CN103537955A - 一种磁场辅助抛光加工设备及其抛光方法 - Google Patents

一种磁场辅助抛光加工设备及其抛光方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种磁场辅助抛光加工设备及其抛光方法，设备是在数控机床主轴上增设小型电磁体，并通过螺栓与数控主轴连接。软质抛光工具通过夹头固定在数控主轴上，小型电磁体环绕软质抛光工具设置，并可随软质抛光工具运动产生可移动电磁场；小型电磁体由支撑体和铜导线绕制的空心圆筒形线圈构成，并由直流电源供电。抛光方法是采用混合磁性磨粒作为磨削介质，软质抛光工具沿设定的运动轨迹运动；通过软质抛光工具所产生的抛光压力和移动电磁场所形成移动电磁力的复合作用，提高混合磁性游离磨粒在抛光过程中参与磨削并在工件表面形成有效磨削行为的比例，增强混合磁性游离磨粒的磨削效能，实现对难加工材料零件复杂形貌表面的高效率抛光加工。

Description

一种磁场辅助抛光加工设备及其抛光方法
技术领域
本发明涉及电磁场发生技术，磁力研磨技术，混合磁性磨粒制备技术和三体磨粒磨削技术，具体地说涉及一种磁场辅助抛光加工设备及其抛光方法，本发明适用于难加工材料复杂形状工件的外表面加工。
背景技术
难加工材料零件复杂形状表面的高效抛光加工是目前机械加工工艺重点研究的关键问题之一。对于难加工材料零件复杂形状表面的抛光加工，由于软质抛光工具不仅可以降低微小的位置误差形成的加工工具和工件间的力冲击，还可提高抛光工具对复杂形貌的加工适应能力，因此采用基于软质工具的游离磨粒抛光加工比较适合。但游离磨粒抛光与固着磨粒抛光相比磨削效率较低，同时难加工材料本身的磨削加工性能较差，因此提高游离磨粒抛光的磨削效率成为科技工作者孜孜不倦追求解决的难题之一。将传统加工技术和多学科不同加工方法相结合的复合加工技术已成为解决难加工材料工件加工难题的重要途径，而利用场效应特别是磁场辅助抛光是目前游离磨粒加工的一个发展方向。在磁场辅助游离磨粒加工工艺中，常见的主要有磁流变抛光和磁力光整加工工艺。磁流变抛光利用磁场改变磁流变液的粘度来实现光学元件表面的精密、超精密加工；而磁力光整加工利用磁场对强磁性介质的磁作用力来形成磁力刷对零件的内外表面进行微压力切削加工，对复杂表面的适应性较好，但磨削效率较低。因此急需开发能对难加工材料零件复杂表面进行高效率抛光加工的磁场辅助游离磨粒抛光加工方法。
要提高磁场辅助游离磨粒抛光加工的磨削效率，关键是要使尽可能多的磨粒都参加到抛光加工过程中，并使磨粒能在磨削过程中对被抛光表面形成犁沟，从而形成有效磨削。单纯采用软质工具驱动游离磨粒抛光时，由于游离磨粒处于工具和工件间的第三体自由状态，虽然受到软质抛光工具施加的磨削压力，但由于软质抛光工具多由各种纤维材料编织缠绕而成，其工作表面凸凹不平，使得只有被镶嵌在软质抛光工具中的游离磨粒才容易在抛光工具的带动下对被加工表面形成磨削加工，因此参与有效磨削的磨粒数量较少，从而影响了游离磨粒的磨削效率。单纯依靠磁场来驱动磁性磨粒进行抛光加工，由磁场力吸附磁性磨粒形成的磁力刷较柔软，所产生的磨削压力较小，也直接影响磁性磨粒的磨削效率。
发明内容
本发明的目的是针对现有难加工材料零件复杂形状表面游离磨粒抛光加工工艺的不足，而提供一种磁场辅助抛光加工设备及其抛光方法。磁场辅助抛光加工设备采用数控主轴来固定软质抛光工具实现各种复杂的抛光加工轨迹；并环绕软质抛光工具设置可随软质抛光工具移动的小型电磁体来产生移动电磁场；加工方法是采用混合磁性游离磨粒作为磨削介质，利用软质抛光工具对复杂形貌的适应能力来驱动混合磁性游离磨粒实现对复杂形貌表面的抛光加工；同时利用环绕软质抛光工具设置的小型电磁体产生移动磁场力实现对混合磁性游离磨粒的辅助驱动，通过电磁场和软质抛光工具的复合作用来实现难加工材料零件复杂形貌表面的高效率抛光加工。
为了达到上述目的，本发明采取的技术方案是：提供一种磁场辅助抛光加工设备，包括在数控机床的数控主轴上增设小型电磁体，同时配套直流电源，所述的小型电磁体由支撑体和铜导线线圈组成，小型电磁体通过螺栓与数控机床上的数控主轴连接，并环绕软质抛光工具设置，小型电磁体随软质抛光工具一起运动形成移动电磁场；所述的直流电源与小型电磁体连接，为小型电磁体中的线圈提供低压直流电，在小型电磁体中心区域产生辅助电磁场；所述的软质抛光工具通过夹头固定在数控主轴上从而实现各种复杂的加工轨迹。
本发明所述的支撑体由具有绝缘作用的环氧树脂板制备而成。
