CN103042438A

CN103042438A - 一种恒压式超声波辅助磁流变抛光方法及装置

Info

Publication number: CN103042438A
Application number: CN2012105949432A
Authority: CN
Inventors: 仇中军; 高山; 邹大程; 房丰洲
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2012-12-31
Filing date: 2012-12-31
Publication date: 2013-04-17
Anticipated expiration: 2032-12-31
Also published as: CN103042438B

Abstract

本发明公开了一种恒压式超声波辅助磁流变抛光方法及装置，本方法包括以下步骤：(1)将工件安装在双回转工作台上；(2)调整微小球磨头和工件距离，使二者间形成间隙，通过控制系统设定安装在微小球磨头上方的电磁线圈铁芯伸出处测力传感器的阈值P1和P2；(3)启动主轴带动微小球磨头旋转，并同时启动超声波振动装置，带动微小球磨头做超声振动，在微小球磨头和工件形成的间隙中通过输出管道喷射磁流变液；(4)分别根据被加工工件的表面形状，反复对工件进行抛光直至完成对工件的加工。本方法对工件表面能够精确点去除。

Description

一种恒压式超声波辅助磁流变抛光方法及装置

技术领域

本发明涉及硬脆材料复杂型面高效精密加工技术领域，具体涉及一种通过控制磁流变液的流量及电磁场强度，分阶段实现复杂型面的智能式恒压高效精密抛光方法。

背景技术

在光学及相关科学技术迅速发展的今天，随着以自由曲面、非球面等光学元器件为代表的硬脆材料复杂型面元件的应用越来越广泛，对硬脆材料复杂型面超精密加工技术也提出越来越高的要求，制造的光学元器件除了被要求要具有较高的面型精度，极好的表面粗糙度以外，还需要尽量少的亚表面破坏层。磁流变抛光为抛光区域可控的柔性抛光，被认为是最适用于硬脆材料复杂型面，尤其是光学元器件的高效超精密加工方法之一。

Rabinow J于1948年首先提出了磁流变液的概念。把微米级尺寸的磁性颗粒（羰基铁粉等）分散于非磁性液体（矿物油、硅油、水等）中形成悬浮液，在零磁场的环境下，磁流变液的表观粘度很小，具有良好的流动性能。但是在强磁场的作用下，其表观粘度会在极短时间（毫秒级）内增加两个数量级以上，并会呈现出类固体特性，而且这种变化是连续的、可逆的，即去掉磁场后磁流变液又在极短时间内恢复到原来的状态。然而，从50年代到80年代期间，由于科学家们没有认识到它的剪切应力的潜在性以及一直存在的悬浮性、腐蚀性等问题，磁流变液的发展非常缓慢。进人90年代，随着制备技术的提高，磁流变液的研究得到广泛的重视，成为当前智能材料研究领域一个备受关注的重要分支。

美国精密光学制造协会倡议成立的位于美国罗切斯特大学的光学制造中心（COM）对磁流变抛光技术的发展起到了极大的促进作用。在Kordonski、Golini等人的努力下，建立了材料去除理论模型，并在非球面加工过程中利用磁流变抛光技术成功得到表面粗糙度小于1nm的表面。通过对磁流变抛光光学玻璃的去除率关系以及抛光区特性的研究，其商业化的公司QED生产出了磁流变抛光机床Q22系列，实现了磁流变抛光的商业化。近年来德国、白俄罗斯、日本等国家的相关学者也相继开展了磁流变抛光方法的研究工作。

但是现有的磁流变抛光方法由于加工过程中磁流变液的不稳定性（粘度、颗粒分布等），造成了加工区域压力不断在发生变化，难以形成对材料去除率、工件表面质量的稳定控制。并且传统磁流变抛光方法由于存在着加工过程中磨头、工件运动轨迹单一以及磁流变液的回收等问题，无法真正的完成凹面抛光以及完全自由曲面的抛光。

