CN109048506B - 一种永磁式液体磁性磨具表面光整加工装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种永磁式液体磁性磨具表面光整加工装置及方法属于精密光整加工技术和自由磨具领域，其特征在于该装置主要包括液体磁性磨具，相对布置的上磁极头和下磁极头，使上磁极头和下磁极头以相同的角速度同步高速旋转的机构和零部件，使工件得到支撑和平移的零部件，以及为实现光整加工的其他辅助零部件，所述液体磁性磨具在磁极头产生的磁场作用下形成类似“固体”的状态。本发明解决了传统技术对金属板工件抛光研磨时工件变形、塌边以及“粘刀”、“崩刀”的问题，同时解决了现有磁流变液抛光技术抛光工件时磁场能量未充分利用、加工性能差、加工成本高等问题，具备加工精度高、效率高、无加工变质层、调节方便、工艺简单、成本低的优点。

Description

一种永磁式液体磁性磨具表面光整加工装置及方法

技术领域

本发明一种永磁式液体磁性磨具表面光整加工装置及方法属于精密光整加工技术和自由磨具领域，具体涉及一种永磁式液体磁性磨具表面光整加工装置及方法。

背景技术

传统技术对金属板工件抛光研磨的方式主要是使用砂轮对工件表面磨削，仅适用于对一般精密的零部件磨削加工，加工后表面粗糙度往往不高，而且在金属板工件抛光厚度薄、硬度相对不高的情况下，很容易出现工件变形、塌边问题，并且在现实中经常遇到“粘刀”、“崩刀”的情况，造成工件表面光洁度不高和尺寸精度不能保证，废品率很高。

现有磁流变液抛光装置对金属板工件平面进行抛光，由于磁流变效应微磨头本身具有粘弹性，因此在研抛过程中不会损伤工件已加工表面，较好解决了工件变形、塌边问题，并且加工工后的工件表面粗糙度值低，一定程度上解决了金属板工件光整加工的难题。但这些抛光装置的磁极头大多采用在工件表面上方设置单个旋转磁极头的布置方式，或者采用工件上方设置单个旋转磁极头、工件下方对应设置静置不动的布置方式，加工区域有限，且磁感应强度低，加工效率低。

液体磁性磨具光整加工技术是一种新型的精密加工磨具，它由磁性微粒、基载液、表面活性剂、磨料粒子及防锈剂等组成，是一种粘稠状悬浮液。在零磁场环境下，液体磁性磨具呈现出稳定的悬浮液状态，磨削能力极低；施加磁场后，液体磁性磨具剪切屈服应力与粘度大幅提高，形成一种类似固体的状态，在所接触的工件表面形成一个柔性研磨层，工件表面与磨具相对运动，就可以实现工件表面的光整加工。因此，液体磁性磨具具有磁流变性、自锐性、可控性、材料适应新强、温升小、无加工变质层、工艺简单、成本低的优点，目前已经应用于对圆柱类金属件外表面、圆管内孔表面以及不规则曲面的光整加工中，但尚未将其应用于金属板工件的表面光整加工中。

检索到已授权专利“一种适用于平面光学零件的磁流变抛光磨头及装置”（ZL201510385822.0），其主要在安装板正面镶嵌若干个磁场发生单元形成磁流变抛光磨头，磁场发生单元由相互吸附在一起的两块磁铁组成，磁流变液在两块磁铁拼接缝隙的表面产生宾汉体，旋转主轴带动磁流变抛光磨头上磁场发生单元吸附的磁流变液与工件表面做相对旋转运动，实现对工件表面材料的去除。其磁场发生单元产生的磁感线不垂直于工件表面，呈现“宾汉体”状态的磁流变液对工件表面的磨削力低，吸附磁流变液的区域只存在于相邻两磁铁间的缝隙，磁场能量未得到充分应用，永磁体形状类型设置过多，对永磁体表面进行开槽加工成本高，放置工件的工件盘无法移动，工件与磁流变抛光磨头只做相对转动，运动形式单一，其加工性能受到一定限制。

发明内容

本发明一种永磁式液体磁性磨具表面光整加工装置及方法其目的在于：主要解决的技术问题是传统技术对金属板工件抛光研磨时工件变形、塌边以及“粘刀”、“崩刀”的问题，同时克服目前磁流变抛光技术及液体磁性磨具光整加工技术的缺陷，提供一种永磁式液体磁性磨具表面光整加工装置及方法，可以实现对金属板工件的高效超精密加工。

