CN112643410B - 一种超声复合高压气流的磁力研磨装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种超声复合高压气流的磁力研磨装置及方法，其特征在于所述装置包括安装平台（6），安装平台（6）的一端安装有同步带导轨（7），同步带导轨（7）上安装有滑块（8），滑块（8）上安装有超声振动器（1），圆筒工件（3）安装在超声振动器（1）上，在安装平台（6）的另一端上安装有弯板支架（5），弯板支架（5）上固定有驱动抛光主轴组件（4）转动的中空电机（34），高压气流通过旋转接头进入中空转轴（16）内部，并通过相互贯通的孔进入加工区域。本发明复合了多物理场的作用，使磨粒的研磨轨迹更加复杂、均匀，并且装置设计合理、结构简单、加工效率高、易于调节和装配。

Description

一种超声复合高压气流的磁力研磨装置及方法

技术领域

本发明涉及超声辅助的磁力研磨技术领域，尤其涉及一种圆筒内壁超声复合高压气流的磁力研磨装置及方法。

背景技术

现代制造业的飞速发展使得对精密光整技术提出更高的要求，因此磁力研磨技术孕育而生。磁性磨料在磁场的作用下形成磁力刷，通过外力的驱动而产生振动、往复及旋转等运动，使得磨料在工件表面划擦及冲击，进而实现对工件的柔性光整加工。目前，磁场主要由电磁铁或永磁铁产生。但电磁线圈结构复杂且发热严重，永磁铁又很难产生的较强的磁场，一定程度上导致研磨压力的不足。而且，为了实现较高的研磨效率，磨料和工件之间往往需要提供较高的相对运动速度，这就使得磨料易脱离加工区域，从而影响磨料的利用率。同时，要实现较为均匀的研磨质量，必须增加磨料运动轨迹的复杂性。然而，复杂的运动轨迹又使得运动机构庞大而复杂。

发明内容

本发明的目的是针对现有的磁性磨粒抛光装置结构单一，相对运动速度低等问题，设计一种超声复合高压气流的磁力研磨装置，同时提供相应的研磨方法。本发明的磁性磨料在旋转永磁铁的作用下沿工件内表面作圆周切削运动。在超声作用下可使得磨料在轴向的去除更加均匀。高压气流通过转轴内相贯通的孔而进入加工区域，增加了磨料的研磨压力及运动复杂性，使得研磨轨迹更加复杂、均匀，而且调节及装配简单、加工效率高。

本发明的技术方案之一是：

一种超声复合高压气流的磁力研磨装置，其特征在于包括安装平台6，安装平台6的一端安装有同步带导轨7，同步带导轨7上安装有滑块8，滑块8与同步带相连，同步带由安装在安装平台6一端的伺服电机10驱动，滑块8上安装有超声振动器1，圆筒工件3安装在超声振动器1上，在超声振动器1的作用下实现圆筒工件3的轴向振动，滑块8移动带动超声振动器1及其上安装的圆筒工件3沿导轨7移动从而实现工件的轴向进给；在安装平台6的另一端上安装有弯板支架5，弯板支架5上固定有驱动抛光主轴组件4转动的中空电机，抛光主轴组件4包括中空转轴16和曲面永磁体31，曲面永磁体31径向充磁，通过锁紧螺母13固定于中空转轴16一端的磁体安装座32对应的槽内，并且N、S磁极交替布置；高压气流通过旋转接头进入中空转轴16内部，并通过相互贯通的孔进入加工区域；中空电机带动中空转轴16高速回转，以产生周期变化的磁场；抛光主轴组件4安装有磁体安装座32的一端插入圆筒工件3内，圆筒工件3内的磁性磨料在磁场、高压气流以及超声振动的共同作用下与内表面发生相对运动，实现高效光整加工。

所述的曲面永磁体31径向充磁，间隔固定于非导磁中空转轴16一端的隔台之间。由于永磁体N、S极间隔排布，磁力线分别在相邻的磁极之间形成闭合回路，因此在整个研磨头外圆周围形成大小变化的磁场；磁性磨料在磁场作用下形成研磨刷，中空转轴16的高速回转使得磨料在圆筒工件3内表面滑擦和研磨。

