CN102825540B - 磁力抛光加工中心机床 - Google Patents

Abstract

一种磁力抛光加工中心机床，属于复杂曲面抛光自动加工技术领域。其特征在于：底座上固定设置工作台底座、手动升降台机构、工作台（34），工作台（34）上固定安装工作台横向驱动机构和磁性磨料库（9），立柱（10）上部固定安装主轴纵向驱动机构和主轴箱（11），主轴箱（11）内部固定安装有主轴自动控制升降机构（21）和主轴转速控制机构（20），主轴自动控制升降机构（21）的下方固定安装电磁抛光头（16），电磁抛光头（16）下方吸附磁性磨料，不同粒度的磁性磨料放置在磁性磨料库（9）的不同磨料斗中。本发明用于复杂曲面的自动数字化扫描、数控加工程序自动编制、磁性磨料的自动更换和复杂曲面的自动抛光。

Description

磁力抛光加工中心机床

技术领域

本发明提供一种磁力抛光加工中心机床，属于复杂曲面数字化自动抛光加工技术领域，尤其涉及一种复杂曲面零件的自动数字化扫描、数控加工程序编制、复杂曲面自动抛光加工和加工过程中磁性磨料自动更换的技术，属于金属零件表面抛光加工设备领域。

背景技术

在工业高速发展的今天，模具已经成为工业生产领域中最重要的生产工具之一。从注塑、冲裁、拉伸、冷拔、热轧、锻造、铸造，到压力成型加工，无一不有模具在生产加工中使用。模具表面只有具有较低的表面粗糙度，才可能使得用其生产的产品也具有较低的表面粗糙度。对于简单的模具表面(如平面和外圆面)的抛光加工，现在已经有很多成熟的自动化加工方法在应用，如化学、电化学、电化学机械复合抛光加工，但对于复杂曲面尤其是模具型腔的复杂内表面来说，真正成熟的自动化加工方法还几乎没有。目前沿用的抛光加工方法仍然主要是手工加工，尽管近年来国内外普遍采用了电动、风动、超声波等抛光加工工具，部分地减少了工人的劳动强度，提高了加工的效率，但仍然没有从根本上解决问题。由于手工加工劳动强度大、生产效率低，作为模具加工最后一道工序的抛光加工，其加工工作量要占整个加工工作量的30％～40％。而且对于形状复杂的工件，即使是有图纸，程序的编制也是非常困难的，有时必须借助于高级的CAD/CAM软件，何况有些工件根本就没有图纸；加工程序即使可以完全按照图纸编制，但编程的时间跟编程的准确性也严重制约着磁粒抛光加工的进行。因此实际生产中迫切需要能够对自由曲面进行测量、编程和数控加工的加工装置，来解决这一加工上的难题。

现有的磁力研磨机，如中国专利CN200810300645.1公开的一种磁力研磨机及其制作方法：它是采用转动的磁力线使盛装容器内的磨料无规则运动对工件进行研磨作业，它是将设置在旋转托盘上的强磁体不对称放置，使磁力研磨机的磁作用区增大；在安装旋转托盘的机架与盛装容器的支撑台上设置调节旋转托盘与盛装容器间距离的调磁距装置，使磁力研磨机的操作更加便捷。将磁力研磨机旋转托盘上的强磁体设置为两对，相邻两强磁体的磁极相反且不对称放置，这样就可使磁力研磨机的中间无磁区域减少，容器内的磁作用区域增大，减少磨削加工时的死角，使磁力研磨机的效率和加工效果进一步提升。调磁距装置，可降低强磁体对磨针的作用力，使卸料时容器能轻松抬起，在放置容器时减少容器与支撑台的碰撞。该类型的磁力研磨机不能加工通用工件，而且必须在容器内使用，操作复杂，加工效率不高。

发明内容

根据以上现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是：提供一种结构简单、操作方便、用于复杂曲面自动数字化扫描、数控加工程序自动编制，复杂曲面自动抛光加工和加工过程中磁性磨料自动更换的一种磁力抛光加工中心机床。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种磁力抛光加工中心机床，包括底座和立柱，其特征在于：底座上固定设置工作台底座，在工作台底座上安装有手动控制升降台机构，其手动操作轴固定在工作台底座上，工作台底座上设置工作台，工作台底座通过燕尾导轨与工作台左右滑动连接，工作台的右端固定安装工作台横向驱动机构，工作台上左端固定安装磁性磨料库，所述的工作台底座在竖直方向上与立柱上的导轨上下滑动相连，立柱下方固定在底座上，立柱上部固定安装主轴纵向驱动机构，在主轴纵向驱动机构的导轨上设置可以前后滑动的主轴箱，主轴箱内部固定安装有主轴自动控制升降机构和主轴转速控制机构，主轴自动控制升降机构和主轴转速控制机构分别位于主轴箱的下端和上端，在主轴自动控制升降机构的下方末端固定安装电磁抛光头的磁芯，磁芯通过螺纹配合连接工具磁极或导电测头，工具磁极下方吸附磁性磨料，不同粒度的磁性磨料放置在磁性磨料库的不同磨料斗中，导电测头用作曲面数字化扫描的测头。

