CN113977361B - 一种基于激光辐照降低磁流变液粘度的小球头磁流变抛光工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于激光辐照降低磁流变液粘度的小球头磁流变抛光工艺方法，涉及磁流变抛光工艺的技术领域，解决了抛光技术前期准备工作繁琐，操作步骤较多，导致加工前期准备工作耗时较长，使加工效率较低、加工成本较高的问题，磁流变液为典型的非牛顿流体，其粘度与温度密切相关，降低粘度能够减少磁流变液流动时的自身阻力，从而提高磁流变液的流动性，本发明通过光纤激光器对磁流变液进行加热，通过激光辐照降低抛光区域磁流变液粘度，激光辐照产生的热量被流动的磁流变液带走，避免了对温升对磁场强度的削弱，同时改善抛光间隙内部磁流变液流动性，促进抛光区域磁流变液更替，有效减少了加工前的准备工作，大大提高了抛光精度和加工效率。

Description

一种基于激光辐照降低磁流变液粘度的小球头磁流变抛光工 艺方法

技术领域

本发明涉及磁流变抛光工艺的技术领域，尤其涉及一种基于激光辐照降低磁流变液粘度的小球头磁流变抛光工艺方法。

背景技术

近年来，随着科学研究的不断深入，各种新技术、新理论不断被应用到新一代工业产品的设计中，小型复杂结构零件成为一些工业产品的核心器件，这些零件的加工质量直接影响产品的使用性能，通常，其表面粗糙度要求达到纳米级、形状精度要求达到亚微米级甚至更低，需要经过超精密研抛加工，才能满足其精度和表面质量的要求。

采用传统抛光方法无法对小型复杂结构零件进行有效抛光。为此，可采用小球头磁流变抛光的方法对小型复杂结构零件进行超精密抛光。在磁流变抛光过程中，永磁材料制成的抛光工具头不与零件表面直接接触，它跟零件之间留有一定的间隙，使磁流变液能够从中流过，可大幅减少抛光时对零件表面的压力；借助小尺寸抛光工具头，可实现对零件中的小曲率半径复杂面型位置的有效抛光。该抛光方法的核心是磁流变液，它由非磁性基液、微米级磁性颗粒、微米级抛光粉、稳定剂等原料按特定顺序配制而成，它的特点是在有无磁场作用时表现出截然不同的流变特性：在无磁场作用时，磁流变液表现为低粘度的牛顿流体特性；当磁流变液流经抛光工具头与零件之间的间隙时，受到来自工具头的外加磁场作用，磁流变液中的磁性微粒在毫秒级时间内包覆在工具头表面，形成类似固体的“抛光头”，该“抛光头”随工具头共同旋转，带动磁流变液流经抛光间隙，磁流变液中的磨粒不断剪切零件表面，从而实现材料去除，达到抛光的效果。

在小球头磁流变抛光过程中，抛光区域磁流变液流动性较低，流经零件表面的磁流变液流速较低，阻碍抛光效率的进一步提高。使用波长为808纳米的激光器对抛光区域的磁流变液进行激光辐照，可以使抛光区域的磁流变液温度升高，磁流变液的粘度降低，从而提高磁流变液的流动性，有助于提高抛光效率。然而，在抛光加工前期的准备过程中，由于准备工作繁琐，操作步骤较多，使得加工前期准备工作耗时较长，导致加工效率较低、加工成本较高。因此，需要一种适用于激光辐照降低磁流变液粘度的小球头磁流变抛光方法的高效、省时的工艺方法。

发明内容

针对上述产生的抛光技术前期准备工作繁琐，操作步骤较多，导致加工前期准备工作耗时较长，使加工效率较低、加工成本较高的问题，本发明的目的在于提供一种基于激光辐照降低磁流变液粘度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：

一种基于激光辐照降低磁流变液粘度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，所述小球头磁流变抛光工艺方法包括以下步骤：