发明内容

本发明的目的是在于克服已有技术的缺陷，提供一种能够实现对硬脆材料复杂型面元器件的高效、高精度生产加工，对工件表面精确点去除的一种恒压式超声波辅助磁流变抛光方法及装置。

本发明的一种恒压式超声波辅助磁流变抛光方法，它包括以下步骤：

(1)将工件安装在双回转工作台上，由双回转工作台带动工件实现A、C轴回转；

(2)调整微小球磨头和工件距离，使二者间形成间隙，通过控制系统设定安装在微小球磨头上方的电磁线圈铁芯伸出处测力传感器的阈值P₁和P₂，其中P₁＜P₂，P₁和P₂为加工过程中磁流变液对工件的作用力；

(3)启动主轴带动微小球磨头旋转，并同时启动超声波振动装置，带动微小球磨头做超声振动，在微小球磨头和工件形成的间隙中通过输出管道喷射混入了磨料并经搅拌装置搅拌均匀的磁流变液，接通电磁线圈开关以在微小球磨头和工件最小间隙处形成最强磁场，根据测力传感器的实时测量结果，控制系统向Z轴驱动装置的动力源输出进给量控制信号，调整微小球磨头沿Z轴移动距离，直到使测力传感器的测量结果满足P₁<P<P₂；在所述的磁流变液流出加工区域处设置回收管道，利用回收管道上的回收泵产生的负压作用，将从加工区域流出的磁流变液回收到磁流变容器中，经搅拌后重新通过输出泵经输出管道输出到加工区域循环利用；

(4)分别根据被加工工件的表面形状，控制系统向X、Y、Z轴驱动装置的动力源输出进给量控制信号从而控制微小球磨头沿X、Y、Z轴方向进给，控制系统向A、C轴驱动装置的动力源输出旋转角度控制信号从而控制工件沿A、C轴转动，实现微小球磨头沿X、Y、Z轴方向进给以及工件沿A、C轴转动的联动控制以对工件进行抛光，反复对工件进行抛光直至完成对工件的加工，在对工件进行加工的同时根据测力传感器的实时测量结果，通过控制系统控制主轴带动微小球磨头进给调整微小球磨头和工件间的最小间隙，或者控制输出泵的输出量，或者调整电磁线圈的电流强度，来调节加工区域内磁流变液对工件的作用力值，使其在加工过程中始终满足P₁<P＜P₂的要求，以保证加工过程中加工区域内磁流变液对工件的作用力值的稳定，从而实现对工件表面均匀稳定的材料去除。

本发明的一种恒压式超声波辅助磁流变抛光装置，它包括微小球磨头，所述的微小球磨头安装在电磁线圈的铁芯伸出的端部，所述的电磁线圈的另一端和超声波振动装置的变幅杆一端联结在一起，所述变幅杆的另一端联结在超声波发生器上，所述的超声波发生器安装在竖直设置的主轴上，所述的主轴与主轴动力源相连，在电磁线圈和主轴连接的部位设置有电磁绝缘板，所述的主轴与能够实现X、Y、Z轴方向驱动的X、Y、Z轴驱动装置相连并且所述的主轴能够在X、Y、Z轴驱动装置的驱动下与沿X、Y、Z轴方向设置的导轨滑动配合，所述的沿Y轴设置的导轨安装在基座的顶部，在所述的基座上连接有与A、C轴驱动装置相连的双回转工作台，所述的双回转工作台能够在A、C轴驱动装置的驱动下沿A、C轴旋转，所述的双回转工作台安装在微小球磨头的下方，微小球磨头上方的电磁线圈铁芯伸出处安装有测力传感器，一个磁流变容器安装在基座上，在所述的磁流变容器上安装有搅拌机，其上安装有回收泵的回收管道一端设置在微小球磨头和工件形成的间隙中并且其另一端与磁流变容器的进口相连，其上安装有输出泵的输出管道一端设置在与回收管道的一端相对设置的微小球磨头和工件形成的间隙中并且其另一端与所述的磁流变容器的出口相连，一台控制系统分别与搅拌机电机、X、Y、Z轴驱动装置的动力源、A、C轴驱动装置的动力源、回收泵的电机、输出泵的电机、主轴的动力源、电磁线圈以及测力传感器相连，所述的控制系统用于读取测力传感器输出的作用力信号并根据所述的作用力信号向搅拌机电机、X、Y、Z轴驱动装置的动力源、A、C轴驱动装置的动力源、回收泵的电机、输出泵的电机、主轴的动力源以及电磁线圈输出控制信号。

