CN108942419B - 一种基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置及方法 - Google Patents

Abstract

针对复杂曲面高效高质光整和柔性控制面临的技术难题，发明了一种基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置及方法。所述装置包括三杆并联机构、连接板、立柱、工件夹持装置、磁场发生装置、旋转平台、三轴精密位移平台和底座。磁场发生装置包括挡板、磁极、T型螺栓、圆槽盘和T型螺母。旋转平台的一端固定在三轴精密位移平台上，另一端固定连接磁场发生装置，待加工零件通过工件夹持装置固定连接在三杆并联机构的末端旋转平台上。通过三杆并联机构实现多自由度柔性调整，配合旋转平台和三轴精密位移平台的运动控制可以完成不同面型零件的自动化光整加工。本发明能突破传统方法对复杂曲面光整加工的局限性，从而实现高效的柔性自动化光整加工。

Description

一种基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置及方法

技术领域

本发明涉及复杂曲面磁场辅助光整加工技术，特别提供了一种基于并联机构的磁场辅助的光整加工装置及其光整加工方法。

背景技术

光整加工是机加工的终极环节，主要目的是提高零件的表面质量。光整加工主要包括采用固结磨料或游离磨料的手工研磨和抛光、机械传统光整加工、非传统光整加工和复合非传统光整加工。手工研磨、抛光，能实现平面、回转体、自由曲面的光整加工，但这种方法劳动强度高，同时受到工人的技术等级和技术熟练程度的影响，质量不稳定、效率低。为进一步改善抛光方法，获取较高的加工精度及表面粗糙度，一些非传统光整加工方法相继出现。磁力研磨、磁流变抛光、磁悬浮技术、磁性磨料光整加工技术都是利用磁力的新型加工方法。磁流变抛光是利用高梯度磁场使磁流变聚结并具有一定硬度，形成一缎带凸起，成为有黏塑性的Gingham 介质，并使这种高速运动的介质通过窄小间隙，对工件表面与之接触区域的材料被去除；磁力研磨是磁性磨料在磁场作用下，对工件表面进行精密研磨的方法。作为一种极具潜力的自动化曲面光整加工工艺，特别是基于曲面数字化的复杂曲面磁力研磨光整加工技术，可以广泛地应用于机械、模具、汽车、轴承、航空航天等行业。但磁力研磨和复合磁力研磨的加工机理还需深入研究；新型非黏接磨料加工效果尚可，但去除机理尚不明晰，存在不稳定因素；磁力研磨的实验装置有待完善。因此，开发面向曲面高效、高质量的柔性自动化光整加工方法和技术具有重要的理论意义和实际应用价值。本发明提出一种基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置，通过集成所发明的新型磁场发生装置，利用三杆并联机构的多自由度位姿调节，以及三轴精密位移平台的位置移动，实现对复杂曲面的光整加工，并通过旋转平台的转动，提高光整加工效率。

发明内容

本发明提供了一种基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置及方法。磁极放置在圆槽盘中构成磁场发生装置，磁场发生装置放置于旋转平台上，可以实现正转与反转，且旋转平台与三轴精密位移平台相连，通过三轴精密位移平台运行和三杆并联机构的辅助控制，以更有效的贴合待加工复杂表面，进而提高加工效率。

本发明的一种基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置及方法所提供的技术方案如下：

1. 所述的一种基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置：所述装置包括三杆并联机构、连接板、立柱、工件夹持装置、磁场发生装置、旋转平台、三轴精密位移平台和底座，所述磁场发生装置包括挡板、磁极、T型螺栓、圆槽盘和T型螺母，所述三杆并联机构安装在连接板上，立柱的一端与连接板相连，另一端连接底座，旋转平台的一端固定在三轴精密位移平台上，另一端固定连接磁场发生装置，待加工零件通过所述工件夹持装置固定连接在三杆并联机构的末端旋转平台上，所述T型螺栓穿过圆槽盘的8个定位孔与放置在旋转平台4个沟槽中的T型螺母固定相连，将圆槽盘固定在旋转平台上，所述挡板通过连接圆柱配合放置在圆槽盘内。

所述的一种基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整加工方法，可以通过以下步骤实现：

（1）将待加工零件通过工件夹持装置固定在三杆并联机构的末端旋转平台上，完成定位装夹；

（2）将磁性光整介质放置在磁场发生装置的挡板上，在磁力线的作用下形成“柔性固着磨具”的凸起；

（3）三杆并联机构和三轴精密位移平台调整待加工零件至磁场发生装置的光整加工区域，并调节待加工零件与磁性光整介质形成的“柔性固着磨具”柔性接触；

（4）配合三杆并联机构的旋转，三轴精密位移平台的进给和旋转平台的旋转运动，可实现磁性光整介质与待加工零件表面的相对移动，进行光整加工；

（5）三杆并联机构的六自由度调整，可实现复杂曲面光整加工的定向控制；

（6）通过磁极的不同配置，可产生不同的磁力线分布，从而产生不同类型的“柔性固着磨具”，进而满足不同特征类型零件的光整加工，所述圆槽盘中共有262个卡槽，可依次放入262个磁极，根据不同的N极和S极排列的交变磁场，可以产生多种磁力线配置。

