CN113941904B - 一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法 - Google Patents

一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，涉及小型回转体零件磁流变抛光工艺的技术领域，解决了使用基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光方法的过程中，由于所需加工参数复杂、操作步骤繁琐，加工前期准备工作耗时较长，导致加工效率低、产量较少的问题，本发明能够减少操作步骤和前期准备工作时长，提高加工效率，可以实现具有小曲率半径复杂面型的小型回转体零件的高效率、高精度磁流变抛光，能够使零件与磨粒的最大相对速度提高70％～100％，材料去除率最大可提高86％，加工后表面粗糙度Ra可保持在5μm以下，确保零件在超声振动过程中的安全性，避免零件发生不可控的共振，造成零件破碎等不良后果。

Description

一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光 工艺方法
技术领域
本发明涉及小型回转体零件磁流变抛光工艺的技术领域，尤其涉及一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法。
背景技术
随着人类制造技术的不断提升，高精度、高表面质量、非常规材料零件的设计和制造逐渐变得切实可行，这些零件的应用使得装备整体的性能得到大幅提升，在国防、航空航天、微电子、医疗等领域具有巨大的发展前景和应用价值。这些零件要求达到亚微米级的形状精度、纳米级的表面粗糙度和极小的亚表面损伤，需要经过超精密研磨抛光加工，才能满足其精度和表面质量的要求。
针对具有小曲率半径复杂面型的小型回转体零件，传统的接触式抛光方法无法对小曲率半径的复杂面型处进行有效的抛光，且接触式抛光容易使零件的薄壁结构发生变形甚至破碎。对于一种由光学硬脆材料制成、具有小曲率半径复杂面型的小型回转体零件，需要在超精密磨削后，使用磁流变抛光去除磨削加工产生的亚表面损伤，并获得纳米级的表面粗糙度。在此过程中，磨粒与零件表面的相对运动速度和运动路程是影响抛光去除效率和表面粗糙度的主要因素。进行常规磁流变抛光时，相对运动速度主要由抛光工具的转速决定，运动路程主要由抛光时间决定，由于磁流变液的流体性质，当抛光工具与零件的转速增大到一定程度时，磁流变液将被甩出，无法起到提高相对速度的作用，因此只得采用相对较低的转速、增加抛光时间来达到所期望的材料去除量。由于硬脆材料不易被去除，使抛光时间大大增加。
发明内容
针对上述产生的使用基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光方法的过程中，由于所需加工参数复杂、操作步骤繁琐，加工前期准备工作耗时较长，导致加工效率低、产量较少的问题，本发明的目的在于提供一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其中，应用于磁流变抛光机床，所述磁流变抛光机床包括：用于夹持抛光工具头的抛光工具主轴、用于夹持零件的超声主轴和磁流变液循环回路，所述抛光工具主轴安装在磨削加工机床的C轴转台上，所述磁流变液循环回路包括：通过硅胶软管依次连接的万向竹节管喷头、供给蠕动泵、搅拌器、回收蠕动泵和磁流变液收集槽；
所述小球头磁流变抛光工艺方法包括以下步骤：
S1：通过有限元分析软件对零件10进行谐响应分析，得到最佳的超声振动频率及该超声振动频率所对应的振型；
S2：将纤维素加入90℃～100℃热水中并搅拌均匀，然后加入20℃～30℃常温水并再次搅拌均匀，再加入氧化铈抛光粉并搅拌均匀，最后加入羰基铁粉，搅拌均匀，得到磁流变液；
S3：将配制好的磁流变液倒入搅拌器的存储罐中，接通搅拌器电源，在转速为550rpm～750rpm下搅拌1h～1.5h；
S4：通过CCD相机和放大镜头观察抛光工具头4的球心位置，调整抛光工具头4的球心位置，使其位于C轴转台1的回转中心线上；
S5：确定零件10的加工轨迹并编写加工轨迹程序，将加工轨迹程序导入机床控制软件中；
S6：对零件10进行装夹，调整零件10的位置，使抛光工具头4位于零件10的加工轨迹程序的起点位置；
S7：调整万向竹节管喷头的位置，使其位于零件10与抛光工具头4之间形成的抛光间隙的上方；
S8：开启抛光工具主轴2，使抛光工具头4以7000r/min～9000r/min旋转，开启超声主轴 12的超声振动，并使零件以90r/min～120r/min旋转；
S9：打开搅拌器流出阀门，同时开启供给蠕动泵和回收蠕动泵，向万向竹节管喷头下方的零件10与抛光工具头4之间的抛光间隙位置持续泵入磁流变液；
S10：执行加工程序，零件10按照加工轨迹运动，抛光工具头4对零件10进行抛光。
上述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其中，S1所述的谐响应分析包括以下步骤：
C1：通过计算机的三维建模软件，建立零件10的三维实体模型并将其导入有限元分析软件中；
C2：在有限元分析软件中设定三维实体模型的材料参数并对三维实体模型建立约束，并通过有限元分析软件分别计算三维实体模型的前20阶固有频率以及每个固有频率下所对应的模态振型；
C3：在有限元软件中，以零件的回转轴线为参考轴线，在零件被装夹端的端面上施加一个沿轴线方向、大小为10N的简谐作用力，设定简谐力的作用频率为15000Hz～25000Hz，对零件进行谐响应分析，得到零件在不同的简谐力作用频率下的振型；
C4：选取零件非夹持端的端面圆心点，依据上述分析结果，提取该点在不同作用频率下沿轴线方向的位移量；
C5：记录位移量最大值所对应的的简谐力作用频率；
C6：利用数显扭力扳手将实际零件10装夹到超声主轴12上并读取夹紧力，每次装夹的夹紧力需保持在5N·m～6N·m的范围内；
C7：使用千分表测量零件10的距离夹头最远位置的径向圆跳动，若径向圆跳动在0～5μm 内则无需重复装夹，若径向圆跳动超过5μm，对零件10进行拆卸并重复C6步骤，对零件10 重新装夹；
C8：接通超声主轴12的电源，在超声主轴12处于未工作状态下开启超声主轴12水冷循坏设备，水冷温度设定为15℃～20℃；
C9：通过超声主轴12的控制面板设置目标频率的扫描区间为15000Hz～25000Hz，使超声主轴12控制器在当前频率区间内自动扫描，得到一个超声主轴与零件达到谐振状态后振幅最大的目标频率，将扫描所得目标频率与C5步骤中记录的固有频率进行对比，若二者数值相差超过10％，则需重复本步骤，重新进行频率扫描；
