CN102873592A - 基于换能装置的表面光整加工装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于换能装置的表面光整加工装置，包括供能系统，通道结构、换能装置、辅助装置及工件运动平台，其中，所述通道结构的内端与供能系统相连接，其外端为两个自由端，并分别与换能装置和辅助装置相连接，所述工件运动平台设置在换能装置和辅助装置之间；所述换能装置包括：设置在与其相连接的通道结构外端的上电磁线圈，嵌入安装在该通道结构外端中心处的驱动机构，与该驱动机构固连的连接部，以及与该连接部相接触的用于加工工件的软性可变形工作部。本发明实现了既可以加工规则形面又可以加工非规则形面的工件面型加工装置。根据加工性能需要，可以方便采用多种换能装置，实现工件形面或型腔表面的表面处理加工。
Description
技术领域
本发明涉及工件表面研磨、抛光和去除毛刺加工技术领域，具体是一种基于换能装置的表面光整加工装置。
背景技术
传统的表面抛光和研磨方式是将压头和工件之间加入研磨或抛光介质，并且通过实现压头带动工件相对研磨盘之间的挤压和相对平动，而达到使工件表面进一步光整的目的。如2006年5月10日授权的专利（ZL：200520055339）涉及一种研磨装置，包括支架、减速机、研磨板和工件，减速机和研磨板固设于支架上，所述研磨板上还设置有导向轮，导向轮内设置有导向板，导向板与导向轮套装连接，导向板内设有放置工件的圈，工件置于导向板圈之内及研磨板之上。在这种加工过程中由于压头带动工件和研磨盘之间只能产生沿接触面切向的平动，因此，这种方式往往只能对平面工件表面实现光整加工，而对于表面具有凸出或凹入的弧面形状或异形工件时，其表面光整加工方式将不适用，所加工出的工件表面光整度不均匀，或加工效率较低，并且研磨盘还经常需要光整修理。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供了一种基于换能装置的表面光整加工装置。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种基于换能装置的表面光整加工装置，包括供能系统，通道结构、换能装置、辅助装置及工件运动平台，其中，所述通道结构的内端与供能系统相连接，其外端为两个自由端，并分别与换能装置和辅助装置相连接，所述工件运动平台设置在换能装置和辅助装置之间；
所述换能装置包括：设置在与其相连接的通道结构外端的上电磁线圈，嵌入安装在该通道结构外端中心处的驱动机构，与该驱动机构固连的连接部，以及与该连接部相接触的用于加工工件的软性可变形工作部。
所述驱动机构为电机；所述连接部为转盘，所述转盘固连在电机的输出转轴上。
所述辅助装置为下电磁线圈，所述下电磁线圈设置在被加工工件下方或工件运动平台下方；所述通道结构为由铁磁材料构成的轭铁磁通路。
所述软性可变形工作部为磁流变液体、孔隙网格状柔性体、由外套密封包裹的磁流变液囊体或由波纹管包裹的磁流变液变形体。
所述磁流变材料颗粒为铁磁材料颗粒、永磁材料颗粒、磁流变液及磨料混合液体中的一种或几种。
所述基于换能装置的表面光整加工装置，还包括用于放置多个被加工工件的工件支撑框架，所述工件支撑框架设置在工件运动平台上，所述工件支撑框架充满流通的磁流变液体。
所述工件运动平台与换能装置之间设有增益介质；所述增益介质为研磨颗粒或抛光材料。
所述工件运动平台可以实现X、Y和Z三个方向平动以及α、β和θ三个方向的转动。
所述工作运动平台为传送带，所述换能装置为若干个，并设置在工件运动方向上。
所述基于换能装置的表面光整加工装置，还包括若干个加强电磁线圈，所述加强电磁线圈设置在被加工工件周围。
