CN106965041A - 一种基于磁流变效应的线性抛光加工方法及其装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于磁流变效应的线性抛光加工方法及其装置，本方法和装置采用组合磁流变抛光轮作为抛光工具，装置包括机床主体、工作台、工作液循环单元、抛光单元和工件装夹单元，将磁流变抛光的高效率、柔性化、绿色环保等加工特点应用到具有二维曲面、平面及其简单复合面型等工件的抛光加工过程中，由线加工实现面加工，解决了工件分次加工的弊端，实现工件精整加工，达到工件的美观性、光泽和光顺性要求，同时提高良品率和加工效率，降低加工成本。
Description
技术领域
本发明涉及机械制造领域，具体是一种基于磁流变效应的线性抛光加工方法及其装置。
背景技术
目前市场上一些由简单二维曲面及平面构成的工件，其表面处理普遍开始应用数控技术、机器人技术利用砂纸、砂带等传统磨具进行单机组合、多工位、多工序表面打磨抛光，但是目前的打磨抛光技术存在一个致命的缺陷就是整个工件表面无法一次加工完成，需要多次拼接完成整个工件加工，始终存在刀痕接口，最后造成外表面整体性难以保证，需要后续专门补修工序消除打磨抛光加工拼接痕迹，不但降低效率、增加成本，加工品质也受到影响。
本发明在磁流变抛光技术的研究基础上，提出一种基于磁流变效应的线性抛光加工方法及其装置，基于“点-线-面”的原则，利用自制抛光单元的线加工，将磁流变抛光的高效率、柔性化、可控性、绿色环保等加工特点应用到简单二维复合面型工件的整体外表面抛光加工过程中，解决了其分次加工的弊端，实现工件精整加工，达到工件美观性、光泽和光顺性要求，同时提高良品率和加工效率，降低加工成本。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种效率高、绿色环保的基于磁流变效应的线性抛光加工方法及其装置。
一种基于磁流变效应的线性抛光加工方法，包括如下步骤：
步骤1：根据工件的材质特点和面型加工要求，在去离子水中加入浓度为30％-45％的微米级羰基铁粉，及加入浓度为10％-15％的微米级磨料，及加入浓度为5％-10％的分散剂和浓度为2％-5％的防锈剂，充分搅拌后形成磁流变工作液；
步骤2：利用工作液循环单元将所述工作液均匀喷洒在抛光单元表面上，启动电机，调节转轴转速逐渐升高，抛光工作液在磁场的作用下，于所述抛光单元表面形成较为均匀的柔性抛光膜；
步骤3：利用真空吸盘吸附待加工的所述工件，降低所述工件的位置，使所述工件表面与所述柔性抛光膜接触，实现其表面的线性加工，并保持所述工件加工区域距离所述抛光单元柱面1-3mm；
步骤4：利用控制柜的数控系统，在驱动装置的支配下，使所述抛光单元与所述工件之间实现X、Y、Z方向的相对运动以及真空吸盘的缓慢旋转，准确控制加工轨迹，实现所述工件外表面线加工到整个外表面的整体加工。
具体的，所述工件可以为具有简单二维曲面、平面或者其复合面型的工件。
具体的，所述的磁场发生器可以为永久性磁体。
一种基于磁流变效应的线性抛光加工装置，包括机床主体、工作台、工作液循环单元、抛光单元和工件夹持单元；所述工作液循环单元包括多通道蠕动泵、工作液容器、马达搅拌器、工作液回收槽、循环管、扁平喷嘴组；所述抛光单元包括调速电机、联轴器、转轴、树脂片、强磁环、转轴螺母；所述工件夹持单元包括、工件、真空吸盘、真空泵、真空泵安装块。
具体的，所述工作液循环单元主要部分静置在承物台上，所述工作液回收槽通过定位块安放在工作台上。
具体的，所述工作液循环单元中，所述多通道蠕动泵的一条循环通道用于将刮入所述工作液回收槽中的工作液通入所述工作液容器中，重新搅拌，另一条循环通道则将搅拌后的工作液通入喷嘴，均匀喷洒在所述抛光单元上形成柔性抛光膜进行抛光，然后被刮刀刮下，再进行循环。