本发明一种永磁式液体磁性磨具表面光整加工装置，其特征在于该装置包括：传动轴2、传动轴定位板3、主轴4、 夹具5、皮带轮Ⅰ6、传动带7、磁极头连接杆Ⅰ8、皮带轮Ⅱ9、上磁极头10、金属板工件11、工件固定片12、下磁极头13、矩形铝合金管14、固定架20、 磁极头连接杆Ⅱ21、支撑柱22、支撑板23、容器24、液体磁性磨具25和电机26，装置基于普通机床进行设计，机床的纵向滑台18和横向滑台19使装置中的支撑柱22产生平移运动且不在本发明范围内，机床电机26为装置中的主轴4提供动力，机床主轴箱1的前端与传动轴定位板3的后端固定连接，传动轴2上部与传动轴定位板3前端的孔以轴承配合，传动轴2中部与皮带轮Ⅱ9中心孔配合并以紧固螺丝连接为一体，传动轴2下部与矩形铝合金管14右边上下端面的孔以轴承配合，矩形铝合金管14固定在固定架20上，固定架20固定在机床底座16上，支撑柱22下端固定在横向滑台19上，横向滑台19通过摇动滑台手柄相对纵向滑台18横向平移，纵向滑台18通过摇动滑台手柄相对机床底座16纵向平移，支撑柱22上部与支撑板23上的孔连接，敞口透明平底的矩形容器24放置在24支撑板23上表面并通过支撑柱22上部限制定位，金属板工件11放在容器24内底部并通过工件固定片12限制定位，电机26通过皮带与主轴箱1内部的主轴4配合，主轴4与夹具5固定连接，磁极头连接杆Ⅰ8上端与夹具5连接，磁极头连接杆Ⅰ8中部与皮带轮Ⅰ6中心孔配合并以紧固螺丝连接为一体，皮带轮Ⅰ6通过传动带7与传动轴2中部的皮带轮Ⅱ9配合，磁极头连接杆Ⅰ8下端与上磁极头10中心固定连接，上磁极头10吸附液体磁性磨具25，磁极头连接杆Ⅱ21下部与矩形铝合金管14左边上下端面的孔以轴承配合，矩形铝合金管14内部的皮带轮Ⅰ6中心孔与磁极头连接杆Ⅱ21下部配合并以紧固螺丝连接为一体，矩形铝合金管14内部的皮带轮Ⅱ9中心孔与传动轴2下部配合并以紧固螺丝连接为一体，皮带轮Ⅰ6通过传动带7与皮带轮Ⅱ9配合，磁极头连接杆Ⅱ21上端与下磁极头13中心固连，这样的设计可以使上磁极头10和下磁极头13在机床主轴4带动下以相同的角速度同步高速旋转，带动上磁极头10下端面吸附的液体磁性磨具25对金属板工件11的上表面旋转磨削，上磁极头10和下磁极头13都采用镶嵌分布瓦形永磁体的方式进行设计，且上磁极头10每个瓦形永磁体1001下端面发出的磁感线回到下磁极头10对应的瓦形永磁体1301上端面，构成磁回路，使磁感线垂直于工件表面，工件固定片12放置在容器24底部，起固定金属板工件11的作用，可以根据金属板工件11形状进行更换，可以根据金属板厚度调整所叠加的工件固定片12数量，上磁极头10镶嵌分布的瓦形永磁体1001下端面都为N极且在其端面以耐高温胶水粘贴导磁格栅1003，下磁极头13镶嵌分布的瓦形永磁体1301上端面都为S极。

上述一种永磁式液体磁性磨具表面光整加工装置的加工方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：准备工作。在机床底座16上固定好固定架20，在固定架20上固定好矩形铝合金管14，在在机床主轴箱1上固定好传动轴定位板3，将传动轴2中部与皮带轮Ⅱ9内孔以螺丝固定配合并且两端分别与传动轴定位板3、矩形铝合金管14以轴承配合，矩形铝合金管14内部按两边圆孔位置准确放置皮带轮Ⅱ9、皮带轮Ⅰ6和传动带7并且将皮带轮内孔以螺丝分别与传动轴2下部和磁极头连接杆Ⅱ21固定配合，在横向滑台19上固定四根支撑柱22，将支撑板23的四个孔穿过并固定在四根支持柱22的合适高度位置，在支撑板23上固定容器24，在容器24底部放置金属板工件11,根据金属板工件11形状选择工件固定片12的类型，根据金属板工件11厚度叠加所需工件固定片12的数量，将主轴4下的夹具5夹紧磁极头连接杆Ⅰ8上端，磁极头连接杆Ⅰ8中部和皮带轮Ⅰ6内孔以螺丝固定配合。

步骤S2：拧松上磁极头10连接的磁极头连接杆Ⅰ8和皮带轮Ⅰ6之间的紧固螺丝，转动上磁极头10，使上磁极头10镶嵌分布的瓦形永磁体1001端面与下磁极头13镶嵌分布的瓦形永磁体1301端面完全处于同一铅垂线上，然后拧紧紧固螺丝使磁极头连接杆Ⅰ8和皮带轮Ⅰ6连接为一体。拧松夹具5，拧松皮带轮Ⅱ9与传动轴2中部配合的螺丝，同时调整上磁极头10与皮带轮Ⅱ9的水平位置，使磁极头10下端面与金属板工件11上表面距离达到加工需要，调节下磁极头13上端面与容器24底面保持一定距离。之后在容器24中加入适量液体磁性磨具25。

