一种曲面金属零件的微束等离子抛光装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术属于金属材料表面精加工相关技术领域，其公开了一种曲面金属零件的微束等离子抛光装置及方法，该装置包括控制组件、表面轮廓探测仪、联动机构、等离子加工枪及零件夹具，表面轮廓探测仪及联动机构分别连接于控制组件，零件夹具设置在联动机构上；等离子加工枪连接于控制组件；当上一遍抛光完成后，控制组件根据曲面金属零件已抛光区域的表面形貌,计算覆盖上一遍抛光扫描搭接处所产生的带状凸起条纹的最佳抛光参数；此后，控制组件根据最佳抛光参数控制联动机构运动以对待抛光曲面金属零件进行下一遍抛光，由此覆盖掉带状凸起条纹。本发明专利技术提高了曲面抛光表面的质量及抛光效率，且便于使用。

A Microbeam Plasma Polishing Device and Method for Surface Metal Parts

The invention belongs to the related technical field of surface finishing of metal materials, and discloses a micro-beam plasma polishing device and method for surface metal parts. The device comprises a control component, a surface profile detector, a linkage mechanism, a plasma processing gun and a part fixture. The surface profile detector and a linkage mechanism are respectively connected to the control component, and the part fixture is arranged on the linkage mechanism. After the last polishing, the control component calculates the optimum polishing parameters of strip bump fringes produced at the lap of polishing scanning according to the surface morphology of the polished area of the surface metal parts. Thereafter, the control component controls the motion of the linkage mechanism according to the optimum polishing parameters to treat the polished surface metal parts. Once polished, the stripes are covered. The invention improves the quality and polishing efficiency of the polished surface of the curved surface, and is convenient for use.