本发明的有益效果是：1、一种基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置，待加工零件固定在三杆并联结构上，可实现待加工零件的六自由度移动，能够完成针对不同形状、不同尺寸的复杂曲面的光整加工，具有操作柔性。2、本发明所述的一种基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置，通过旋转平台和三轴精密位移平台的运动控制，可实现待加工零件与磁场发生装置充分接触，提高光整效率。3、本发明所述的一种基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置，旋转平台具有正转和反转功能，配合三杆并联机构的旋转作用，可增大磁性光整介质与加工零件间的相对运动，进一步提高光整加工效率。4、本发明所述的一种基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置，通过对圆槽盘中的磁极选择不同的排布方式，可产生不同的磁力线分布，从而产生不同类型的“柔性固着磨具”，进而满足不同表面特征类型零件的光整加工。

附图说明

图1是本发明的一种基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置的整体结构示意图。

图2是本发明的一种基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置的磁场发生装置的结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1和图2，本实施方式所述装置包括三杆并联机构1-1、连接板1-2、立柱1-3、工件夹持装置1-4、磁场发生装置1-6、旋转平台1-7、三轴精密位移平台1-8和底座1-9，所述磁场发生装置1-6包括挡板2-1、磁极2-2、T型螺栓2-3、圆槽盘2-4和T型螺母2-5，所述三杆并联机构1-1安装在连接板1-2上，立柱1-3的一端与连接板1-2相连，另一端连接底座1-9，旋转平台1-7的一端固定在三轴精密位移平台1-8上，另一端固定连接磁场发生装置1-6，待加工零件1-5通过所述工件夹持装置1-4固定连接在三杆并联机构1-1的末端旋转平台上，所述T型螺栓2-3穿过圆槽盘2-4的8个定位孔与放置在旋转平台1-7 上4个沟槽中的T型螺母2-5相连，将圆槽盘2-4固定在旋转平台1-7上，所述挡板2-1通过连接圆柱配合放置在圆槽盘2-4内。

具体实施方案二：结合图1说明本实施方式所述的一种基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置，其特征在于：所述三杆并联机构1-1具有六自由度，可实现待加工零件1-5的高速旋转和多自由度控制。三杆并联机构1-1可选用6-sps机器人，其它与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图1说明本实施方式所述磁场发生装置1-6在光整加工时可实现正转与反转，配合三杆并联机构1-1的旋转运动，可增大待加工零件1-5和磁场发生装置1-6的相对运动，提高光整加工效率，其它与具体实施方式一或二相同。

具体实施方式四：结合图2说明本实施方式所述挡板2-1上放置磁性光整介质，通过挡板2-1与圆槽盘2-4的配合拆装，可便于实现磁性光整介质的更换，其它与具体实施方式一、二或三相同。

具体实施方式五：结合图2说明本实施方式所述圆槽盘2-4中共有262个卡槽，可依次放入262个磁极2-2，通过不同N极和S极配置的交变磁场，可产生不同的磁力线分布，磁性光整介质在磁力线凸起部分可产生不同配置的“柔性固着磨具”的凸起，可实现配合不同特征结构的高效光整加工，其它与具体实施方式一、二、三或四相同。

具体实施方式六：结合图1和图2说明，本实施方式利用具体实施方式一、二、三、四或五中任意一个具体实施方式所述装置进行光整加工步骤如下：

（1）将待加工零件1-5通过工件夹持装置1-4固定在三杆并联机构1-1的末端旋转平台上，完成定位装夹；

（2）将磁性光整介质放置在磁场发生装置1-6的挡板2-1上，在磁力线的作用下形成“柔性固着磨具”的凸起；

（3）三杆并联机构1-1和三轴精密位移平台1-8调整待加工零件1-5至磁场发生装置1-6的光整加工区域，并调节待加工零件1-5与磁性光整介质形成的“柔性固着磨具”柔性接触；

（4）配合三杆并联机构1-1的旋转，三轴精密位移平台1-8的进给和旋转平台1-7的旋转运动，可实现磁性光整介质与待加工零件1-5表面的相对移动，进行光整加工；

（5）三杆并联机构1-1的六自由度调整，可实现复杂曲面光整加工的定向控制；

（6）通过磁极2-2的不同配置，可产生不同的磁力线分布，从而产生不同类型的“柔性固着磨具”，进而满足不同特征类型零件的光整加工，所述圆槽盘2-4中共有262个卡槽，可依次放入262个磁极2-2，根据不同的N极和S极排列的交变磁场，可以产生多种磁力线配置，其它与具体实施方式一、二、三、四或五相同。