步骤S3：通过转动滑台手柄15移动滑台，带动容器24中的金属板工件11移动，观察到上磁极头10对准工件表面A位置。

步骤S4：开动机床，上磁极头10和下磁极头13在机床主轴4带动下以相同的角速度同步高速旋转。由于上磁极头10镶嵌分布的瓦形永磁体1001下端面都为N极，下磁极头13镶嵌分布的瓦形永磁体1301上端面都为S极，这样的设置利用永磁体异性相吸的特性，上磁极头10上每个瓦形永磁体1001下端面发出的磁感线回到下磁极头13上对应的瓦形永磁体1301上端面，构成磁回路，磁感线垂直于金属板工件11表面，上下永磁体端面间的磁场强度达到最大，吸附在上磁极头10下端面的液体磁性磨具25成为类似固体的状态，并在磁场力的作用下压紧金属板工件11上表面A位置；由于上磁极头10每个瓦形永磁体1001下端面以耐高温胶水粘贴导磁格栅1003，在距离瓦形永磁体1001下端面极小的空间内存在磁场梯度，使液体磁性磨具25在瓦形永磁体1001下端面呈现密集网状结构分布状态，有利于带动液体磁性磨具25转动。

步骤S5：液体磁性磨具25在磁场作用下，内部的导磁性微粒形成多条链状结构，与金属板工件11的A位置紧密接触产生正压力，当上磁极头10和下磁极头13同步旋转时，导磁性微粒形成的多条链状结构同时进行旋转，夹持在链状结构中的单颗磨粒微粒在旋转磁场作用下，对金属板工件11上表面的毛刺和沟壑进行切削，同时磨粒自身进行翻滚、自锐，多颗磨粒微粒多次作用于工件表面，造成金属表面毛刺和沟壑发生多次微小的塑变及塑变叠加，当塑变程度超过材料允许塑变极限，微小切屑从工件表面脱落，从而实现对工件表面A位置光整加工。

步骤S6：通过转动滑台手柄15往复移动横向滑台19，带动固定在横向滑台19上的支撑柱22、支撑板23及容器24水平横向移动，从而带动金属板工件11水平横向移动，使液体磁性磨具25对工件表面A位置对应的横向方向区域加工。

步骤S7：通过转动滑台手柄15移动纵向滑台18，带动金属板工件11纵向移动至B位置，观察到上磁极头10对准工件表面B位置，上磁极头10下端面吸附的液体磁性磨具25对B位置光整加工。

步骤S8：通过转动滑台手柄15往复移动横向滑台19，带动金属板工件11水平横向移动，液体磁性磨具25对工件表面B位置对应的横向方向区域加工。

通过重复上述步骤S3～步骤S8，变换上磁极头10及液体磁性磨具25对金属板工件11的加工位置，最终可以实现整块金属板工件11的表面光整加工。

本发明一种永磁式液体磁性磨具表面光整加工装置及方法的有益效果如下：

1）充分发挥液体磁性磨具自身优势，磨具具有磁流变性、自锐性、可控性、材料适应新强、温升小、无加工变质层、工艺简单、成本低；

2）光整加工装置充分与普通机床结合，架设装置进行表面光整加工时改造成本低，结构紧凑；

3）可以通过调节上磁极头端面和下磁极头端面与金属板工件表面的距离调整加工区域的的磁场强度，从而调整液体磁性磨具对金属板工件表面的正压力和磨削力。

4）上磁极头和下磁极头在机床主轴带动下以相同的角速度同步高速旋转，上磁极头下端面和下磁极头上端面之间的空间区域内，磁感线始终垂直于金属板工件表面，可以使磁场作用下的液体磁性磨具对金属板工件的磨削力达到最大。

5）上下磁极头都采用镶嵌分布瓦形永磁体的方式进行设计，且上磁极头每个瓦形永磁体下端面发出的磁感线回到下磁极头对应的瓦形永磁体上端面，构成磁回路，使磁感线垂直于工件表面，上下永磁体端面间的磁场强度达到最大，磁场能量集中作用于加工区域，非加工区漏磁少，提高了加工效率。

6）上磁极头镶嵌分布的瓦形磁极下端面以耐高温胶水粘贴导磁格栅，不仅使距离瓦形永磁体下端面极小的空间内存在磁场梯度，从而提高对液体磁性磨具的吸附力和水平分力，而且解决了以往因永磁体表面开槽导致加工成本高的问题。