所述被加工工件与工件运动平台之间还设有旋转电机或振动驱动装置，所述旋转电机或振动驱动装置的一端与工件运动平台相连，其另一端与被加工工件相连。
所述上电磁线圈和/或下电磁线圈为微阵列结构电磁线圈。
工作时，
将工件固连在工件运动平台上，工件运动平台设置在换能装置和辅助装置之间，工件运动平台上的工件待加工表面与换能装置的加工面相对放置，同时在工件和换能装置加工面加有增益介质。首先，调整工件运动平台上工件加工面与换能装置的相对位置，如图所示Z轴方向，工件运动平台可以实现如图所示的X、Y、Z三个方向平动以及α、β和θ三个方向的转动，以利于调整工件表面与换能器4的端面完全吻合。之后，固定工作运动平台即工件在Z轴方向的位置，启动工作运动平台进行X方向，或Y方向或X、Y方向同时运动。此时，对供能系统施加能量，供能系统的能量通过通道结构传递到换能装置上，该换能装置具有接收能量后产生在Z轴方向的变形或往复变形或位移（振动）或力或热量的变化，然后作用于增益介质，并通过增益介质作用于工件表面或直接作用于工件表面。由于工件运动平台保持在X、Y方向的运动，保持具有施加在沿工件加工表面的切向力，该力此时与换能器4在工件表面法向即Z向所产生的对工件表面的法向挤压力，形成合力（或和能量）作用于工件表面。当该合力足够大时，工件表面材料将可能因接触摩擦力，增益介质的振动冲击力或热蚀等原因而被去除。由于，本发明的换能装置与被加工工件的相对接触面可以是一种可变形的软性接触面，其面形可以与被加工工件面型完全吻合，而且工件在X、Y以及换能装置在Z方向的运动和力都可以实现高运动分辨率的进给控制，所以本发明在完成上述工作过程后，可实现对任意面型工件表面的表面材料精密高效微量去除加工，进而实现工件被加工面型表面的光整处理。
至此，本发明所提出的基于换能装置的表面光整加工装置可以实现对非规整面型工件的形体表面处理。
本发明通过在压头和工件表面之间添加一个换能装置，通过对换能装置的控制，可以使换能装置作用于工件表面的接触面形、压力、相对运动的剪切力，以及工件和压头之间可能存在的研磨介质（磨粒）作用于工件表面的角度和频度都可以进行优化和实时控制，从而实现平面，异形面等的高效加工。另外，如果对异形面表面质量或粗燥度进行实时传感检测，那么对表面加工的质量还可以通过对换能装置的闭环控制而实现达到工件表面质量的自适应加工。该装置适于加工各种复杂面型的表面，工件面型保持好，加工效率高。本发明适合于对自由度运动平台集成而实现加工流水线，而进行高效批量加工。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：1、实现了既可以加工规则形面又可以加工非规则形面的工件面型加工装置。根据加工性能需要，可以方便采用多种换能装置，实现工件形面或型腔表面的表面处理加工。
附图说明
图1本发明基本组成结构示意图；
图2本发明一种换能器结构示意图；
图3本发明实现多轴度运动示意图，其中（a）为平动方向，（b）为转动方向；
图4本发明多片工件同时加工位置布置示意图；
图5本发明多换能器、多部件传送带批量加工示意图；
图中，1为功能系统，2为通道结构，3为增益介质，4为换能装置，5为辅助装置，6为工件运动平台，7为上电磁线圈，8为软性可变形工作部，9为下电磁线圈，10为驱动机构，11为连接部，12为工件支撑框架。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例1
如图1所示，本实施例包括：供能系统1，通道结构2、换能装置4、辅助装置5及工件运动平台6，其中，通道结构2的内端与供能系统1相连接，其外端为两个自由端，并分别与换能装置4和辅助装置5相连接，工件运动平台6设置在换能装置4和辅助装置5之间。