具体的，所述抛光单元中，所述调速电机固定在工作台上，所述转轴通过所述联轴器的平键与电机相连，所述转轴上装有轴承对用于支撑转轴并保证其高速平稳转动，在所述转轴上间隔套有所述树脂片和所述强磁环，在所述转轴的无轴肩一侧有一定长度的螺纹，利用轴肩和所述转轴螺母可将套件夹紧，形成所述抛光单元。
具体的，轴承对和刮刀通过柱销固定在工作液回收槽上，所述扁平喷嘴组固定安装在工作液回收槽一边，与所述转轴平行；所述工件夹持单元中，真空泵安装在真空泵安装块上，并与真空吸盘相通，用于吸附夹持工件。
具体的，所述装置在驱动装置的支配下具有X、Y、Z三向进给运动及绕C轴的旋转运动，其中工作台具有X、Y方向的进给运动，真空泵安装块具有Z向进给运动，真空吸盘安装在C轴上可旋转，由控制柜进行编程控制。
具体的，所述转轴选用非磁性材料不锈钢，所述强磁环选用钕铁硼N35材质的磁环，所述强磁环采用轴向充磁的方式，相邻的强磁环采用同向磁极相邻安装的方式。
本发明的工作过程是：抛光单元在电机的带动下，缓慢增速旋转，磁流变工作液均匀喷洒在抛光轮柱面上，在强磁环的磁力作用下，工作液变成柔性抛光膜层，对工件外表面进行“线性抛光加工”，在数控系统的控制下，加工轨迹从工件的一侧加工至另一侧，工件在吸盘的吸附下绕C轴缓慢旋转，进行均匀加工，加工轨迹再从工件的一侧加工至另一侧，如此反复至达到加工要求。
与现有技术相比，本发明还具有一下优点：
(1)工作液可循环利用，解约加工成本；
(2)湿式环境下抛光工件，消除粉尘污染，绿色环保；
(3)柔性接触加工，减少工件划伤，提高良品率。
附图说明
图1是本发明提供的一种基于磁流变效应的线性抛光加工装置总体示意图；
图2是本发明提供的抛光单元俯视图；
图3是本发明提供的抛光工具示意图；
图4是本发明提供的手机壳加工轨迹示意图。
上述附图中的标号说明：
1-机床主体、2-工作台、3-电机、4-联轴器、5-工作液回收槽、6-定位块、7-转轴、8-转轴螺母、9-轴承对、10-刮刀、11-树脂片、12-强磁环、13-工件、14-真空吸盘、15-真空泵安装块、16-真空泵、17-循环管、18-工作液容器、19-马达搅拌器、20-盖板、21-控制柜、22-多通道蠕动泵、23-承物台、24-扁平喷嘴组、25-平键、26-柱销、27-柔性抛光膜。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举例实施例对本发明作进一步说明。
其中本发明的线性抛光加工装置以及线性抛光加工方法涉及的待加工工件可以为具有简单二维曲面、平面或者其复合面型的工件，如手机壳、平板外壳等，以下实施例具体以常见的手机壳工件为例，但不以此为限。
实施例1：
如图1所示，本发明公开了一种基于磁流变效应的线性抛光加工装置，该装置主要包括有机床主体1、工作台2、调速电机3、联轴器4、工作液回收槽5、定位块6、转轴7、转轴螺母8、轴承对9、刮刀10、树脂片11、强磁环12、手机壳工件13、真空吸盘14、真空泵安装块15、真空泵16、循环管17、工作液容器18、马达搅拌器19、盖板20、控制柜21、多通道蠕动泵22、承物台23、扁平喷嘴组24。
工作液循环单元包括多通道蠕动泵22、工作液容器18、马达搅拌器19、工作液回收槽5、循环管17、扁平喷嘴组24；抛光单元包括调速电机3、联轴器4、转轴7、树脂片11、强磁环12、转轴螺母8；工件夹持单元包括工件13、真空吸盘14、真空泵16、真空泵安装块15。
所述工作液循环单元主要部分静置在承物台上，所述工作液回收槽通过定位块安放在工作台上。
