多功能可视化打磨清理设备的设计与开发

商闯 朱正坤 史东丽 庞雨花

摘 要针对柴油机喷油嘴，液压阀，医疗器械等复杂的或者具有深孔、盲孔、交错孔的零件，很多企业采用风磨笔人工打磨的去除毛刺的方法。采用把医学上的内窥镜镶嵌在风磨笔上，并集成冲洗设备，使得操作人员在打磨毛刺的过程中，通过观察电脑屏幕或者手机屏幕查看毛刺去除情况，大大提高了生产效率。这项简单的技术，既解决了困扰企业多年的难题，同时也填补了国内的空白。

关键词风磨笔;毛刺

在传统制造业的工件加工过程中，毛刺清理打磨是提高成品工件表面质量的重要工序。普遍认为毛刺与零部件的精度、表面的状态、边缘的要求等都有一定的内在联系，毛刺对产品会产生很大的影响，甚至于会影响整个产品的可靠性。独立的毛刺去除工序往往比较原始，人工锉刀、油石、砂布、钢丝刷等工具，适用于精度要求不高的工件，而且劳动强度大，对工人的技术要求高，具有不稳定性。为了解决这一问题，近年来人们提出了不少机械去毛刺的手段，例如：电解去毛刺（工具头的制作精度高、成本大、难度大）、热脉冲去毛刺（零件会受到电解或爆炸热的作用的影响，表面失去光泽，尺寸精度受到影响）、刷子精整法、挤压绗磨、磁力研磨等技术。风磨笔打磨加工技术被广泛应用于机械零件的后期加工中。它具有切削功率低，工件加工精度高，表面粗糙度值低，设备结构比较简单，操作维修方便等多种优点。基于风磨笔的加工原理，本文主要为提高去毛刺的质量和效率提出一种加工方法——可视化打磨清理，并进行了设备开发。

风磨机是利用压缩空气将空气的压力能转换成打磨头的旋转机械能，进行对工件的打磨、去毛刺等处理的机械。也称气动打磨机，有的风磨机做成笔状，所以习惯称为风磨笔，常用于去毛刺、雕刻、打磨等作业。风磨笔的进气口与压缩空气管连接，压缩空气通过进气管流入能量装换装置，将压力能转换为旋转动能，从而带动打磨头旋转进行打磨作业，经过能量转换装置的压缩空气由回风口吹向工作处。

通过把医疗用高清内窥镜镶嵌在风磨笔上，并在风磨笔上集成冲洗管道，使得操作人员在打磨操作的过程中就可以观察到操作情况，最后还可以对毛刺和杂质进行冲洗，进而提高生产效率，减少流转环节，降低生产成本。

本研究项目设计一种集成内窥镜和冲洗管道的风磨笔，该多功能设备包括：一种常规的风磨笔以及高清内窥镜和冲洗管道。清洁度要求完全达到JB/T 7661-1995柴油机油泵油嘴产品清洁度限值及测定方法标准。

本设计装有内窥镜的风磨笔结构示意图如图1所示，包括显示器1、数据线2、内窥镜3、磨头4、风磨笔笔身5、通气管6、压缩空气7、镜头护盖8和开关9。风磨笔笔身5的前方安装有磨头4，风磨笔笔身5的上方的前侧安装有内窥镜3，内窥镜3的前方安装有镜头护盖8，风磨笔笔身5的后侧安装有开关9，风磨笔笔身5的后方设置有显示器1，内窥镜3通过数据线2与显示器1连接，风磨笔笔身5的后方设置有压缩空气7，风磨笔笔身5通过通气管6与压缩空气7连接，且通气管6的前端固定在风磨笔笔身5的内部。内窥镜3为工业用内窥镜，其中安装有可调节亮度的LED灯。内窥镜3上设置有镜头护盖8，用于保护内窥镜3的镜头，开关9用于控制镜头保盖8的起合。通气管6就是可防水放热的软管，主要用于通气，且外面有铁皮保护，避免打磨处理炙热的铁削烧到橡胶，数据线2自带USB接口，方便与显示器1连接。内窥镜3、开关9和显示器1之间的控制关系为现有技术，此处不再赘述。

风磨笔的工作原理示意图如图2所示，首先，先插入装有内窥镜的风磨笔，调节LED灯的亮度观察毛刺的位置分布和大小，然后推动开关9，盖上内窥镜3的镜头护盖8，使用风磨笔的磨头4打磨毛刺，边打磨边通过压缩空气7吹开金属屑，待毛刺打磨完成后，推动开关9，打开内窥镜3的镜头护盖8，通过显示器1观察毛刺的去除情况。如果仍有毛刺，重复以上步骤，毛刺打磨完后，移出装有内窥镜的风磨笔。风磨笔的显示设备如图3所示。

这项技术特别适合于柴油机喷油嘴、液压阀、医疗器械等对毛刺和清洁度等要求較高的产品。这个集成一体的工具完全可以推向市场，广泛用于加工企业，填补了国内的空白。本设备通过把医疗用高清内窥镜镶嵌在风磨笔上，并在风磨笔上集成冲洗管道，使得操作人员在打磨操作的过程中就可以观察到操作情况，最后还可以对毛刺和杂质进行冲洗，进而提高生产效率，减少流转环节，降低生产成本。

该设备相对企业中原先的去除内孔毛刺的方法，创新之处如下几点：

（1）多功能：可打磨、可检测、可冲洗。

（2）可视化：通过数据线连接至显示器或移动终端，例如手机或者普通显示器，使不易看到的内部毛刺情况，通过内窥镜放大倍数并可视化。

（3）高效率：从多次打磨检查降低为一次性完成。通过内窥镜的放大效果，可以快速有效地在显示屏上找到毛刺位置和观察大小。过去一些厂家采用内窥镜观察毛刺位置和大小，采用风磨笔打磨去除毛刺，再用内窥镜观察毛刺去除情况。如果效果不好，再用风磨笔打磨，再观察。多次反复。把内窥镜和冲洗管道集成在风磨笔上之后，所用动作一次性完成。大大提高了生产效率。

（4）低成本：减少流转成本。

本文研究可视化打磨工具对于深孔、盲孔、交接孔毛刺的去除效果。通过系列实验证明了多功能可视化打磨清理设备对于毛刺去除具有较好的效果，为难加工的柴油机喷油嘴，液压油缸上的液压阀，医疗器械（深孔、盲孔、交接孔较多，表面质量要求较高）等产品的毛刺去除提供了一种新的解决方案。

参考文献

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[3]金磊，胡泽启，刘华明，邹捷.机器人在零件清理打磨中的应用及发展趋势[J].机床与液压，2017，45（15）：4-9.