C10：调整轴向激光位移传感器5的位置，使轴向激光位移传感器5射出的激光光束与零件10的回转轴线相平行，并照射在零件10的末端端面上，调整轴向激光位移传感器5与零件10的末端端面的距离，直至轴向激光位移传感器5的信号强度状态指示灯显示为绿色；调整侧表面法向激光位移传感器8的位置，使侧表面法向激光位移传感器8射出的激光光束与回转轴线相垂直，并照射在零件10最靠近末端端面的侧表面上，调整侧表面法向激光位移传感器8与零件10的侧表面的距离，直至侧表面法向激光位移传感器8的信号强度状态指示灯显示为绿色。
C11：设定轴向激光位移传感器5的采样频率392kHz、采集点数量1200000个，设定侧表面法向激光位移传感器8的采样频率392kHz、采集点数量1200000个；
C12：调整超声主轴12的工作电压为30V～35V，开启超声主轴12工作开关，使零件处于超声振动状态；
C13：轴向激光位移传感器5和侧表面法向激光位移传感器8开始采集数据，并将数据传输至计算机中，并通过计算机绘制周期性简谐波形；
C14：分析轴向激光位移传感器5的检测数据，得到零件10在超声振动过程中沿回转轴线方向周期性振动的振幅和振动频率，若振幅低于5μm，将超声主轴12的工作电压提高至 60～80V，使零件10在超声振动过程中的沿回转轴线方向的振幅保持在8μm～10μm内；
C15：分析侧表面法向激光位移传感器8的检测数据，得到侧向的位移变化频率，侧向位移变化频率、沿回转轴线方向的振动频率以及超声主轴12工作频率的差值应在5％以内，以此证明零件处于超声振动的状态。
上述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其中，S2所述的磁流变液中，所述纤维素与90℃～100℃热水的质量比为3.5:(480～520)；所述纤维素与 20～30℃常温水的质量比为3.5:(400～420)；所述纤维素与氧化铈抛光粉的质量比为 3.5:(165～200)；所述纤维素与羰基铁粉的质量比为3.5:(2050～2150)。
上述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其中，所述磁流变抛光机床包括：C轴转台1、抛光工具主轴2、抛光工具主轴夹持支架3、U轴保护壳13、 U轴14，所述U轴14和C轴转台1的转动端连接，所述U轴14上设有滑道，U轴14的外围安装有U轴保护壳13，抛光工具主轴夹持支架3的一端安装在所述滑道内，抛光工具主轴 2安装在抛光工具主轴夹持支架3的另一端上。
上述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其中，C轴转台1的中心轴线沿竖直方向设置，所述U轴14可操作地绕所述C轴转台1的中心轴线转动。
上述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其中，所述滑道水平设置，抛光工具主轴夹持支架3可操作地沿所述滑道滑动。
上述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其中，所述磁流变抛光机床还包括：机床水平工作台9、超声主轴保护壳11、超声主轴12，所述机床水平工作台9水平设置，所述机床水平工作台9设于所述抛光工具主轴2的下方，所述超声主轴保护壳11安装在所述机床水平工作台9上，所述超声主轴12安装在所述超声主轴保护壳11 内。
上述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其中，超声主轴12的中心轴线沿水平方向设置，零件装夹在所述超声主轴12上。
上述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其中，所述磁流变抛光机床还包括：轴向激光位移传感器5、固定底座7和传感器微位移平台6，所述固定底座7安装在所述机床水平工作台9上，所述传感器微位移平台6安装在所述固定底座7上，所述轴向激光位移传感器5安装在所述传感器微位移平台6上，所述轴向激光位移传感器5 与计算机连接。
上述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其中，所述磁流变抛光机床还包括：侧表面法向激光位移传感器8、固定底座7和传感器微位移平台6，所述固定底座7安装在所述机床水平工作台9上，所述传感器微位移平台6安装在所述固定底座7上，所述侧表面法向激光位移传感器8安装在所述传感器微位移平台6上，所述侧表面法向激光位移传感器8与计算机连接。
本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：
(1)本发明优化了操作步骤的顺序，能够减少工作量，缩短前期准备工作的时长，提高零件产量并降低加工成本；
(2)本发明采用此工艺方法中设定零件的超声振动参数，能够使零件与磨粒的最大相对速度提高70％～100％，材料去除率最大可提高86％，加工后表面粗糙度Ra可保持在5μm以下；
(3)本发明能够确保零件在超声振动过程中的安全性，避免零件发生不可控的共振，造成零件破碎等不良后果；
(4)本发明具有一定普适性，可推广用于最小面型曲率半径为2mm的φ20-φ50mm的小口径回转体零件的高效磁流变抛光。
(5)本发明能够减少操作步骤，减少前期准备工作的时长，从而提高加工效率，基于本专利中的工艺方法，可以实现具有小曲率半径复杂面型的小型回转体零件的高效率、高精度磁流变抛光。
附图说明
图1是本发明的一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法的磁流变抛光机床的结构示意图。
图2是本发明的一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法的磁流变抛光机床的零件装夹位置示意图。
图3是本发明的一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法的磁流变抛光机床的零件装夹位置的俯视示意图。
附图中：1、C轴转台；2、抛光工具主轴；3、抛光工具主轴夹持支架；4、抛光工具头；5、轴向激光位移传感器；6、传感器微位移平台；7、固定底座；8、侧表面法向激光位移传感器；9、机床水平工作台；10、零件；11、超声主轴保护壳；12、超声主轴；13、U轴保护壳；14、U轴。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。
