一种用于复杂曲面抛光加工的摆动抛光装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于复杂曲面抛光加工的摆动抛光装置，它是一种通过使抛光工具接触点处的工具母线绕着其母线圆心摆动或绕着被加工曲面的一个圆弧截线的圆心摆动以增加对同一点抛光的磨粒数量，或在工件的凹凸圆弧过渡面上加工出接近过渡面圆弧方向的网纹的新型抛光方法。它在传统机械抛光的基础上增加了垂直抛光方向的摆动运动以及通过具有径向柔性的抛光轮实现与工件之间的较大面积接触以去除刀纹，该装置可以通过增加对同一点作用的磨粒来提高曲面抛光的一致性，还可以通过摆动运动在过渡曲面上形成有利于提高疲劳强度的纹路。该装置可以应用于叶片等的全型面的高质量抛光加工，属于机械加工技术领域。
【背景技术】
[0002]抛光是指利用机械、化学等作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。机械抛光利用砂带、抛光轮等抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行光整加工。抛光的理论研究不断深入，如北京航空航天大学陈五一、陈志同等开展了五轴联动砂轮磨削抛光航空发动机叶片的相关研究，对采用鼓形砂轮周磨复杂自由曲面的刀位计算进行优化，重庆大学刘瑞杰、黄云针通过提高砂带线速度，选用合理的磨削压力、砂带磨料和采用高粒度号的砂带等有效防止磨削烧伤和裂纹的产生，相应的抛光仪器设备仍需进一步完善，传统的抛光装置如砂带或抛光轮等一般只提供工具某一截面上的磨料在该截面上的运动，并同时对工件上的一个点进行加工，由于每个工具截面上最高磨料的高度不能完全一致而产生波动，会在工件加工表面留下明显的痕迹，难以满足复杂曲面抛光的需要。如果让工具上不同横截面上的点更多参与抛光，待抛光曲面上的很多点都能得到更多磨粒的抛光加工，这样得到的表面的粗糙度和纹理方向可以得到显著改善。同时，工件表面上有很多圆弧过渡区域如叶片根部、叶片进排气边等，这些区域的自动化抛光一直是难点，降低粗糙度、提高效率、改变纹理方向使之朝向有利于提高疲劳强度的方向具有重要意义。本发明基于平面抛光时抛光过程通过提供砂纸相对工件的行星运动确保砂纸上的几乎所有磨粒都能对工件上的每一点进行加工从而提高表面质量的机理，在曲面加工时通过增加抛光工具的运动而确保更多的磨粒能对工件上的所有点进行均等机会的加工，提出一种可驱动抛光工具绕其母线中心摆动或绕被加工凹或凸的圆弧过渡区域的截面线圆心摆动的偏置摆动机构，利用该机构实现曲面的高质量抛光或研磨加工，同时用于解决过渡曲面的高效率加工难题。
【发明内容】
[0003]1、目的:本发明的目的是提供一种用于复杂曲面抛光加工的摆动抛光装置，它是一种利用扭转振动器使抛光工具绕着工具母线或被加工圆弧截线中心回转中心摆动，同时工具绕工具轴线高速转动的抛光装置，其目的是使抛光工具上的更多磨料颗粒都能对被加工表面上的所有点进行均等的抛光加工，或使抛光工具同时绕自身轴线和被加工圆弧过渡区域圆心摆动的抛光加工，达到提高复杂曲面抛光质量和抛光效率的目的。
[0004]2、技术方案:图la-d为本摆动抛光装置的原理图。其中图la是砂带抛光工具和砂带轮或其它抛光轮工具的等效性原理图，该图中，当砂带S1或抛光轮S2对工件W的同一点进行加工时，砂带上与工件接触的点和抛光轮上与工件接触的点具有相同的曲率半径，其运动轨迹和功能是相同的，因此可以把砂带等效成具有相应曲率半径的抛光轮。图lb表明的是研磨抛光的基本原理。其中0点为抛光轮T回转中心，S为抛光轮上的磨粒，抛光轮绕一个通过接触点P的母线增加摆动运动A后，抛光轮上更多的磨粒有机会与工件W上的P点接触，这样不仅能够避免局部突变纹理的产生，还能够使抛光轮上的更多磨粒参与工作以便于显著提高抛光轮的使用寿命和有效控制加工表面完整性，最终达到延长工件寿命的目的。图lc、图1d分别是利用凸母线抛光轮对凹曲面进行抛光及利用凹母线抛光轮对凸曲面进行抛光的原理图，其中P为抛光轮与工件表面的接触点，C和Ct分别是待加工曲面和抛光工具的圆弧中心，R和Rt分别C和Ct的圆弧半径，Mt是抛光轮与工件的接触区域，Mw是工件W的过度圆弧表面，抛光工具T绕工件W过渡圆弧中心C摆动可以使磨料S在工件曲面上生成波动的轨迹，这种轨迹可以提高加工行宽和保证表面加工质量的一致性。