本发明的优点：本发明将高频超声波振动应用于磁流变抛光过程，并根据在线检测的作用力自动实现对加工区域的压力进行调整，结合五轴联动控制实现智能恒压式超声辅助磁流变抛光，解决现有磁流变抛光方法在加工过程中，由于磁流变液的粘度、颗粒分布的不均匀变化造成的加工区域压力不稳定，无法形成对材料去除率、工件表面质量的稳定控制，难以形成超光滑表面以及超精密复杂面型，以及磨头、工件运动轨迹单一导致的无法真正的完成凹面抛光以及完全自由曲面的抛光等问题。本发明的有益效果具体有以下几个方面：

(1)本发明将微小球磨头安装在电磁线圈上，电磁线圈安装在超声波振动装置的变幅杆上，当磁流变液进入微小球磨头和工件表面间形成的间隙中时，一方面在电磁场的作用下能够在最小间隙处实现最强粘度和剪切屈服强度，因此能够实现对工件表面的精确点去除方式，实现更精密面型精度的加工。另一方面在超声波作用下能够使加工区域的磁流变液的成分及磨料分布更加均匀，实现对工件表面的均匀去除；

(2)本发明通过在加工过程中在线检测加工区域的作用力大小，并根据设定阀值自动智能调整加工区域的作用力，从而实现了对复杂型面工件的恒压式加工，能够减少被加工工件的表面和亚表面损伤，实现超光滑表面以及超精密复杂面型硬脆材料零件的加工。

附图说明

图1是本发明恒压式超声波辅助磁流变抛光方法的加工装置示意图；

图2是本发明图1所示的装置中的电磁线圈、超声振动装置安装细节示意图；

图3是本发明图1所示的装置中的加工区域示意图；

图4是本发明图1所示的装置中的微小球磨头安装细节示意图；

图5是用本发明方法加工的WC非球面模仁（凹面）；

图6是用本发明方法加工的微晶玻璃非球曲面透镜（凸面）；

图7是用本方明方法加工的石英玻璃非球面棱镜（凸面）。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明加以详细说明：