请参照图1至图3所示，示出了一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其中，用于磁流变抛光机床，所述小球头磁流变抛光工艺方法包括以下步骤：
S1：通过有限元分析软件对零件10进行谐响应分析，得到最佳的超声振动频率及该超声振动频率所对应的振型；
S2：将纤维素加入90℃～100℃热水中并搅拌均匀，然后加入20℃～30℃常温水并再次搅拌均匀，再加入氧化铈抛光粉并搅拌均匀，最后加入羰基铁粉，搅拌均匀，得到磁流变液；
S3：将配制好的磁流变液倒入搅拌器的存储罐中，接通搅拌器电源，在转速为550rpm～750rpm下搅拌1h～1.5h；
S4：通过CCD相机和放大镜头观察抛光工具头4的球心位置，调整抛光工具头4的球心位置，使其位于C轴转台1的回转中心线上；
S5：确定零件10的加工轨迹并编写加工轨迹程序，将加工轨迹程序导入机床控制软件中；
S6：对零件10进行装夹，调整零件10的位置，使抛光工具头4位于零件10的加工轨迹程序的起点位置；
S7：调整万向竹节管喷头的位置，使其位于零件10与抛光工具头4之间形成的抛光间隙的上方；
S8：开启抛光工具主轴2，使抛光工具头4以7000r/min～9000r/min旋转，开启超声主轴 12的超声振动，并使零件以90r/min～120r/min旋转；
S9：打开搅拌器流出阀门，同时开启供给蠕动泵和回收蠕动泵，向万向竹节管喷头下方的零件10与抛光工具头4之间的抛光间隙位置持续泵入磁流变液；
S10：执行加工程序，零件10按照加工轨迹运动，抛光工具头4对零件10进行抛光。
上述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其中，S1所述的谐响应分析包括以下步骤：
C1：通过计算机的三维建模软件，建立零件10的三维实体模型并将其导入有限元分析软件中；
C2：在有限元分析软件中设定三维实体模型的材料参数并对三维实体模型建立约束，并通过有限元分析软件分别计算三维实体模型的前20阶固有频率以及每个固有频率下所对应的模态振型；
C3：在有限元软件中，以零件的回转轴线为参考轴线，在零件被装夹端的端面上施加一个沿轴线方向、大小为10N的简谐作用力，设定简谐力的作用频率为15000Hz～25000Hz，对零件进行谐响应分析，得到零件在不同的简谐力作用频率下的振型；
C4：选取零件非夹持端的端面圆心点，依据上述分析结果，提取该点在不同作用频率下沿轴线方向的位移量；
C5：记录位移量最大值所对应的的简谐力作用频率；
C6：利用数显扭力扳手将实际零件10装夹到超声主轴12上并读取夹紧力，每次装夹的夹紧力需保持在5N·m～6N·m的范围内；
C7：使用千分表测量零件10的距离夹头最远位置的径向圆跳动，若径向圆跳动在0～5μm 内则无需重复装夹，若径向圆跳动超过5μm，对零件10进行拆卸并重复C6步骤，对零件10 重新装夹；
C8：接通超声主轴12的电源，在超声主轴12处于未工作状态下开启超声主轴12水冷循坏设备，水冷温度设定为15℃～20℃；
C9：通过超声主轴12的控制面板设置目标频率的扫描区间为15000Hz～25000Hz，使超声主轴12控制器在当前频率区间内自动扫描，得到一个超声主轴与零件达到谐振状态后振幅最大的目标频率，将扫描所得目标频率与C5步骤中记录的固有频率进行对比，若二者数值相差超过10％，则需重复本步骤，重新进行频率扫描；
C10：调整轴向激光位移传感器5的位置，使轴向激光位移传感器5射出的激光光束与零件10的回转轴线相平行，并照射在零件10的末端端面上，调整轴向激光位移传感器5与零件10的末端端面的距离，直至轴向激光位移传感器5的信号强度状态指示灯显示为绿色；调整侧表面法向激光位移传感器8的位置，使侧表面法向激光位移传感器8射出的激光光束与回转轴线相垂直，并照射在零件10最靠近末端端面的侧表面上，调整侧表面法向激光位移传感器8与零件10的侧表面的距离，直至侧表面法向激光位移传感器8的信号强度状态指示灯显示为绿色。
C11：设定轴向激光位移传感器5的采样频率392kHz、采集点数量1200000个，设定侧表面法向激光位移传感器8的采样频率392kHz、采集点数量1200000个；
C12：调整超声主轴12的工作电压为30V～35V，开启超声主轴12工作开关，使零件处于超声振动状态；
C13：轴向激光位移传感器5和侧表面法向激光位移传感器8开始采集数据，并将数据传输至计算机中，并通过计算机绘制周期性简谐波形；
C14：分析轴向激光位移传感器5的检测数据，得到零件10在超声振动过程中沿回转轴线方向周期性振动的振幅和振动频率，若振幅低于5μm，将超声主轴12的工作电压提高至 60～80V，使零件10在超声振动过程中的沿回转轴线方向的振幅保持在8μm～10μm内；
C15：分析侧表面法向激光位移传感器8的检测数据，得到侧向的位移变化频率，侧向位移变化频率、沿回转轴线方向的振动频率以及超声主轴12工作频率的差值应在5％以内，以此证明零件处于超声振动的状态。
进一步，在一种较佳实施例中，S2所述的磁流变液中，所述纤维素与90℃～100℃热水的质量比为3.5:(480～520)；所述纤维素与20℃～30℃常温水的质量比为3.5:(400～420)；所述纤维素与氧化铈抛光粉的质量比为3.5:(165～200)；所述纤维素与羰基铁粉的质量比为 3.5:(2050～2150)。
进一步，在一种较佳实施例中，所述磁流变抛光机床包括：C轴转台1、抛光工具主轴2、抛光工具主轴夹持支架3、U轴保护壳13、U轴14，所述U轴14和C轴转台1的转动端连接，所述U轴14上设有滑道，U轴14的外围安装有U轴保护壳13，抛光工具主轴夹持支架3的一端安装在所述滑道内，抛光工具主轴2安装在抛光工具主轴夹持支架3的另一端上。
进一步，在一种较佳实施例中，C轴转台1的中心轴线沿竖直方向设置，所述U轴14可操作地绕所述C轴转台1的中心轴线转动。
进一步，在一种较佳实施例中，所述滑道水平设置，抛光工具主轴夹持支架3可操作地沿所述滑道滑动。
进一步，在一种较佳实施例中，所述磁流变抛光机床还包括：机床水平工作台9、超声主轴保护壳11、超声主轴12，所述机床水平工作台9水平设置，所述机床水平工作台9设于所述抛光工具主轴2的下方，所述超声主轴保护壳11安装在所述机床水平工作台9上，所述超声主轴12安装在所述超声主轴保护壳11内。
