CN108081032A - 多自由度的工件表面柔性加工装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多自由度的工件表面柔性加工装置和方法，包括振动加工工作部(200)；振动加工工作部(200)通过磁性的研磨颗粒(300)和/或导磁吸附的研磨颗粒(300)传递振动能量对工件进行加工，其中，研磨颗粒(300)作为磁介质。研磨颗粒(300)还用于传递振动能量，实现柔性自适应加工，是一种高效的去除表面毛刺研磨加工方法。振动加工工作部(200)的磁性加工部(206)通过吸引磁性研磨颗粒，研磨颗粒沿磁力线方向排列形成有一定柔性的磨料刷，在工件表面轻轻刮擦，挤压，切削，从而实现对工件表面的柔性自适应加工。
Description
技术领域
本发明涉及表面加工领域，具体地，涉及多自由度的工件表面柔性加工装置及方法。
背景技术
传统的磁力研磨适用于加工平面，圆柱面，球面，而对于复杂形状的表面，加工存在一定困难。一种用于工件表面加工的宽频电磁永磁振动研磨加工新方法，可实现对复杂形状的表面加工，具有很好的柔性和自适应性，表面加工效率高，表面质量高，能量转化率高，同时可通过改变电流强度来改变磁场强度以调节研磨压力，改变电流频率实现高频加工。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种多自由度的工件表面柔性加工装置及方法。
根据本发明提供的一种多自由度的工件表面柔性加工装置，包括振动加工工作部200；
振动加工工作部200通过研磨颗粒300传递振动能量对工件进行加工。
优选地，振动加工工作部200通过磁性的研磨颗粒300和/或导磁吸附的研磨颗粒300传递振动能量对工件进行加工，其中，研磨颗粒300作为磁介质全部或部分被吸附在振动加工工作部200的磁性加工部206上；
振动加工工作部200包括外壳201、连接头202、电磁驱动机构203、磁性体204、弹性体205、磁性加工部206；
连接头202连接在外壳201上；
电磁驱动机构203紧固连接在外壳201中；
磁性体204在电磁驱动机构203的磁力作用下能够平动振动；
磁性加工部206紧固连接磁性体204，随磁性体204同步平动振动；
磁性加工部206至少一部分位于外壳201的外部；
磁性体204与外壳201之间和/或连接头202之间连接有弹性体205。
优选地，振动加工工作部200还包括导磁体207；
导磁体207连接在连接头202上，位于连接头202与磁性体204之间，并且导磁体207位于磁性体204的平动路径上。
优选地，磁性加工部206通过外壳201上的开孔延伸至外壳201的外部；
所述开孔与磁性加工部206的形状相匹配，使得磁性加工部206不能相对外壳201相对转动；
磁性加工部206与开孔之间设置有自润滑衬套208；
所述弹性体205包括弹簧、波纹管或者柔性铰链。
优选地，包括机床主体100；
振动加工工作部200设置在机床主体100上；
机床主体100包括基座平台101、龙门架102、工件承载台103；机床主体100还包括分别以相互垂直的X轴、Y轴、Z轴为平动轴的X轴平动定位振动机构104、Y轴平动定位振动机构105、Z轴平动定位振动机构106、C轴转动机构107；
工件承载台103、X轴平动定位振动机构104、Y轴平动定位振动机构105依次连接，Y轴平动定位振动机构105设置在基座平台101上；
振动加工工作部200、C轴转动机构107、Z轴平动定位振动机构106、龙门架102依次连接，龙门架102设置在基座平台101上；
工件承载台103中设置有研磨颗粒300。
优选地，振动加工工作部200为宽频振动。
优选地，振动加工工作部200的磁性加工部206通过吸引磁性研磨颗粒300，令研磨颗粒300沿磁力线方向排列形成柔性的磨料刷，在工件表面刮擦、挤压、切削。
优选地，研磨颗粒300的组成为磁性磨料和/或非磁性磨料。
优选地，研磨颗粒300包括磁性磨料和非磁性磨料，磁性磨料在交变磁场中实现NS极摆转窜动，带动非磁性磨料窜动，形成磨料刷以加工表面进行加工。
根据本发明提供的一种多自由度的工件表面柔性加工方法，利用上述的多自由度的工件表面柔性加工装置进行加工。
现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明是一种多自由度的工件表面柔性加工装置，研磨颗粒300为导磁吸附颗粒，研磨颗粒300作为磁介质，实现加工面自适应，减小磁性加工部206与加工表面之间的间隙。研磨颗粒300还用于传递振动能量，实现柔性自适应加工，是一种高效的去除表面毛刺研磨加工方法。振动加工工作部200的磁性加工部206通过吸引磁性研磨颗粒，研磨颗粒沿磁力线方向排列形成有一定柔性的磨料刷，在工件表面轻轻刮擦，挤压，切削，从而实现对工件表面的柔性自适应加工。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的结构示意图。