如图2所示，在本实施例中，换能装置4包括设置在与其相连接的通道结构外端的上电磁线圈7，嵌入安装在该通道结构外端中心处的驱动装置10，与该驱动装置10输出转轴固连的连接部11，以及与该连接部11相接触的用于加工工件的软性可变形工作部8。
优选地，换能装置4为磁流变液体换能器；软性可变形工作部8为磁流变液体、孔隙网格状柔性体、由外套密封包裹的磁流变液囊体或由波纹管包裹的磁流变液变形体，其中，磁流变材料颗粒为铁磁材料颗粒、永磁材料颗粒、磁流变液及磨料混合液体中的一种或几种。
优选地，驱动机构10为电机，连接部11为转盘，转盘固连在电机的输出转轴上。
优选地，辅助装置5为下电磁线圈9，下电磁线圈9设置在被加工工件下方或工件运动平台下方；通道结构2为由铁磁材料构成的轭铁磁通路。
如图3所示，工件运动平台6可以实现X、Y、Z三个方向平动以及α、β和θ三个方向的转动。
优选地，工件运动平台6和换能装置4之间还可以设有增益介质3，该增益介质3为研磨颗粒或抛光材料。
优选地，被加工工件与工件运动平台之间还设有旋转电机或振动驱动装置，旋转电机或振动驱动装置的一端与工件运动平台相连，其另一端与被加工工件相连。这样在工件运动平台运动的同时，被加工工件还可以随旋转电机转动或随振动驱动装置振动，从而增加被加工工件表面的加工效率。
优选地，上电磁线圈和/或下电磁线圈为微阵列结构电磁线圈。
具体为，
将工件固连在工件运动平台，工件运动平台设置在换能装置和辅助装置之间，工件运动平台上的工件加工表面与换能装置外端面相对放置。
此时，所采用换能装置为磁流变液体换能器，如图2所示。该磁流变液体换能器由一个固定在通道结构外端的上电磁线圈，一个在通道结构外端中心处嵌入安装的电机，以及与电机输出转轴固连的转盘，以及与转盘相接触的磁流变液体或由软性外套包裹的磁流变液囊体。同时，为加强可控磁场强度辅助装置变为一个位于被加工工件或工件运动平台下端的下电磁线圈。此时，如图1所示，所述的供能系统即为上电磁线圈和下电磁线圈。
工作时，首先调整工件运动平台上工件加工面法向与转盘垂直或相面对放置，如图1所示。之后，固定工作运动平台即工件在Z轴方向的位置，启动工作运动平台进行X方向，或Y方向或X、Y方向同时运动，如图3所示。此时，对上电磁线圈和下电磁线圈施加电流产生磁场，将该磁能通过通道结构的传递到转盘以及与转盘相接触的磁流变液体或由软性外套包裹的磁流变液囊体上。基于磁流变液体受磁场激励后将会沿磁场励磁方向极化排列，并根据励磁场强度而变为流固耦合或固态，并沿Z轴方向伸长变形，而对工件表面以及其上的增益介质（研磨颗粒或抛光材料）施加挤压力。并且，该挤压力和施加可控频率的交变挤压力（产生振动激励）完全可以由电磁信号控制。由于平台保持在X、Y方向的运动，可产生沿工件加工表面运动时的切向力，该力此时与磁流变液体或由软性外套包裹的磁流变液囊体在工件表面法向即Z向所产生的对工件表面的法向挤压力形成合力（或合能量）作用于工件表面。当该合力足够大时，工件表面材料将因接触摩擦力，增益介质的振动冲击力或热蚀等原因而被剥除。
由于，所提出装置的磁流变液体换能器的磁流变液体或由软性外套包裹的磁流变液囊体与被加工工件的相对接触面是可变形的贴合的面接触，其面形与被加工工件面型可吻合，如图2所示，被加工工件是一圆弧表面的椭圆体，这样当工件在X、Y以及磁流变液体换能器在Z方向的运动和力都可以实现高分辨率的控制，所以所提出装置在完成上述工作过程后，实现了对任意面型工件表面的表面材料高效微量去除加工，进而实现工件被加工面型表面的光整处理。
另外，对于本实施例的磁流变液体换能器，在通道结构外端中心处嵌入安装了电机，电机旋转将带动转盘，以及与转盘相接触的磁流变液体或磁流变液囊体转动,如图3所示，该转动也将产生一个作用于工件表面的切向力，并基于接触摩擦去除工件表面多余材料。