进一步，在一种较佳实施例中，超声主轴12的中心轴线沿水平方向设置，零件装夹在所述超声主轴12上。
进一步，在一种较佳实施例中，所述磁流变抛光机床还包括：轴向激光位移传感器5、固定底座7和传感器微位移平台6，所述固定底座7安装在所述机床水平工作台9上，所述传感器微位移平台6安装在所述固定底座7上，所述轴向激光位移传感器5安装在所述传感器微位移平台6上，所述轴向激光位移传感器5与计算机连接。
进一步，在一种较佳实施例中，所述磁流变抛光机床还包括：侧表面法向激光位移传感器8、固定底座7和传感器微位移平台6，所述固定底座7安装在所述机床水平工作台9上，所述传感器微位移平台6安装在所述固定底座7上，所述侧表面法向激光位移传感器8安装在所述传感器微位移平台6上，所述侧表面法向激光位移传感器8与计算机连接。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。
本发明在上述基础上还具有如下实施方式：
本发明的进一步实施例中，一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其特征在于，应用于磁流变抛光机床，小球头磁流变抛光工艺方法包括以下步骤：
S1：通过有限元分析软件对零件10进行谐响应分析，得到最佳的超声振动频率及该超声振动频率所对应的振型；
S2：将纤维素加入90℃～100℃热水中并搅拌均匀，然后加入20℃～30℃常温水并再次搅拌均匀，再加入氧化铈抛光粉并搅拌均匀，最后加入羰基铁粉，搅拌均匀，得到磁流变液；
S3：将配制好的磁流变液倒入搅拌器的存储罐中，接通搅拌器电源，在转速为550rpm～750rpm下搅拌1h～1.5h；
S4：通过CCD相机和放大镜头观察抛光工具头4的球心位置，通过控制抛光工具头4沿U轴14的直线运动调整抛光工具头4的球心位置，使其位于C轴转台1的回转中心线上；
S5：编写零件10的加工轨迹程序并将加工轨迹程序导入机床控制软件中；
S6：对零件10进行装夹，调整抛光工具头4的位置，使抛光工具头4位于加工轨迹程序的起点位置；
S7：调整万向竹节管喷头的位置，使其位于零件10与抛光工具头4之间形成的抛光间隙的上方；
S8：开启抛光工具主轴2，使抛光工具头4以7000r/min～9000r/min旋转，开启超声主轴 12的超声振动，并使零件以90r/min～120r/min旋转；
S9：打开搅拌器流出阀门，同时开启供给蠕动泵和回收蠕动泵，向万向竹节管喷头下方的零件10与抛光工具头4之间的抛光间隙位置持续泵入磁流变液；
S10：执行加工程序，对零件10进行抛光。
本发明的进一步实施例中，谐响应分析包括以下步骤：
C1：通过计算机的三维建模软件，建立零件10的三维实体模型并将其导入有限元分析软件中；
C2：在有限元分析软件中设定三维实体模型的材料参数并对三维实体模型建立约束，并通过有限元分析软件分别计算三维实体模型的前20阶固有频率以及每个固有频率下所对应的模态振型；
C3：在有限元软件中，以零件的回转轴线为参考轴线，在零件被装夹端的端面上施加一个沿轴线方向、大小为10N的简谐作用力，设定简谐力的作用频率为15000～25000Hz，对零件进行谐响应分析，得到零件在不同的简谐力作用频率下的振型；
C4：选取零件非夹持端的端面圆心点，依据上述分析结果，提取该点在不同作用频率下沿轴线方向的位移量；
C5：记录位移量最大值所对应的的简谐力作用频率；
C6：利用数显扭力扳手将实际零件10装夹到超声主轴12上并读取夹紧力，每次装夹的夹紧力需保持在5N·m～6N·m的范围内；
C7：使用千分表测量零件10的距离夹头最远位置的径向圆跳动，若径向圆跳动在0～5μm 内则无需重复装夹，若径向圆跳动超过5μm，对零件10进行拆卸并重复C6步骤，对零件10 重新装夹；
C8：接通超声主轴12的电源，在超声主轴12处于未工作状态下开启超声主轴12水冷循坏设备，水冷温度设定为20℃；
C9：通过超声主轴12的控制面板设置目标频率的扫描区间为15000Hz～25000Hz，使超声主轴12控制器在当前频率区间内自动扫描，得到一个超声主轴与零件达到谐振状态后振幅最大的目标频率，将扫描所得目标频率与C5步骤中记录的固有频率进行对比，若二者数值相差超过10％，则需重复本步骤，重新进行频率扫描；
C10：安装轴向激光位移传感器5并调整轴向激光位移传感器5的位置，使轴向激光位移传感器5射出的激光光束与零件10的回转轴线相平行，并照射在零件10的末端端面上，调整轴向激光位移传感器5与零件10的末端端面的距离，直至轴向激光位移传感器5的信号强度状态指示灯显示为绿色，安装侧表面法向激光位移传感器8并调整侧表面法向激光位移传感器8的位置，使侧表面法向激光位移传感器8射出的激光光束与回转轴线相垂直，并照射在零件10最靠近末端端面的侧表面上，调整侧表面法向激光位移传感器8与零件10的侧表面的距离，直至侧表面法向激光位移传感器8的信号强度状态指示灯显示为绿色。
C11：轴向激光位移传感器5和侧表面法向激光位移传感器8均与计算机连接，轴向激光位移传感器5和侧表面法向激光位移传感器8均设定为采样频率392kHz、采集点数量1200000 个；
C12：将超声主轴12的工作电压调整为30～35V，开启超声主轴12工作开关，使零件处于超声振动状态；
C13：轴向激光位移传感器5和侧表面法向激光位移传感器8开始采集数据，并将数据传输至计算机中，并通过计算机绘制周期性简谐波形；
C14：分析轴向激光位移传感器5的检测数据，得到零件10在超声振动过程中沿回转轴线方向周期性振动的振幅和振动频率，若振幅低于5μm，可将超声主轴12的工作电压提高至 60～80V，使零件10在超声振动过程中的沿回转轴线方向的振幅保持在8μm～10μm内；
C15：分析侧表面法向激光位移传感器8的检测数据，得到侧向的位移变化频率，侧向位移变化频率、沿回转轴线方向的振动频率以及超声主轴12工作频率的差值应在5％以内，以此证明零件处于超声振动的状态。
本发明的进一步实施例中，磁流变液中，纤维素与90℃～100℃热水的质量比为3.5:(480～520)；纤维素与20℃～30℃常温水的质量比为3.5:(400～420)；纤维素与氧化铈抛光粉的质量比为3.5:(165～200)；纤维素与羰基铁粉的质量比为3.5:(2050～2150)。
本发明的进一步实施例中，磁流变抛光机床包括：C轴转台1、抛光工具主轴2、抛光工具主轴夹持支架3、U轴保护壳13、U轴14，U轴14和C轴转台1的转动端连接，U轴14 上设有滑道，U轴14的外围安装有U轴保护壳13，抛光工具主轴夹持支架3的一端安装在滑道内，抛光工具主轴2安装在抛光工具主轴夹持支架3的另一端上。