具体的，所述工作液循环单元中，所述多通道蠕动泵22的一条循环通道用于将刮入所述工作液回收槽中的工作液通入所述工作液容器18中，重新搅拌，另一条循环通道则将搅拌后的工作液通入喷嘴，均匀喷洒在所述抛光单元上形成柔性抛光膜进行抛光，然后被刮刀刮下，再进行循环。
具体的，所述抛光单元中，所述调速电机3固定在工作台上，所述转轴7通过所述联轴器4的平键25与调速电机3相连，所述转轴7上装有轴承对9用于支撑转轴7并保证其高速平稳转动，在所述转轴7上间隔套有所述树脂片11和所述强磁环12，在所述转轴的无轴肩一侧有一定长度的螺纹，利用轴肩和所述转轴螺母8可将套件夹紧，形成所述抛光单元。在本实施例中，一种基于磁流变效应的线性抛光加工装置的抛光单元的俯视图如图2所示。
具体的，轴承对9和刮刀通过柱销固定在工作液回收槽上，所述扁平喷嘴组24固定安装在工作液回收槽一边，与所述转轴7平行；所述工件夹持单元中，真空泵16安装在真空泵安装块15上，并与真空吸盘14相通，用于吸附夹持工件。
具体的，所述装置在驱动装置的支配下具有X、Y、Z三向进给运动及绕C轴的旋转运动，其中工作台具有X、Y方向的进给运动，真空泵安装块具有Z向进给运动，真空吸盘安装在C轴上可旋转，由控制柜进行编程控制。
具体的，所述转轴7选用非磁性材料不锈钢，所述强磁环12选用钕铁硼N35材质的磁环，所述强磁环12采用轴向充磁的方式，相邻的强磁环12采用同向磁极相邻安装的方式。
本发明还公开了一种基于磁流变效应的线性抛光加工方法，具体步骤如下：
步骤1：根据手机壳工件13的材质特点和面型加工要求，在去离子水中加入浓度为30％-45％的微米级羰基铁粉，及加入浓度为10％-15％的微米级磨料，及加入浓度为5％-10％的分散剂和浓度为2％-5％的防锈剂，充分搅拌后形成磁流变工作液；
步骤2：利用工作液循环单元将工作液均匀喷洒在抛光单元表面上，启动电机3，调节转轴7转速慢慢升高，抛光工作液在磁场的作用下，于抛光轮表面形成较为均匀的柔性抛光膜27；
步骤3：利用真空吸盘14吸附待加工的工件13，降低手机壳工件13的位置，使手机壳工件13的表面与柔性抛光膜27接触，实现手机壳表面的线性加工，并保持手机壳加工区域距离强磁环12柱面1-3mm；
步骤4：利用控制柜21的数控系统，在驱动装置的支配下，使抛光单元与手机壳工件13之间实现X、Y、Z方向的相对运动以及真空吸盘14的缓慢旋转，准确控制手机壳加工轨迹，实现手机壳外表面线加工到整个手机壳外表面的整体加工。
强磁环12作为产生所述磁场的发生器的选用要考虑工作环境安全性，可以为永久性磁体，避免电磁铁带来的隐患。
请参考图3和图4，图3为本发明装置抛光工具示意图，图4为本发明装置的手机壳加工轨迹示意图。
本发明实施例中，由树脂片11和强磁环12形成的抛光单元在电机3的带动下，缓慢增速旋转，磁流变工作液均匀喷洒在抛光轮柱面上，在强磁环12的磁力作用下，工作液变成柔性抛光膜层27，对手机壳工件13外表面进行“线性抛光加工”，在数控系统的控制下，加工轨迹从手机壳的较长一侧弧边加工至另一侧弧边，手机壳在吸盘14的吸附下绕C轴缓慢旋转，加工轨迹再从手机壳的较短一侧弧边加工至另一侧弧边，如此反复至达到加工要求。
上述实施例中，加工对象手机壳13的尺寸可以改变，但需要根据加工对象的尺寸特点，更换树脂片11和强磁环12的数量与厚度，也需要改变相应的数控加工轨迹，以满足加工要求。本发明基于由线加工构成面加工的原则，将磁流变抛光技术应用到金属手机壳13的抛光中，利用柔性抛光膜27在湿式环境下的柔性加工，绿色环保，解决了手机壳分次加工的弊端，实现手机外壳一次过精整加工，达到手机外壳美观性、光泽和光顺性要求，同时提高良品率和加工效率，降低加工成本。