7）工件固定片可以根据金属板工件形状进行更换，可以根据金属板厚度调整所叠加的工件固定片数量，可加工金属板工件类型多。

8）工件可以进行横向和纵向水平移动，能充分加工整个金属板工件平面。

附图说明

图1是本发明基于普通钻床的装置立体结构左视图；

图2是本发明装置立体结构左视图

图3是本发明装置加工区域截面图；

图4是本发明装置的上磁极头正视图；

图5是本发明装置的下磁极头正视图；

图6是本发明装置上磁极头的瓦形永磁体及其下端面导磁格栅结构；

图7是本发明装置下磁极头的瓦形永磁体结构；

图8是本发明装置上磁极头与下磁极头上的尼龙盘结构；

图9是本发明装置上磁极头下端面与下磁极头上端面之间的磁感线示意图；

图10a是本发明装置一种工件固定片及其对应的金属板工件结构图；

图10b是本发明装置一种工件固定片及其对应的金属板工件结构图；

图11是本发明装置的传动轴定位板结构图；

图12是本发明装置的矩形铝合金管结构图；

图13是本发明装置的皮带轮结构图；

图14是本发明金属板工件表面光整加工方法的流程图；

其中：1-主轴箱；2-传动轴；3-传动轴定位板；4-主轴；5-夹具；6-皮带轮Ⅰ；7-传动带；8-磁极头连接杆Ⅰ；9-皮带轮Ⅱ；10-上磁极头；11-金属工件板；12-工件固定片；13-下磁极头；14-矩形铝合金管；15-滑台手柄；16-机床底座；17-机床立柱；18-纵向滑台；19-横向滑台；20-固定架；21-磁极头连接杆Ⅱ；22-支撑柱；23-支撑板；24-容器；25-液体磁性磨具；26-电机；1001-瓦形永磁体；1002-尼龙盘；1003--导磁格栅；1301-瓦形永磁体；1302-尼龙盘。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细阐述。

实施方式 1

如图1示出的本发明基于普通钻床的装置立体结构左视图，包括： 主轴箱1；动轴2； 传动轴定位板3；主轴4； 夹具5；皮带轮Ⅰ6；传动带7；磁极头连接杆Ⅰ8；皮带轮Ⅱ9；上磁极头10；金属工件板11；工件固定片12；下磁极头13；矩形铝合金管14；滑台手柄15；机床底座16；机床立柱17:；纵向滑台18；横向滑台19；固定架20； 磁极头连接杆Ⅱ21；支撑柱22；支撑板23；容器24；液体磁性磨具25；电机26。其特征在于：机床主轴箱1的前端与传动轴定位板3的后端固定连接，传动轴2上部与传动轴定位板3前端的孔以轴承配合，传动轴2中部与皮带轮Ⅱ9中心孔配合并以紧固螺丝连接为一体，传动轴2下部与矩形铝合金管14右边上下端面的孔以轴承配合，矩形铝合金管14固定在固定架20上，固定架20固定在机床底座16上，支撑柱22下端固定在横向滑台19上，横向滑台19可通过摇动滑台手柄15相对纵向滑台18横向平移，纵向滑台18可通过摇动滑台手柄15相对机床底座16纵向平移，支撑柱22上部与支撑板23上的孔连接，敞口透明平底的矩形容器放置在24支撑板23上表面并通过支撑柱22上部限制定位，金属板工件11放在容器24内底部并通过工件固定片12限制定位，电机26通过皮带与主轴箱1内部的主轴4配合，主轴4与夹具5固定连接，磁极头连接杆Ⅰ8上端与夹具5连接，磁极头连接杆Ⅰ8中部与皮带轮Ⅰ6中心孔配合并以紧固螺丝连接为一体，皮带轮Ⅰ6通过传动带7与传动轴2中部的皮带轮Ⅱ9配合，磁极头连接杆Ⅰ8下端与上磁极头10中心固定连接，上磁极头10吸附液体磁性磨具25，磁极头连接杆Ⅱ21下部与矩形铝合金管14左边上下端面的孔以轴承配合，矩形铝合金管14内部的皮带轮Ⅰ6中心孔和磁极头连接杆Ⅱ21下部以紧固螺丝连接为一体，矩形铝合金管14内部的皮带轮Ⅱ9中心孔与传动轴2下部以紧固螺丝连接为一体，皮带轮Ⅰ6通过传动带7与皮带轮Ⅱ9配合，磁极头连接杆Ⅱ21上端与下磁极头13中心固连。这样可以使上磁极头10和下磁极头13在机床主轴4带动下以相同的角速度同步高速旋转，带动上磁极头10下端面吸附的液体磁性磨具25对金属板工件11的上表面旋转磨削，再配合横向滑台19和纵向滑台18带动金属板工件11的平移，可以使金属板工件上表面得到完全的表面光整加工。

如图2示出的本发明装置立体结构左视图，包括：主动轴2； 传动轴定位板3；主轴4； 夹具5；皮带轮Ⅰ6；传动带7；磁极头连接杆Ⅰ8；皮带轮Ⅱ9；上磁极头10；金属工件板11；工件固定片12；下磁极头13；矩形铝合金管14；固定架20； 磁极头连接杆Ⅱ21；支撑柱22；支撑板23；容器24；液体磁性磨具25。这是本发明装置的主体部分，零部件之间的连接方式按照图1的阐述进行, 且机床主轴箱1的前端用来与传动轴定位板3的后端固定连接。