所述的磁性磨料是一种具有切削能力的铁基颗粒增强型复合材料，相当于普通加工时的刀具，抛光使用的磁性磨料有多种制备方法，包括机械混合法、粘接法、烧结法、等离子喷涂法、反应铸造法、复合镀层法等，而常用的制备方法为烧结法和粘接法。烧结法是目前磁性磨料制备最常用的方法，根据具体烧结条件的不同，它又分为常压烧结、热压烧结、激光烧结、微波烧结等。虽然烧结法已应用于实践，但利用该方法制备的磁性磨料结合强度不足，在机械粉碎、筛分过程中有相当部分的磨料相与铁磁相分离，耐用度下降。粘结法根据所选用粘结剂的不同分为无机粘结和有机粘结，是将一定比例、混合均匀的铁磁性粉末和磨料粉末用粘结剂粘结在一起，然后固化，再机械粉碎、筛选，制成不同粒度的磁性磨料粉末。粘结法工艺简单，容易实现，成本较低；但组织疏松，结合差，密度低，热稳定性差，磨粒相容易脱落，寿命较短。加工时用到的磁性磨料需要根据工件表面要达到的粗糙度要求来选择，粒度大的磨料加工效率比较高，但获得的工件表面较粗糙；粒度小的磨料较高效率低，但加工后的工件表面粗糙度低。因此应该按照加工工件的要求来选择合适的磁性磨料。

磁力抛光加工的工作原理为：利用工具磁极产生的磁性吸附磁性磨料，使磁性磨料按磁力线方向紧密而有规律地排列起来，形成“磨料软刷子”，主电动机通过连接机构带动工具磁极旋转，三个伺服电动机分别驱动工作台和主轴箱运动，而工具磁极通过主轴安装在主轴箱中，这样就使工具磁极与工作台发生相对运动，从而完成对工件表面的抛光加工。磁性磨料库可以盛放不同粒度的磁性磨料，相当于普通加工中心的刀库。

具体的实施方案是：

所述的手动控制升降台机构包括圆锥滚子轴承、轴承压盖、螺母、螺杆、轴承压盖、刻度盘、手动轴、键、轴套、深沟球轴承和锥齿轮，螺母固定在底座上，螺杆与螺母配合形成动力传输机构，螺杆的上端通过工作台底座下方的孔深入工作台底座中，在与工作台底座下方的孔相交的部位螺杆的轴肩上固定有圆锥滚子轴承，轴承压盖将圆锥滚子轴承压紧在工作台底座下方，在螺杆最上端的轴肩上通过键和螺母将锥齿轮固定，锥齿轮与另一锥齿轮相啮合，相啮合的锥齿轮通过键和螺母固定在手动轴最左端的轴肩上，手动轴通过成对安装的深沟球轴承与工作台底座最右侧的孔固定连接，两个深沟球轴承之间固定有轴套，轴承压盖将深沟球轴承固定在手动轴的轴肩上，刻度盘通过键固定在手动轴的最右端。手动操作手动轴旋转，实现工作台的升降。

所述的工作台横向驱动机构包括丝杠、盖板、伺服电动机、轴套、键、齿轮、螺母、弹簧卡圈、变速箱壳体和深沟球轴承，伺服电动机固定安装在变速箱壳体的右侧，变速箱壳体的左侧固定安装在横向运动的工作台的最右侧，伺服电动机的输出轴通过变速箱壳体右侧的孔深入到变速箱壳体内，齿轮通过键与伺服电动机的输出轴连接在一起，轴套安装在齿轮的右侧，螺母安装齿轮的左侧，所述的齿轮与另一齿轮相啮合，相啮合的齿轮通过键固定连接在丝杠最右侧的轴肩上，齿轮的右侧安装有螺母，丝杠的右端通过深沟球轴承与变速箱壳体左侧的孔相连，弹簧卡圈将深沟球轴承固定在丝杠的轴肩上，丝杠与螺母相配合，螺母固定在工作台上。伺服电动机通过齿轮减速带动丝杠旋转，实现通过工作台横向运动。同时固定在工作台的磁性磨料库实现横向运动，实现磁性磨料的自动更换和抛光加工。

所述的磁性磨料库包括10-17个盛放磁性磨料的磨料斗、1个废磨料斗、底座和螺纹定位孔，磨料斗和废磨料斗设置在底座上，底座设置螺纹定位孔，螺纹定位孔用于通过螺栓和螺母将磁性磨料库与工作台连接在一起，磨料斗设置圆柱状容腔，容腔与工具磁极的端部相适应，废磨料斗设置在磨料斗的一侧，废磨料斗的容积为磨料斗的容腔容积的4倍以上。磁性磨料库用于放置不同粒度磁性磨料，实现磁性磨料由粗到细的更换，从而加工出高光洁度的工件。磨料斗采用工程塑料制作，数量为10～17个，每个磨料斗都有一个标号。根据需要不同的磨料斗放入不同的磁性磨料，便于加工中磁性磨料的自动更换。每个磨料斗均可方便的固定和取下。