具体实施方式七：结合图1和图2说明本实施方式，本实施方式所述的一种基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置及方法，对零件的表面进行光整加工实验，以钛合金（TC4）作为测试试样，用不同粒径的羰基铁粉和碳化硅磨料以9∶1的质量比配置成磁性光整介质进行光整加工，其它与具体实施方式一、二、三、四、五或六相同。

Claims (5)

1.一种利用基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置进行光整加工的方法，其特征在于所述复杂曲面磁场辅助光整装置，包括三杆并联机构（1-1）、连接板（1-2）、立柱（1-3）、工件夹持装置（1-4）、磁场发生装置（1-6）、旋转平台（1-7）、三轴精密位移平台（1-8）和底座（1-9），所述磁场发生装置（1-6）包括挡板（2-1）、磁极（2-2）、T型螺栓（2-3）、圆槽盘（2-4）和T型螺母（2-5），所述三杆并联机构（1-1）安装在连接板（1-2）上，立柱（1-3）的一端与连接板（1-2）相连，另一端连接底座（1-9），旋转平台（1-7）的一端固定在三轴精密位移平台（1-8）上，另一端固定连接磁场发生装置（1-6），待加工零件（1-5）通过所述工件夹持装置（1-4）固定连接在三杆并联机构（1-1）的末端旋转平台上，所述T型螺栓（2-3）穿过圆槽盘（2-4）与放置在旋转平台（1-7）上的T型螺母（2-5）固定相连，所述挡板（2-1）通过连接圆柱配合放置在圆槽盘（2-4）内；

所述方法主要包括如下步骤：

（1）将待加工零件（1-5）通过工件夹持装置（1-4）固定在三杆并联机构（1-1）的末端旋转平台上，完成定位装夹；

（2）将磁性光整介质放置在磁场发生装置（1-6）的挡板（2-1）上，在磁力线的作用下形成“柔性固着磨具”的凸起；

（3）三杆并联机构（1-1）和三轴精密位移平台（1-8）调整待加工零件（1-5）至磁场发生装置（1-6）的光整加工区域，并调节待加工零件（1-5）与磁性光整介质形成的“柔性固着磨具”柔性接触；

（4）配合三杆并联机构（1-1）的旋转，三轴精密位移平台（1-8）的进给和旋转平台（1-7）的旋转运动，能够实现磁性光整介质与待加工零件（1-5）表面的相对移动，进行光整加工；

（5）三杆并联机构（1-1）的六自由度调整，实现复杂曲面光整加工的定向控制；

（6）通过磁极（2-2）的不同配置，能够产生不同的磁力线分布，从而产生不同类型的“柔性固着磨具”，进而满足不同特征类型零件的光整加工，所述圆槽盘（2-4）中共有262个卡槽，依次放入262个磁极（2-2），根据不同的N极和S极排列的交变磁场，产生多种磁力线配置。

2.一种执行权利要求1所述方法的基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置，其特征在于：所述装置包括三杆并联机构（1-1）、连接板（1-2）、立柱（1-3）、工件夹持装置（1-4）、磁场发生装置（1-6）、旋转平台（1-7）、三轴精密位移平台（1-8）和底座（1-9），所述磁场发生装置（1-6）包括挡板（2-1）、磁极（2-2）、T型螺栓（2-3）、圆槽盘（2-4）和T型螺母（2-5），所述三杆并联机构（1-1）安装在连接板（1-2）上，立柱（1-3）的一端与连接板（1-2）相连，另一端连接底座（1-9），旋转平台（1-7）的一端固定在三轴精密位移平台（1-8）上，另一端固定连接磁场发生装置（1-6），待加工零件（1-5）通过所述工件夹持装置（1-4）固定连接在三杆并联机构（1-1）的末端旋转平台上，所述T型螺栓（2-3）穿过圆槽盘（2-4）与放置在旋转平台（1-7）上的T型螺母（2-5）固定相连，所述挡板（2-1）通过连接圆柱配合放置在圆槽盘（2-4）内。

3.根据权利要求2所述的一种基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置，其特征在于：所述三杆并联机构（1-1）具有六自由度，能够实现待加工零件（1-5）的高速旋转和多自由度控制。

4.根据权利要求2所述的一种基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置，其特征在于：磁场发生装置（1-6）在光整加工时能够实现正转与反转，配合三杆并联机构（1-1）的旋转运动与三轴精密位移平台（1-8）往复进给运动，增大待加工零件（1-5）和磁场发生装置（1-6）的相对运动，提高光整加工效率。

5.根据权利要求2所述的一种基于并联机构的复杂曲面磁场辅助光整装置，其特征在于：所述挡板（2-1）上放置磁性光整介质，通过挡板（2-1）与圆槽盘（2-4）的配合拆装，便于实现磁性光整介质的更换，减少浪费。

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