至此，所提出的基于磁流变液体换能装置的工件形面，在X、Y方向进给，Z方向振动以及沿Z轴转动的复合加载的工件面型光整加工装置得以实现。
实施例2
实施例2为实施例1的变化例。
本实施例的工作过程和机理与实施例1相同，并在实施例1的基础上，增加一个工件支撑框架12，如图4所示，该支撑框架可以同时支撑多个被加工工件，并流通和充满磁流变液体。作用机理和过程与实施例1相同，实现一次加工过程的多片加工效果。
实施例3
实施例3为上述实施例的变化例。
本实施例的工作过程和机理与实施例1相同，并在上述实施例的基础上，将工件运动平台6设计为是一种传送带，实现批量流水线式加工，如图5所示。基于实施例1、2的工作机理和过程，将工作运动平台6变为连续运行的“传送带”形式，并且在工件运动方向上设置一个以上的换能器4同时工作，实现批量连续加工模式。
实施例4
实施例4为上述实施例的变化例。
本实施例的工作过程和机理与实施例1相同，并在上述实施例的基础上，在工件周围增加若干个加强电磁线圈，以加强工作部与复杂腔形表面的贴合和挤压程度，以增加加工效果。
Claims (10)
1.一种基于换能装置的表面光整加工装置，其特征在于，包括供能系统，通道结构、换能装置、辅助装置及工件运动平台，其中，所述通道结构的内端与供能系统相连接，其外端为两个自由端，并分别与换能装置和辅助装置相连接，所述工件运动平台设置在换能装置和辅助装置之间；
所述换能装置包括：设置在与其相连接的通道结构外端的上电磁线圈，嵌入安装在该通道结构外端中心处的驱动机构，与该驱动机构固连的连接部，以及与该连接部相接触的用于加工工件的软性可变形工作部。
2.根据权利要求1所述的基于换能装置的表面光整加工装置，其特征在于，所述驱动机构为电机；所述连接部为转盘，所述转盘固连在电机的输出转轴上。
3.根据权利要求1所述的基于换能装置的表面光整加工装置，其特征在于，所述辅助装置为下电磁线圈，所述下电磁线圈设置在被加工工件下方或工件运动平台下方；所述通道结构为由铁磁材料构成的轭铁磁通路。
4.根据权利要求1所述的基于换能装置的表面光整加工装置，其特征在于，所述软性可变形工作部为磁流变液体、孔隙网格状柔性体、由外套密封包裹的磁流变液囊体或由波纹管包裹的磁流变液变形体；所述磁流变材料颗粒为铁磁材料颗粒、永磁材料颗粒、磁流变液及磨料混合液体中的一种或几种。
5.根据权利要求1所述的基于换能装置的表面光整加工装置，其特征在于，还包括用于放置多个被加工工件的工件支撑框架，所述工件支撑框架设置在工件运动平台上，所述工件支撑框架充满流通的磁流变液体。
6.根据权利要求1所述的基于换能装置的表面光整加工装置，其特征在于，所述工件运动平台与换能装置之间设有增益介质；所述增益介质为研磨颗粒或抛光材料。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的基于换能装置的表面光整加工装置，其特征在于，所述工件运动平台可以实现X、Y和Z三个方向平动以及α、β和θ三个方向的转动。
8.根据权利要求7所述的基于换能装置的表面光整加工装置，其特征在于，所述工作运动平台为传送带，所述换能装置为若干个，并设置在工件运动方向上。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的基于换能装置的表面光整加工装置，其特征在于，还包括若干个加强电磁线圈，所述加强电磁线圈设置在被加工工件周围。
10.根据权利要求1至6中任一项所述的基于换能装置的表面光整加工装置，其特征在于，所述被加工工件与工件运动平台之间还设有旋转电机或振动驱动装置，所述旋转电机或振动驱动装置的一端与工件运动平台相连，其另一端与被加工工件相连。
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