所述的主轴纵向驱动机构包括导轨、丝杠、深沟球轴承、螺母、齿轮、键、轴套、轴承压盖和伺服电动机，伺服电动机固定安装在变速箱壳体的右侧，变速箱壳体的左侧固定安装在纵向导轨的最右侧，伺服电动机的输出轴通过变速箱壳体右侧的孔深入到变速箱壳体内，齿轮通过键与伺服电动机的输出轴连接在一起，螺母将齿轮固定在伺服电动机输出轴的轴肩上，所述的齿轮与另一齿轮相啮合，相啮合的齿轮也是通过键固定连接在丝杠的最右端，齿轮的左侧安装有轴套，齿轮的右侧安装有螺母，轴套的左侧安装有深沟球轴承，深沟球轴承的左端紧靠在丝杠最右端的轴肩上，轴承压盖将深沟球轴承紧压在导轨最右端的孔上，丝杠与螺母配合连接，螺母固定在主轴箱上。

所述的主轴自动控制升降机构包括滑套、主轴、螺母、推力球轴承、轴套、深沟球轴承、轴承压盖、伺服电动机、连轴套、键、丝杠和螺母座，伺服电动机固定在主轴箱的上端，伺服电动机的输出轴通过连轴套和键与丝杠的上端固定连接，丝杠的上端通过深沟球轴承与主轴箱上端的孔固定连接，深沟球轴承的下端固定在丝杠最上端的轴肩上，螺母和轴承压盖将深沟球轴承分别固定在丝杠上和主轴箱上，丝杠的下端通过深沟球轴承与主轴箱的下端固定连接，丝杠与螺母配合连接在一起，螺母通过螺母座固定在滑套上，滑套固定在主轴上，在滑套的上端固定有推力球轴承和深沟球轴承，两个轴承之间通过轴套间隔开来，深沟球轴承的上端固定有轴套和螺母，主轴的上端与花键套通过过盈配合固定连接在一起。

所述的主轴转速控制机构包括主电动机、螺母、深沟球轴承、轴承压盖、V带、V带轮、键和花键套，主电动机固定在主轴箱上，主电动机的输出轴通过V带与V带轮连接，V带轮通过键与花键套的上端固定连接，V带轮的上端固定有螺母，花键套的下端通过深沟球轴承与主轴箱上端的孔相连，螺母和轴承压盖分别固定在深沟球轴承的上方和下方。

电磁抛光头包括磁芯、电磁线圈和工具磁极组成，磁芯上均匀缠绕着电磁线圈，磁芯的上端固定安装在主轴自动升降机构的下端，磁芯下端的螺纹孔与工具磁极上端的螺栓通过螺纹配合连接在一起，工具磁极的端部设置3-10个矩形槽。使用时，电磁线圈的电流由控制系统通过电流驱动器进行控制。通电后工具磁极产生磁力，将磁性磨料牢固地吸附在工具磁极上。

所述的导电测头包括绝缘体和金属导体两部分组成，绝缘体和金属导体通过螺纹固定在一起，金属导体通过接线柱与外部检测电路相连。

本发明整体上具有如下优点：

(1)磨料库用于放置不同粒度的磁性磨料，并且可以根据需要按照控制程序进行磁性磨料的更换；磨料斗不带有磁性，不能被磁化，防止对磁性磨料的吸附；

(2)磁性磨料的自动更换使得磁性磨料由粗到细的更换、磁性磨料失去抛光能力时的更换实现自动化；

(3)在磁性磨料的更换过程中，采用较小的线圈电流来控制磁性磨料在工具磁极上的吸附量；

(4)在加工过程中采用的工具磁极其球头半径比导电测头球头半径正好小加工间隙值，使得数字化扫描过程中记录的数据可直接用于加工程序的编制，不需要进行曲面拟合、求等距面和干涉检查等后置处理，加工程序的生成不仅速度快，而且准确可靠，而且保证了工具磁极与加工表面之间间隙的均匀性。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为本发明的手动控制升降台机构的结构示意图；