如图3示出本发明装置加工区域截面图；支撑柱22对支撑板23起支撑作用，容器24放置在支撑板23上并由支撑柱22限制定位，金属板工件11放置在容器24内底部，并由工件固定片12限制定位，上磁极头10每个镶嵌分布的瓦形永磁体1002与下磁极头13对应镶嵌分布的瓦形永磁机1302对正，上磁极头10镶嵌分布的瓦形永磁体1001下端面都为N极，下磁极头13镶嵌分布的瓦形永磁体1301上端面都为S极，利用永磁体异性相吸的特性，上磁极头10上每个瓦形永磁体1001下端面发出的磁感线回到下磁极头13上每个瓦形永磁体1301上端面，构成磁回路，磁感线垂直于金属板工件11表面，液体磁性磨具25在磁场作用下呈现“宾汉体”状态，并紧压在金属板工件11上表面，

如图4示出本发明装置的上磁极头正视图；上磁极头10由三部分组成: 尼龙盘1002，镶嵌分布在尼龙盘1002中的瓦形永磁体1001，以耐高温胶水粘贴在瓦形永磁体1001下端面的导磁格栅1003。

如图5示出本发明本发明装置的下磁极头正视图；下磁极头13由两部分组成: 尼龙盘1302，镶嵌分布在尼龙盘1302中的瓦形永磁体1301，瓦形永磁体1301上端面都为S极。

如图6示出本发明上磁极头的瓦形永磁体及其下端面导磁格栅结构。这样的设计不仅使距离瓦形永磁体1001下端面极小的空间内存在磁场梯度，从而提高对液体磁性磨具25的吸附力和水平分力，而且解决了以往因永磁体表面开槽导致加工成本高的问题。

如图7示出本发明装置下磁极头的瓦形永磁体结构。

如图8示出本发明装置上磁极头与下磁极头上的尼龙盘结构，；

如图9示出本发明装置上磁极头下端面与下磁极头上端面之间的磁感线示意图；由于上磁极头10镶嵌分布的瓦形永磁体1001下端面都为N极，下磁极头13镶嵌分布的瓦形永磁体1301上端面都为S极，每个瓦形磁极端面正对应，利用永磁体异性相吸的特性，上磁极头10上每个瓦形永磁体1001下端面发出的磁感线回到下磁极头13上对应的瓦形永磁体1301上端面，构成磁回路，整个磁路结构紧凑，漏磁少，磁场能量最大化集中在磁极头之间的加工区域。

如图10a所示本发明装置一种工件固定片及其对应的金属板工件结构图，金属板工件11为矩形，对应的工件固定片12中间孔为相同形状、相同大小的矩形。

如图10b所示本发明装置另一种工件固定片及其对应的金属板工件结构图，金属板工件11为五边形，对应的工件固定片12中间孔为相同形状、相同大小的五边形；可以根据工件形状和大小选择相对应的工件固定片。

如图11所示本发明装置的传动轴定位板结构图；传动轴定位板3的后端与机床主轴箱1的前端固定连接，传动轴定位板3前端的孔与传动轴2上部以轴承配合。

如图12所示本发明装置的矩形铝合金管结构图；矩形铝合金管14左边上下端面的孔与磁极头连接杆Ⅱ21下部以轴承配合，矩形铝合金管14右边上下端面的孔与传动轴2下部以轴承配合，内部对应孔的位置放置皮带轮Ⅰ6和皮带轮Ⅱ9并以传动带7配合。

如图13所示本发明装置的皮带轮结构图；皮带轮上的螺丝孔用来与轴或杆紧固连接。本发明中，皮带轮Ⅰ6中心孔与磁极头连接杆Ⅰ8中部配合并以紧固螺丝连接为一体，矩形铝合金管14内部的皮带轮Ⅰ6中心孔和磁极头连接杆Ⅱ21下部配合并以紧固螺丝连接为一体，矩形铝合金管14内部的皮带轮Ⅱ9中心孔与传动轴2下部配合并以紧固螺丝连接为一体，皮带轮Ⅱ9中心孔与传动轴2中部配合并以紧固螺丝连接为一体。

如图14示出本发明一种永磁式液体磁性磨具光整加工方法的流程图，其步骤包括如下：

步骤S1：准备工作。在机床底座16上固定好固定架20，在固定架20上固定好矩形铝合金管14，在在机床主轴箱1上固定好传动轴定位板3，将传动轴2中部与皮带轮Ⅱ9内孔以螺丝固定配合并且两端分别与传动轴定位板3、矩形铝合金管14以轴承配合，矩形铝合金管14内部按两边圆孔位置准确放置皮带轮Ⅱ9、皮带轮Ⅰ6和传动带7并且将皮带轮内孔以螺丝分别与传动轴2下部和磁极头连接杆Ⅱ21固定配合，在横向滑台19上固定四根支撑柱22，将支撑板23的四个孔穿过并固定在四根支持柱22的合适高度位置，在支撑板23上固定容器24，在容器24底部放置金属板工件11,根据金属板工件11形状选择工件固定片12的类型，根据金属板工件11厚度叠加所需工件固定片12的数量，将主轴4下的夹具5夹紧磁极头连接杆Ⅰ8上端，磁极头连接杆Ⅰ8中部和皮带轮Ⅰ6内孔以螺丝固定配合。

