楊峰

（寧波市特種設備檢驗研究院，浙江 寧波 315048）

1 氣囊拋光工藝技術(shù)的特點

本文研究的這種拋光方法——氣囊柔性拋光技術(shù)是建立在柔性加工理念之上，減少了局部撞擊，使得拋光過程更加穩(wěn)定和有效，從而在拋光表面形成很多微小的解理面，隨著加工過程平穩(wěn)性的改善進一步微細化，進而使加工表面趨向于平滑，獲取相對均勻和光滑的表面質(zhì)量，同時仿形能力和大面積的柔性接觸保證了拋光質(zhì)量和效率的提升。該方法具有加工效率高、表面質(zhì)量好、成本低、易操作的優(yōu)點，是一個很有競爭力的模具拋光方法，可望成為拋光加工的主要的方法之一，具有廣闊的應用前景。與其他的拋光方法相比，氣囊拋光具有如下的特點：

1.1 拋光工具與工件的吻合性好：在拋光時，拋光工具與工件表面的緊密吻合是保證拋光質(zhì)量的基本條件。氣囊拋光采用的拋光工具為柔性的氣囊，拋光過程中，拋光工具與工件表面完全吻合，在局部接觸區(qū)內(nèi)拋光模和工件的面形一致，使所有的局部拋光區(qū)的去除量基本相同，對于提高表面粗糙度、控制面形精度非常有效。

1.2 局部拋光區(qū)內(nèi)材料去除均勻：氣囊拋光采用了一種獨特的運動方式——類似陀螺的“進動”運動。拋光時氣囊拋光頭的旋轉(zhuǎn)軸線與工件局部表面的法線成一定的夾角。氣囊拋光頭繞法線轉(zhuǎn)動，同時氣囊拋光頭自身也高速旋轉(zhuǎn)。由此，拋光區(qū)域在不同的方向得到了均勻一致的拋光，從而帶來的效果是不但獲得了高斯型的去除函數(shù)，而且拋光的劃痕也得到了平滑，因此有利于氣囊拋光材料去除的數(shù)值優(yōu)化和保證整個加工的質(zhì)量。

1.3 工藝過程可控性好：氣囊式拋光工藝沒有采用傳統(tǒng)拋光工藝中的壓力控制方式，而是以柔性氣囊作為拋光工具，通過調(diào)節(jié)氣囊球心與被拋光工件表面相對位置和氣囊內(nèi)部的充氣壓力來實現(xiàn)拋光過程的控制，且位置調(diào)節(jié)和壓力調(diào)節(jié)可獨立進行，增強了拋光參數(shù)選擇的靈活性。

2 氣囊拋光原理

氣囊柔性拋光工具的氣囊表面覆蓋一層拋光布，在轉(zhuǎn)動軸的帶動下高速旋轉(zhuǎn)，與自由曲面可形成大面積均勻接觸，同時還可獲得良好的接觸吻合度；通過氣囊氣壓的調(diào)節(jié)來調(diào)節(jié)拋光工作面的柔度，增大拋光工具與自由曲面的接觸面積，提高拋光效率；通過編寫程序來控制拋光工具的運動，便可實現(xiàn)既定的拋光軌跡，同時保證拋光面整個區(qū)域的法向拋光力穩(wěn)定且均勻，以獲得高的拋光品質(zhì)；通過對外接溢流閥的控制，可以控制氣囊的氣壓以及曲面的法向拋光力，實現(xiàn)在線控制；通過對氣囊壓力的控制，可以精確控制局部拋光去除量，進而實現(xiàn)局部形面的精密修正。

3 氣囊拋光工具

氣囊柔性拋光系統(tǒng)，其擁有6個自由度，能進行工件形態(tài)表面的掃描，進而生成優(yōu)化的加工路徑；柔性接觸能很好地補償和修正局部誤差，獲取勻稱的拋光表面；同時根據(jù)拋光工具前端扭矩傳感器的安置，能很好地實現(xiàn)氣囊氣壓的在線調(diào)節(jié)和控制，獲取接觸區(qū)域穩(wěn)定的接觸力。拋光工具有一個能旋轉(zhuǎn)和膨脹的橡膠氣囊，外部包裹著拋光布，氣囊內(nèi)部的壓力可以通過溢流閥的調(diào)節(jié)加以控制。