如图所示本发明的一种恒压式超声波辅助磁流变抛光方法，它包括以下步骤：(1)将工件1安装在双回转工作台16上，由双回转工作台带动工件1实现A、C轴回转；(2)调整微小球磨头和工件距离，使二者间形成间隙，通过控制系统设定安装在微小球磨头上方的电磁线圈铁芯伸出处测力传感器的阈值P₁和P₂，其中P₁<P₂，P₁和P₂为加工过程中磁流变液对工件的作用力。当所述的步骤(1)中的工件需要粗加工、半精加工以及精加工时，所述的步骤(2)中粗加工阶段的P₁、P₂值及P₂-P₁值大于半精加工阶段的P₁、P₂值及P₂-P₁值，半精加工阶段的P₁、P₂值及P₂-P₁值大于精加工阶段的P₁、P₂值及P₂-P₁值。根据不同加工阶段对加工精度及表面质量要求的不同，P₁，P₂及P₂-P₁值设定值不同，粗加工阶段，P₁、P₂值及P₂-P₁较大，半精加工次之，精加工阶段最小，目的是保证粗加工阶段去除效率最高，精加工阶段去除过程最稳定，以获得最佳的加工表面质量。所述的微小球磨头2的直径可以根据要加工表面的曲率半径、凹面口径的大小来设定。小表面曲率半径和凹面口径的表面加工时，选取小的球头。P₁、P₂值根据被加工工件需要达到的表面粗糙度进行设定，粗糙度值越小，P₁、P₂及P₂-P₁值越小；(3)启动主轴带动微小球磨头2旋转，并同时启动超声波振动装置，带动微小球磨头2做超声振动，在微小球磨头2和工件1形成的间隙中通过输出管道19喷射混入了磨料并经搅拌装置搅拌均匀的磁流变液25，接通电磁线圈3开关以在微小球磨头2和工件1最小间隙处形成最强磁场，根据测力传感器的实时测量结果，控制系统向Z轴驱动装置的动力源输出进给量控制信号，调整微小球磨头沿Z轴移动距离，直到使测力传感器的测量结果满足P₁<P<P₂；所述的磁流变液25流出加工区域处设置回收管道14，利用回收管道上的回收泵12产生的负压作用，将从加工区域流出的磁流变液回收到磁流变容器17中，经搅拌后重新通过输出泵4经输出管道19输出到加工区域循环利用；由于微小球磨头2和工件1间形成了逐渐收敛（由大至小）的间隙，因此在最小间隙处磁流变液25对工件1表面产生最大的作用力，由于微小球磨头2和工件1表面的接触点为点接触，因此，磁流变液25对工件1表面最大作用力发生地点是唯一的，即在微小球磨头2和工件1表面间的最小间隙处，因此可以实现对工件表面的精确去除；磁场根据加工需求可以通过调整电磁线圈3的电流强度进行调整。在磁场作用下，流经微小球磨头2和工件1最小间隙处的磁流变液的粘度和剪切屈服应力瞬间会增强至少两个数量级，能够实现对工件表面面型的更精确修正。(4)分别根据被加工工件的表面形状，控制系统向X、Y、Z轴驱动装置的动力源输出进给量控制信号从而控制微小球磨头沿X、Y、Z轴方向进给，控制系统向A、C轴驱动装置的动力源输出旋转角度控制信号从而控制工件沿A、C轴转动，实现微小球磨头沿X、Y、Z轴方向进给以及工件沿A、C轴转动的联动控制以对工件进行抛光，在对工件进行加工的同时根据测力传感器的实时测量结果，通过控制系统控制主轴带动微小球磨头进给调整微小球磨头和工件间的最小间隙，或者控制输出泵的输出量，或者调整电磁线圈的电流强度，来调节加工区域内磁流变液对工件的作用力值，使其满足P₁<P＜P₂的要求，以保证加工过程中加工区域内磁流变液对工件的作用力值的稳定。利用上述过程对工件反复进行抛光直至完成对工件的加工。加工过程中磁流变液25对工件1作用力的变化会影响工件表面粗糙度及面型精度，因此加工过程中在线监测磁流变液25对微小球磨头2的作用力P的变化，当出现P≤P₁或者P≥P₂的情况，通过反馈给控制系统，自动控制主轴带动微小球磨头2进给调整微小球磨头2和工件1间的最小间隙，或者自动控制磁流变液输出泵4的输出量，或者自动调整电磁线圈3的电流强度，来调节P值，使其满足P₁<P<P₂的要求。具体来说，当P≤P₁时，系统会自动驱动主轴带动微小球磨头2进给，减小微小球磨头2和工件1间的间隙，也可以控制输出泵4增大磁流变液的流量，也可以自动增大电磁线圈3的电流强度；当P≥P₂时，系统自动驱动主轴带动微小球磨头2离开工件表面，增大微小球磨头2和工件1间的间隙；也可以自动控制输出泵4降低磁流变液的流量；也可以降低电磁线圈3中的电流强度。

本发明的工作原理如下：本发明方法在磁流变抛光过程中利用微小磨头和工件表面间实现微小间隙使工件表面实现精确去除，利用加工过程中微小磨头施加给磁流变液的超声振动作用，使加工区域的磁流变液的成分及磨料分布均匀，实现对工件表面的均匀去除。同时利用对加工区域的作用力的在线检测，依据设定作用力阀值，通过驱动主轴带动微小球磨头进给调整微小球磨头和工件间的最小间隙，或者自动调整磁流变液输出泵的流量，也可以调整电磁线圈的电流强度等方法，自动调整加工区域的作用力从而实现对复杂型面工件的智能恒压式加工，能够实现超光滑表面及超精密复杂面型硬脆材料高效、高精度加工。