图4为本发明的工作台横向驱动机构的结构示意图；

图5为本发明的磁性磨料库的结构示意图；

图6为本发明的图5的俯视图；

图7为本发明的主轴纵向驱动机构的结构示意图；

图8为本发明的主轴自动控制升降机构和主轴转速控制机构的结构示意图；

图9为本发明的电磁抛光头的结构示意图；

图10为本发明的导电测头的结构示意图；

其中：1、底座  2、工作台底座  3、丝杠螺母座  4、第一丝杠  5、端盖6、深沟球轴承  7、螺母  8a、螺栓  8b、螺母  9、磁性磨料库  9a、螺纹定位孔  9b、磨料斗  9c、废磨料斗  9d、定位孔  9e、底座  10、立柱11、主轴箱  12、防护盖  13、主电动机  14、防护盖  15、伺服电动机  16、电磁抛光头  17、磁芯夹持机构  18、轴套  19、纵向运动导轨  20、主轴转速控制机构  21、主轴自动控制升降机构  22、第二丝杠  23、第七螺母  24、第三齿轮  25、第六键  26、第四轴套  27、伺服电动机  28、第七键  29、第四齿轮  30、第八螺母  31、第三轴承压盖  32、第三深沟球轴承  33、变速箱壳体  34、工作台  35、燕尾导轨  36、第二轴承压盖  37、刻度盘38、手动轴  39、第一键  40、第一轴套  41、第一深沟球轴承  42、第二键  43、第一锥齿轮  44、第二螺母  45、第二锥齿轮  46、第三螺母  47、第三键  48、圆锥滚子轴承  49、第一轴承压盖  50、第一螺母  51、螺杆52、盖板  53、伺服电动机  54、第二轴套  55、第四键  56、第一齿轮  57、第四螺母  58、第五螺母  59、第五键  60、第二齿轮  61、弹簧卡圈  62、变速箱壳体  63、深沟球轴承  64、滑套  65、主轴  66、推力球轴承  67、第九螺母  68、第三深沟球轴承  69、第四轴套  70、第十螺母  71、第十二螺母  72、第六深沟球轴承  73、第三轴承压盖  74、V带  75、V带轮  76、第九键  77、第十三螺母  78、花键套  79、伺服电动机  80、连轴套81、第八键  82、第十一螺母  83、第四轴承压盖  84、第四深沟球轴承  85、第三轴套  86、第三丝杠  87、螺母座  88、第五深沟球轴承  89、推力球轴承  90、轴套  91、深沟球轴承  92、弹簧卡头  93、螺栓  94、工具磁极  95、矩形槽  96、柄端  97、电磁线圈  98、磁芯  99、螺纹孔  100、导电测头  100a、绝缘体  100b、金属导体。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例做进一步描述：

实施例1：

如图1、图2所示，底座1上固定设置工作台底座2，在工作台底座2上安装有手动控制升降台机构，其手动操作轴38固定在工作台底座2上，工作台底座2上设置工作台34，工作台底座2通过燕尾导轨35与工作台34左右滑动连接，工作台34的右端固定安装工作台横向驱动机构，工作台34上左端固定安装磁性磨料库9，所述的工作台底座2在竖直方向上与立柱10上的导轨上下滑动相连，立柱10下方固定在底座1上，立柱10上部固定安装主轴纵向驱动机构，在主轴纵向驱动机构的导轨19上设置可以前后滑动的主轴箱11，主轴箱11内部固定安装有主轴自动控制升降机构21和主轴转速控制机构20，主轴自动控制升降机构21和主轴转速控制机构20分别位于主轴箱11的下端和上端，在主轴自动控制升降机构21的下方末端固定安装电磁抛光头16的磁芯17，磁芯17通过螺纹配合连接工具磁极16或导电测头100，工具磁极16下方吸附磁性磨料，不同粒度的磁性磨料放置在磁性磨料库9的不同磨料斗9b中，导电测头100用作曲面数字化扫描的测头。

如图3所示，手动控制升降台机构包括圆锥滚子轴承48、第一轴承压盖49、第一螺母50、第二螺母44、第三螺母46、螺杆51、第二轴承压盖36、刻度盘37、手动轴38、第一键39、第一轴套40、第一深沟球轴承41、第二键42、第三键47和第一锥齿轮43、第二锥齿轮45，第一螺母50固定在底座1上，螺杆51与第一螺母50配合形成动力传输机构，螺杆51的上端通过工作台底座2下方的孔深入工作台底座2中，在与工作台底座2下方的孔相交的部位螺杆51的轴肩上固定有圆锥滚子轴承48，第一轴承压盖49将圆锥滚子轴承48压紧在工作台底座2下方，在螺杆51最上端的轴肩上通过第三键47和第三螺母46将第二锥齿轮45固定，第二锥齿轮45与第一锥齿轮43相啮合，第一锥齿轮43通过第二键42和第二螺母44固定在手动轴38最左端的轴肩上，手动轴38通过成对安装的第一深沟球轴承41与工作台底座2最右侧的孔固定连接，两个第一深沟球轴承41之间固定有第一轴套40，第二轴承压盖36将第一深沟球轴承41固定在手动轴38的轴肩上，刻度盘37通过键39固定在手动轴38上。

如图4所示，工作台横向驱动机构包括第一丝杠4、盖板52、伺服电动机53、第二轴套54、第四键55、第五键59、第一齿轮56、第二齿轮60、第四螺母57、第五螺母58、丝杠螺母座3、弹簧卡圈61、变速箱壳体62和第二深沟球轴承63，伺服电动机53固定安装在变速箱壳体62的右侧，变速箱壳体62的左侧固定安装在横向运动的工作台34的最右侧，伺服电动机53的输出轴通过变速箱壳体62右侧的孔深入到变速箱壳体62内，第一齿轮56通过第四键55与伺服电动机53的输出轴连接在一起，第二轴套54安装在第一齿轮56的右侧，第四螺母57安装第一齿轮56的左侧，所述的第一齿轮56与第二齿轮60相啮合，第二齿轮60通过第五键59固定连接在丝杠4最右侧的轴肩上，第二齿轮60的右侧安装有第五螺母58，第一丝杠4的右端通过第二深沟球轴承63与变速箱壳体62左侧的孔相连，弹簧卡圈61将第二深沟球轴承63固定在第一丝杠4的轴肩上，第一丝杠4再与丝杠螺母座3相配合，丝杠螺母座3固定在工作台34上。