图2、图3、图4分别为不同的振动加工工作部200的优选的结构示意图。
图5为通过研磨颗粒300实现柔性加工的原理图。
图中示出：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种多自由度的工件表面柔性加工装置，包括机床主体100、振动加工工作部200、研磨颗粒300；
振动加工工作部200设置在机床主体100上；
机床主体100包括基座平台101、龙门架102、工件承载台103；机床主体100还包括分别以相互垂直的X轴、Y轴、Z轴为平动轴的X轴平动定位振动机构104、Y轴平动定位振动机构105、Z轴平动定位振动机构106、C轴转动机构107；
工件承载台103、X轴平动定位振动机构104、Y轴平动定位振动机构105依次连接，Y轴平动定位振动机构105设置在基座平台101上；
振动加工工作部200、C轴转动机构107、Z轴平动定位振动机构106、龙门架102依次连接，龙门架102设置在基座平台101上；
工件承载台103中设置有研磨颗粒300。
具体地，基座平台101为大理石平台，通过X轴平动定位振动机构104、Y轴平动定位振动机构105、Z轴平动定位振动机构106、C轴转动机构107，工件承载台103与振动加工工作部200之间能够实现相对四个自由度的振动，即X轴、Y轴、Z轴平动方向以及C轴转动方向。C轴转动机构107可实现变转速转动，可实现空间位置精确的可选择的0-4维自由度的叠加振动定位加工。
X轴、Y轴、Z轴平动方向可实现振动，尤其是振动加工工作部200为宽频振动。
下面对本发明中的振动加工工作部200进行具体说明。
振动加工工作部200包括外壳201、连接头202、电磁驱动机构203、磁性体204、弹性体205、磁性加工部206；
连接头202连接在外壳201上；
电磁驱动机构203紧固连接在外壳201中；
磁性体204在电磁驱动机构203的磁力作用下能够平动振动；磁性体204可以是永磁体、导磁体或者电磁体；
磁性加工部206紧固连接磁性体204，随磁性体204同步平动振动；
磁性加工部206至少一部分位于外壳201的外部；
磁性体204与外壳201之间和/或连接头202之间连接有弹性体205。
振动加工工作部200还包括导磁体207；
导磁体207连接在连接头202上，位于连接头202与磁性体204之间，并且导磁体207位于磁性体204的平动路径上。
磁性加工部206通过外壳201上的开孔延伸至外壳201的外部；
所述开孔与磁性加工部206的形状相匹配，使得磁性加工部206不能相对外壳201相对转动；
磁性加工部206与开孔之间设置有自润滑衬套208。
所述弹性体205包括弹簧、波纹管、橡胶体或者柔性铰链。弹簧的切向方向提供一定的刚度，防止磁性体204相对于连接头转动。
自润滑衬套208可以是吸附式的输出头。
柔性铰链的可靠性高。
图2中的导磁体可以替换为永磁体。从而两个永磁体之间可以吸引或者斥开。
下面对振动加工工作部200的优选例进行说明。
如图2所示，进一步优选的改进在于，弹簧设置在开孔中，轴向上受到开孔的导向，弹簧的一端紧固连接开孔的孔壁，弹簧的另一端紧固连接永磁体。
导磁体207能够汇聚导入电磁驱动机构203产生的磁场。电磁驱动机构203包括电磁线圈。
磁性体204的平动振动方向平行于Z轴。连接头202紧固连接C轴转动机构107，从而在连接头202的带动下，整个振动加工工作部200能够绕C轴转动。
导磁体207为电工纯铁。磁性体204采用钕铁硼材料。
所述开孔与磁性加工部206的形状相匹配，例如都为方形，从而实现传递扭矩，当然，也可以通过键连接实现扭矩传递。弹性体205能够用于缓冲防止磁性体204与外壳201的碰撞。
电磁驱动机构203中的电磁线圈施加交变电信号激励下，由磁性体204、磁性加工部206组成的整体件实现宽频振动，同时通过磁性加工部206的交变磁场吸附研磨颗粒，形成磨料刷，带动研磨颗粒研磨加工表面。
如图3所示，弹簧的一端紧固连接在连接头202上，弹簧的另一端紧固连接磁性体204。
如图4所示，柔性铰链209的一端紧固连接在连接头202上，柔性铰链209的另一端紧固磁性体204。
下面对研磨颗粒300进行具体说明。
研磨颗粒300用于传递振动能量，实现柔性自适应加工，是一种高效的去除表面毛刺研磨加工方法。振动加工工作部200的磁性加工部206通过吸引磁性研磨颗粒，研磨颗粒沿磁力线方向排列形成有一定柔性的磨料刷，在工件表面可控强度刮擦，挤压，切削，从而实现对工件表面的柔性自适应加工，如图5所示。
研磨颗粒300的组成为磁性磨料和/或非磁性磨料。磁性磨料包括永磁磨料和/或铁磁磨料。当研磨颗粒300包括磁性磨料和非磁性磨料时，磁性磨料在交变磁场中可以实现NS极摆转窜动，带动非磁性磨料窜动，形成磨料刷更好的加工表面。永磁磨料可以是氧化铝、碳化硅或碳化钨。非磁性磨料具有加工自锐性。研磨颗粒300为圆形或者多面体或者异形体。