[0005]本发明一种用于复杂曲面抛光加工的摆动抛光装置，它是一种采用鼓形砂带或砂带轮(或其它具有类似形状的抛光轮)对曲面或过渡圆弧截线曲面抛光加工的摆动抛光装置，是由电机01，摆动振动机构02，抛光动力头03和抛光工具04等组成，如图3所示。它们相互之间的位置连接关系是:电机01通过法兰盘22与摆动振动机构02的机身23相连，抛光动力头03通过4个固定螺钉安装在摆动振动机构02的机身23上，抛光工具04通过连接架33与抛光动力头03相连，跟随其做摆动运动。
[0006]所述电机01是作为振动动力源的电机，频率为40HZ，为偏心轮提供回转运动，同时动力源也可以采用气缸或液压缸。
[0007]所述摆动振动机构02，包括配重块22，机身23，振动弧板24，24 ‘，偏心轮25，27，滑块26，26‘等5部分构成。它们相互之间的位置连接关系是:偏心轮125，偏心轮227与电机共轴，在电机的带动下做匀速回转运动，偏心轮嵌套在滑块26内部，带动滑块运动;滑块可在振动弧板内腔中上下滑动，4个滑动轴承用于固定振动弧板运动轨迹，最终实现从电机的回转运动到滑台的连续摆动。两个偏心轮相对180°放置，各自带动一个滑块运动。当偏心轮位于图中所示位置时(即达到上、下方向最大值)，振动弧板处于中心位置，当偏心轮位于左右方向最大值时，摆动幅度达到临界值。采用凸母线抛光轮、凹母线抛光轮和砂带进行研抛时需要使这些工具的母线的中心与摆动机构的中心即轴心C6重合。当需要加工特定的凹或凸的圆弧时，可以调整使摆动中心与工具母线上特定点的摆动圆弧半径与被加工曲面圆弧半径相同。所述的振动弧板24的运动轨迹由4组轴承限定，也可以采用滑动结构或标准的圆弧导轨单元实现。为了避免机构的振动传递到机床上，本发明同时采用两个运动方向相反的振动弧板平衡左右方向上的力，它们在同一电机驱动下做对称运动。振动弧板224 ‘与滑台等相连，其质量大于振动弧板124，为平衡质量差在振动弧板224 ‘上面加上配重块，配重块使用密度较大的高温合金。
[0008]所述抛光动力头03具有多种可选结构，如本图中采用的是砂带动力头(动力通过软轴传递，未画出)，包括气缸活塞31，滑台32，连接架33及调节螺钉35。该动力头附带有可上下运动的滑动单元和力控机构，确保砂带与工件之间的接触力在许可范围之内。其中滑台32与气缸活塞31相接触，气缸活塞提供可调整的、往下的压紧力，该压紧力可以根据曲面的曲率进行调整，调节螺钉量程7.5_，精度0.1_，可以精确调节径向的刚性。
[0009]所述抛光工具04为抛光砂带，包括砂带机41和抛光砂带42，砂带机通过连接架34装在滑台上，从而随滑台实现摆动。同时可以采用抛光主轴驱动的抛光轮替代上述砂带动力头，其中的力控机构需要将砂带上的力控机构方向旋转90度得到。
[0010]3、优点及功效:本发明一种用于复杂曲面抛光加工的摆动抛光装置的优点是:1)实现抛光过程中的摆动运动，达到研抛的效果，大大提高抛光的表面精度;2)通过气缸活塞与滑台相接触，使抛光装置如砂带等具有径向的柔性，径向的刚性可通过调节螺母进行调节，从而适应不同类型的加工件;3)通过增加对同一点作用的磨粒来提高曲面抛光的一致性，还可以通过摆动运动在过渡曲面上形成有利于提高疲劳强度的纹路，有效提高工件寿命;4)对于复杂曲面如圆弧等通过抛光工具的摆动可以使磨料在工件曲面上生成波动的轨迹，这种轨迹可以提高加工行宽，提高抛光效率。
【附图说明】
[0011 ]图la砂带与砂带轮抛光等效性示意图。
[0012]图lb研抛的原理不意图。
[0013]图lc凹表面的摆动抛光不意图。
[0014]图1d凸表面的摆动抛光示意图。
[0015]图2研抛装置摆动机构主视图。
[0016]图3摆动砂带研抛装置等轴测图。
[0017]图4摆动机构剖视图A-A。
[0018]图5摆动机构剖视图B-B。
[0019]图6摆动砂带研抛装置三维图。
[0020]图中符号意义如下:
[0021 ] S1砂带、S2抛光轮、W工件、0抛光轮回转中心、B抛光杆、T抛光轮、S磨粒、A摆动运动、P抛光工具与工件接触点、Ct抛光轮圆弧中心、C工件过度圆弧表面