如图5、图6所示，磁性磨料库9包括10-17个盛放磁性磨料的磨料斗9b、1个废磨料斗9c、底座9e和螺纹定位孔9d，磨料斗9b和废磨料斗9c设置在底座9e上，底座9e设置螺纹定位孔9d，螺纹定位孔9d用于通过螺栓和螺母将磁性磨料库9与工作台34连接在一起，磨料斗9b设置圆柱状容腔，容腔与工具磁极的最大尺寸相适应，废磨料斗9c设置在磨料斗9b的一侧，废磨料斗9c的容积为磨料斗9b的容腔容积的4倍以上。

磁性磨料库9用于放置不同粒度的磁性磨料，实现磁性磨料由粗到细的更换，从而加工出高光洁度的工件。废磨料斗9c容积较大，可以容纳多个磨料斗9b使用后的废磨料。磨料斗9b和废磨料斗9c采用工程塑料制作，不带有磁性，不能被磁化，各个磨料斗均呈规则排列设置，容腔深度50mm～80mm。

磨料斗9b和废磨料斗9c均可方便的固定和取下，磨料斗9b的底面设置定位孔9d，定位孔9d与定位销配合用于将磨料斗9b固定在底座9e上。磨料斗9b和废磨料斗9c均由一面两孔定位，即底面和对角线位置设置的两个定位孔9d。

如图7所示，主轴纵向驱动机构包括导轨19、第二丝杠22、第三深沟球轴承32、第七螺母23、第八螺母30、第三齿轮24、第四齿轮29、第六键25、第七键28、第三轴套18、第四轴套26、第三轴承压盖31和伺服电动机27，伺服电动机27固定安装在变速箱壳体33的右侧，变速箱壳体33的左侧固定安装在纵向导轨19的最右侧，伺服电动机27的输出轴通过变速箱壳体33右侧的孔深入到变速箱壳体33内，第三齿轮24通过第六键25与伺服电动机27的输出轴连接在一起，第七螺母23将第三齿轮24固定在伺服电动机27输出轴的轴肩上，所述的第三齿轮24与第四齿轮29相啮合，第四齿轮29也是通过第七键28固定连接在第二丝杠22的最右端，第四齿轮29的左侧安装有第三轴套18，第四齿轮29的右侧安装有第八螺母30，第三轴套18的左侧安装有第三深沟球轴承32，第三深沟球轴承32的左端紧靠在第二丝杠22最右端的轴肩上，第三轴承压盖31将第三深沟球轴承32紧压在导轨19最右端的孔上，第二丝杠22与第八螺母30配合连接，第八螺母30固定在主轴箱11上。

如图8所示，主轴自动控制升降机构21包括滑套64、主轴65、第九螺母67、第十螺母70、第十一螺母82、推力球轴承66、第三轴套85、第四轴套69、第三深沟球轴承68、第四深沟球轴承84、第五深沟球轴承88、第四轴承压盖83、伺服电动机79、连轴套80、第八键81、第三丝杠86和螺母座87，伺服电动机79固定在主轴箱11的上端，伺服电动机79的输出轴通过连轴套80和第八键81与第三丝杠86的上端固定连接，第三丝杠86的上端通过第四深沟球轴承84与主轴箱11上端的孔固定连接，第四深沟球轴承84的下端固定在第三丝杠86最上端的轴肩上，第十一螺母82和第四轴承压盖83将第四深沟球轴承84分别固定在第三丝杠86上和主轴箱11上，第三丝杠86的下端通过第五深沟球轴承88与主轴箱12的下端固定连接，第三丝杠86与螺母座87配合连接在一起，螺母座87通过螺母固定在滑套64上，滑套64固定在主轴65上，在滑套64的上端固定有推力球轴承66和第三深沟球轴承68，两个轴承之间通过第三轴套85间隔开来，第三深沟球轴承68的上端固定有第四轴套69和第十螺母70，主轴65的上端与花键套78通过过盈配合固定连接在一起。

主轴转速控制机构20包括主电动机15、螺母71、螺母77、深沟球轴承72、轴承压盖73、V带74、V带轮75、键76和花键套78，主电动机15固定在主轴箱11上，主电动机15的输出轴通过V带74与V带轮75连接，V带轮75通过键76与花键套78的上端固定连接，V带轮75的上端固定有螺母77，花键套78的下端通过深沟球轴承72与主轴箱11上端的孔相连，螺母71和轴承压盖73分别固定在深沟球轴承72的上方和下方。

本发明在工作时，主电动机13通过V带74将动力输送至V带轮75，V带轮75通过第九键76和第十三螺母77将动力传送至花键套78，花键套78又与主轴65固定连接在一起，主轴65再通过磁芯夹持机构17将动力传送至电磁抛光头16。

如图9所示，电磁抛光头16包括磁芯98、电磁线圈97和工具磁极94组成，磁芯98上均匀缠绕着电磁线圈97，电磁线圈97设置连接电流控制器，磁芯98的上端固定安装在主轴自动控制升降机构21的下端，磁芯98下端的螺纹孔99与工具磁极94上端的螺栓93通过螺纹配合连接在一起，工具磁极94的端部设置3-10个矩形槽95。

如图10所示，导电测头100包括绝缘体100a和金属导体100b两部分组成，绝缘体100a和金属导体100b通过螺纹配合连接在一起，金属导体100b通过接线柱与外部检测电路相连。

