通过调节传送驱动电机9可以调整传送带的运行速度，传送带运动速度为1～3m/s；
所述的龙门架装置由一个自转驱动电机6、两个丝杠夹具(7，11)、龙门架5组成，龙门架底部与装置底盘的导轨3安装固定；所述的龙门架5由两个相同的金属框架相互连接组成，将丝杠8两侧分别与两个丝杠夹具(7、11)连接，一个丝杠夹具7连接在自转驱动电机6的转轴上，自转驱动电机6安装在龙门框架上，另一个丝杠夹具11直接固定在同高度的龙门架5上，丝杠8最低点与传送带装置10上表面的间距为0.5～2cm。
所述的装置底盘和抛光液槽2采用螺钉直接连接，并将龙门架底部固定到装置底盘的导轨上；装置底盘上的左右驱动电机4驱动导轨3带动龙门架进行往复运动，保证丝杠滚道都能被抛光加工；装置底盘与抛光液槽2之间安放橡胶隔振垫，减少龙门架5进行往复运动产生振动对抛光液槽2的不利影响。
本说明书的实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，仅作说明用途。本发明的保护范围不应当被视为仅限于本实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域的普通技术人员根据本发明构思所能想到的等同技术手段。
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