一种实现权利要求1方法的装置，它包括微小球磨头2，所述的微小球磨头2安装在电磁线圈3的铁芯23伸出的端部，所述的电磁线圈3的另一端利用螺钉20和超声波振动装置的变幅杆6一端联结在一起，所述变幅杆6的另一端联结在超声波发生器21上，所述的超声波发生器安装在竖直设置的主轴11上，所述的主轴与主轴动力源9相连，通过动力源（电机等）可以驱动主轴11带动超声波发生器21、变幅杆6、电磁线圈3、微小球磨头2进行旋转。为防止电磁线圈3所产生磁场对主轴11工作产生影响，在电磁线圈3和主轴11连接部位设置有电磁绝缘板5，所述的主轴11与能够实现X、Y、Z轴方向驱动的X、Y、Z轴驱动装置相连并且所述的主轴11能够在X、Y、Z轴驱动装置的驱动下与沿X、Y、Z轴方向设置的导轨7、8、10滑动配合，所述的沿Y轴设置的导轨安装在基座的顶部，在所述的基座上连接有与A、C轴驱动装置相连的双回转工作台，所述的双回转工作台能够在A、C轴驱动装置的驱动下沿A、C轴旋转，所述的双回转工作台安装在微小球磨头2的下方，工件1安装在双回转工作台16上，由双回转工作台16带动实现A、C轴旋转；微小球磨头2上方的电磁线圈铁芯23伸出处安装有测力传感器24，用来测量加工过程中磁流变液25对微小球磨头2的作用力；一个磁流变容器17安装在基座13上，在所述的磁流变容器上安装有搅拌机18，其上安装有回收泵12的回收管道14一端设置在微小球磨头和工件形成的间隙中并且其另一端与磁流变容器的进口相连，其上安装有输出泵4的输出管道19一端设置在与回收管道的一端相对设置的微小球磨头和工件形成的间隙中并且其另一端与所述的磁流变容器的出口相连，通过回收泵12磁流变液25流出加工区域处设置的回收管道14，利用回收泵12产生的负压作用，将从加工区域流出的磁流变液25回收到磁流变容器17中，经搅拌机18搅拌后循环利用，重新经输出泵4及输出管道19输出到加工区域进行加工,一台控制系统分别与搅拌机电机、X、Y、Z轴驱动装置的动力源、A、C轴驱动装置的动力源、回收泵的电机、输出泵的电机、主轴的动力源9、电磁线圈3以及测力传感器24相连。所述的控制系统用于读取测力传感器输出的作用力信号并根据所述的作用力信号向搅拌机电机、X、Y、Z轴驱动装置的动力源、A、C轴驱动装置的动力源、回收泵的电机、输出泵的电机、主轴的动力源9以及电磁线圈3输出控制信号。所述的控制系统用于向输出泵、回收泵发出流量控制信号，所述的控制系统向X、Y、Z轴驱动源输出进给量信号，所述的控制系统向电磁线圈输出电流强度调节信号，所述的控制系统向A、C轴驱动装置的动力源输出旋转角度信号。所述的控制系统向主轴的动力源9以及主轴的动力源9发出转速控制信号。

本发明装置中的A、C轴驱动装置以及X、Y、Z驱动装置的结构可以采用201010577078.1专利号中公开的结构形式。

实施例1

通过本发明方法完成口径为φ8.4mm非球面模仁（凹面）的超精密磁流变抛光。具体实施过程如下：

(1)将经过超精密磨削后的工件1安装在回转台16上，工件材料为碳化钨硬质合金；

(2)驱动X、Y、Z轴驱动装置带动主轴沿X、Y、Z导轨进给，调整微小球磨头和工件距离，使二者间形成5mm间隙，通过控制系统设定安装在微小球磨头上方的电磁线圈铁芯伸出处测力传感器的阈值P₁和P₂，P₁=5N，P₂=7N；