所述的中空转轴通过两个角接触轴承装配于套筒中，并经由法兰固定于弯板上；中空转轴16穿过中空电机34后通过旋转接头与高压气源相连，中空转轴16在中空电机的带动下实现高速回转，以产生周期变化的磁场；高压气流通过旋转接头进入中空转轴内部后通过相互贯通的径向的气孔进入加工区域。

所述的中空转轴16的高速旋转将提高研磨效率，也必然存在一部分磨料脱离磁力刷而飞出加工区域；高压气流可将飞散的磨料压向工件内表面，增加研磨压力，加大磨料运动轨迹的复杂性，进而提高研磨效率及表面质量均一性。

所述的超声振动器1带动圆筒工件3轴向高频振动以实现椭圆切削，因此可进一步增加磁性磨料研磨均匀性；超声振动器1通过C型夹具2固定在过渡板9上，过渡板9安装于滑块8上，滑块8在同步带带动下在导轨上移动，进而实现工件的轴向进给。

本发明的技术方案之二是：

一种超声复合高压气流的磁力研磨方法，其特征在于它包括如下步骤：

1) 将磁性磨料装入圆筒工件内，并将圆筒工件安装于超声振动器上；

2) 将抛光主轴组件与中空电机相连，并通过旋转接头将压缩机的高压气体通入中空转轴内部；

3) 调整滑块在导轨上的位置，使得抛光主轴组件安装有曲面永磁体31的一端置于圆筒工件内部，控制曲面永磁体31与圆筒工件内壁的距离在1-2 mm之间；

4) 圆筒工件内的磨料在高压气流、磁场及超声振动的复合作用下，与圆筒工件内壁发生相对位移；磨料在磁力作用下形成磁力刷，磁力刷对工件内表面不断划擦、碰撞，进而实现内表面的研磨抛光；

5) 同时控制同步带导轨的电机，使圆筒工件在轴向实现进给运动；

6)加工结束后，在中空主轴的右端连接磨料收集装置，通过抽气将磨料吸入气孔（33）并经由中空转轴内部进入磨料回收装置。

本发明的有益效果是：

本发明工件内的磁性磨料在磁场、高压气流以及超声振动的共同作用下与内表面发生相对运动，实现高效光整加工。

本发明复合了多物理场的作用，使磨粒的研磨轨迹更加复杂、均匀，并且装置设计合理、结构简单、加工效率高、易于调节和装配。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的抛光主轴组件及中空电机结构示意图。

图3是本发明的中空转轴示意图。

图4是本发明的永磁体结构示意图。

图5是本发明的工况示意图。

图中：1—超声振动器、2—C形夹具、3—圆筒工件、4—抛光主轴组件、5—弯板支架、6—安装平台、7—同步带导轨、8—滑块、9—过度板、10—伺服电机、11—固定法兰、12—角接触轴承、13—锁紧螺母、14—弹性垫圈、15—密封端盖、16—中空转轴、17—小套筒、18—轴承右端盖、19—轴承套筒、20—弹性垫圈、21—电机外套筒、22—电机定子、23—电机转子硅钢、24—电机顶紧套筒、25—锁紧螺母1、26—螺钉、27—电机左端盖、28—弹性垫圈、29—电机转子、30—锁紧螺母2、31—曲面永磁体、32、磁体安装座、33—气孔、34—中空电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

