CN112123029B - 一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置及光整方法 - Google Patents

一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置及光整方法 Download PDF

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Abstract

针对结构化表面微小尺寸的沟、槽、狭缝加工的技术难题，发明了一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置及光整方法。所述装置包括旋转轴、工件夹持装置、磁场发生装置、振动辅助装置、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、磁极槽，所述振动辅助装置包括外壳、导向固定杆、振动电机、振动连接板和压缩弹簧。其中工件夹持装置可以装夹多种结构形状的零件，频率控制器可调控光整加工过程中磁场发生装置的运动模式，进而控制磨料的运动轨迹，达到加工不同形貌微细结构零件的要求，导向固定杆可带动装置进行轴向方向的运动，促使磁性光整介质均匀进入微细结构，增强磁性光整介质与微细结构的相对运动，提高加工效率。

Description

一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置及光整方法
技术领域
本发明涉及微细结构面磁场辅助光整加工技术，特别提供了一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置及光整方法。
背景技术
微细结构表面是一种具有规律性周期阵列，如凹槽阵列、微透镜阵列、金字塔阵列结构等并能够实现光学、物理、生物等特定功能的微小结构性表面。由于微细结构表面的表面粗糙度与微细结构件的使用寿命、制品的外观以及是否便于安装使用的关系密切，因此作为最后一道加工工序—抛光，变得越来越重要，解决这类表面以及与这相似的表面的抛光具有现实意义。国外，已应用于生产的微细结构表面抛光技术，主要有：机械抛光、超声抛光、电化学抛光、超声电解复合抛光、磨料流抛光等。国内，近几年引进和消化了一些设备,也开发了一些新技术。这些抛光方法都能部分解决微细结构表面抛光难的问题，但它们在某些特定方面却有着各自的缺点和不足。如电化学抛光不易获得较高的加工精度和加工稳定性且加工时杂散腐蚀现象较严重；超声波抛光只能用于加工非导电的硬脆材料，当加工导电的硬质金属材料时，生产效率明显较低，而且效果不佳；超声电解复合抛光技术由于对工件材料的去除还是通过电解加工来实现的，所以对于加工导电性材料仍存在较大的限制。而根据国内外研究报导，磁场辅助超精密加工技术能利用游离磨料的柔性和可控性等优点解决传统抛光中的很多问题，主要有磁流变抛光技术、磁射流抛光技术、磁性浮体抛光技术等，但是，受工具尺寸限制尚难用于结构化表面微小尺寸的沟、槽、狭缝加工。为此，在分析磁性剪切增稠特性的基础上，结合磁流变抛光和磁场辅助精密加工，以解决微细结构表面的光整加工，具有重要的研究价值和发展前景。本发明提出一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置及光整方法，通过集成所发明的新型磁场发生装置，利用工件夹持装置的旋转，以及三轴精密位移平台的位置移动，实现对微细结构的光整加工，并通过控制振动的幅度，提高光整加工效率。
发明内容
本发明提供了一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置及光整方法。磁极条放置在磁极槽中构成磁场发生装置，磁场发生装置放置于振动连接板上，振动电机安装在振动连接板下，四根导向固定杆使振动连接板保持上下振动，通过频率控制器调整振动电机的工作模式，可调控光整加工过程中磁场发生装置的运动模式，以及磁场发生装置与待加工零件的间距，进而控制磨料的运动轨迹，实现不同尺寸微细结构零件的光整加工，同时提高加工效率。
本发明提供的一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置及光整方法：包括旋转轴、工件夹持装置、磁场发生装置、振动辅助装置、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、磁极槽、六角螺栓和螺母，所述振动辅助装置包括外壳、导向固定杆、振动电机、振动连接板和压缩弹簧，所述挡板通过间隙配合连接在磁极槽上，所述装有磁极的磁极槽通过六角螺栓与螺母固定连接在振动连接板上，所述振动连接板放置在安装压缩弹簧的导向固定杆上，所述振动电机安置在外壳的内部，外壳固定在三轴精密位移平台上，所述工件加持装置的一端连接待加工零件，另一端连接旋转轴。
本发明的有益效果是：1、一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置及光整方法，待加工零件固定在工件夹持装置上，能够完成针对不同形状、不同尺寸的微细结构的装夹与光整加工，具有广阔的可操作性。2、本发明所述的一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置及光整方法，振动电机位于磁场发生装置的下方正中间，保证磁场发生装置所受激振力均匀相等。3、本发明所述的一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置及光整方法，通过频率控制器调整振动电机的工作模式，可调控光整加工过程中磁场发生装置的运动模式，以及磁场发生装置与待加工零件的间距，进而控制磨料的运动轨迹，实现不同尺寸微细结构零件的光整加工。3、本发明所述的一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置及光整方法，导向固定杆能够保证磁场发生装置进行垂直方向的运动，促使磁性光整介质均匀进入微细结构，迫使已经破损的磨粒进行更替，增强磁性光整介质与微细结构的相对运动，提高加工效率。4、本发明所述的一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置及光整方法，通过对磁极槽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”，进而满足不同类型微细结构零件的光整加工。