S1：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；

S2：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500～700rpm下搅拌磁流变液1h～1.5h；

S3：调整激光发射器6的位置，使激光的发射方向对准抛光工具头7；

S4：在激光发射器6的端部贴一片金属薄片，接通激光发射器6电源，设定激光功率为1W～3W，开启激光发射器6预热10min～15min；

S5：装夹零件11，使用千分表测量零件11的端部的径向圆跳动，使径向圆跳动在0～5μm内，若径向圆跳动超过5μm，应将零件11进行拆卸并重新装夹，重新检测径向圆跳动，直至零件11的端部的径向圆跳动在0～5μm内；

S6：通过CCD相机和放大镜头观察抛光工具头7的球心位置，调整抛光工具头7的球心位置，使其位于C轴转台1的回转中心线上；

S7：编写零件11的加工轨迹程序并将加工轨迹程序导入机床控制软件中；

S8：调整水平工作台9的位置，使抛光工具头7位于零件11的加工起点位置；

S9：调整万向竹节管喷头13的位置，使其位于零件11与抛光工具头7之间形成的抛光间隙的上方；

S10：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13下方的零件11与抛光工具头7之间的抛光间隙位置持续泵入磁流变液；

S11：激光发射器6预热完成，拆下金属薄片，激光斑点照射在抛光工具头7表面的磁流变液上；

S12：在零件四周放置磁流变液挡板，开启抛光工具头7主轴，使抛光工具头7以7000r/min～9000r/min旋转，开启零件主轴12，使零件11以90r/min～120r/min旋转；

S13：调节激光发射器6的功率至10W～15W；

S14：执行加工程序，对零件11进行抛光。

上述的基于激光辐照降低磁流变液粘度的小球头磁流变抛光工艺方法，其中，S1中所述的磁流变液中，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)。

上述的基于激光辐照降低磁流变液粘度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、U轴连接架2、U轴15和U轴保护罩14、所述U轴连接架2和C轴转台1的转动端连接，所述U轴15安装在所述U轴连接架2上，所述U轴15上安装有所述U轴保护罩14，所述U轴15上设有滑道。

上述的基于激光辐照降低磁流变液粘度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：抛光工具头7、抛光工具主轴固定架3和抛光工具主轴4，抛光工具主轴固定架3的一端安装在所述滑道内，所述抛光工具主轴4安装在抛光工具主轴固定架3的另一端上，所述抛光工具头7安装在所述抛光工具主轴4上。

上述的基于激光辐照降低磁流变液粘度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：激光发射器固定架5和激光发射器6，所述抛光工具主轴固定架3的另一端上还安装有所述激光发射器固定架5，所述激光发射器6安装在所述激光发射器固定架5上。

上述的基于激光辐照降低磁流变液粘度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：水平工作台9、零件主轴保护罩10和零件主轴12，所述水平工作台9水平设置，所述零件主轴保护罩10安装在所述水平工作台9上，所述零件主轴12安装在所述零件主轴保护罩10内，零件主轴12的中心轴线沿水平方向设置。

上述的基于激光辐照降低磁流变液粘度的小球头磁流变抛光工艺方法，其中，还包括：搅拌器、供给蠕动泵、回收蠕动泵、万向竹节管喷头13和磁流变液收集槽8，通过硅胶软管将所述万向竹节管喷头13、所述供给蠕动泵、所述搅拌器、所述回收蠕动泵和所述磁流变液收集槽8依次连接，所述磁流变液收集槽8安装在所述水平工作台9上，所述磁流变液收集槽8位于所述零件主轴12的下方，所述万向竹节管喷头13设于所述抛光工具头7的上方。

上述的基于激光辐照降低磁流变液粘度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轴连接架2可操作地绕所述C轴转台1的中心轴线转动。

上述的基于激光辐照降低磁流变液粘度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4夹持支架可操作地沿所述滑道滑动。