步骤S2：拧松上磁极头10连接的磁极头连接杆Ⅰ8和皮带轮Ⅰ6之间的紧固螺丝，转动上磁极头10，使上磁极头10镶嵌分布的瓦形永磁体1001端面与下磁极头13镶嵌分布的瓦形永磁体1301端面完全处于同一铅垂线上，然后拧紧紧固螺丝使磁极头连接杆Ⅰ8和皮带轮Ⅰ6连接为一体。拧松夹具5，拧松皮带轮Ⅱ9与传动轴2中部配合的螺丝，同时调整上磁极头10与皮带轮Ⅱ9的水平位置，使磁极头10下端面与金属板工件11上表面距离达到加工需要，调节下磁极头13上端面与容器24底面保持一定距离。之后在容器24中加入适量液体磁性磨具25。

步骤S3：通过转动滑台手柄15移动滑台，带动容器24中的金属板工件11移动，观察到上磁极头10对准工件表面A位置。

步骤S4：开动机床，上磁极头10和下磁极头13在机床主轴4带动下以相同的角速度同步高速旋转。由于上磁极头10镶嵌分布的瓦形永磁体1001下端面都为N极，下磁极头13镶嵌分布的瓦形永磁体1301上端面都为S极，这样的设置利用永磁体异性相吸的特性，上磁极头10上每个瓦形永磁体1001下端面发出的磁感线回到下磁极头13上对应的瓦形永磁体1301上端面，构成磁回路，磁感线垂直于金属板工件11表面，上下永磁体端面间的磁场强度达到最大，吸附在上磁极头10下端面的液体磁性磨具25成为类似固体的状态，并在磁场力的作用下压紧金属板工件11上表面A位置；由于上磁极头10每个瓦形永磁体1001下端面以耐高温胶水粘贴导磁格栅1003，在距离瓦形永磁体1001下端面极小的空间内存在磁场梯度，使液体磁性磨具25在瓦形永磁体1001下端面呈现密集网状结构分布状态，有利于带动液体磁性磨具25转动。

步骤S5：液体磁性磨具25在磁场作用下，内部的导磁性微粒形成多条链状结构，与金属板工件11的A位置紧密接触产生正压力，当上磁极头10和下磁极头13同步旋转时，导磁性微粒形成的多条链状结构同时进行旋转，夹持在链状结构中的单颗磨粒微粒在旋转磁场作用下，对金属板工件11上表面的毛刺和沟壑进行切削，同时磨粒自身进行翻滚、自锐，多颗磨粒微粒多次作用于工件表面，造成金属表面毛刺和沟壑发生多次微小的塑变及塑变叠加，当塑变程度超过材料允许塑变极限，微小切屑从工件表面脱落，从而实现对工件表面A位置光整加工。

步骤S6：通过转动滑台手柄15往复移动横向滑台19，带动固定在横向滑台19上的支撑柱22、支撑板23及容器24水平横向移动，从而带动金属板工件11水平横向移动，使液体磁性磨具25对工件表面A位置对应的横向方向区域加工。

步骤S7：通过转动滑台手柄15移动纵向滑台18，带动金属板工件11纵向移动至B位置，观察到上磁极头10对准工件表面B位置，上磁极头10下端面吸附的液体磁性磨具25对B位置光整加工。

步骤S8：通过转动滑台手柄15往复移动横向滑台19，带动金属板工件11水平横向移动，液体磁性磨具25对工件表面B位置对应的横向方向区域加工。

通过重复上述步骤S3～步骤S8，变换上磁极头10及液体磁性磨具25对金属板工件11的加工位置，最终可以实现整块金属板工件11的表面光整加工。

以上所述仅为本发明的实施方式之一，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内其它同实施方式1 。

Claims (9)