本发明的进一步实施例中，C轴转台1的中心轴线沿竖直方向设置，U轴14可操作地绕 C轴转台1的中心轴线转动。
本发明的进一步实施例中，滑道水平设置，抛光工具主轴夹持支架3可操作地沿滑道滑动。
本发明的进一步实施例中，磁流变抛光机床还包括：机床水平工作台9、超声主轴12保护壳、超声主轴12，机床水平工作台9水平设置，机床水平工作台9设于抛光工具主轴2的下方，超声主轴12保护壳安装在机床水平工作台9上，超声主轴12安装在超声主轴12保护壳内。
本发明的进一步实施例中，超声主轴12的中心轴线沿水平方向设置，零件装夹在超声主轴12上。
本发明的进一步实施例中，磁流变抛光机床还包括：轴向激光位移传感器5、第一固定底座7和第一传感器微位移平台6，第一底座安装在机床水平工作台9上，第一传感器微位移平台6安装在第一底座上，轴向激光位移传感器5安装在第一传感器微位移平台6上。
本发明的进一步实施例中，磁流变抛光机床还包括：侧表面法向激光位移传感器8、第二固定底座7和第二传感器微位移平台6，第二底座安装在机床水平工作台9上，第二传感器微位移平台6安装在第二底座上，侧表面法向激光位移传感器8安装在第二传感器微位移平台6上。
本发明的进一步实施例中，采用抛光工具头4与零件非直接接触的磁流变抛光方法，搭配小尺寸的永磁抛光工具头4，并结合相应的加工设备，才能满足小曲率半径复杂面型的小型薄壁回转体零件的超精密抛光。
本发明的进一步实施例中，磁流变抛光是利用磁流变液在磁场中流变特性发生变化从而进行抛光的一种超精密加工方法。在无磁场作用时，磁流变液为正常流动的液体，当受到外加磁场的作用时，磁流变液的流变特性在毫秒级的时间内发生变化，磁性微粒沿磁感线方向呈链状分布，表现出高粘度的类固体状态，磁场消失后，磁流变液又会立刻恢复成液体正常流动。磁流变抛光中，永磁材料制成的抛光工具头4并不与零件直接接触，它跟零件之间留有一定的缝隙，当磁流变液从该缝隙中流过时，受到抛光工具头4梯度磁场的作用，在缝隙中形成类固体状态的“抛光工具头4”，利用该柔性“抛光工具头4”与零件之间快速的相对运动，带动磁流变液中的磨粒不断剪切零件表面，使零件表面材料被去除，达到抛光的效果。
本发明的进一步实施例中，由于磁流变抛光的抛光工具头4与被抛光零件不直接接触，与传统接触式抛光方法相比，它具有精度高、无工具磨损、堵塞现象，不引入亚表面损伤等优点。
本发明的进一步实施例中，基于零件旋转超声振动的磁流变抛光方法能够提高磨粒与零件表面的相对运动速度和运动路程，从而提高抛光效率，减少抛光时间、降低成本的技术要求，可以实现具有小曲率半径复杂面型的小型回转体零件的高效率、高精度磁流变抛光。
本发明的进一步实施例中，基于小型回转体零件旋转超声振动的磁流变抛光工艺方法中的振幅测量方式和小球头磁流变抛光加工方式，基于小型回转体零件旋转超声振动的磁流变抛光工艺方法，分为加工可行性分析、振幅测量方法和抛光加工操作方法。零件10装夹在位于机床水平工作台9的超声主轴12上，轴向激光位移传感器5和侧表面法向激光位移传感器 8分别沿零件10的轴向和侧表面法向放置，保证轴向激光位移传感器5和侧表面法向激光位移传感器8发射出的激光束方向分别与零件10的轴向和侧表面法向平行，轴向激光位移传感器5和侧表面法向激光位移传感器8分别安装于两个传感器微位移平台6上面，可微调激光照射在零件10表面的位置；抛光工具头4使用小直径永磁体球形抛光工具头4，通过精密夹头安装于抛光工具主轴2上实现加工时的高速回转；抛光工具主轴2由抛光工具主轴夹持支架3悬挂安装于U轴14下方，U轴14刚性固定在C轴转台1下方。C轴转台1可带动悬挂于其下方的抛光工具头4组件实现绕Z轴的空间回转运动，U轴14可调整抛光工具头4的球心位置，使其与C轴转台1的回转中心线(即Z轴线)重合。
本发明的进一步实施例中，加工可行性分析及振幅测量方法指的是，在抛光前使用有限元软件对被抛光零件进行谐响应分析，找出最适合抛光的超声振动频率及其对应的振型。将零件装卡到超声主轴12上，使用激光位移传感器测量零件超声振动时的振幅和变形情况。
包括的具体步骤如下：
步骤一：通过计算机的三维建模软件，建立零件10的三维实体模型并将其导入有限元分析软件中；
步骤二：在有限元分析软件中设定三维实体模型的材料参数并对三维实体模型建立约束，并通过有限元分析软件分别计算三维实体模型的前20阶固有频率以及每个固有频率下所对应的模态振型；
步骤三：在有限元软件中，以零件的回转轴线为参考轴线，在零件被装夹端的端面上施加一个沿轴线方向、大小为10N的简谐作用力，设定简谐力的作用频率为15000～25000Hz，对零件进行谐响应分析，得到零件在不同的简谐力作用频率下的振型；
步骤四：选取零件非夹持端的端面圆心点，依据上述分析结果，提取该点在不同作用频率下沿轴线方向的位移量；
步骤五：记录位移量最大值所对应的的简谐力作用频率；
步骤六：利用数显扭力扳手将实际零件10装夹到超声主轴12上并读取夹紧力，每次装夹的夹紧力需保持在5N·m～6N·m的范围内；
步骤七：使用千分表测量零件10的距离夹头最远位置的径向圆跳动，若径向圆跳动在 0～5μm内则无需重复装夹，若径向圆跳动超过5μm，对零件10进行拆卸并重复C6步骤，对零件10重新装夹；
步骤八：接通超声主轴12的电源，在超声主轴12处于未工作状态下开启超声主轴12水冷循坏设备，水冷温度设定为20℃；
步骤九：通过超声主轴12的控制面板设置目标频率的扫描区间为15000Hz～25000Hz，使超声主轴12控制器在当前频率区间内自动扫描，得到一个超声主轴与零件达到谐振状态后振幅最大的目标频率，将扫描所得目标频率与步骤五中记录的固有频率进行对比，若二者数值相差超过10％，则需重复本步骤，重新进行频率扫描；
步骤十：安装轴向激光位移传感器5并调整轴向激光位移传感器5的位置，使轴向激光位移传感器5射出的激光光束与零件10的回转轴线相平行，并照射在零件10的末端端面上，调整轴向激光位移传感器5与零件10的末端端面的距离，直至轴向激光位移传感器5的信号强度状态指示灯显示为绿色，安装侧表面法向激光位移传感器8并调整侧表面法向激光位移传感器8的位置，使侧表面法向激光位移传感器8射出的激光光束与回转轴线相垂直，并照射在零件10最靠近末端端面的侧表面上，调整侧表面法向激光位移传感器8与零件10的侧表面的距离，直至侧表面法向激光位移传感器8的信号强度状态指示灯显示为绿色；