上述的基于激光辐照降低磁流变液粘度的小球头磁流变抛光工艺方法，其中，零件主轴12的中心轴线沿水平方向设置，待加工部件装夹在所述零件主轴12上。

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)本发明中，磁流变液为典型的非牛顿流体，其粘度与温度密切相关，降低粘度能够减少磁流变液流动时的自身阻力，从而提高磁流变液的流动性，因此通过激光辐照降低抛光区域磁流变液粘度，改善抛光间隙内部磁流变液流动性；

(2)本发明通过光纤激光器对磁流变液进行加热，可使磁流变液粘度降低1/5～1/10，提高磁流变液的流动性，促进抛光区域磁流变液更替，使抛光效率最大可提高10％，抛光表面粗糙度Ra能够保持在5μm以下；

(3)本发明优化了操作顺序，减少了加工前的准备工作，能够减少准备时间，提高加工效率；

(4)本发明能够使激光辐照产生的热量被流动的磁流变液带走，热量不会传导至抛光头，避免了对温升对磁场强度的削弱；

(5)本发明具有一定普适性，可推广用于在小球头磁流变抛光中降低磁流变液粘度，改善流动性。

附图说明

图1是本发明的一种基于激光辐照降低磁流变液粘度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激光辐照降低磁流变液粘度的小球头磁流变抛光工艺方法的磁流变液循环回路的示意图。

附图中：1、C轴转台；2、U轴连接架；3、抛光工具主轴固定架；4、抛光工具主轴；5、激光发射器固定架；6、激光发射器；7、抛光工具头；8、磁流变液收集槽；9、水平工作台；10、零件主轴保护罩；11、零件；12、零件主轴；13、万向竹节管喷头；14、U轴保护罩；15、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和图2所示，示出了一种基于激光辐照降低磁流变液粘度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，小球头磁流变抛光工艺方法包括以下步骤：

S1：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；

S2：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500～700rpm下搅拌磁流变液1h～1.5h；

S3：调整激光发射器6的位置，使激光的发射方向对准抛光工具头7；

S4：在激光发射器6的端部贴一片金属薄片，接通激光发射器6电源，设定激光功率为1W～3W，开启激光发射器6预热10min～15min；

S5：装夹零件11，使用千分表测量零件11的端部的径向圆跳动，使径向圆跳动在0～5μm内，若径向圆跳动超过5μm，应将零件11进行拆卸并重新装夹，重新检测径向圆跳动，直至零件11的端部的径向圆跳动在0～5μm内；

S6：通过CCD相机和放大镜头观察抛光工具头7的球心位置，调整抛光工具头7的球心位置，使其位于C轴转台1的回转中心线上；

S7：编写零件11的加工轨迹程序并将加工轨迹程序导入机床控制软件中；

S8：调整水平工作台9的位置，使抛光工具头7位于零件11的加工起点位置；

S9：调整万向竹节管喷头13的位置，使其位于零件11与抛光工具头7之间形成的抛光间隙的上方；

S10：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13下方的零件11与抛光工具头7之间的抛光间隙位置持续泵入磁流变液；

S11：激光发射器6预热完成，拆下金属薄片，激光斑点照射在抛光工具头7表面的磁流变液上；

S12：在零件四周放置磁流变液挡板，开启抛光工具头7主轴，使抛光工具头7以7000r/min～9000r/min旋转，开启零件主轴12，使零件11以90r/min～120r/min旋转；

S13：调节激光发射器6的功率至10W～15W；

S14：执行加工程序，对零件11进行抛光。

进一步，在一种较佳实施例中，S1中的磁流变液中，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)。

进一步，在一种较佳实施例中，磁流变抛光机床包括：C轴转台1、U轴连接架2、U轴15和U轴保护罩14、U轴连接架2和C轴转台1的转动端连接，U轴15安装在U轴连接架2上，U轴15上安装有U轴保护罩14，U轴15上设有滑道。