(3)启动主轴带动微小球磨头旋转，微小磨头转速12000rpm，并同时启动超声波振动装置，带动微小球磨头做超声振动，超声振动频率设定为40kHz，在微小球磨头和工件形成的间隙中通过输出管道喷射混入了磨料并经搅拌装置搅拌均匀的磁流变液，磁流变液流量为60ml/min，接通电磁线圈开关以在微小球磨头和工件最小间隙处形成最强磁场。根据测力传感器的实时测量结果，控制系统向Z轴驱动装置的动力源输出进给量控制信号调整微小球磨头沿Z轴移动距离，直到使测力传感器的测量结果P满足5N＜P<7N；在所述的磁流变液流出加工区域处设置回收管道，利用回收管道上的回收泵产生的负压作用，将从加工区域流出的磁流变液回收到磁流变容器中，经搅拌后重新通过输出泵经输出管道输出到加工区域循环利用；

(4)根据被加工工件的表面形状，控制系统向X、Y、Z轴驱动装置的动力源输出进给量控制信号从而控制微小球磨头沿X、Y、Z轴方向进给，控制系统向A、C轴驱动装置的动力源输出旋转角度控制信号从而控制工件沿A、C轴转动，实现微小球磨头沿X、Y、Z轴方向进给以及工件沿A、C轴转动的联动控制以对工件进行抛光，在对工件进行加工的同时根据测力传感器的实时测量结果，通过控制系统控制主轴带动微小球磨头进给调整微小球磨头和工件间的最小间隙，使其在加工过程中始终满足5N<P<7N的要求，以保证加工过程中加工区域内磁流变液对工件的作用力值的稳定，从而实现对工件表面均匀稳定的材料去除。利用上述过程对工件反复进行抛光直至完成对工件的加工。

反复对工件抛光60min后，将工件1利用乙醇乙醚混合液清洗后，再放入超声波清洗装置清洗；清洗后的工件放入干燥装置进行干燥。加工后得到工件如图5所示，对加工的工件进行检测，检测结果为：表面粗糙度Ra0.795nm，P-V值为1.06μm。

实施例2

通过本发明方法完成口径为φ10mm的微晶玻璃非球面透镜（凸面）超精密磁流变抛光。具体实施过程如下：

(1)将经过超精密磨削后的工件1安装在回转台16上，工件材料为微晶玻璃；

(2)驱动X、Y、Z轴驱动装置带动主轴沿X、Y、Z导轨进给，调整微小球磨头和工件距离，使二者间形成3mm间隙，通过控制系统设定安装在微小球磨头上方的电磁线圈铁芯伸出处测力传感器的阈值P₁和P₂，P₁=2N，P₂=2.5N;

(3)启动主轴带动微小球磨头旋转，微小磨头转速15000rpm，并同时启动超声波振动装置，带动微小球磨头做超声振动，超声振动频率设定为60kHz，在微小球磨头和工件形成的间隙中通过输出管道喷射混入了磨料并经搅拌装置搅拌均匀的磁流变液，磁流变液流量为40ml/min，接通电磁线圈开关以在微小球磨头和工件最小间隙处形成最强磁场。根据测力传感器的实时测量结果，控制系统向Z轴驱动装置的动力源输出进给量控制信号，调整微小球磨头沿Z轴移动距离，直到使测力传感器的测量结果P满足2N<P<2.5N在所述的磁流变液流出加工区域处设置回收管道，利用回收管道上的回收泵产生的负压作用，将从加工区域流出的磁流变液回收到磁流变容器中，经搅拌后重新通过输出泵经输出管道输出到加工区域循环利用；

