论气囊柔性抛光技术在电梯轿厢中的应用

杨峰

（宁波市特种设备检验研究院，浙江 宁波 315048）

1 气囊抛光工艺技术的特点

本文研究的这种抛光方法——气囊柔性抛光技术是建立在柔性加工理念之上，减少了局部撞击，使得抛光过程更加稳定和有效，从而在抛光表面形成很多微小的解理面，随着加工过程平稳性的改善进一步微细化，进而使加工表面趋向于平滑，获取相对均匀和光滑的表面质量，同时仿形能力和大面积的柔性接触保证了抛光质量和效率的提升。该方法具有加工效率高、表面质量好、成本低、易操作的优点，是一个很有竞争力的模具抛光方法，可望成为抛光加工的主要的方法之一，具有广阔的应用前景。与其他的抛光方法相比，气囊抛光具有如下的特点：

1.1 抛光工具与工件的吻合性好：在抛光时，抛光工具与工件表面的紧密吻合是保证抛光质量的基本条件。气囊抛光采用的抛光工具为柔性的气囊，抛光过程中，抛光工具与工件表面完全吻合，在局部接触区内抛光模和工件的面形一致，使所有的局部抛光区的去除量基本相同，对于提高表面粗糙度、控制面形精度非常有效。

1.2 局部抛光区内材料去除均匀：气囊抛光采用了一种独特的运动方式——类似陀螺的“进动”运动。抛光时气囊抛光头的旋转轴线与工件局部表面的法线成一定的夹角。气囊抛光头绕法线转动，同时气囊抛光头自身也高速旋转。由此，抛光区域在不同的方向得到了均匀一致的抛光，从而带来的效果是不但获得了高斯型的去除函数，而且抛光的划痕也得到了平滑，因此有利于气囊抛光材料去除的数值优化和保证整个加工的质量。

1.3 工艺过程可控性好：气囊式抛光工艺没有采用传统抛光工艺中的压力控制方式，而是以柔性气囊作为抛光工具，通过调节气囊球心与被抛光工件表面相对位置和气囊内部的充气压力来实现抛光过程的控制，且位置调节和压力调节可独立进行，增强了抛光参数选择的灵活性。

2 气囊抛光原理

气囊柔性抛光工具的气囊表面覆盖一层抛光布，在转动轴的带动下高速旋转，与自由曲面可形成大面积均匀接触，同时还可获得良好的接触吻合度；通过气囊气压的调节来调节抛光工作面的柔度，增大抛光工具与自由曲面的接触面积，提高抛光效率；通过编写程序来控制抛光工具的运动，便可实现既定的抛光轨迹，同时保证抛光面整个区域的法向抛光力稳定且均匀，以获得高的抛光品质；通过对外接溢流阀的控制，可以控制气囊的气压以及曲面的法向抛光力，实现在线控制；通过对气囊压力的控制，可以精确控制局部抛光去除量，进而实现局部形面的精密修正。

3 气囊抛光工具

气囊柔性抛光系统，其拥有6个自由度，能进行工件形态表面的扫描，进而生成优化的加工路径；柔性接触能很好地补偿和修正局部误差，获取匀称的抛光表面；同时根据抛光工具前端扭矩传感器的安置，能很好地实现气囊气压的在线调节和控制，获取接触区域稳定的接触力。抛光工具有一个能旋转和膨胀的橡胶气囊，外部包裹着抛光布，气囊内部的压力可以通过溢流阀的调节加以控制。

当旋转的气囊压向工件的表面时，在抛光磨料的作用下，在静止不动的工件表面就会遗留下划痕，划痕的分布范围就是气囊抛光接触区。因此，可用工件表面的抛光划痕来确定抛光接触区的尺寸和形状。而将形状规则、与周围过渡平缓的接触区称为有效抛光接触区。抛光接触区的大小是通过控制气囊相对工件表面的压缩量而实现的。抛光接触区的形状呈比较规则的形状，在气囊压缩量比较小时，抛光接触区的形状比较规则；而当气囊压缩量比较大时，抛光接触区的形状虽然比较规则，但对称性较差。对应不同的气囊压缩量，抛光接触区的尺寸不同，总的趋势是随气囊压缩量的增加，抛光接触区的尺寸也增大。

在局部的接触区，柔性气囊的变形使其与工件的面形吻合，提高了气囊抛光模的材料去除能力。控制气囊球心与工件抛光表面的相对位置，就可以改变抛光接触区的大小。利用可控抛光接触区能改善抛光能力，对不同的抛光目的，选择不同的抛光接触区及其大小。例如，大的抛光接触区用于修整给定的面形精度和达到比较光滑的表面；小的抛光接触区可用于修整表面的一些局部误差。而这种方法同样也可应用在边角上。对大小不同的工件，通过调整工艺来选择不同的抛光接触区及其大小。

4 影响气囊抛光的因素

抛光是以磨料的微小塑性切削为主体而进行的。抛光区内由于局部高温、高压使得工件与磨料之间存在着直接的机械作用，工件表面的材料不断地被微量去除，从而使表面平滑化。通常磨料、抛光条件、抛光环境等因素对抛光精度和表面质量有影响，这些因素的不同状态组合，就会得到不同的抛光结果。本节暂不考虑与材料相关的物理机械特性，主要根据气囊抛光的运动特点和抛光原理，分析了影响气囊式抛光效果的有关因素，认为下陷量、主轴转速、气囊压力和磨料是影响气囊抛光效果的主要因素。

气囊抛光时，气囊对工件的压力是由气囊对工件的相对压缩产生的，气囊的压缩不但形成抛光接触区的大小，也形成抛光接触区的压力，抛光区压力的大小取决于气囊的下陷量。气囊与工件间的相对速度由气囊旋转的速度决定。气囊“进动角”的变化改变了抛光接触区内速度大小，它与气囊旋转的速度有关，可归于气囊速度的影响之中。充气压力可调节是气囊抛光的特点，它具有以下的作用：在相同的下陷量情况下，改变气囊的充气压力相当于在抛光接触区尺寸近似不变的情况下，改变了气囊与工件间的压力。

总结

气囊抛光所具有的运动方式能适应快速和精密抛光；气囊接触区的有效尺寸和抛光压力可独立地控制；根据抛光需要，可改变接触区的大小及充气压力的高低；气囊抛光是局部抛光，在抛光的局部接触区域内，由于气囊的柔性、抛光模和工件的面形一致，可以显著地改善抛光效果。研究和试验都表明，气囊式抛光是一种实用、经济的高精度抛光技术，具有加工效率高、表面质量好、成本低、易操作的优点，是一个很有竞争力的抛光方法，可望成为电梯轿厢轿壁和轿门等装饰工艺中抛光加工的主要的方法之一，具有广阔的应用前景。

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