进一步，在一种较佳实施例中，磁流变抛光机床还包括：抛光工具头7、抛光工具主轴固定架3和抛光工具主轴4，抛光工具主轴固定架3的一端安装在滑道内，抛光工具主轴4安装在抛光工具主轴固定架3的另一端上，抛光工具头7安装在抛光工具主轴4上。

进一步，在一种较佳实施例中，磁流变抛光机床还包括：激光发射器固定架5和激光发射器6，抛光工具主轴固定架3的另一端上还安装有激光发射器固定架5，激光发射器6安装在激光发射器固定架5上。

进一步，在一种较佳实施例中，磁流变抛光机床还包括：水平工作台9、零件主轴保护罩10和零件主轴12，水平工作台9水平设置，零件主轴保护罩10安装在水平工作台9上，零件主轴12安装在零件主轴保护罩10内，零件主轴12的中心轴线沿水平方向设置。

进一步，在一种较佳实施例中，还包括：搅拌器、供给蠕动泵、回收蠕动泵、万向竹节管喷头13和磁流变液收集槽8，通过硅胶软管将万向竹节管喷头13、供给蠕动泵、搅拌器、回收蠕动泵和磁流变液收集槽8依次连接，磁流变液收集槽8安装在水平工作台9上，磁流变液收集槽8位于零件主轴12的下方，万向竹节管喷头13设于抛光工具头7的上方。

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，U轴连接架2可操作地绕C轴转台1的中心轴线转动。

进一步，在一种较佳实施例中，滑道水平设置，抛光工具主轴4夹持支架可操作地沿滑道滑动。

进一步，在一种较佳实施例中，零件主轴12的中心轴线沿水平方向设置，待加工部件装夹在零件主轴12上。

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，一种基于激光辐照降低磁流变液粘度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，所述小球头磁流变抛光工艺方法包括以下步骤：

S1：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；

S2：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500～700rpm下搅拌磁流变液1h～1.5h；

S3：采用固定架将光纤激光器的激光发射器6固定在抛光工具头7主轴正下方，调整固定螺栓，使激光发射方向对准抛光工具头7表面，调整完成后拧紧螺栓；

S4：在激光发射器6末端贴一片金属薄片，接通光纤激光器电源，设定激光功率为1～3W，开启激光发射器6预热10～15min；

S5：使用千分表测量零件11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，应重复本步骤重新装夹；

S6：通过CCD相机和放大镜头观察抛光工具头7的球心位置，调整抛光工具头7的球心位置，使其位于C轴转台1的回转中心线上；

S7：编写零件11的加工轨迹程序并将加工轨迹程序导入机床控制软件中；

S8：调整抛光工具头7的位置，使抛光工具头7位于加工起点位置；

S9：调整万向竹节管喷头13的位置，使其位于零件11与抛光工具头7之间形成的抛光间隙的上方；

S10：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13下方的零件11与抛光工具头7之间的抛光间隙位置持续泵入磁流变液；

S11：激光发射器6预热完成，拆下金属薄片，激光斑点照射在工具头表面的磁流变液上；

S12：在零件四周放置磁流变液挡板，开启抛光工具头7主轴，使抛光头以7000r/min～9000r/min旋转，开启零件主轴12，使零件以90～120r/min旋转；

S13：提高激光发射器6功率至10W～15W；

S14：执行加工程序，对零件进行抛光。

本发明的进一步实施例中，S1中所述的磁流变液中，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)。

本发明的进一步实施例中，所述磁流变抛光机床包括：C轴转台1、U轴连接架2、U轴15和U轴保护罩14、所述U轴连接架2和C轴转台1的转动端连接，所述U轴15安装在所述U轴连接架2上，所述U轴15上安装有所述U轴保护罩14，所述U轴15上设有滑道。