步骤十一：轴向激光位移传感器5和侧表面法向激光位移传感器8均与计算机连接，轴向激光位移传感器5和侧表面法向激光位移传感器8均设定为采样频率392kHz、采集点数量 1200000个；
步骤十二：将超声主轴12的工作电压调整为30～35V，开启超声主轴12工作开关，使零件处于超声振动状态；
步骤十三：轴向激光位移传感器5和侧表面法向激光位移传感器8开始采集数据，并将数据传输至计算机中，并通过计算机绘制周期性简谐波形；
步骤十四：分析轴向激光位移传感器5的检测数据，得到零件10在超声振动过程中沿回转轴线方向周期性振动的振幅和振动频率，若振幅低于5μm，可将超声主轴12的工作电压提高至60～80V，使零件10在超声振动过程中的沿回转轴线方向的振幅保持在8μm～10μm内。 步骤十五：分析侧表面法向激光位移传感器8的检测数据，得到侧向的位移变化频率，侧向位移变化频率、沿回转轴线方向的振动频率以及超声主轴12工作频率的差值应在5％以内，以此证明零件处于超声振动的状态。
本发明的进一步实施例中，实际加工操作方法指的是，通过前期分析，零件超声振动时，其表面各位置沿轴向的振幅均匀稳定；零件沿径向变形量较小，对抛光间隙的影响可忽略不计；零件所处振型较为安全，不会造成损伤甚至破碎，满足实际加工条件。通过搭配磁流变液循环系统、调整抛光工具头4回转中心、调整抛光间隙、编写加工程序等步骤，对该零件进行超声辅助下的磁流变抛光。
包括的具体步骤如下：
步骤一：将纤维素加入90℃～100℃热水中并搅拌均匀，然后加入20℃～30℃常温水并再次搅拌均匀，再加入氧化铈抛光粉并搅拌均匀，最后加入羰基铁粉，搅拌均匀，得到磁流变液；所述纤维素与90℃～100℃热水的质量比为3.5:(480～520)；所述纤维素与20℃～30℃常温水的质量比为3.5:(400～420)；所述纤维素与氧化铈抛光粉的质量比为3.5:(165～200)；所述纤维素与羰基铁粉的质量比为3.5:(2050～2150)；
步骤二：将配制好的磁流变液倒入搅拌器的存储罐中，接通搅拌器电源，在转速为550rpm～750rpm下搅拌1h～1.5h；
步骤三：借助CCD相机和放大镜头，调整抛光工具头4的球心位置，使其与C轴转台1的回转中心线重合；
步骤四：编写加工轨迹程序并导入机床控制软件中；
步骤五：操作机床调整抛光工具头4位置，使抛光工具头4位于加工起点位置；
步骤六：在被加工零件下方放置磁流变液回收底座，在底座四周放置磁流变液挡板，按磁流变液流动方向利用硅胶软管先将搅拌器、供给蠕动泵、万向竹节管喷头依次相连，再将磁流变液回收底座、回收蠕动泵、搅拌器依次相连，并将磁流变液回收底座放置在万向竹节管喷头下方，形成闭合的磁流变液循环回路；
步骤七：开启抛光工具主轴2，使抛光工具头4以7000r/min～9000r/min旋转，开启超声主轴12的超声振动，并使零件以90r/min～120r/min旋转；
步骤八：打开搅拌器流出阀门，同时开启供给蠕动泵和回收蠕动泵，向万向竹节管喷头下方的零件10与抛光工具头4之间的抛光间隙位置持续泵入磁流变液；
步骤九：执行加工程序，对零件进行抛光。
本发明的进一步实施例中，本发明所述的抛光方法在自行研制的磁流变抛光机床上经加工实验验证可以实现小型回转体零件的高效率、高精度磁流变抛光。
本发明的进一步实施例中，此工艺方法优化了操作步骤的顺序，能够减少工作量，缩短前期准备工作的时长，提高零件产量并降低加工成本；
本发明的进一步实施例中，采用此工艺方法中设定零件的超声振动参数，能够使零件与磨粒的最大相对速度可提高70％～100％，材料去除率最大可提高86％，加工后表面粗糙度Ra 可保持在5μm以下；
本发明的进一步实施例中，此工艺方法能够确保零件在超声振动过程中的安全性，避免零件发生不可控的共振，造成零件破碎等不良后果；
本发明的进一步实施例中，该方法具有一定普适性，可推广用于最小面型曲率半径为 2mm的小口径(φ20-φ50mm)回转体零件的高效磁流变抛光。
本发明的进一步实施例中，实施例：以长度50mm，直径5mm的熔融石英玻璃棒零件为对象，对实施例进行补充。
步骤一：利用计算机三维建模软件，建立熔融石英玻璃棒零件的三维实体模型并导入有限元分析软件中；
步骤二：在有限元软件中，设定玻璃棒的装夹长度10mm为固定约束，设定熔石英材料的密度为2.203g/cm3、泊松比为0.16、杨氏模量为71.7GPa，计算获得该情况下零件的前20 阶固有频率以及每个固有频率下所对应的模态振型；
步骤三：在有限元软件中，以玻璃棒的回转轴线为参考轴线，在玻璃棒被装夹一端的端面上施加一个沿轴线方向、大小为10N的简谐作用力，设定简谐力的作用频率为 15000～25000Hz，对玻璃棒进行谐响应分析，得到玻璃棒在不同的简谐力作用频率下的振型；
步骤四：选取玻璃棒非夹持端的端面圆心点，提取该点在不同作用频率下沿轴线方向的位移量；
步骤五：记录位移量最大值所对应的的简谐力作用频率；
步骤六：利用数显扭力扳手将玻璃棒装夹到超声主轴12上，装夹长度为10mm，每次装夹的夹紧力需保持在5～6N·m的范围内；
步骤七：使用千分表测量玻璃棒非夹持端的径向圆跳动，使跳动维持在1～5μm，若跳动超过5μm，需要重新装夹；
步骤八：接通超声主轴12电源，在超声主轴12处于未工作状态下开启超声主轴12水冷循坏设备，水冷温度设定为20℃；
步骤九：通过超声主轴12的控制面板设置超声主轴12频率扫描区间为15000～25000Hz，使超声主轴12控制器在当前频率区间内自动扫描，得到一个超声主轴与玻璃棒达到谐振状态后振幅最大的目标频率，将扫描所得目标频率与C5步骤中记录的固有频率进行对比，若二者数值相差超过10％，则需重复本步骤，重新进行频率扫描；
步骤十：安装轴向激光位移传感器5并调整轴向激光位移传感器5的位置，使轴向激光位移传感器5射出的激光光束与玻璃棒的回转轴线相平行，并照射在玻璃棒的非夹持端的端面圆心位置，调整轴向激光位移传感器5与玻璃棒的末端端面的距离，直至轴向激光位移传感器5的信号强度状态指示灯显示为绿色；安装侧表面法向激光位移传感器8并调整侧表面法向激光位移传感器8的位置，使侧表面法向激光位移传感器8射出的激光光束与回转轴线相垂直，并照射在最靠近玻璃棒非夹持端端面的侧表面上，调整侧表面法向激光位移传感器 8与玻璃棒的侧表面的距离，直至侧表面法向激光位移传感器8的信号强度状态指示灯显示为绿色。
步骤十一：轴向激光位移传感器5和侧表面法向激光位移传感器8均与计算机连接，轴向激光位移传感器5和侧表面法向激光位移传感器8均设定为采样频率392kHz、采集点数量 1200000个；
