CN104551966A - 一种磁流变液自适应平面加工系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁流变液自适应平面加工系统，由磁场发生装置、固定装置、抛光池、活塞及液压泵组成，固定装置将待加工组件固定安装在抛光池内，磁场发生装置设置在抛光池外侧，抛光池内盛装有混有磨粒和磁粒的磁流变液，活塞在液压泵的带动下在抛光池内来回往复运动。与现有技术相比，本发明加工表面均匀，精度要求高，并且磁流变液自适应平面加工装置同时对加工工件表面各点进行研抛，效率极高。

Description

一种磁流变液自适应平面加工系统

技术领域

本发明属于抛光加工的技术领域，尤其是涉及一种磁流变液自适应平面加工系统。

背景技术

磁流变液是在常态下呈现牛顿流体特性，而在磁场中会由液体转化为固体，反应时间极短(毫秒级)，在磁场消失时，又将变为液体的一种特殊物质。将磨粒颗粒(非磁性)与磁流变液混合，在磁场作用下，磁粒沿着磁场线方向呈链状分布，磨粒颗粒嵌入磁链中形成体心立方机构，即在接触工件表面时，磨粒颗粒被磁链顶起形成柔性磨头，一层一层柔性磨头组成类似于研磨刷的结构，对工件表面产生材料去除作用，并且由于力学机理，研磨刷的材料去除作用与磨粒颗粒与工件表面之间的间隙成反比关系，即在工件表面凸点处具有较高的材料去除量，而在相对应的凹处材料去除量低，及自适应原理。如今在一些技术领域，对平面工件表面的精度要求在纳米级，很难采用一般的抛光装置对工件表面进行抛光加工。磁流变液抛光技术是集流体力学、电磁学、材料学、液压控制等诸多学科于一体的先进制造技术。

中国专利CN103612162A公开了一种磁流变液曲面抛光系统。磁流变液曲面抛光系统主要由磁场发生装置、抛光工件、抛光池、抛光轴、两坐标控制装置组成。在两坐标控制装置的控制下，抛光轴既做自转又在XY平面运动，其自转带动在磁场作用下形成的半固体态的磁流变液柔性磨头与抛光工件抛光曲面产生相对运动，并通过磁场发生装置调节抛光工件母线各点受到的磁场力，使得抛光工件母线各点的磨削量大小一致，从而对抛光工件进行均匀的抛光直至达到要求的抛光精度。但是该专利公开的磁流变液曲面抛光系统只能对曲面工件进行加工，而在工程应用中，平面工件的使用要比曲面工件广的多；专利CN103612162A的磁场发生装置一极为抛光轴，另一极沿着抛光工件周向布置，而本专利申请磁场发生装置为对置放置的一组电磁铁，简化了设计；专利CN103612162A其抛光轴的运动形式为自转并带动其在XY平面平移，本专利申请中作为控制循环装置的活塞只在缸体内上下移动，运动形式得到简化；并且，本专利申请可以通过一开始选定的电磁铁、电源实现对工件表面精度的控制，在加工过程中只需控制液压泵控制活塞循环次数即可对工件表面进行加工；另外，本专利申请中，由于磨粒在磁场中所受到的力学机理，导致其与凹凸不平的工件表面接触时，可以由受到的磁性悬浮力大小控制材料的去除量，即实现自适应加工。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种加工表面均匀，加工精度高的磁流变液自适应平面加工系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种磁流变液自适应平面加工系统，由磁场发生装置、固定装置、抛光池、活塞及液压泵组成，

所述的固定装置将待加工组件固定安装在抛光池内，所述的磁场发生装置设置在抛光池外侧，所述的抛光池内盛装有混有磨粒和磁粒的磁流变液，所述的活塞在液压泵的带动下在抛光池内来回往复运动。

优选地，固定装置的轴线与磁场发生装置的两级的放置轴线相垂直。磁场发生装置为电磁铁，通过调整铁芯及线圈匝数调整加工精度。

使用电磁铁使抛光池内的磁粒沿磁力线方向形成链状体心立方结构，磁粒与磨粒之间充满基液，保证在形成体心立方结构时有足够的运动空间。电磁铁的磁场强度大小保证使磨粒在收到挤压约束时发生迁移并陷入链状体心立方结构的内部。磁力线方向与固定装置固定的待加工组件的加工表面相垂直。本发明通过采用磁流变效应微磨头约束、俘获磨粒作用，使游离的磨粒均匀而稳定地分布于代加工组件表面，解决了传统游离磨料加工技术中游离磨料在工件界面无法均匀分布以及磨料浓度难以维持等影响研抛精度和效率的难题。

抛光液中的游离磨粒约束于各个微尺寸磁流变效应形成了柔性微磨头，保证了研磨刷与工件表面之间的磨料浓度和稳定性，实现了游离磨料浓度、运动轨迹和滞留时间的可控。磁流变效应微磨头本身具有粘弹性，加工过程中不会损伤工件表面。