附图说明
图1是本发明的一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置及光整方法的整体结构示意图。
图2是本发明的一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置及光整方法的磁场发生装置的结构示意图。
图3是本发明的一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置及光整方法的振动辅助装置的结构示意图。
图4是本发明的一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置及光整方法的磁场发生装置的局部磁极配置示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2和图3，本实施方式所述装置包括旋转轴（1-1）、工件夹持装置（1-2）、磁场发生装置（1-4）、振动辅助装置（1-5）、三轴精密位移平台（1-6）和底座（1-7），所述磁场发生装置（1-4）包括挡板（2-1）、磁极（2-2）、磁极槽（2-4）、六角螺栓（2-3）和螺母（2-5），所述振动辅助装置包括外壳（3-5）、导向固定杆（3-3）、振动电机（3-4）、振动连接板（3-1）和压缩弹簧（3-2），所述挡板（2-1）通过间隙配合连接在磁极槽（2-4）上，所述装有磁极（2-2）的磁极槽（2-4）通过六角螺栓（2-3）与螺母（2-5）固定连接在振动连接板（3-1）上，所述振动连接板（3-1）放置在安装压缩弹簧（3-2）的导向固定杆（3-3）上，所述振动电机（3-4）安置在外壳（3-5）的内部，外壳（3-5）固定在三轴精密位移平台（1-6）上，所述工件加持装置（1-2）的一端连接待加工零件（1-3），另一端连接旋转轴（1-1）。
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磁场辅助的微细结构振动光整装置及光整方法，其特征在于：所述旋转轴（1-1）带动工件夹持装置（1-2）的旋转，可实现待加工零件（1-3）的高速旋转和移动。旋转轴（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和图3说明本实施方式所述通过频率控制器调整振动电机（3-4）的工作模式，可调控光整加工过程中磁场发生装置（1-4）的运动模式，以及磁场发生装置（1-4）与待加工零件（1-3）的间距，进而控制磨料的运动轨迹，实现不同尺寸微细结构零件的光整加工。导向固定杆（3-3）能够保证磁场发生装置（1-3）进行垂直方向的运动，促使磁性光整介质均匀进入微细结构，迫使已经破损的磨粒进行更替，增强磁性光整介质与微细结构的相对运动，提高加工效率，其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：结合图1和图3说明本实施方式所述振动电机（3-4）位于磁场发生装置（1-4）的下方正中间，保证磁场发生装置（1-4）所受激振力均匀相等，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说明本实施方式通过改变所述磁极（2-2）的不同配置，可产生不同的磁力线分布，磁极槽（2-4）中共有3列磁极槽，分别可放入4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，如改变每列磁极槽放置磁极的排列方式，可分别对应产生8路磁力线（4-1）、11路磁力线（4-2）、14路磁力线（4-3）、17路磁力线（4-4），磁性光整介质沿上表面磁力线分布形成 “柔性固着磨具”，可满足不同特征类型微细结构零件的光整加工，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、图2、图3和图4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）待加工零件（1-3）安装工件夹持装置（1-2）上；
（2）将磁性光整介质放置在磁场发生装置（1-4）的挡板（2-1）上，在磁力线的作用下形成类似“柔性固着磨具”的凸起；
（3）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”，可满足不同特征类型微细结构零件的光整加工；
（4）通过旋转轴（1-1）和三轴精密位移平台（1-6）调整待加工零件（1-3）至磁场发生装置（1-4）的光整加工区域，并调节待加工零件（1-3）与磁性光整介质形成的“柔性固着磨具”柔性接触；
（5）振动电机（3-4）施加驱动信号后，在磁场发生装置（1-4）的轴向方向产生振动；
（6）通过振动辅助装置（1-5）的振动，配合待加工零件（1-3）的旋转，及三轴精密位移平台（1-6）的进给运动，可实现“柔性固着磨具”与待加工零件（1-3）表面的相对移动，进行光整加工；
（7）通过频率控制器调整振动电机（3-4）的工作模式，可调控光整加工过程中磁场发生装置（1-4）的运动模式，以及磁场发生装置（1-4）与待加工零件（1-3）的间距，进而控制磨料的运动轨迹，实现不同尺寸微细结构零件的光整加工。