【技术实现步骤摘要】
一种曲面金属零件的微束等离子抛光装置及方法
本专利技术属于金属材料表面精加工相关
，更具体地，涉及一种曲面金属零件的微束等离子抛光装置及方法。
技术介绍
随着对抛光产品的质量、运作成本和多功能化的要求越来越高，为了获得表面粗糙度可接受的工件，在工件制备的最后步骤中，需对其表面进行抛光处理。抛光是指使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。传统的抛光方法利用抛光工具和磨料颗粒或者其他抛光介质对工件表面进行的精密加工。现有技术下，普通的抛光机可以加工平面等简单的型面，对于曲面无法加工，容易产生打磨痕迹，且打磨不均匀，抛光效果差，所以寻求新的曲面精加工方法已经迫在眉睫。目前，等离子束已经被成功应用于金属的平面抛光上，利用高纯Ar气电离，在放电钨极和阳极材料表面之间形成等离子弧。在等离子弧高能量密度束流作用下，材料表层金属达到熔点并熔化，由于待处理表面是凹凸不平的，粗糙表面的凸起峰尖处最先受热熔化，在自身重力以及表面张力作用下，熔融液相最先向凹陷处流动填补沟壑，随后迅速凝固，最终获得平滑光亮的作用表面。液态熔池自身重力以及表面张力的影响是实现表面平滑的关键所在，一方面若熔池自身重力方向与曲面法向存在夹角，液态熔池自身重力会引导液相往低处流动，另一方面表面张力受温度梯度的影响，若熔池两侧受热不一致将导致熔池内液相的非对称流动，因此把握好重力和温度梯度在单道轨迹两侧的平衡是实现曲面金属零件的微束等离子抛光的核心原则，直接影响着微熔凝后的金属表面形貌，而高能束作用在曲面时比作用在平面时更难保持熔池重力平衡与熔池两侧温度梯度的平衡。此外，等离子束抛光过程中，熔池内液态金属在表面张力和热毛细力的共同作用下，形成轴对称的环流，熔池中部液态金属在环流作用下到达边界并凝固，并形成熔道两侧微凸起，而且等离子弧热输入越大，凸起越明显。这样虽然熔池中部局部粗糙度很低，但是对于整个抛光面来说粗糙度不能降低到最理想状态。相应地，本领域存在着发展一种抛光质量较好的曲面金属零件的微束等离子抛光装置及方法的技术需求。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种曲面金属零件的微束等离子抛光装置及方法，其基于曲面金属零件的抛光特点，研究及设计了一种使用简单、抛光质量较好的曲面金属零件的微束等离子抛光装置及方法。所述抛光装置工作时基于前一遍等离子扫描在搭接处进行下一遍扫描，且以能够覆盖前一遍抛光时搭接处所产生的带状凸起条纹的最佳抛光参数作为下一遍抛光的工作参数，如此下一遍抛光覆盖上一遍抛光搭接处的带状凸起条纹，直至获得所需要的表面粗糙度，提高了效率及质量，适用性较强，灵活性较好。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种曲面金属零件的微束等离子抛光装置，该装置包括控制组件、表面轮廓探测仪、联动机构、气体保护罩、等离子加工枪、等离子枪固定基座及零件夹具，所述表面轮廓探测仪连接于所述控制组件，所述联动机构连接于所述控制组件，所述零件夹具设置在所述联动机构上，所述零件夹具用于夹持待抛光曲面金属零件；所述等离子加工枪设置在所述等离子枪固定基座上，且其连接于所述控制组件；所述气体保护罩罩设在所述等离子加工枪外部；当上一遍抛光完成后，所述表面轮廓探测仪测量当前的所述待抛光曲面金属零件的抛光区域的表面形貌，并将得到的数据传输给所述控制组件，进而所述控制组件根据待抛光曲面金属零件的表面粗糙度及轮廓线计算获得覆盖上一遍抛光时扫描搭接处所产生的带状凸起条纹的最佳抛光参数；此后，所述控制组件根据所述最佳抛光参数控制所述联动机构带动待抛光曲面金属零件相对于所述等离子加工枪运动，以对所述待抛光曲面金属零件进行下一遍抛光，由此覆盖掉所述带状凸起条纹。进一步地，所述控制组件用于根据待抛光曲面金属零件的结构来设计预抛光曲面金属零件的结构参数，并利用有限元数值模拟分析的方法模拟微束等离子抛光过程，由此确定抛光过程中的工作参数。进一步地，所述等离子加工枪与待抛光曲面金属零件之间产生等离子主弧；所述等离子加工枪内产生先导弧；所述工作参数包括先导弧的电压和电流；等离子主弧的电流；电离气和保护气的流速、预送时间、后滞时间；等离子加工枪的枪口高度；弧移动距离及待抛光曲面金属零件的曲面自转速度。进一步地，抛光过程中，所述等离子加工枪的中心轴与待抛光曲面金属零件于抛光点处的曲面法向线重合。进一步地，待抛光曲面金属零件相对于所述等离子加工枪的单道抛光移动为待抛光曲面金属零件绕自身中心轴轴线的自旋转运动；旋转抛光时旋轮的移动轨迹从待抛光曲面金属零件的中心部位开始，由里向外进行抛光。进一步地，所述等离子加工枪包括铜喷嘴及设置在所述铜喷嘴内的钨针；所述抛光装置包括分别连接于所述控制组件的引弧高频电源及主弧直流电源，所述主弧直流电源的正负极分别连接于待抛光曲面金属零件及所述钨针；所述引弧高频电源的负极和正极分别连接于所述钨针及所述铜喷嘴。进一步地，所述抛光装置还包括电离气气瓶、保护气气瓶及流量控制器，所述流量控制器连接于所述控制组件，所述电离气气瓶及所述保护气气瓶通过所述流量控制器分别与所述等离子加工枪及所述气体保护罩相连接。进一步地，下一遍扫描所用的总输入功率小于上一遍扫描所用的总输入功率，且下一遍扫描单道道宽与上一遍扫描单道道宽的比值为1:(3～4)。按照本专利技术的另一个方面，提供了一种曲面金属零件的微束等离子抛光方法，该方法包括以下步骤：(1)提供如上所述的曲面金属零件的微束等离子抛光装置，并将待抛光曲面金属零件放置于所述零件夹具上，所述抛光装置对所述待抛光曲面金属零件进行第一遍抛光；(2)所述表面轮廓探测仪测量经过上一遍抛光后的待抛光曲面金属零件的抛光区域的形貌，并将测量得到的数据传输给所述控制组件，所述控制组件根据待抛光曲面金属零件的结构计算得出覆盖上一遍抛光时扫描搭接处所产生的带状凸起条纹的最佳抛光参数；所述抛光装置根据所述最佳抛光参数对待抛光曲面金属零件进行下一遍抛光；(3)所述表面轮廓探测仪测量经步骤(2)得到的待抛光曲面金属零件的金属材料表面形貌，并将得到的数据传输给控制组件，进而所述控制组件判断待抛光曲面金属零件的表面粗糙度是否满足目标要求，若满足，则抛光结束，否则转至步骤(2)。进一步地，进入所述气体保护罩的保护气的气体流速为5L/min，预送时间为10s，后滞时间为10s。总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案与现有技术相比，本专利技术提供的曲面金属零件的微束等离子抛光装置及方法主要具有以下有益效果：1.所述控制组件根据待抛光曲面金属零件的表面粗糙度及轮廓线计算获得覆盖上一遍抛光时扫描搭接处所产生的带状凸起条纹的最佳抛光参数；此后，所述控制组件根据所述最佳抛光参数控制所述联动机构带动待抛光曲面金属零件相对于所述等离子加工枪运动，以对所述待抛光曲面金属零件进行下一遍抛光，由此覆盖掉所述带状凸起条纹，提高了抛光表面的质量及生产效率，且结构简单，便于制造及使用。2.预送及后滞所述保护气，可以确保起弧的成功，同时在抛光接触后继续防止金属材料表面的氧化及所述等离子加工枪内部钨针的氧化。3.旋转抛光时旋轮的移动轨迹从待抛光曲面金属零件的中心部位开始，由里向外进行抛光，避免因基底温度低，温度梯度大在单道轨迹上产生鱼鳞纹，提高了抛光质量。4.待抛光本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种曲面金属零件的微束等离子抛光装置，其特征在于：所述抛光装置包括控制组件、表面轮廓探测仪、联动机构、气体保护罩、等离子加工枪、等离子枪固定基座及零件夹具，所述表面轮廓探测仪连接于所述控制组件，所述联动机构连接于所述控制组件，所述零件夹具设置在所述联动机构上，所述零件夹具用于夹持待抛光曲面金属零件；所述等离子加工枪设置在所述等离子枪固定基座上，且其连接于所述控制组件；所述气体保护罩设置在所述等离子加工枪外部；当上一遍抛光完成后，所述表面轮廓探测仪测量当前的所述待抛光曲面金属零件的抛光区域的表面形貌，并将得到的数据传输给所述控制组件，进而所述控制组件根据待抛光曲面金属零件的表面粗糙度及轮廓线计算获得覆盖上一遍抛光时扫描搭接处所产生的带状凸起条纹的最佳抛光参数；此后，所述控制组件根据所述最佳抛光参数控制所述联动机构带动待抛光曲面金属零件相对于所述等离子加工枪运动，以对所述待抛光曲面金属零件进行下一遍抛光，由此覆盖掉所述带状凸起条纹。