研磨颗粒300为导磁吸附颗粒，研磨颗粒300作为磁介质，实现加工面自适应，减小磁性加工部206与加工表面之间的间隙。其原理是，研磨颗粒300的颗粒分布能够随工件表面的构型而自符合分布，从而尤其适用于加工复杂面形的工件。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种多自由度的工件表面柔性加工装置，其特征在于，包括振动加工工作部(200)；
振动加工工作部(200)通过研磨颗粒(300)传递振动能量对工件进行加工。
2.根据权利要求1所述的多自由度的工件表面柔性加工装置，其特征在于，振动加工工作部(200)通过磁性的研磨颗粒(300)和/或导磁吸附的研磨颗粒(300)传递振动能量对工件进行加工，其中，研磨颗粒(300)作为磁介质全部或部分被吸附在振动加工工作部(200)的磁性加工部(206)上；
振动加工工作部(200)包括外壳(201)、连接头(202)、电磁驱动机构(203)、磁性体(204)、弹性体(205)、磁性加工部(206)；
连接头(202)连接在外壳(201)上；
电磁驱动机构(203)紧固连接在外壳(201)中；
磁性体(204)在电磁驱动机构(203)的磁力作用下能够平动振动；
磁性加工部(206)紧固连接磁性体(204)，随磁性体(204)同步平动振动；
磁性加工部(206)至少一部分位于外壳(201)的外部；
磁性体(204)与外壳(201)之间和/或连接头(202)之间连接有弹性体(205)。
3.根据权利要求2所述的多自由度的工件表面柔性加工装置，其特征在于，振动加工工作部(200)还包括导磁体(207)；
导磁体(207)连接在连接头(202)上，位于连接头(202)与磁性体(204)之间，并且导磁体(207)位于磁性体(204)的平动路径上。
4.根据权利要求2所述的多自由度的工件表面柔性加工装置，其特征在于，磁性加工部(206)通过外壳(201)上的开孔延伸至外壳(201)的外部；
所述开孔与磁性加工部(206)的形状相匹配，使得磁性加工部(206)不能相对外壳(201)相对转动；
磁性加工部(206)与开孔之间设置有自润滑衬套(208)；
所述弹性体(205)包括弹簧、波纹管或者柔性铰链。
5.根据权利要求1所述的多自由度的工件表面柔性加工装置，其特征在于，包括机床主体(100)；
振动加工工作部(200)设置在机床主体(100)上；
机床主体(100)包括基座平台(101)、龙门架(102)、工件承载台(103)；机床主体(100)还包括分别以相互垂直的X轴、Y轴、Z轴为平动轴的X轴平动定位振动机构(104)、Y轴平动定位振动机构(105)、Z轴平动定位振动机构(106)、C轴转动机构(107)；
工件承载台(103)、X轴平动定位振动机构(104)、Y轴平动定位振动机构(105)依次连接，Y轴平动定位振动机构(105)设置在基座平台(101)上；
振动加工工作部(200)、C轴转动机构(107)、Z轴平动定位振动机构(106)、龙门架(102)依次连接，龙门架(102)设置在基座平台(101)上；
工件承载台(103)中设置有研磨颗粒(300)。
6.根据权利要求5所述的多自由度的工件表面柔性加工装置，其特征在于，振动加工工作部(200)为宽频振动。
7.根据权利要求1所述的多自由度的工件表面柔性加工装置，其特征在于，振动加工工作部(200)的磁性加工部(206)通过吸引磁性研磨颗粒(300)，令研磨颗粒(300)沿磁力线方向排列形成柔性的磨料刷，在工件表面刮擦、挤压、切削。
8.根据权利要求1所述的多自由度的工件表面柔性加工装置，其特征在于，研磨颗粒(300)的组成为磁性磨料和/或非磁性磨料。
9.根据权利要求8所述的多自由度的工件表面柔性加工装置，其特征在于，研磨颗粒(300)包括磁性磨料和非磁性磨料，磁性磨料在交变磁场中实现NS极摆转窜动，带动非磁性磨料窜动，形成磨料刷以加工表面进行加工。
10.一种多自由度的工件表面柔性加工方法，其特征在于，利用权利要求1至9中任一项所述的多自由度的工件表面柔性加工装置进行加工。
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| Title |
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| 杨斌堂，陶华，BONISM2等: "Terfeno l-D磁致伸缩微小驱动器磁路设计", 《机械科学与设计》 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN108081032B (zh) | 2020-05-08 |
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