工作原理和过程：

三个伺服电动机79、27、53分别控制工作台34和电磁抛光头16在各自坐标方向的移动，从而实现电磁抛光头16相对于工作台34的三坐标联动：

(1)工具磁极相对工作台的在竖直方向上的运动是通过主轴自动控制升降机构21和手动控制升降台机构共同实现的，主轴自动控制升降机构21的动力源为伺服电动机79，伺服电动机79输出的动力通过连轴套80和键81传递给第三丝杠86，第三丝杠86与螺母座87配合连接在一起，从而将第三丝杠86的转动转化为螺母座87的上下移动，螺母座87通过螺母固定在滑套64上，滑套64固定在主轴65上，主轴65又通过磁芯夹持机构17与电磁抛光头16固定在一起，从而实现了电磁抛光头16的上下移动；而手动控制升降台机构是通过人力来调节的，当人力作用于手动轴38时，手动轴38发生转动，手动轴38又通过第二键42和第二螺母44将动力传送至第一锥齿轮43，由于第一锥齿轮43与第二锥齿轮45相啮合，而第二锥齿轮45又通过第三键47和第三螺母46固定在螺杆51上，故实现了螺杆51的转动，螺杆51与第一螺母50配合连接，而螺母固定在底座1上，因此螺杆51不仅做转动而且还在上下移动，螺杆51又通过圆锥滚子轴承48和第一轴承压盖49固定在工作台底座2上，由此螺杆51的复合运动转化为工作台34的上下移动。工具磁极相对工作台34的在竖直方向上的运动就是通过电磁抛光头16的上下移动和工作台34的上下移动共同实现的。

(2)主轴纵向运动的动力源为伺服电动机27，伺服电动机27将动力传送至固定在其输出轴上的第三齿轮24，由于第三齿轮24与第四齿轮29相啮合，而第四齿轮29固定在丝杠22上，因此动力传送至第二丝杠22上，再通过第二丝杠22与螺母的配合，将第二丝杠22的转动转变为主轴箱11的移动，从而实现了主轴箱11的纵向移动。

(3)工作台横向移动是由伺服电动机53驱动的，伺服电动机53通过变速箱62降速后输出更低的转速和更大的转矩，同时变速箱62将动力传送至第一丝杠4，第一丝杠4再通过与丝杠螺母座3的配合将动力传送至工作台34，工作台34就在燕尾导轨35上横向移动。

(4)磁性磨料的更换过程为：

磁性磨料的自动更换由计时器控制，定时更换中断服务程序对磁性磨料的更换进行控制，从而实现磁性磨料的自动更换。

主程序启动后，工步设为1、遍数设为1，磨料定时更换程序初始化；更换磨料，磨料定时更换时间清零；请用加工运行程序；设定遍数；设定工步；加工完毕，则将磁性磨料放回磨料库，关闭定时中断服务程序。如果未加工完毕，则继续运行遍数加1，或者工步加1的同时遍数也加1，直至加工完毕。

具体的同种磨料的更换是按照定时方式来进行的：控制系统中的磨料定时更换中断服务程序控制定时器计时，在加工时间到达之后，控制系统就强制加工过程暂停，并转去执行中断服务程序。中断服务程序控制工具磁极94移动到磁性磨料库9中废磨料斗9c的上方，切断电磁线圈97的电流，使工具磁极94失去磁力，磁性磨料便会自动落入废磨料斗9c中。然后根据当前的工步号，控制工具磁极94移动到相应的磨料斗中，将电磁线圈97接通弱电流(该电流的大小事先调好，使磁极吸收一定量的磁磨料)线路，让工具磁极94吸到磨料，然后控制工具磁极94上移一定距离，再自动切换到强电流线路，让磁极将磁磨料吸牢。最后控制工具磁极94移动到原处，继续进行中断的加工。这样每隔一定的加工时间，磨料会自动更换一次。

不同种磨料的更换：加工时每当一个工步结束，控制系统就会控制工具磁极94移动至磨料斗9b的上方，将吸附的磨料都要自动放回原来的磨料斗9b中，然后再移动到新的工步所对应的磨料斗中，将电磁线圈97接通弱电流吸附一定的磁性磨料，控制工具磁极94上移一定距离后，再自动切换到强电流，这样就完成了磨料的自动更换。

(5)复杂曲面的数字化扫描测量与编程：

导电测头与工件表面接触时会引起测量信号的电平变化。在导电测头不接触工件时，由于光电隔离器的发光二极管不导通，光敏三极管截止，输出给并行口8255的电平是高电平。当测头与工件(一定是金属件)表面接触时，发光二极管导通，光敏三极管也导通，输出给8255的信号就由高电平变为低电平。测头抬起，输出电平又会变为高电平。在光电隔离器输出的电平为低电平时，控制系统对测头位置的坐标进行记录，从而得到一个测点的坐标。

测量时导电测头由一侧开始运动，导电测头在控制系统的自动控制下下移，当接触到工件时，测头停止移动，系统自动记下测头的当前坐标，然后将测头抬高规定的位移h₀，然后向另一侧移动，测头每移动一步，控制系统都要检测测头是否接触工件表面，如果接触，则停止右移并记录测头的位置坐标，然后上移距离h₀，再继续移动。如果测头在移动规定的距离l₀时，仍没有接触工件，则也要停止右移，而转为下移，接触到工件，记录测头位置坐标。如此进行测量，直到测完程序规定的所有路径。