如图1-5所示。

一种超声复合高压气流的磁力研磨装置，它包括安装平台6，如图1所示，安装平台6的一端安装有同步带导轨7，同步带导轨7上安装有滑块8，滑块8与同步带相连，同步带由安装在安装平台6一端的伺服电机10驱动，滑块8上安装有超声振动器1，圆筒工件3安装在超声振动器1上，在超声振动器1的作用下实现圆筒工件3的轴向振动，滑块8移动带动超声振动器1及其上安装的圆筒工件3沿导轨7移动从而实现工件的轴向进给；滑块8上安装有过渡板9，超声振动器1通过C形夹具2固定在过渡板9上，在安装平台6的另一端上安装有弯板支架5，弯板支架5上固定有驱动抛光主轴组件4转动的中空电机24。抛光主轴组件4如图3所示，它包括中空转轴16和曲面永磁体22（图2，瓦片状结构），曲面永磁体31径向充磁，通过锁紧螺母13固定于中空转轴16一端的磁体安装座32对应的槽内，并且N、S磁极交替布置；高压气流通过旋转接头进入中空转轴16内部（图4中未示出，具体实施时可以在图4左端加装一个旋转连接头，高压气体通过旋转连接头注入中空转轴16中），并通过相互贯通的径向气孔33进入加工区域，如图5；中空电机34带动中空转轴16高速回转，以产生周期变化的磁场；抛光主轴组件4安装有磁体安装座32的一端插入圆筒工件3内，圆筒工件3内的磁性磨料在磁场、高压气流以及超声振动的共同作用下与内表面发生相对运动，实现高效光整加工。

具体实施时曲面永磁体31间隔固定于非导磁中空转轴16一端的隔台之间，隔台上加工有与中空转轴16中心孔相贯通的径向气孔33，由于永磁体N、S极间隔排布，磁力线分别在相邻的磁极之间形成闭合回路，因此在整个研磨头外圆周围形成大小变化的磁场；磁性磨料在磁场作用下形成研磨刷，中空转轴16的高速回转使得磨料在圆筒工件3内表面滑擦和研磨。所述的中空转轴16通过两个角接触轴承12装配于套筒中，并经由法兰固定于弯板上；中空转轴16穿过中空电机34后通过旋转接头与高压气源相连，中空转轴16在中空电机的带动下实现高速回转，以产生周期变化的磁场；高压气流通过旋转接头进入中空转轴内部后通过相互贯通的径向的气孔进入加工区域。所述的中空转轴16的高速旋转将提高研磨效率，也必然存在一部分磨料脱离磁力刷而飞出加工区域；高压气流可将飞散的磨料压向工件内表面，增加研磨压力，加大磨料运动轨迹的复杂性，进而提高研磨效率及表面质量均一性。所述的超声振动器1带动圆筒工件3轴向高频振动以实现椭圆切削，因此可进一步增加磁性磨料研磨均匀性；超声振动器1通过C型夹具2固定在过渡板9上，过渡板9安装于滑块8上，滑块8在同步带带动下在导轨上移动，进而实现工件的轴向进给。

实施例二。

1) 将磁性磨料装入圆筒工件3内，并将圆筒工件3安装于超声振动器1上；

2) 将抛光主轴组件4与中空电机34相连，并通过旋转接头将压缩机的高压气体通入中空转轴内部；

3) 调整滑块8在导轨7上的位置，使得抛光主轴组件4安装有曲面永磁体31的一端置于圆筒工件3内部，控制曲面永磁体31与圆筒工件3内壁的距离在1-2 mm之间；

4) 圆筒工件3内的磨料在高压气流、磁场及超声振动的复合作用下，与圆筒工件3内壁发生相对位移；磨料在磁力作用下形成磁力刷，磁力刷对工件内表面不断划擦、碰撞，进而实现内表面的研磨抛光；

5) 同时控制同步带导轨的伺服电机10，使圆筒工件3在轴向实现进给运动；

6)加工结束后，在中空主轴的右端连接磨料收集装置，通过抽气将磨料吸入气孔33并经由中空转轴内部进入磨料回收装置。

本发明所述装置，复合了多物理场的作用，使磨粒的研磨轨迹更加复杂、均匀，并且装置设计合理、结构简单、加工效率高、易于调节和装配。

本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (6)