所述的直流电源为低纹波直流电源，直流电电压范围为1～15V，电流范围为10～100A。
所述的线圈由横截面为矩形的铜导线绕制而成。
本发明还提供一种应用上述的磁场辅助抛光加工设备的抛光的方法，按如下步骤操作：
步骤(1)、将被抛光工件固定在数控机床工作台上，在被抛光工件表面涂覆混合磁性磨粒；
步骤(2)、安装软质抛光工具，将软质抛光工具通过夹头夹持固定在数控主轴上；
步骤(3)、在数控机床的软件中输入被抛光工件的抛光运动轨迹和抛光工艺参数；抛光工艺参数包括软质抛光工具与被抛光工件的初始相对位置及其所产生的抛光初始压力；
步骤(4)、开启数控机床，接通直流电源，数控主轴高速旋转并根据预设的抛光轨迹运动，开始抛光加工；软质抛光工具与被加工工件表面间保持恒定的压缩量，形成稳定的抛光压力；小型电磁体与软质抛光工具一起沿抛光轨迹运动形成移动电磁场，同时被加工工件表面在线圈中心区域受到辅助磁场控制；从而在抛光过程中与软质抛光工具一起保持对被抛光工件表面及其表面混合磁性磨粒的连续复合作用。
本发明的方法中步骤(1)所述的混合磁性磨粒由铁磁性颗粒和硬质磨粒混合而成。
本发明的方法中步骤(2)所述的软质抛光工具安装时其末端伸出小型电磁体底平面中心1～3mm。
本发明具有的有益效果是：通过软质抛光工具所产生的抛光压力和移动电磁场所形成的移动电磁力的复合作用，来提高混合磁性游离磨粒在抛光过程中参与磨削并形成有效磨削行为的比例，从而增强混合磁性游离磨粒的磨削效能，有利于实现对难加工材料零件复杂形貌表面的高效率抛光加工。
附图说明
图1为本发明磁场辅助抛光加工设备结构示意图。
图中：1—数控主轴，2—支撑体，3—螺栓，4—线圈，5—小型电磁体，6—软质抛光工具，7—直流电源，8—夹头，9—混合磁性磨粒，10—被抛光工件，11—机床工作台。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详述：
实施例1：本发明提供的一种磁场辅助抛光加工设备，其结构如图1所示，包括在数控机床的数控主轴1上增设小型电磁体5，以及配套直流电源7，所述的小型电磁体5由支撑体2和线圈4组成，支撑体2通过螺栓3与数控机床上的数控主轴1连接；所述的支撑体2由具有绝缘作用的环氧树脂板制备而成，支撑体2下段为空心圆筒，在圆筒外侧采用横截面为矩形的铜导线绕制线圈4，构成圆筒形小型电磁体5；所述的直流电源7与支撑体2中的线圈4连接，为线圈4提供直流电，即可在线圈中心区域产生辅助电磁场；所述的直流电源为低纹波直流电源，直流电电压范围为1～15V，电流范围为10～100A。本实施例中直流电电压选用15V，电流选用100A。在加工过程中，数控机床的数控主轴1、软质抛光工具6和小型电磁体5一起沿抛光加工轨迹运动从而形成移动电磁场。所述的软质抛光工具6通过夹头8固定在数控主轴1上，从而实现各种复杂的加工轨迹。
实施例2：本发明应用实施例1提供的一种磁场辅助抛光加工设备进行抛光加工的方法，按如下步骤操作：
步骤(1)、将被抛光工件10固定在数控机床工作台11上，在被抛光工件10表面涂覆混合磁性磨粒9。所述的混合磁性磨粒由铁磁性颗粒和硬质磨粒混合而成。
步骤(2)、安装软质抛光工具6，将软质抛光工具通过夹头8夹持固定在数控主轴1上。安装时注意软质抛光工具6其末端伸出小型电磁体5底平面中心2mm。
步骤(3)、在数控机床的软件中输入被抛光工件10的抛光运动轨迹和抛光工艺参数；抛光工艺参数包括软质抛光工具6与被抛光工件10的初始相对位置及其所产生的抛光初始压力；
步骤(4)、开启数控机床，接通直流电源7，直流电源提供电压5V，电流10A，数控主轴1高速旋转，由于软质抛光工具6安装在数控主轴1上，同时软质抛光工具6也处于小型电磁体5的中心位置，当抛光工具6与被抛光工件10间设置了合适的初始加工位置形成所需要的稳定抛光压力后，数控主轴即可按预定的抛光程序运动进行抛光加工；小型电磁体5与软质抛光工具6一起沿抛光轨迹运动形成移动电磁场，从而在抛光过程中与软质抛光工具6一起保持对被抛光工件10及其表面混合磁性磨粒9的连续复合作用。混合磁性磨粒9在软质抛光工具6高速旋转和所产生的抛光压力带动下，对被抛光工件10表面形成了滚动和滑动磨削，同时受到小型电磁体5所产生移动磁场的移动牵引和搅拌作用，从而使得更多的混合磁性磨粒9能与被抛光工件10表面形成相对运动并形成有效磨削，提高了混合磁性磨粒9有效磨削的比例，从而增强游离混合磁性磨粒的磨削效能，有利于实现对难加工材料零件复杂形貌表面的高效率抛光加工。