在测量的过程中，导电测头的球心轨迹处于轮廓表面的等距面上，采用导电测头的半径等于磁极球头半径与加工间隙之和，则测点连线所形成的轨迹，就可以作为工具磁极加工时运动的轨迹，然后再按照ISO代码的程序格式直接记录成数控加工程序。

Claims (5)

1.一种磁力抛光加工中心机床，包括底座(1)和立柱(10)，其特征在于：底座(1)上固定设置工作台底座(2)，在工作台底座(2)上安装有手动升降台机构，其手动操作轴(38)固定在工作台底座(2)上，工作台底座(2)上设置工作台(34)，工作台底座(2)通过燕尾导轨(35)与工作台(34)左右滑动连接，工作台(34)的右端固定安装工作台横向驱动机构，工作台(34)上左端固定安装磁性磨料库(9)，所述的工作台底座(2)在竖直方向上与立柱(10)上的导轨上下滑动相连，立柱(10)下方固定在底座(1)上，立柱(10)上部固定安装主轴纵向驱动机构，在主轴纵向驱动机构的导轨(19)上设置可以前后滑动的主轴箱(11)，主轴箱(11)内部固定安装有主轴自动控制升降机构(21)和主轴转速控制机构(20)，主轴自动控制升降机构(21)和主轴转速控制机构(20)分别位于主轴箱(11)的下端和上端，在主轴自动控制升降机构(21)的下方固定安装电磁抛光头(16)的磁芯(17)，磁芯(17)的下方通过螺纹配合连接工具磁极(94)或导电测头(100)，工具磁极(94)下方吸附磁性磨料，不同粒度的磁性磨料放置在磁性磨料库(9)的不同磨料斗(9b)中，导电测头(100)用作曲面数字化扫描的测头；

所述的手动控制升降台机构包括圆锥滚子轴承(48)、第一轴承压盖(49)、第一螺母(50)、第二螺母(44)、第三螺母(46)、螺杆(51)、第二轴承压盖(36)、刻度盘(37)、手动轴(38)、第一键(39)、第二键(42)、第三键(47)、第一轴套(40)、第一深沟球轴承(41)和第一锥齿轮(43)、第二锥齿轮(45)，第一螺母(50)固定在底座(1)上，螺杆(51)与第一螺母(50)配合形成动力传输机构，螺杆(51)的上端穿过工作台底座(2)下方的孔深入工作台底座(2)中通过第三键(47)和第三螺母(46)安装第二锥齿轮(45)，螺杆(51)在与工作台底座(2)下方的孔相交的部位螺杆(51)的轴肩上固定有圆锥滚子轴承(48)，第一轴承压盖(49)将圆锥滚子轴承(48)压紧在工作台底座(2)下方，第二锥齿轮(45)与第一锥齿轮(43)相啮合，第一锥齿轮(43)通过第二键(42)和第二螺母(44)固定在手动轴(38)一端的轴肩上，手动轴(38)通过成对安装的第一深沟球轴承(41)与工作台底座(2)的通孔固定连接，两个深沟球轴承(41)之间固定有第一轴套(40)，第二轴承压盖(36)将第一深沟球轴承(41)固定在手动轴(38)的轴肩上，刻度盘(37)通过键(39)固定在手动轴(38)的最右端；

所述的工作台横向驱动机构包括第一丝杠(4)、盖板(52)、伺服电动机(53)、第二轴套(54)、第四键(55)、第五键(59)、第一齿轮(56)、第二齿轮(60)、第四螺母(57)、第五螺母(58)、丝杠螺母座(3)、弹簧卡圈(61)、变速箱壳体(62)和第二深沟球轴承(63)，伺服电动机(53)固定安装在变速箱壳体(62)的右侧，变速箱壳体(62)的左侧固定安装在横向运动的工作台(34)的最右侧，伺服电动机(53)的输出轴通过变速箱壳体(62)右侧的孔深入到变速箱壳体(62)内，第一齿轮(56)通过第四键(55)与伺服电动机(53)的输出轴连接在一起，第二轴套(54)安装在第一齿轮(56)的右侧，第四螺母(57)安装第一齿轮(56)的左侧，所述的第一齿轮(56)与第二齿轮(60)相啮合，第二齿轮(60)通过第五键(59)固定连接在第一丝杠(4)最右侧的轴肩上，第二齿轮(60)的右侧安装有第五螺母(58)，丝杠(4)的一端通过第二深沟球轴承(63)与变速箱壳体(62)左侧的孔相连，弹簧卡圈(61)将第二深沟球轴承(63)固定在第一丝杠(4)的轴肩上，第一丝杠(4)再与丝杠螺母座(3)相配合，丝杠螺母座(3)固定在工作台(34)上；