1.一种永磁式液体磁性磨具表面光整加工装置，其特征在于该装置包括：传动轴(2)、传动轴定位板(3)、主轴(4)、夹具(5)、皮带轮Ⅰ(6)、传动带(7)、磁极头连接杆Ⅰ(8)、皮带轮Ⅱ(9)、上磁极头(10)、金属板工件(11)、工件固定片(12)、下磁极头(13)、矩形铝合金管(14)、固定架(20)、磁极头连接杆Ⅱ(21)、支撑柱(22)、支撑板(23)、容器(24)、液体磁性磨具(25)和电机(26)，其特征在于：机床电机（26）为装置中的主轴（4）提供动力，机床主轴箱(1)的前端与传动轴定位板（3）的后端固定连接，传动轴（2）上部与传动轴定位板（3）前端的孔以轴承配合，传动轴（2）中部与皮带轮Ⅱ（9）中心孔配合并以紧固螺丝连接为一体，传动轴（2）下部与矩形铝合金管（14）右边上下端面的孔以轴承配合，矩形铝合金管（14）固定在固定架（20）上，固定架（20）固定在机床底座（16）上，支撑柱（22）下端固定在横向滑台（19）上，横向滑台（19）通过摇动滑台手柄相对纵向滑台（18）横向平移，纵向滑台（18）可通过摇动滑台手柄相对机床底座（16）纵向平移，支撑柱（22）上部与支撑板（23）上的孔连接，敞口透明平底的矩形容器（24）放置在支撑板（23）上表面并通过支撑柱（22）上部限制定位，金属板工件（11）放在容器（24）内底部并通过工件固定片（12）限制定位，电机（26）通过皮带与主轴箱（1）内部的主轴（4）配合，主轴（4）与夹具（5）固定连接，磁极头连接杆Ⅰ（8）上端与夹具（5）连接，磁极头连接杆Ⅰ（8）中部与皮带轮Ⅰ（6）中心孔配合并以紧固螺丝连接为一体，皮带轮Ⅰ（6）通过传动带（7）与传动轴（2）中部的皮带轮Ⅱ（9）啮合，磁极头连接杆Ⅰ（8）下端与上磁极头（10）中心固定连接，上磁极头（10）吸附液体磁性磨具（25），磁极头连接杆Ⅱ（21）下部与矩形铝合金管（14）左边上下端面的孔以轴承配合，矩形铝合金管（14）内部的皮带轮Ⅰ（6）中心孔与磁极头连接杆Ⅱ（21）下部配合并以紧固螺丝连接为一体，矩形铝合金管（14）内部的皮带轮Ⅱ（9）中心孔与传动轴（2）下部配合并以紧固螺丝连接为一体，皮带轮Ⅰ（6）通过传动带（7）与皮带轮Ⅱ（9）配合，磁极头连接杆Ⅱ（21）上端与下磁极头（13）中心固连，可以使上磁极头（10）和下磁极头（13）在机床主轴（4）带动下以相同的角速度同步高速旋转，带动上磁极头（10）下端面吸附的液体磁性磨具（25）对金属板工件（11）的上表面旋转磨削。

2.根据权利要求1所述的一种永磁式液体磁性磨具表面光整加工装置，其特征在于所述的上磁极头（10）和下磁极头（13）在机床主轴（4）带动下以相同的角速度同步高速旋转，带动上磁极头（10）下端面吸附的液体磁性磨具（25）对金属板工件（11）的上表面旋转磨削。

3.根据权利要求1所述的一种永磁式液体磁性磨具表面光整加工装置，其特征在于所述的上磁极头（10）和下磁极头（13）都采用镶嵌分布瓦形永磁体的方式进行设置，且上磁极头（10）每个瓦形永磁体（1001）下端面发出的磁感线回到下磁极头（13）对应的瓦形永磁体（1301）上端面构成磁回路，使磁感线垂直于工件表面，上下永磁体端面间的磁场强度达到最大，磁场能量集中作用于加工区域，非加工区漏磁少，加工效率高。

4.根据权利要求1所述的一种永磁式液体磁性磨具表面光整加工装置，其特征在于所述的上磁极头（10）和下磁极头（13）通过调节上磁极头（10）端面和下磁极头（13）端面与金属板工件（11）表面的距离调整加工区域的的磁场强度，从而调整液体磁性磨具（25）对金属板工件（11）表面的正压力和磨削力。

5.根据权利要求1所述的一种永磁式液体磁性磨具表面光整加工装置，其特征在于所述的工件固定片（12）放置在容器（24）底部，固定金属板工件（11），根据金属板工件（11）形状进行更换，根据金属板厚度调整所叠加的工件固定片（12）数量。

6.根据权利要求2所述的一种永磁式液体磁性磨具表面光整加工装置，其特征在于所述的上磁极头（10）镶嵌分布的瓦形永磁体（1001）下端面都为N极且在其端面以耐高温胶水粘贴导磁格栅（1003），下磁极头（13）镶嵌分布的瓦形永磁体（1301）上端面都为S极。

7.权利要求1所述的一种永磁式液体磁性磨具表面光整加工方法，其特征在于步骤如下：

步骤S1：准备工作，在机床底座（16）上固定好固定架（20），在固定架（20）上固定好矩形铝合金管（14），在机床主轴箱（1）上固定好传动轴定位板（3），将传动轴（2）中部与皮带轮Ⅱ（9）内孔以螺丝固定配合并且传动轴（2）两端分别与传动轴定位板（3）、矩形铝合金管（14）以轴承配合，矩形铝合金管（14）内部按两边圆孔位置准确放置皮带轮Ⅱ（9）、皮带轮Ⅰ（6）和传动带（7）并且将皮带轮内孔以螺丝分别与传动轴（2）下部和磁极头连接杆Ⅱ（21）固定配合，在横向滑台（19）上固定四根支撑柱（22），将支撑板（23）的四个孔穿过并固定在四根支撑柱（22）的合适高度位置，在支撑板（23）上固定容器（24），在容器（24）底部放置金属板工件（11）,根据金属板工件（11）形状选择工件固定片（12）的类型，根据金属板工件（11）厚度叠加所需工件固定片（12）的数量，将主轴（4）下的夹具（5）夹紧磁极头连接杆Ⅰ（8）上端，磁极头连接杆Ⅰ（8）中部和皮带轮Ⅰ（6）内孔以螺丝固定配合；