(4)分别根据被加工工件的表面形状，控制系统向X、Y、Z轴驱动装置的动力源输出进给量控制信号从而控制微小球磨头沿X、Y、Z轴方向进给，控制系统向A、C轴驱动装置的动力源输出旋转角度控制信号从而控制工件沿A、C轴转动，实现微小球磨头沿X、Y、Z轴方向进给以及工件沿A、C轴转动的联动控制以对工件进行抛光，在对工件进行加工的同时根据测力传感器的实时测量结果，通过控制系统控制调整电磁线圈的电流强度，来调节加工区域内磁流变液对工件的作用力值，使其满足在加工过程中始终满足2N<P<2.5N的要求，以保证加工过程中加工区域内磁流变液对工件的作用力值的稳定，从而实现对工件表面均匀稳定的材料去除。利用上述过程对工件反复进行抛光直至完成对工件的加工。

反复对工件抛光120min后，将工件1利用乙醇乙醚混合液清洗后，再放入超声波清洗装置清洗；清洗后的工件放入干燥装置进行干燥。加工获得的工件如图6所示，对加工的工件进行检测，检测结果为：表面粗糙度Ra0.69nm，P-V值为0.87μm。透射率大于93%。

实施例3

通过本发明方法完成口径为φ2.6mm非球面棱镜（凸面）的超精密磁流变抛光。具体实施过程如下：

(1)将经过超精密磨削后的工件1安装在回转台16上，工件材料为石英玻璃；

(2)驱动X、Y、Z轴驱动装置带动主轴沿X、Y、Z导轨进给，调整微小球磨头和工件距离，使二者间形成2mm间隙，通过控制系统设定安装在微小球磨头上方的电磁线圈铁芯伸出处测力传感器的阈值P₁和P₂，P₁=1N，P₂=1.2N；

(3)启动主轴带动微小球磨头旋转，微小磨头转速20000rpm，并同时启动超声波振动装置，带动微小球磨头做超声振动，超声振动频率设定为80kHz，在微小球磨头和工件形成的间隙中通过输出管道喷射混入了磨料并经搅拌装置搅拌均匀的磁流变液，磁流变液流量为30ml/min，接通电磁线圈开关以在微小球磨头和工件最小间隙处形成最强磁场。根据测力传感器的实时测量结果，控制系统向Z轴驱动装置的动力源输出进给量控制信号调整微小球磨头沿Z轴移动距离，直到使测力传感器的测量结果P满足1N<P<1.2N；在所述的磁流变液流出加工区域处设置回收管道，利用回收管道上的回收泵产生的负压作用，将从加工区域流出的磁流变液回收到磁流变容器中，经搅拌后重新通过输出泵经输出管道输出到加工区域循环利用；

(4)根据被加工工件的表面形状，控制系统向X、Y、Z轴驱动装置的动力源输出进给量控制信号从而控制微小球磨头沿X、Y、Z轴方向进给，控制系统向A、C轴驱动装置的动力源输出旋转角度控制信号从而控制工件沿A、C轴转动，实现微小球磨头沿X、Y、Z轴方向进给以及工件沿A、C轴转动的联动控制以对工件进行抛光，在对工件进行加工的同时根据测力传感器的实时测量结果，通过控制系统输出信号调节输出泵的流量，使其在加工过程中始终满足1N<P<1.2N的要求，以保证加工过程中加工区域内磁流变液对工件的作用力值的稳定，从而实现对工件表面均匀稳定的材料去除。利用上述过程对工件反复进行抛光直至完成对工件的加工。

反复对工件抛光180min后，将工件1利用乙醇乙醚混合液清洗后，再放入超声波清洗装置清洗；清洗后的工件放入干燥装置进行干燥。加工后得到工件如图7所示，对加工的工件进行检测，检测结果为：表面粗糙度Ra0.659nm，P-V值为0.07μm，透射率大于93%。