步骤十二：将超声主轴12的工作电压调整为30～35V，开启超声主轴12工作开关，使玻璃棒处于超声振动状态；
步骤十三：轴向激光位移传感器5和侧表面法向激光位移传感器8开始采集数据，并将数据传输至计算机中，并通过计算机绘制周期性简谐波形；
步骤十四：分析轴向激光位移传感器5的检测数据，得到玻璃棒在超声振动过程中沿回转轴线方向周期性振动的振幅和振动频率，若振幅低于5μm，可将超声主轴12的工作电压提高至60～80V，使玻璃棒在超声振动过程中的沿回转轴线方向的振幅保持在8μm～10μm内；
步骤十五：分析侧表面法向激光位移传感器8的检测数据，得到侧向的位移变化频率，侧向位移变化频率、沿回转轴线方向的振动频率以及超声主轴12工作频率的差值应在5％以内，以此证明玻璃棒处于超声振动的状态。
步骤十六：记录当前的超声主轴12控制器的设定参数，关闭超声主轴12；
步骤十七：将纤维素加入100℃热水中并搅拌均匀，然后加入20℃常温水并再次搅拌均匀，再加入氧化铈抛光粉并搅拌均匀，最后加入羰基铁粉，搅拌均匀，得到磁流变液；所述纤维素与100℃热水的质量比为3.5:500；所述纤维素与20℃常温水的质量比为3.5:400；所述纤维素与氧化铈抛光粉的质量比为3.5:170；所述纤维素与羰基铁粉的质量比为3.5:2100；
步骤十八：将配制好的磁流变液倒入搅拌器的存储罐中，接通搅拌器电源，在转速为 550rpm～750rpm下搅拌1h～1.5h；
步骤十九：借助CCD相机和放大镜头，通过U轴14的直线运动调整抛光工具头4的球心位置，使抛光工具头4的球心与C轴转台1的回转中心线重合；
步骤二十：调整C轴转角，使抛光工具头4旋转轴线在空间中垂直于零件回转轴线；
步骤二十一：操作机床，使抛光工具头4运动到玻璃棒非夹持端端面的侧表面，按照试切法确定抛光工具头4与玻璃棒侧表面第一点刚接触时的机床XY轴坐标值，再使抛光工具头4运动到玻璃棒距离夹头5～6mm处的侧表面，按照试切法确定抛光工具头4与玻璃棒侧表面第二点刚接触时的机床XY轴坐标值，用加工代码中的直线运动指令连接两点坐标值，并使用刀具长度补偿指令G43将两点连线向远离玻璃棒表面的方向偏移出0.1mm的抛光间隙，得到抛光工具头4的加工轨迹，使用循环指令使抛光工具头4沿加工轨迹循环运动，得到玻璃棒抛光过程的加工轨迹程序，并将加工轨迹中最靠近非夹持端端面的坐标点设定为加工起点位置；
步骤二十二：通过调整机床X、Y轴的位置调整水平工作台与抛光工具头4的相对位置，使抛光工具头4位于加工轨迹程序的起点位置；
步骤二十三：调整万向竹节管喷头的位置，使其位于玻璃棒与抛光工具头4之间的抛光间隙的上方；
步骤二十四：开启抛光工具主轴2，使抛光工具头4以7000r/min旋转，开启超声主轴12，使玻璃棒处于超声振动状态，并以90r/min的转速旋转；
步骤二十五：打开搅拌器流出阀门，同时开启供给蠕动泵和回收蠕动泵，向万向竹节管喷头下方的玻璃棒与抛光工具头4之间的抛光间隙位置持续泵入磁流变液；
步骤二十六：执行加工程序，对玻璃棒进行抛光。
本发明的进一步实施例中，能够减少操作步骤，减少前期准备工作的时长，从而提高加工效率，基于本专利中的工艺方法，可以实现具有小曲率半径复杂面型的小型回转体零件的高效率、高精度磁流变抛光。
本发明的进一步实施例中，机床水平工作台9安装在磁流变加工机床上，控制系统控制机床水平工作台9沿磁流变加工机床的X轴和Y轴方向运动，实现抛光工具头4沿零件10的加工轨迹运行，加工过程中抛光工具头4不发生移动，即物体之间的相对运动。
本发明的进一步实施例中，建立机床坐标系，机床水平工作台9和XOY平面平行，超声主轴12和Y轴平行。
本发明的进一步实施例中，步骤C9中，将扫描所得目标频率与固有频率进行对比并计算差值百分比，差值百分比的计算公式：(目标频率-固有频率)/min(固有频率，目标频率)*100％，就是目标频率与固有频率的差值，除以目标频率与固有频率二者中的最小值，再乘以100％，举例来说，目标频率24500Hz，固有频率24000Hz，差值是500Hz，目标频率与固有频率二者中的最小值为24000Hz，所以差值百分比为500/24000*100％＝2.08％。
本发明的进一步实施例中，步骤C5中，侧向的位移变化频率，侧向位移变化频率、沿回转轴线方向的振动频率以及超声主轴工作频率的差值计算方法为：差值百分比的计算公式： (max(侧向位移变化频率，沿回转轴线方向的振动频率，超声主轴工作频率)-min(侧向位移变化频率，沿回转轴线方向的振动频率，超声主轴工作频率))/min(侧向位移变化频率，沿回转轴线方向的振动频率，超声主轴工作频率)*100％，就是：“侧向位移变化频率，沿回转轴线方向的振动频率，超声主轴工作频率”这三个值中的最大值减去最小值，得到的差值，除以这三个值中的最小值，再乘以100％。
以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其特征在于，应用于磁流变抛光机床，所述磁流变抛光机床包括：用于夹持抛光工具头的抛光工具主轴、用于夹持零件的超声主轴和磁流变液循环回路，所述抛光工具主轴安装在磨削加工机床的C轴转台上，所述磁流变液循环回路包括：通过硅胶软管依次连接的万向竹节管喷头、供给蠕动泵、搅拌器、回收蠕动泵和磁流变液收集槽；
所述小球头磁流变抛光工艺方法包括以下步骤：
S1：通过有限元分析软件对零件进行谐响应分析，得到最佳的超声振动频率及该超声振动频率所对应的振型；
S2：将纤维素加入90℃～100℃热水中并搅拌均匀，然后加入20℃～30℃常温水并再次搅拌均匀，再加入氧化铈抛光粉并搅拌均匀，最后加入羰基铁粉，搅拌均匀，得到磁流变液；
S3：将配制好的磁流变液倒入搅拌器的存储罐中，接通搅拌器电源，在转速为550rpm～750rpm下搅拌1h～1.5h；
S4：通过CCD相机和放大镜头观察抛光工具头的球心位置，调整抛光工具头的球心位置，使其位于C轴转台的回转中心线上；
S5：确定零件的加工轨迹并编写加工轨迹程序，将加工轨迹程序导入机床控制软件中；
S6：对零件进行装夹，调整零件的位置，使抛光工具头位于零件的加工轨迹程序的起点位置；
S7：调整万向竹节管喷头的位置，使其位于零件与抛光工具头之间形成的抛光间隙的上方；
S8：开启抛光工具主轴，使抛光工具头以7000r/min～9000r/min旋转，开启超声主轴的超声振动，并使零件以90r/min～120r/min旋转；
S9：打开搅拌器流出阀门，同时开启供给蠕动泵和回收蠕动泵，向万向竹节管喷头下方的零件与抛光工具头之间的抛光间隙位置持续泵入磁流变液；
