CN107234494B - 一种磁流变浮动抛光装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种磁流变液浮动抛光装置，由磁场发生装置、抛光头、磁流变液循环系统组成。所述装置的下半部分是有3组相同的部分组成；所述磁场发生装置包括电磁铁、位于电磁铁下方的弹簧、套在电磁铁外围的导轨、在导轨下方的导轨底座、在电磁铁下方的位移传感器组成；所述的抛光头是由主轴、主轴下方的不导的磁夹具以及夹具下方所夹持的工件组成；所述磁流变液循环系统主要是用于磁流变液的喷射与收集，位于电磁铁侧面的3个喷头表示磁流变液的喷射，用于磁流变抛光。本发明可实现超光滑大尺寸平面元件沿半径方向的大面积均匀抛光，有效提高抛光效率；可降低工件运动方式的复杂程度，简化设备结构。

Description

一种磁流变浮动抛光装置与方法

技术领域

本发明涉及一种新型智能材料的应用，属于光整加工领域，特别是一种利用磁流变液对工件进行平面均匀抛光的装置与方法。

背景技术

磁流变材料具有良好的力学性能，并且可以通过调整磁场强度来改变其性能，利用磁流变效应，将磨粒与磁流变混合，通过控制实时磁场强度，在拋光区域形成与拋光工件表面相吻合的抛光磨头，而且其硬度可调，实现对工件表面的抛光，其具有极高的抛光精度与近无残余应力等显著特点。

现有的磁流变抛光装置对工件进行抛光时，需要精确设计拋光轨迹，才能实现对抛光工件材料的均匀去除。

申请者获得授权的发明专利z1201410440862.6《一种磁流变抛光方法及抛光工具》，使用三层同心圆环形电磁铁改变抛光区域的磁场分布，从而达到工件材料的均匀去除。

该抛光工具由于电磁铁也进行旋转运动，达到需要的磁场强度，该抛光工具体积较大，其多层电磁铁也不能保证磁场强度与线速度能够保证定值，其磨头是针对局部加工，其抛光效果不够理想，且加工效率不高。

申请者获得授权的发明专利201110116955.X《一种去除率模型可控的磁流变均匀抛光方法与装置》，使用三只尖锥状给的电磁铁改变抛光区域的磁场分布，从而达到工件材料的均匀去除。这种抛光方法需要根据面型变化，计算合适的磁场分布，然后调用与之近似的磁场分布，但是实践中磁场计算复杂，只能从数据库调用相似的磁场，抛光效果不够理想。

广东工业大学的发明专利(专利ZL200620155638.3)公开了一种磁流变效应平面研磨抛光装置，该方法将工件置于旋转工作台上，磁性研磨工具类似于磨床的研磨头，安装在工件上方，可绕主轴旋转，可沿X和Y方向移动，磁性研磨工具可配置点阵式的磁场或环形分布式的磁场，磁流变液用喷嘴加注到磁性研磨工具和工件之间，发生流变反应之后形成阵列磁流变效应硏磨刷或连续磁流变效应硏磨带，达到高效率研磨加工平面的效果，该方法实现了一种面接触式的抛光，抛光效率高，但所产生的磁场不均匀，要实现大尺寸平面元件的大面积均匀抛光，要求工件的运动方式比较复杂，使得设备的结构复杂化，且加工完成后，不易消磁，磁流变液将粘附在磁性研磨工具上。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种浮动磁流变抛光装置与方法，实现对工件表面材料的均匀去除，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:由磁场发生装置、抛光头、磁流变液循环系统、控制系统组成。所述装置的下半部分是有3组相同的部分组成，所以在此只介绍其中一组，其他两组完全一样。所述磁场发生装置包括电磁铁、位于电磁铁下方的弹簧、套在电磁铁外围的导轨、在导轨下方的导轨底座、在电磁铁下方的位移传感器组成。所述抛光头是由主轴，主轴下方的不导磁夹具，以及夹具下方所夹持的工件组成；所述磁流变液循环系统包括位于电磁铁侧面的3个喷头，用于磁流变液的喷射。