本发明的进一步实施例中，所述磁流变抛光机床还包括：抛光工具主轴固定架3和抛光工具主轴4，抛光工具主轴固定架3的一端安装在所述滑道内，所述抛光工具主轴4安装在抛光工具主轴固定架3的另一端上。

本发明的进一步实施例中，所述磁流变抛光机床还包括：激光发射器固定架5和激光发射器6，所述抛光工具主轴固定架3的另一端上还安装有所述激光发射器固定架5，所述激光发射器6安装在所述激光发射器固定架5上。

本发明的进一步实施例中，所述磁流变抛光机床还包括：水平工作台9、零件主轴保护罩10和零件主轴12，所述水平工作台9水平设置，所述零件主轴保护罩10安装在所述水平工作台9上，所述零件主轴12安装在所述零件主轴保护罩10内，零件主轴12的中心轴线沿水平方向设置。

本发明的进一步实施例中，还包括：磁流变液收集槽8，所述磁流变液收集槽8安装在所述水平工作台9上，所述磁流变液收集槽8位于所述零件主轴12的下方。

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，所述U轴连接架2可操作地绕所述C轴转台1的中心轴线转动

本发明的进一步实施例中，所述滑道水平设置，抛光工具头7主轴夹持支架可操作地沿所述滑道滑动。

本发明的进一步实施例中，零件主轴12的中心轴线沿水平方向设置，待加工部件装夹在所述零件主轴12上。

本发明的进一步实施例中，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：配置磁流变液：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500～700rpm下搅拌磁流变液1～1.5h；

步骤三：采用固定架将光纤激光器的激光发射器6固定在抛光工具头7主轴正下方，调整固定螺栓，使激光发射方向对准抛光工具头7表面，调整完成后拧紧螺栓；

步骤四：在激光发射器6末端贴一片金属薄片，接通光纤激光器电源，设定激光功率为3W，开启激光预热10min，预热期间，激光斑点照射在金属薄片上，避免直接照射在抛光工具头7表面导致抛光头瞬时温度超过80℃发生退磁现象；

步骤五：利用数显扭力扳手将玻璃棒装夹到主轴上，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；

步骤六：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；

步骤七：借助CCD相机和放大镜头，通过U轴15的直线运动调整抛光工具头7的球心位置，使抛光工具头7的球心与C轴转台1的回转中心线重合；

步骤八：调整C轴转角，使抛光工具头7旋转轴线在空间中垂直于零件回转轴线；

步骤九：操作机床，使抛光工具头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，得到抛光工具头的加工轨迹，使用循环指令使抛光工具头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；

步骤十：通过调整机床X、Y轴的位置调整水平工作台9与抛光工具头的相对位置，使抛光工具头位于加工轨迹程序的起点位置；

步骤十一：调整万向竹节管喷头13的位置，使其位于玻璃棒与抛光工具头7之间的抛光间隙的上方；

步骤十二：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13下方的玻璃棒与抛光工具头7之间的抛光间隙位置持续泵入磁流变液，使抛光工具头7表面全部被磁流变液覆盖；

步骤十三：待激光发射器6预热完成后，拆下金属薄片，激光斑点照射在工具头表面的磁流变液上；

步骤十四：开启抛光工具头7主轴，使抛光工具头以7000r/min旋转，开启零件主轴12，使零件以90r/min旋转；

步骤十五：提高激光发射器6功率至10W；

步骤十六：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，由于磁流变液为典型的非牛顿流体，其粘度与温度密切相关，降低粘度能够减少磁流变液流动时的自身阻力，从而提高磁流变液的流动性，因此产生了通过激光辐照降低抛光区域磁流变液粘度，改善抛光间隙内部磁流变液流动性的加工方法。