S10：执行加工程序，零件按照加工轨迹运动，抛光工具头对零件进行抛光。
2.根据权利要求1所述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其特征在于，S1所述的谐响应分析包括以下步骤：
C1：通过计算机的三维建模软件，建立零件的三维实体模型并将其导入有限元分析软件中；
C2：在有限元分析软件中设定三维实体模型的材料参数并对三维实体模型建立约束，并通过有限元分析软件分别计算三维实体模型的前20阶固有频率以及每个固有频率下所对应的模态振型；
C3：在有限元软件中，以零件的回转轴线为参考轴线，在零件被装夹端的端面上施加一个沿轴线方向、大小为10N的简谐作用力，设定简谐力的作用频率为15000Hz～25000Hz，对零件进行谐响应分析，得到零件在不同的简谐力作用频率下的振型；
C4：选取零件非夹持端的端面圆心点，依据上述分析结果，提取该点在不同作用频率下沿轴线方向的位移量；
C5：记录位移量最大值所对应的简谐力作用频率；
C6：利用数显扭力扳手将实际零件装夹到超声主轴上并读取夹紧力，每次装夹的夹紧力需保持在5N·m～6N·m的范围内；
C7：使用千分表测量零件的距离夹头最远位置的径向圆跳动，若径向圆跳动在0～5μm内则无需重复装夹，若径向圆跳动超过5μm，对零件进行拆卸并重复C6步骤，对零件重新装夹；
C8：接通超声主轴的电源，在超声主轴处于未工作状态下开启超声主轴水冷循坏设备，水冷温度设定为15℃～20℃；
C9：通过超声主轴的控制面板设置目标频率的扫描区间为15000Hz～25000Hz，使超声主轴控制器在当前频率区间内自动扫描，得到一个超声主轴与零件达到谐振状态后振幅最大的目标频率，将扫描所得目标频率与C5步骤中记录的固有频率进行对比，若二者数值相差超过10％，则需重复本步骤，重新进行频率扫描；
C10：调整轴向激光位移传感器的位置，使轴向激光位移传感器射出的激光光束与零件的回转轴线相平行，并照射在零件的末端端面上，调整轴向激光位移传感器与零件的末端端面的距离，直至轴向激光位移传感器的信号强度状态指示灯显示为绿色；调整侧表面法向激光位移传感器的位置，使侧表面法向激光位移传感器射出的激光光束与回转轴线相垂直，并照射在零件最靠近末端端面的侧表面上，调整侧表面法向激光位移传感器与零件的侧表面的距离，直至侧表面法向激光位移传感器的信号强度状态指示灯显示为绿色；
C11：设定轴向激光位移传感器的采样频率392kHz、采集点数量1200000个，设定侧表面法向激光位移传感器的采样频率392kHz、采集点数量1200000个；
C12：调整超声主轴的工作电压为30V～35V，开启超声主轴工作开关，使零件处于超声振动状态；
C13：轴向激光位移传感器和侧表面法向激光位移传感器开始采集数据，并将数据传输至计算机中，并通过计算机绘制周期性简谐波形；
C14：分析轴向激光位移传感器的检测数据，得到零件在超声振动过程中沿回转轴线方向周期性振动的振幅和振动频率，若振幅低于5μm，将超声主轴的工作电压提高至60～80V，使零件在超声振动过程中的沿回转轴线方向的振幅保持在8μm～10μm内；
C15：分析侧表面法向激光位移传感器的检测数据，得到侧向的位移变化频率，侧向位移变化频率、沿回转轴线方向的振动频率以及超声主轴工作频率的差值应在5％以内，以此证明零件处于超声振动的状态。
3.根据权利要求1所述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其特征在于，S2所述的磁流变液中，所述纤维素与90℃～100℃热水的质量比为3.5:(480～520)；所述纤维素与20℃～30℃常温水的质量比为3.5:(400～420)；所述纤维素与氧化铈抛光粉的质量比为3.5:(165～200)；所述纤维素与羰基铁粉的质量比为3.5:(2050～2150)。
4.根据权利要求1所述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其特征在于，所述磁流变抛光机床包括：C轴转台、抛光工具主轴、抛光工具主轴夹持支架、U轴保护壳、U轴，所述U轴和C轴转台的转动端连接，所述U轴上设有滑道，U轴的外围安装有U轴保护壳，抛光工具主轴夹持支架的一端安装在所述滑道内，抛光工具主轴安装在抛光工具主轴夹持支架的另一端上。
5.根据权利要求4所述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其特征在于，C轴转台的中心轴线沿竖直方向设置，所述U轴可操作地绕所述C轴转台的中心轴线转动。
6.根据权利要求5所述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其特征在于，所述滑道水平设置，抛光工具主轴夹持支架可操作地沿所述滑道滑动。
7.根据权利要求6所述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其特征在于，所述磁流变抛光机床还包括：机床水平工作台、超声主轴保护壳、超声主轴，所述机床水平工作台水平设置，所述机床水平工作台设于所述抛光工具主轴的下方，所述超声主轴保护壳安装在所述机床水平工作台上，所述超声主轴安装在所述超声主轴保护壳内。
8.根据权利要求7所述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其特征在于，超声主轴的中心轴线沿水平方向设置，零件装夹在所述超声主轴上。
9.根据权利要求8所述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其特征在于，所述磁流变抛光机床还包括：轴向激光位移传感器、固定底座和传感器微位移平台，所述固定底座安装在所述机床水平工作台上，所述传感器微位移平台安装在所述固定底座上，所述轴向激光位移传感器安装在所述传感器微位移平台上，所述轴向激光位移传感器与计算机连接。
10.根据权利要求8所述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其特征在于，所述磁流变抛光机床还包括：侧表面法向激光位移传感器、固定底座和传感器微位移平台，所述固定底座安装在所述机床水平工作台上，所述传感器微位移平台安装在所述固定底座上，所述侧表面法向激光位移传感器安装在所述传感器微位移平台上，所述侧表面法向激光位移传感器与计算机连接。
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