當旋轉(zhuǎn)的氣囊壓向工件的表面時，在拋光磨料的作用下，在靜止不動的工件表面就會遺留下劃痕，劃痕的分布范圍就是氣囊拋光接觸區(qū)。因此，可用工件表面的拋光劃痕來確定拋光接觸區(qū)的尺寸和形狀。而將形狀規(guī)則、與周圍過渡平緩的接觸區(qū)稱為有效拋光接觸區(qū)。拋光接觸區(qū)的大小是通過控制氣囊相對工件表面的壓縮量而實現(xiàn)的。拋光接觸區(qū)的形狀呈比較規(guī)則的形狀，在氣囊壓縮量比較小時，拋光接觸區(qū)的形狀比較規(guī)則；而當氣囊壓縮量比較大時，拋光接觸區(qū)的形狀雖然比較規(guī)則，但對稱性較差。對應不同的氣囊壓縮量，拋光接觸區(qū)的尺寸不同，總的趨勢是隨氣囊壓縮量的增加，拋光接觸區(qū)的尺寸也增大。

在局部的接觸區(qū)，柔性氣囊的變形使其與工件的面形吻合，提高了氣囊拋光模的材料去除能力。控制氣囊球心與工件拋光表面的相對位置，就可以改變拋光接觸區(qū)的大小。利用可控拋光接觸區(qū)能改善拋光能力，對不同的拋光目的，選擇不同的拋光接觸區(qū)及其大小。例如，大的拋光接觸區(qū)用于修整給定的面形精度和達到比較光滑的表面；小的拋光接觸區(qū)可用于修整表面的一些局部誤差。而這種方法同樣也可應用在邊角上。對大小不同的工件，通過調(diào)整工藝來選擇不同的拋光接觸區(qū)及其大小。

4 影響氣囊拋光的因素

拋光是以磨料的微小塑性切削為主體而進行的。拋光區(qū)內(nèi)由于局部高溫、高壓使得工件與磨料之間存在著直接的機械作用，工件表面的材料不斷地被微量去除，從而使表面平滑化。通常磨料、拋光條件、拋光環(huán)境等因素對拋光精度和表面質(zhì)量有影響，這些因素的不同狀態(tài)組合，就會得到不同的拋光結(jié)果。本節(jié)暫不考慮與材料相關(guān)的物理機械特性，主要根據(jù)氣囊拋光的運動特點和拋光原理，分析了影響氣囊式拋光效果的有關(guān)因素，認為下陷量、主軸轉(zhuǎn)速、氣囊壓力和磨料是影響氣囊拋光效果的主要因素。

氣囊拋光時，氣囊對工件的壓力是由氣囊對工件的相對壓縮產(chǎn)生的，氣囊的壓縮不但形成拋光接觸區(qū)的大小，也形成拋光接觸區(qū)的壓力，拋光區(qū)壓力的大小取決于氣囊的下陷量。氣囊與工件間的相對速度由氣囊旋轉(zhuǎn)的速度決定。氣囊“進動角”的變化改變了拋光接觸區(qū)內(nèi)速度大小，它與氣囊旋轉(zhuǎn)的速度有關(guān)，可歸于氣囊速度的影響之中。充氣壓力可調(diào)節(jié)是氣囊拋光的特點，它具有以下的作用：在相同的下陷量情況下，改變氣囊的充氣壓力相當于在拋光接觸區(qū)尺寸近似不變的情況下，改變了氣囊與工件間的壓力。

總結(jié)

氣囊拋光所具有的運動方式能適應快速和精密拋光；氣囊接觸區(qū)的有效尺寸和拋光壓力可獨立地控制；根據(jù)拋光需要，可改變接觸區(qū)的大小及充氣壓力的高低；氣囊拋光是局部拋光，在拋光的局部接觸區(qū)域內(nèi)，由于氣囊的柔性、拋光模和工件的面形一致，可以顯著地改善拋光效果。研究和試驗都表明，氣囊式拋光是一種實用、經(jīng)濟的高精度拋光技術(shù)，具有加工效率高、表面質(zhì)量好、成本低、易操作的優(yōu)點，是一個很有競爭力的拋光方法，可望成為電梯轎廂轎壁和轎門等裝飾工藝中拋光加工的主要的方法之一，具有廣闊的應用前景。

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