本发明的进一步实施例中，优化了操作步骤的顺序和数量，能够减少加工前期准备工作，保证加工过程中的安全性和稳定性。

本发明的进一步实施例中，本发明所述的工艺方法所使用的的基于激光辐照改变磁流变液粘度的磁流变抛光方法为一种对小曲率复杂结构元件的超精密抛光加工方法。零件11装夹在位于水平工作台9的零件主轴12上，零件11上方悬有磁流变液循环回路的万象竹节管喷头13，在加工过程中向抛光区域持续输送磁流变液，零件11下固定有磁流变液收集槽8；抛光工具头7使用小直径永磁体球形抛光工具头7，通过精密夹头安装于抛光工具主轴4上实现加工时的高速回转；光纤激光器产生的激光通过激光发射器6射出，激光发射器6通过激光发射器固定架5安装于抛光工具主轴4下方，抛光工具主轴4由抛光工具主轴固定架3悬挂安装于U轴15下方，U轴15通过U轴连接架2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7组件实现绕Z轴的空间回转运动，U轴15可调整抛光工具头7的球心位置，使其与转台1的回转中心线(即Z轴线)重合。

本发明的进一步实施例中，首先调整激光发射端至合适位置并固定，再将零件装卡到位并调好抛光间隙，待激光发射器6预热完成后，通入磁流变液，开启主轴进行抛光。

包括的具体步骤如下：

步骤一：配置磁流变液：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:(480～520)；所述纤维素与20℃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500～700rpm下搅拌磁流变液1～1.5h以上；

步骤三：采用固定架将光纤激光器的激光发射器6固定在抛光工具头7主轴正下方，调整固定螺栓，使激光发射方向对准抛光工具头7表面，调整完成后拧紧螺栓；

步骤四：在激光发射器6末端贴一片金属薄片，接通光纤激光器电源，设定激光功率为3W，开启激光预热10min以上，预热期间，激光斑点照射在金属薄片上，避免直接照射在抛光工具头7表面，导致抛光工具头瞬时温度超过80℃发生退磁现象；

步骤五：将被加工零件装卡至主轴上，使用千分表测量零件不同位置的径向圆跳动，使跳动维持在5μm以内，若跳动过大可重复该步骤重新装卡；

步骤六：借助CCD相机和放大镜头，调整抛光工具头7的球心位置，使其与C轴转台1的回转中心线重合；

步骤七：编写加工轨迹程序并导入机床控制软件中；

步骤八：操作机床调整抛光工具头位置，使抛光工具头位于加工起点位置；

步骤九：在被加工零件下方放置磁流变液收集槽8，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13依次相连，再将磁流变液收集槽8、回收蠕动泵、搅拌器依次相连，并将磁流变液收集槽8放置在万向竹节管喷头13下方，形成闭合的磁流变液循环回路；

步骤十：打开搅拌器流出阀门，开启蠕动泵，向加工区域持续泵入磁流变液，工具头表面全部被磁流变液覆盖；

步骤十一：激光发射器6预热完成，拆下金属薄片，激光斑点照射在工具头表面的磁流变液上；

步骤十二：在零件四周放置磁流变液挡板，开启抛光工具头7主轴，使抛光工具头以7000r/min旋转，开启零件主轴12，使零件以90r/min旋转；

步骤十三：提高激光发射器6功率至10W；

步骤十四：执行加工程序，对零件进行抛光。

本发明的进一步实施例中，采用本专利中的工艺方法，通过光纤激光器对磁流变液进行加热，可使磁流变液粘度降低1/5～1/10，提高磁流变液的流动性，促进抛光区域磁流变液更替，使抛光效率最大可提高10％，抛光表面粗糙度Ra能够保持在5μm以下；

本发明的进一步实施例中，本工艺方法专利优化了操作顺序，减少了加工前的准备工作，能够减少准备时间，提高加工效率；

本发明的进一步实施例中，本工艺方法能够使激光辐照产生的热量被流动的磁流变液带走，热量不会传导至抛光工具头，避免了对温升对磁场强度的削弱；

本发明的进一步实施例中，该方法具有一定普适性，可推广用于在小球头磁流变抛光中降低磁流变液粘度，改善流动性。

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11的加工轨迹运行，加工过程中抛光工具头7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，零件主轴12和Y轴平行。