【技术特征摘要】
1.一种曲面金属零件的微束等离子抛光装置，其特征在于：所述抛光装置包括控制组件、表面轮廓探测仪、联动机构、气体保护罩、等离子加工枪、等离子枪固定基座及零件夹具，所述表面轮廓探测仪连接于所述控制组件，所述联动机构连接于所述控制组件，所述零件夹具设置在所述联动机构上，所述零件夹具用于夹持待抛光曲面金属零件；所述等离子加工枪设置在所述等离子枪固定基座上，且其连接于所述控制组件；所述气体保护罩设置在所述等离子加工枪外部；当上一遍抛光完成后，所述表面轮廓探测仪测量当前的所述待抛光曲面金属零件的抛光区域的表面形貌，并将得到的数据传输给所述控制组件，进而所述控制组件根据待抛光曲面金属零件的表面粗糙度及轮廓线计算获得覆盖上一遍抛光时扫描搭接处所产生的带状凸起条纹的最佳抛光参数；此后，所述控制组件根据所述最佳抛光参数控制所述联动机构带动待抛光曲面金属零件相对于所述等离子加工枪运动，以对所述待抛光曲面金属零件进行下一遍抛光，由此覆盖掉所述带状凸起条纹。2.如权利要求1所述的曲面金属零件的微束等离子抛光装置，其特征在于：所述控制组件用于根据待抛光曲面金属零件的结构来设计预抛光曲面金属零件的结构参数，并利用有限元数值模拟分析的方法模拟微束等离子抛光过程，由此确定抛光过程中的工作参数。3.如权利要求2所述的曲面金属零件的微束等离子抛光装置，其特征在于：所述等离子加工枪与待抛光曲面金属零件之间产生等离子主弧；所述等离子加工枪内产生先导弧；所述工作参数包括先导弧的电压和电流；等离子主弧的电流；电离气和保护气的流速、预送时间、后滞时间；等离子加工枪的枪口高度；弧移动距离及待抛光曲面金属零件的曲面自转速度。4.如权利要求1所述的曲面金属零件的微束等离子抛光装置，其特征在于：抛光过程中，所述等离子加工枪的中心轴与待抛光曲面金属零件于抛光点处的曲面法向线重合。5.如权利要求1所述的曲面金属零件的微束等离子抛光装置，其特征在于：待抛光曲面金属零件相对于所述等离子加工枪的单道抛光移动为待抛光曲面金属零件绕自身中心轴轴线的自旋转运动；旋转抛光时旋轮的移动轨迹从待抛...

【专利技术属性】
技术研发人员：李建军，邓湉湉，郑志镇，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42