上述实施例为本发明的一种实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于磁流变效应的线性抛光加工方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：根据工件的材质特点和面型加工要求，在去离子水中加入浓度为30％-45％的微米级羰基铁粉，及加入浓度为10％-15％的微米级磨料，及加入浓度为5％-10％的分散剂和浓度为2％-5％的防锈剂，充分搅拌后形成磁流变工作液；
步骤2：利用工作液循环单元将所述工作液均匀喷洒在抛光单元表面上，启动电机，调节转轴转速逐渐升高，抛光工作液在磁场的作用下，于所述抛光单元表面形成较为均匀的柔性抛光膜；
步骤3：利用真空吸盘吸附待加工的所述工件，降低所述工件的位置，使所述工件表面与所述柔性抛光膜接触，实现其表面的线性加工，并保持所述工件加工区域距离所述抛光单元柱面1-3mm；
步骤4：利用控制柜的数控系统，在驱动装置的支配下，使所述抛光单元与所述工件之间实现X、Y、Z方向的相对运动以及真空吸盘的缓慢旋转，准确控制加工轨迹，实现所述工件外表面线加工到整个外表面的整体加工。
2.根据权利要求1所述的线性抛光加工方法，其特征在于，所述工件可以为具有简单二维曲面、平面或者其复合面型的工件。
3.根据权利要求1所述的线性抛光加工方法，其特征在于，产生所述磁场的发生器可以为永久性磁体。
4.一种基于磁流变效应的线性抛光加工装置，其特征在于，包括机床主体、工作台、工作液循环单元、抛光单元和工件夹持单元；所述工作液循环单元包括多通道蠕动泵、工作液容器、马达搅拌器、工作液回收槽、循环管、扁平喷嘴组；所述抛光单元包括调速电机、联轴器、转轴、树脂片、强磁环、转轴螺母；所述工件夹持单元包括、工件、真空吸盘、真空泵、真空泵安装块。
5.根据权利要求4所述的一种基于磁流变效应的线性抛光加工装置，其特征在于，所述工作液循环单元主要部分静置在承物台上，所述工作液回收槽通过定位块安放在工作台上。
6.根据权利要求4所述的一种基于磁流变效应的线性抛光加工装置，其特征在于，所述工作液循环单元中，所述多通道蠕动泵的一条循环通道用于将刮入所述工作液回收槽中的工作液通入所述工作液容器中，重新搅拌，另一条循环通道则将搅拌后的工作液通入喷嘴，均匀喷洒在所述抛光单元上形成柔性抛光膜进行抛光，然后被刮刀刮下，再进行循环。
7.根据权利要求4所述的一种基于磁流变效应的线性抛光加工装置，其特征在于，所述抛光单元中，所述调速电机固定在工作台上，所述转轴通过所述联轴器的平键与电机相连，所述转轴上装有轴承对用于支撑转轴并保证其高速平稳转动，在所述转轴上间隔套有所述树脂片和所述强磁环，在所述转轴的无轴肩一侧有一定长度的螺纹，利用轴肩和所述转轴螺母可将套件夹紧，形成所述抛光单元。
8.根据权利要求7所述的一种基于磁流变效应的线性抛光加工装置，其特征在于，轴承对和刮刀通过柱销固定在工作液回收槽上，所述扁平喷嘴组固定安装在工作液回收槽一边，与所述转轴平行；所述工件夹持单元中，真空泵安装在真空泵安装块上，并与真空吸盘相通，用于吸附夹持工件。
9.根据权利要求4所述的一种基于磁流变效应的线性抛光加工装置，其特征在于，所述装置在驱动装置的支配下具有X、Y、Z三向进给运动及绕C轴的旋转运动，其中工作台具有X、Y方向的进给运动，真空泵安装块具有Z向进给运动，真空吸盘安装在C轴上可旋转，由控制柜进行编程控制。
10.根据权利要求4所述的一种基于磁流变效应的线性抛光加工装置，其特征在于，所述转轴选用非磁性材料不锈钢，所述强磁环选用钕铁硼N35材质的磁环，所述强磁环采用轴向充磁的方式，相邻的强磁环采用同向磁极相邻安装的方式。
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