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)

1.一种基于激光辐照降低磁流变液粘度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：激光发射器、用于夹持抛光工具头的抛光工具主轴、用于夹持零件的零件主轴和磁流变液循环回路，所述激光发射器和所述抛光工具主轴均安装在磁流变抛光机床的C轴转台上，所述零件主轴安装在水平工作台上，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：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；

S2：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500～700rpm下搅拌磁流变液1h～1.5h；

S3：调整激光发射器的位置，使激光的发射方向对准抛光工具头；

S4：在激光发射器的端部贴一片金属薄片，接通激光发射器电源，设定激光功率为1W～3W，开启激光发射器预热10min～15min；

S5：装夹零件，使用千分表测量零件的端部的径向圆跳动，使径向圆跳动在0～5μm内，若径向圆跳动超过5μm，应将零件进行拆卸并重新装夹，重新检测径向圆跳动，直至零件的端部的径向圆跳动在0～5μm内；

S6：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；

S7：编写零件的加工轨迹程序并将加工轨迹程序导入机床控制软件中；

S8：调整水平工作台的位置，使抛光工具头位于零件的加工起点位置；

S9：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；

S10：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；

S11：激光发射器预热完成，拆下金属薄片，激光斑点照射在抛光工具头表面的磁流变液上；

S12：在零件四周放置磁流变液挡板，开启抛光工具主轴，使抛光工具头以7000r/min～9000r/min旋转，开启零件主轴，使零件以90r/min～120r/min旋转；

S13：调节激光发射器的功率至10W～15W；

S14：执行加工程序，对零件进行抛光。

2.根据权利要求1所述的基于激光辐照降低磁流变液粘度的小球头磁流变抛光工艺方法，其特征在于，S1中所述的磁流变液中，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)。

3.根据权利要求2所述的基于激光辐照降低磁流变液粘度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、U轴连接架、U轴和U轴保护罩、所述U轴连接架和C轴转台的转动端连接，所述U轴安装在所述U轴连接架上，所述U轴上安装有所述U轴保护罩，所述U轴上设有滑道。

4.根据权利要求3所述的基于激光辐照降低磁流变液粘度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：抛光工具主轴固定架，抛光工具主轴固定架的一端安装在所述滑道内，所述抛光工具主轴安装在抛光工具主轴固定架的另一端上，所述抛光工具头安装在所述抛光工具主轴上。

5.根据权利要求4所述的基于激光辐照降低磁流变液粘度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：激光发射器固定架，所述抛光工具主轴固定架的另一端上还安装有所述激光发射器固定架，所述激光发射器安装在所述激光发射器固定架上。

6.根据权利要求5所述的基于激光辐照降低磁流变液粘度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：零件主轴保护罩，所述水平工作台水平设置，所述零件主轴保护罩安装在所述水平工作台上，所述零件主轴安装在所述零件主轴保护罩内，零件主轴的中心轴线沿水平方向设置。

7.根据权利要求6所述的基于激光辐照降低磁流变液粘度的小球头磁流变抛光工艺方法，其特征在于，所述磁流变液收集槽安装在所述水平工作台上，所述磁流变液收集槽位于所述零件主轴的下方，所述万向竹节管喷头设于所述抛光工具头的上方。

8.根据权利要求3所述的基于激光辐照降低磁流变液粘度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轴连接架可操作地绕所述C轴转台的中心轴线转动。

9.根据权利要求4所述的基于激光辐照降低磁流变液粘度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。

10.根据权利要求6所述的基于激光辐照降低磁流变液粘度的小球头磁流变抛光工艺方法，其特征在于，零件主轴的中心轴线沿水平方向设置，待加工部件装夹在所述零件主轴上。

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