其中，所述电磁铁上方设有抛光垫，以增加磁流变液和电磁铁之间的粘附力；所述控制系统采用单片机进行控制；

一种基于上述抛光装置的抛光方法，包括如下步骤：

步骤一、调整抛光头与电磁铁之间的距离，距离在3-5mm；

步骤二、将工件安装在不导磁夹具下表面，启动主轴，使主轴带动抛光头转动；

步骤三、启动控制系统，采集位移传感器信号，并控制合理的电流输岀，来达到控制磁场强弱，从而控制在三个喷头附近形成所需要的去除率；

步骤四、启动磁流变液循环系统，喷头连续不断地喷射出磁流变液，进行抛光作业。

下面结合设计原理对本发明作进一步说明：

本发明采用三个可以浮动的磁场发生装置，它们可以根据工件表面自适应，即当电磁铁上方的工件表面较凸，则工件与电磁铁的间隙较小，形成的压力也较大，由于电磁铁下方有弹簧，可浮动的磁场发生装置则会发生微小的下移，此时，控制系统通过位移传感器采集到信号，控制系统则控制电流发生装置输出较大的电流，来产生较大的磁场产生更大的切削力；表面较凹时，则相反。本发明采用了3组电磁铁，使它们的工作区域沿着半径越来越大的方向进行布置。工件安装在不导磁夹具的下表面，随着主轴一起旋转。分布在3个电磁铁的喷头在循环系统的作用下，连续不断的喷射岀磁流变液。这样就可以实现沿着半径方向的材料的去除率达到稳定。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明的装置及方法可实现超光滑大尺寸平面元件沿半径方向的大面积均匀抛光，有效提高抛光效率；可降低工件运动方式的复杂程度，从而简化设备结构。

附图说明

图1为本发明磁流变浮动抛光装置的三维立体图；

图2为本发明磁流变浮动抛光装置的爆炸视图；

图3三组电磁铁的分布以及它们的加工区域图；

实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。具体实施例仅是对本发明的进一步详细说明及解释，并不以此限定本发明专利要求保护范围。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现:由磁场发生装置、抛光头、磁流变液循环系统、控制系统组成。如图2所示，所述装置的下半部分是有3组相同的部分组成，所以在此只介绍其中一组，其他两组完全一样。磁场发生装置包括电磁铁、位于电磁铁下方的弹簧10、套在电磁铁外围的导轨9、在导轨下方的导轨底座11、在电磁铁下方的位移传感器组成；所述电磁铁包括线圈7、电磁铁铁芯及框架8；所述的抛光头是由主轴5，主轴下方的不导磁夹具4，以及夹具下方所夹持的工件3组成。所述磁流变液循环系统包括位于电磁铁侧面的3个喷头6，表示磁流变液的喷射。

其中，所述电磁铁上方设有抛光垫，以增加磁流变液和电磁铁之间的粘附力。

其中，如图2所示，此装置的下半部分是由3组相同的部分组成，虽然结构相同，但是它们的摆放位置是不同的。如图3所示，3组电磁铁的工作区域是不同的，每一组都有自己的工作区域，它们的工作区域特点是沿着半径方向逐渐增大的方向布置。电磁铁1工作在区域1，电磁铁2工作在区域2，电磁铁3工作在区域3。

本磁流变浮动抛光装置的工作原理是:

本发明采用三个可以浮动的磁场发生装置，含有电磁铁1，电磁铁2，电磁铁3，可以根据工件表面自适应：即当电磁铁上方的工件表面较凸，则工件与电磁铁的间隙较小，形成的压力也较大，由于电磁铁下方有弹簧，可浮动的磁场发生装置则会发生微小的下移，此时，控制系统通过位移传感器采集到微小的下移信号，控制系统则控制电流发生装置输岀较大的电流，来产生较大的磁场产生更大的切削力；表面较凹时，则相反。本发明采用了3组电磁铁，使它们的工作区域沿着半径越来越大的方向进行布置，如图2所示。工件安装在不导磁夹具的下表面，随着主轴一起旋转。分布在3个电磁铁的喷头在循环系统的作用下，连续不断的喷射出磁流变液。这样就可以实现沿着半径方向的材料的去除率达到稳定。

Claims (1)

1.一种磁流变浮动抛光装置，其特征在于，包括：磁场发生装置、抛光头、磁流变液循环系统、控制系统；

所述磁场发生装置包括电磁铁、位于电磁铁下方的弹簧、套在电磁铁外围的导轨、在导轨下方的导轨底座、在电磁铁下方的位移传感器；所述电磁铁包括线圈、电磁铁铁芯及框架；所述电磁铁有3组，3组电磁铁对应三个工作区域，每一组电磁铁的工作区域是沿着半径方向逐渐增大的方向布置；所述电磁铁上方设有抛光垫和工件；所述磁场发生装置可浮动，可根据工件表面的凸凹自适应；

所述的抛光头是由主轴、主轴下方的不导磁夹具以及夹具下方所夹持的工件组成；

所述磁流变液循环系统包括位于电磁铁侧面的3个喷头，用于喷射磁流变液；

所述控制系统通过位移传感器采集到信号，并控制电流发生装置输出电流；所述控制系统采用单片机进行控制；

调整抛光头与电磁铁之间的距离，距离在3-5mm；

将工件安装在不导磁夹具下表面，启动主轴，使主轴带动抛光头转动；当电磁铁上方的工件表面较凸，工件与电磁铁的间隙较小，形成的压力也较大，由于电磁铁下方有弹簧，可浮动的磁场发生装置则会发生微小的下移；表面较凹时，则相反；

此时，启动控制系统，采集位移传感器信号，并控制合理的电流输出，来达到控制磁场强弱，从而控制在三个喷头附近形成所需要的去除率；

启动磁流变液循环系统，喷头连续不断的喷射岀磁流变液，进行抛光作业。