Claims

1.一种恒压式超声波辅助磁流变抛光方法，其特征在于它包括以下步骤：

(3)启动主轴带动微小球磨头旋转，并同时启动超声波振动装置，带动微小球磨头做超声振动，在微小球磨头和工件形成的间隙中通过输出管道喷射混入了磨料并经搅拌装置搅拌均匀的磁流变液，接通电磁线圈开关以在微小球磨头和工件最小间隙处形成最强磁场，根据测力传感器的实时测量结果，控制系统向Z轴驱动装置的动力源输出进给量控制信号，调整微小球磨头沿Z轴移动距离，直到使测力传感器的测量结果P满足P₁<P<P₂；在所述的磁流变液流出加工区域处设置回收管道，利用回收管道上的回收泵产生的负压作用，将从加工区域流出的磁流变液回收到磁流变容器中，经搅拌后重新通过输出泵经输出管道输出到加工区域循环利用；

(4)分别根据被加工工件的表面形状，控制系统向X、Y、Z轴驱动装置的动力源输出进给量控制信号从而控制微小球磨头沿X、Y、Z轴方向进给，控制系统向A、C轴驱动装置的动力源输出旋转角度控制信号从而控制工件沿A、C轴转动，实现微小球磨头沿X、Y、Z轴方向进给以及工件沿A、C轴转动的联动控制以对工件进行抛光，反复对工件进行抛光直至完成对工件的加工，在对工件进行加工的同时根据测力传感器的实时测量结果，通过控制系统控制主轴带动微小球磨头进给调整微小球磨头和工件间的最小间隙，或者控制输出泵的输出量，或者调整电磁线圈的电流强度，来调节加工区域内磁流变液对工件的作用力值，使其在加工过程中始终满足P₁<P<P₂的要求，以保证加工过程中加工区域内磁流变液对工件的作用力值的稳定，从而实现对工件表面均匀稳定的材料去除。

2.根据权利要求1所述的一种恒压式超声波辅助磁流变抛光方法，其特征在于：当所述的步骤(1)中的工件需要粗加工、半精加工以及精加工时，所述的步骤(2)中粗加工阶段的P₁、P₂值及P₂-P₁值大于半精加工阶段的P₁、P₂值及P₂-P₁值，半精加工阶段的P₁、P₂值及P₂-P₁值大于精加工阶段的P₁、P₂值及P₂-P₁值。

3.一种实现权利要求1方法的装置，其特征在于：它包括微小球磨头，所述的微小球磨头安装在电磁线圈的铁芯伸出的端部，所述的电磁线圈的另一端和超声波振动装置的变幅杆一端联结在一起，所述变幅杆的另一端联结在超声波发生器上，所述的超声波发生器安装在竖直设置的主轴上，所述的主轴与主轴动力源相连，在电磁线圈和主轴连接的部位设置有电磁绝缘板，所述的主轴与能够实现X、Y、Z轴方向驱动的X、Y、Z轴驱动装置相连并且所述的主轴能够在X、Y、Z轴驱动装置的驱动下与沿X、Y、Z轴方向设置的导轨滑动配合，所述的沿Y轴设置的导轨安装在基座的顶部，在所述的基座上连接有与A、C轴驱动装置相连的双回转工作台，所述的双回转工作台能够在A、C轴驱动装置的驱动下沿A、C轴旋转，所述的双回转工作台安装在微小球磨头的下方，微小球磨头上方的电磁线圈铁芯伸出处安装有测力传感器，一个磁流变容器安装在基座上，在所述的磁流变容器上安装有搅拌机，其上安装有回收泵的回收管道一端设置在微小球磨头和工件形成的间隙中并且其另一端与磁流变容器的进口相连，其上安装有输出泵的输出管道一端设置在与回收管道的一端相对设置的微小球磨头和工件形成的间隙中并且其另一端与所述的磁流变容器的出口相连，一台控制系统分别与搅拌机电机、X、Y、Z轴驱动装置的动力源、A、C轴驱动装置的动力源、回收泵的电机、输出泵的电机、主轴的动力源、电磁线圈以及测力传感器相连，所述的控制系统用于读取测力传感器输出的作用力信号并根据所述的作用力信号向搅拌机电机、X、Y、Z轴驱动装置的动力源、A、C轴驱动装置的动力源、回收泵的电机、输出泵的电机、主轴的动力源以及电磁线圈输出控制信号。