1.一种超声复合高压气流的磁力研磨装置，其特征在于包括安装平台（6），安装平台（6）的一端安装有同步带导轨（7），同步带导轨（7）上安装有滑块（8），滑块（8）与同步带相连，同步带由安装在安装平台（6）一端的伺服电机（10）驱动，滑块（8）上安装有超声振动器（1），圆筒工件（3）安装在超声振动器（1）上，在超声振动器（1）的作用下实现圆筒工件（3）的轴向振动，滑块（8）移动带动超声振动器（1）及其上安装的圆筒工件（3）沿导轨（7）移动从而实现工件的轴向进给；在安装平台（6）的另一端上安装有弯板支架（5），弯板支架（5）上固定有驱动抛光主轴组件（4）转动的中空电机（34），抛光主轴组件（4）包括中空转轴（16）和曲面永磁体（31），曲面永磁体（31）径向充磁，通过锁紧螺母（13）固定于中空转轴（16）一端的磁体安装座（32）对应的槽内，并且N、S磁极交替布置；中空转轴头部圆周方向均布若干气孔列，其数量与永磁体数量一致；每个气孔列均布若干气孔（33），高压气流通过旋转接头进入中空转轴（16）内部，并通过相互贯通的气孔（33）进入加工区域；中空电机带动中空转轴（16）高速回转，以产生周期变化的磁场；抛光主轴组件（4）安装有磁体安装座（32）的一端插入圆筒工件（3）内，圆筒工件（3）内的磁性磨料在磁场、高压气流以及超声振动的共同作用下与内表面发生相对运动，实现高效光整加工。

2.根据权利要求1所述的超声复合高压气流的磁力研磨装置，其特征在于，曲面永磁体径向充磁，间隔固定于非导磁中空转轴（16）一端的隔台之间；由于永磁体N、S极间隔排布，磁力线分别在相邻的磁极之间形成闭合回路，因此在整个研磨头外圆周围形成大小变化的磁场；磁性磨料在磁场作用下形成研磨刷，中空转轴（16）的高速回转使得磨料在圆筒工件（3）内表面滑擦和研磨。

3.根据权利要求1所述的超声复合高压气流的磁力研磨装置，其特征在于，所述的中空转轴通过两个角接触轴承装配于套筒中，并经由法兰固定于弯板上；中空转轴（16）穿过中空电机（34）后通过旋转接头与高压气源相连，中空转轴（16）在中空电机（34）的带动下实现高速回转，以产生周期变化的磁场；高压气流通过旋转接头进入中空转轴（16）内部后通过相互贯通的径向的气孔进入加工区域。

4.根据权利要求1所述的超声复合高压气流的磁力研磨装置，其特征在于，中空转轴的高速旋转将提高研磨效率，也必然存在一部分磨料脱离磁力刷而飞出加工区域；高压气流可将飞散的磨料压向工件内表面，增加研磨压力和研磨作用面积，加大磨料运动轨迹的复杂性，进而提高研磨效率及表面质量均一性。

5.根据权利要求1所述的超声复合高压气流的磁力研磨装置，其特征在于，所述的超声振动器（1）带动圆筒工件（3）轴向高频振动以实现椭圆切削，因此可进一步增加磁性磨料研磨均匀性；超声振动器（1）通过过渡板（9）安装于滑块（8）上，滑块（8）在同步带带动下在导轨上移动，进而实现工件的轴向进给。

6.一种基于权利要求1所述的超声复合高压气流的磁力研磨装置的磁力研磨方法，其特征在于它包括如下步骤：

1)将磁性磨料装入圆筒工件内，并将圆筒工件安装于超声振动器上；超声振动器（1）安装在滑块（8）上，滑块（8）安装在同步带导轨（7）上并由同步带驱动，同步带由安装在安装平台（6）一端的伺服电机（10）驱动，同步带导轨（7）安装在安装平台（6）上；

2) 将抛光主轴组件与中空电机相连，并通过旋转接头将压缩机的高压气体通入中空转轴内部；

3) 调整滑块在同步带导轨上的位置，使得抛光主轴组件安装有曲面永磁体（31）的一端置于圆筒工件内部，控制曲面永磁体（31）与圆筒工件内壁的距离在1-2mm之间；

4) 圆筒工件内的磨料在高压气流、磁场及超声振动的复合作用下，与圆筒工件内壁发生相对位移；磨料在磁力作用下形成磁力刷，磁力刷对工件内表面不断划擦、碰撞，进而实现内表面的研磨抛光；

5) 同时控制驱动同步带转动的伺服电机，使圆筒工件沿轴向实现进给运动；

6)加工结束后，在中空主轴的右端连接磨料收集装置，通过抽气将磨料吸入气孔（33）并经由中空转轴内部进入磨料回收装置。

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