步骤S2：拧松上磁极头（10）连接的磁极头连接杆Ⅰ（8）和皮带轮Ⅰ（6）之间的紧固螺丝，转动上磁极头（10），使上磁极头（10）镶嵌分布的瓦形永磁体（1001）端面与下磁极头（13）镶嵌分布的瓦形永磁体（1301）端面完全处于同一铅垂线上，然后拧紧紧固螺丝使磁极头连接杆Ⅰ（8）和皮带轮Ⅰ（6）连接为一体；拧松夹具（5），拧松皮带轮Ⅱ（9）与传动轴（2）中部配合的螺丝，同时调整上磁极头（10）与皮带轮Ⅱ（9）的水平位置，使上磁极头（10）下端面与金属板工件（11）上表面距离达到加工需要，调节下磁极头（13）上端面与容器（24）底面保持一定距离；之后在容器（24）中加入适量液体磁性磨具（25）；

步骤S3：通过转动滑台手柄（15）移动滑台，带动容器（24）中的金属板工件（11）移动，观察到上磁极头（10）对准工件表面A位置；步骤S4：开动机床，上磁极头（10）和下磁极头（13）在机床主轴（4）带动下以相同的角速度同步高速旋转，由于上磁极头（10）镶嵌分布的瓦形永磁体（1001）下端面都为N极，下磁极头（13）镶嵌分布的瓦形永磁体（1301）上端面都为S极，这样的设置利用永磁体异性相吸的特性，上磁极头（10）上每个瓦形永磁体（1001）下端面发出的磁感线回到下磁极头（13）上对应的瓦形永磁体（1301）上端面，构成磁回路，磁感线垂直于金属板工件（11）表面，上下永磁体端面间的磁场强度达到最大，吸附在上磁极头（10）下端面的液体磁性磨具（25）成为类似固体的状态，并在磁场力的作用下压紧金属板工件（11）上表面A位置；由于上磁极头（10）每个瓦形永磁体（1001）下端面以耐高温胶水粘贴导磁格栅（1003），在距离瓦形永磁体（1001）下端面极小的空间内存在磁场梯度，使液体磁性磨具（25）在瓦形永磁体（1001）下端面呈现密集网状结构分布状态，有利于带动液体磁性磨具（25）转动；

步骤S5：液体磁性磨具（25）在磁场作用下，内部的导磁性微粒形成多条链状结构，与金属板工件（11）的A位置紧密接触产生正压力，当上磁极头（10）和下磁极头（13）同步旋转时，导磁性微粒形成的多条链状结构同时进行旋转，夹持在链状结构中的单颗磨粒微粒在旋转磁场作用下，对金属板工件（11）上表面的毛刺和沟壑进行切削，同时磨粒自身进行翻滚、自锐，多颗磨粒微粒多次作用于工件表面，造成金属表面毛刺和沟壑发生多次微小的塑变及塑变叠加，当塑变程度超过材料允许塑变极限，微小切屑从工件表面脱落，从而实现对工件表面A位置光整加工；

步骤S6：通过转动滑台手柄（15）往复移动横向滑台（19），带动固定在横向滑台（19）上的支撑柱（22）、支撑板（23）及容器（24）水平横向移动，从而带动金属板工件（11）水平横向移动，使液体磁性磨具（25）对工件表面A位置对应的横向方向区域加工；

步骤S7：通过转动滑台手柄（15）移动纵向滑台（18），带动金属板工件（11）纵向移动至B位置，观察到上磁极头（10）对准工件表面B位置，上磁极头（10）下端面吸附的液体磁性磨具（25）对B位置光整加工；

步骤S8：通过转动滑台手柄（15）往复移动横向滑台（19），带动金属板工件（11）水平横向移动，液体磁性磨具（25）对工件表面B位置对应的横向方向区域加工，通过重复上述步骤S3～步骤S8，变换上磁极头（10）及液体磁性磨具（25）对金属板工件（11）的加工位置，最终实现整块金属板工件（11）的表面光整加工。

8.根据权利要求7所述的一种永磁式液体磁性磨具表面光整加工方法，其特征在于，所述工件表面B位置是被加工金属板工件（11）表面不同于A位置的N个位置。

9.根据权利要求7所述的一种永磁式液体磁性磨具表面光整加工方法，其特征在于，所述磁极头带动液体磁性磨具（25）对金属板工件（11）的表面光整加工区域为金属板工件整个上表面区域。

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