所述的主轴纵向驱动机构包括导轨(19)、第二丝杠(22)、第三深沟球轴承(32)、第七螺母(23)、第八螺母(30)、第三齿轮(24)、第四齿轮(29)、第六键(25)、第七键(28)、第三轴套(18)、第四轴套(26)、第三轴承压盖(31)和伺服电动机(27)，伺服电动机(27)固定安装在变速箱壳体(33)的右侧，变速箱壳体(33)的左侧固定安装在纵向导轨(19)的最右侧，伺服电动机(27)的输出轴通过变速箱壳体(33)右侧的孔深入到变速箱壳体(33)内，第三齿轮(24)通过第六键(25)与伺服电动机(27)的输出轴连接在一起，第七螺母(23)将第三齿轮(24)固定在伺服电动机(27)输出轴的轴肩上，所述的第三齿轮(24)与第四齿轮(29)相啮合，第四齿轮(29)通过第七键(28)固定连接在第二丝杠(22)的最右端，第四齿轮(29)的右侧安装有第八螺母(30)，第四齿轮(29)的左侧安装有第三轴套(18)，第三轴套(18)的左侧安装有第三深沟球轴承(32)，第三深沟球轴承(32)的左端紧靠在第二丝杠(22)最右端的轴肩上，第三轴承压盖(31)将第三深沟球轴承(32)紧压在导轨(19)最右端的孔上，第二丝杠(22)与第八螺母(30)配合连接，第八螺母(30)固定在主轴箱(11)上；

所述的主轴自动控制升降机构(21)包括滑套(64)、主轴(65)、第九螺母(67)、第十螺母(70)、第十一螺母(82)、推力球轴承(66)、第三轴套(85)、第四轴套(69)、第三深沟球轴承(68)、第四深沟球轴承(84)、第五深沟球轴承(88)、第四轴承压盖(83)、伺服电动机(79)、连轴套(80)、第八键(81)、第三丝杠(86)和螺母座(87)，伺服电动机(79)固定在主轴箱(11)的上端，伺服电动机(79)的输出轴通过连轴套(80)和第八键(81)与第三丝杠(86)的上端固定连接，第三丝杠(86)的上端通过第四深沟球轴承(84)与主轴箱(11)上端的孔固定连接，第四深沟球轴承(84)的下端固定在第三丝杠(86)最上端的轴肩上，第十一螺母(82)和第四轴承压盖(83)将第四深沟球轴承(84)分别固定在第三丝杠(86)上和主轴箱(11)上，第三丝杠(86)的下端通过第五深沟球轴承(88)与主轴箱(12)的下端固定连接，第三丝杠(86)与螺母座(87)配合连接在一起，螺母座(87)通过螺母固定在滑套(64)上，滑套(64)固定在主轴(65)上，在滑套(64)的上端固定有推力球轴承(66)和第三深沟球轴承(68)，两个轴承之间通过第三轴套(85)间隔开来，第三深沟球轴承(68)的上端固定有第四轴套(69)和第十螺母(70)，主轴(65)的上端与花键套(78)通过过盈配合固定连接在一起。

2.根据权利要求1所述的磁力抛光加工中心机床，其特征在于：所述的磁性磨料库(9)包括10-17个盛放磁性磨料的磨料斗(9b)、1个废磨料斗(9c)、底座(9e)和螺纹定位孔(9a)，磨料斗(9b)和废磨料斗(9c)可以固定在底座(9e)上，底座(9e)设置螺纹定位孔(9a)，螺纹定位孔(9a)用于通过螺栓和螺母将磁性磨料库(9)与工作台(34)连接在一起，磨料斗(9b)为圆柱状容腔，容腔深度50mm～80mm,废磨料斗(9c)设置在磨料斗(9b)的一侧，废磨料斗(9c)的容积为磨料斗(9b)容腔容积的4倍以上。

3.根据权利要求1所述的磁力抛光加工中心机床，其特征在于：所述的主轴转速控制机构(20)包括主电动机(15)、第十二螺母(71)、第十三螺母(77)、第六深沟球轴承(72)、第三轴承压盖(73)、V带(74)、V带轮(75)、第九键(76)和花键套(78)，主电动机(15)固定在主轴箱(11)上，主电动机(15)的输出轴通过V带(74)与V带轮(75)连接，V带轮(75)通过第九键(76)与花键套(78)的上端固定连接，V带轮(75)的上端固定有第十三螺母(77)，花键套(78)的下端通过第六深沟球轴承(72)与主轴箱(11)上端的孔相连，第十二螺母(71)和第三轴承压盖(73)分别固定在第六深沟球轴承(72)的上方和下方。

4.根据权利要求1所述的磁力抛光加工中心机床，其特征在于：所述的电磁抛光头(16)包括磁芯(98)、电磁线圈(97)和工具磁极(94)组成，磁芯(98)上均匀缠绕着电磁线圈(97)，磁芯(98)上端的柄端(96)固定在主轴自动控制升降机构(21)的下方，磁芯下端的螺纹孔(99)与工具磁极(94)上端的螺栓(93)通过螺纹配合连接在一起，工具磁极(94)的端部设置3-10个矩形槽(95)，用于改变工具磁极(94)端部的磁场分布。

5.根据权利要求1所述的磁力抛光加工中心机床，其特征在于：所述的导电测头(100)包括绝缘体(100a)和金属导体(100b)两部分，绝缘体(100a)和金属导体(100b)通过螺纹配合连接在一起，金属导体(100b)通过接线柱与外部检测电路相连。