Claims (8)

1.一种磁场辅助抛光加工设备，包括在数控机床的数控主轴上增设小型电磁体，同时配套直流电源，其特征在于：所述的小型电磁体由支撑体和铜导线线圈组成，小型电磁体通过螺栓与数控机床上的数控主轴连接，并环绕软质抛光工具设置，小型电磁体随软质抛光工具一起运动形成移动电磁场；所述的直流电源与小型电磁体连接，为小型电磁体中的线圈提供低压直流电，在小型电磁体中心区域产生辅助电磁场；所述的软质抛光工具通过夹头固定在数控主轴上从而实现各种复杂的加工轨迹。
2.根据权利要求1所述的一种磁场辅助抛光加工设备，其特征在于：所述的支撑体下段为空心圆筒，铜导线围绕圆筒绕制形成圆筒形空心线圈电磁体。
3.根据权利要求2所述的一种磁场辅助抛光加工设备，其特征在于：所述的支撑体由具有绝缘作用的环氧树脂板制成。
4.根据权利要求2所述的一种磁场辅助抛光加工设备，其特征在于：所述的线圈由横截面为矩形的铜导线绕制而成。
5.根据权利要求1所述的一种磁场辅助抛光加工设备，其特征在于：所述的直流电源为低纹波直流电源，直流电电压范围为1～15V，电流范围为10～100A。
6.一种应用权利要求1所述的磁场辅助抛光加工设备的抛光方法，其特征在于：按如下步骤操作：
步骤(1)、将被抛光工件固定在数控机床工作台上，在被抛光工件表面涂覆混合磁性磨粒；
步骤(2)、安装软质抛光工具，将软质抛光工具通过夹头夹持固定在数控主轴上；
步骤(3)、在数控机床的软件中输入被抛光工件的抛光运动轨迹和抛光工艺参数；抛光工艺参数包括软质抛光工具与被抛光工件的初始相对位置及其所产生的抛光初始压力；
步骤(4)、开启数控机床，接通直流电源，数控主轴高速旋转并根据预设的抛光轨迹运动，开始抛光加工；软质抛光工具与被加工工件表面间保持恒定的压缩量，形成稳定的抛光压力；小型电磁体与软质抛光工具一起沿抛光轨迹运动形成移动电磁场，同时被加工工件表面在线圈中心区域受到辅助磁场控制；从而在抛光过程中与软质抛光工具一起保持对被抛光工件表面及其表面混合磁性磨粒的连续复合作用。
7.根据权利要求6所述的磁场辅助抛光加工设备的抛光方法，其特征在于：步骤(1)所述的混合磁性磨粒由铁磁性颗粒和硬质磨粒混合而成。
8.根据权利要求6所述的磁场辅助抛光加工设备的抛光方法，其特征在于：步骤(2)所述的软质抛光工具安装时其末端伸出小型电磁体底平面中心1～3mm。
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