Claims (5)

1.一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置，其特征在于：所述装置包括旋转轴（1-1）、工件夹持装置（1-2）、磁场发生装置（1-4）、振动辅助装置（1-5）、三轴精密位移平台（1-6）和底座（1-7），所述磁场发生装置（1-4）包括挡板（2-1）、磁极（2-2）、磁极槽（2-4）、六角螺栓（2-3）和螺母（2-5），所述振动辅助装置包括外壳（3-5）、导向固定杆（3-3）、振动电机（3-4）、振动连接板（3-1）和压缩弹簧（3-2），所述挡板（2-1）通过间隙配合连接在磁极槽（2-4）上，装有磁极（2-2）的所述磁极槽（2-4）通过六角螺栓（2-3）与螺母（2-5）固定连接在振动连接板（3-1）上，所述振动连接板（3-1）放置在安装压缩弹簧（3-2）的导向固定杆（3-3）上，所述振动电机（3-4）安置在外壳（3-5）的内部，外壳（3-5）固定在三轴精密位移平台（1-6）上，所述工件夹持装置（1-2）的一端连接待加工零件（1-3），另一端连接旋转轴（1-1）；
所述磁极槽（2-4）共3列，分别放入4个磁极（2-2），通过改变每列磁极槽放置磁极的排列方式，分别对应产生8路磁力线（4-1）、11路磁力线（4-2）、14路磁力线（4-3）、17路磁力线（4-4），磁性光整介质沿上表面磁力线分布形成“柔性固着磨具”，能够满足不同特征类型微细结构零件的光整加工。
2.根据权利要求1所述的一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置，其特征在于：通过频率控制器调整振动电机（3-4）的工作模式，可调控光整加工过程中磁场发生装置（1-4）的运动模式，以及磁场发生装置（1-4）与待加工零件（1-3）的间距，进而控制磨料的运动轨迹，实现不同尺寸微细结构零件的光整加工。
3.根据权利要求1所述的一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置，其特征在于：导向固定杆（3-3）可带动磁场发生装置（1-4）进行轴向方向的运动，促使磁性光整介质均匀进入微细结构，迫使已经破损的磨粒进行更替，增强磁性光整介质与微细结构的相对运动，提高加工效率。
4.根据权利要求1所述的一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置，其特征在于：振动电机（3-4）位于磁场发生装置（1-4）的下方正中间，保证磁场发生装置（1-4）所受激振力均匀相等。
5.根据权利要求1所述的一种基于磁场辅助的微细结构振动光整装置的光整加工方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
（1）待加工零件（1-3）安装工件夹持装置（1-2）上；
（2）将磁性光整介质放置在磁场发生装置（1-4）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）通过磁极（2-2）的不同配置，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”，满足不同特征类型微细结构零件的光整加工；
（4）通过旋转轴（1-1）和三轴精密位移平台（1-6）调整待加工零件（1-3）至磁场发生装置（1-4）的光整加工区域，并调节待加工零件（1-3）与磁性光整介质形成的“柔性固着磨具”柔性接触；
（5）振动电机（3-4）施加驱动信号后，在磁场发生装置（1-4）的轴向方向产生振动；
（6）通过振动辅助装置（1-5）的振动，配合待加工零件（1-3）的旋转，及三轴精密位移平台（1-6）的进给运动，能够实现“柔性固着磨具”与待加工零件（1-3）表面的相对移动，进行光整加工；
（7）通过频率控制器调整振动电机（3-4）的工作模式，调控光整加工过程中磁场发生装置（1-4）的运动模式，以及磁场发生装置（1-4）与待加工零件（1-3）的间距，进而控制磨料的运动轨迹，实现不同尺寸微细结构零件的光整加工。
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