磁场强度可以决定磁流变微磨头的硬度，加工过程是介于固着磨料与游离磨料之间的一种半固着作用机理。

抛光池还连接有磁流变液循环装置，以便于循环使用磁流变液。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.加工表面均匀，精度要求高。本发明因为是在固定的磁场强度中对工件进行加工，因此，研磨刷对工件表面的切削力大小一致，进而获得加工表面均匀、精度要求高的抛光工件。

2.抛光效率高。本发明的磁流变液自适应平面加工装置同时对加工工件表面各点进行研抛，故而效率极高。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为形成的链状体心立方结构的示意图；

图3为自适应加工原理图。

图中，1-磁场发生装置，2-固定装置，3-抛光池，3a-磁粒，3b-磨粒，4-待加工工件，5-活塞，6-液压泵。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

一种磁流变液自适应平面加工系统，其结构如图1所示，由磁场发生装置1、固定装置2、抛光池3、活塞5及液压泵6组成。固定装置2将待加工组件4固定安装在抛光池3内，磁场发生装置1设置在抛光池3外侧，在抛光池3内盛装有混有磨粒3b和磁粒3a的磁流变液，活塞5在液压泵6的带动下在抛光池3内来回往复运动。

固定装置2的轴线与磁场发生装置1的两级的放置轴线相垂直，本实施例中使用的磁场发生装置1为电磁铁，通过调整铁芯及线圈匝数调整加工精度。使用电磁铁使抛光池3内的磁粒3a沿磁力线方向形成链状体心立方结构，如图2所示，磁粒3a与磨粒3b之间充满基液，并且抛光池3的大小还需要保证在形成体心立方结构时有足够的运动空间。电磁铁的磁场强度大小保证使磨粒3b在收到挤压约束时发生迁移并陷入链状体心立方结构的内部。磁力线方向与固定装置固定的待加工组件的加工表面相垂直。本发明通过采用磁流变效应微磨头约束、俘获磨粒作用，使游离的磨粒均匀而稳定地分布于代加工组件表面，解决了传统游离磨料加工技术中游离磨料在工件界面无法均匀分布以及磨料浓度难以维持等影响研抛精度和效率的难题。

抛光液中的游离磨粒约束于各个微尺寸磁流变效应形成了柔性微磨头，保证了研磨刷与工件表面之间的磨料浓度和稳定性，实现了游离磨料浓度、运动轨迹和滞留时间的可控。磁流变效应微磨头本身具有粘弹性，加工过程中不会损伤工件表面。磁场强度可以决定磁流变微磨头的硬度，加工过程是介于固着磨料与游离磨料之间的一种半固着作用机理。除此之外，抛光池3还可以连接磁流变液循环装置，以便于循环使用磁流变液。

本发明的自适应加工原理如图3所示，在加工过程中，磨粒3b在起始位置开始形成较小的切深；沿待加工组件4的表面向前运动,由于待加工组件4的表面凸起,磨粒3b被工件向磁链团簇结构弹性压陷,磨粒3b受到的磁性浮力增大,相应的切深也增大,磨粒3b越过工件表面的凸起向低凹位置运动,被磁链团簇结构弹性浮起挤压在工件表面上,磨粒3b受到的磁性浮力减小,相应的切深也减小。半固着的磨粒3b利用弹性压陷自适应切深,凸起位置由于切深较大而材料去除较多,低凹位置则相反材料去除较少，并由活塞带动其来回往复在抛光池中运动，最后保证工件加工表面均匀，加工精度高。

Claims (8)

1.一种磁流变液自适应平面加工系统，其特征在于，该加工系统由磁场发生装置、固定装置、抛光池、活塞及液压泵组成，

所述的固定装置将待加工组件固定安装在抛光池内，

所述的磁场发生装置设置在抛光池外侧，

所述的抛光池内盛装有混有磨粒和磁粒的磁流变液；

所述的活塞在液压泵的带动下在抛光池内来回往复运动。

2.根据权利要求1所述的一种磁流变液自适应平面加工系统，其特征在于，所述的固定装置的轴线与磁场发生装置的两级的放置轴线相垂直。

3.根据权利要求2所述的一种磁流变液自适应平面加工系统，其特征在于，所述的磁场发生装置为电磁铁。

4.根据权利要求3所述的一种磁流变液自适应平面加工系统，其特征在于，所述的电磁铁通过调整铁芯及线圈匝数调整加工精度。

5.根据权利要求4所述的一种磁流变液自适应平面加工系统，其特征在于，所述的电磁铁使抛光池内的磁粒沿磁力线方向形成链状体心立方结构。

6.根据权利要求5所述的一种磁流变液自适应平面加工系统，其特征在于，所述的电磁铁的磁场强度大小保证使磨粒在收到挤压约束时发生迁移并陷入链状体心立方结构的内部。

7.根据权利要求5所述的一种磁流变液自适应平面加工系统，其特征在于，所述的磁力线方向与固定装置固定的待加工组件的加工表面相垂直。

8.根据权利要求1所述的一种磁流变液自适应平面加工系统，其特征在于，所述的抛光池还连接有磁流变液循环装置。