CN114012512B - 一种基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法 - Google Patents

一种基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法 Download PDF

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Abstract

一种基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，涉及磁流变抛光方法的技术领域，解决了小球头磁流变抛光的去除效率较低，导致抛光加工产量少、成本高的问题，磁流变液是一种非牛顿流体，其温度越高，粘度越低，流动时自身的阻力越小，因此产生了通过水浴加热和激光辐照共同提高抛光区域的磁流变液温度，从而降低粘度、改善抛光区域中的磁流变液流动性的加工方法；同时，针对熔石英材料的零件，可以使用化学作用辅助磁流变抛光，通过化学作用去除抛光区域的零件材料，能够进一步提高抛光效率。

Description

一种基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁 流变抛光方法
技术领域
本发明涉及磁流变抛光方法的技术领域，尤其涉及一种基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法。
背景技术
小球头磁流变抛光方法能够抛光具有小曲率表面和复杂结构的小型零件，特别是具有薄壁结构的硬脆材料零件。在小球头磁流变抛光过程中，抛光工具头不与零件表面直接接触，它与零件之间留有一定的间隙，当磁流变液从抛光间隙中流过时，磁流变液中的磁性颗粒在外加磁场的作用下吸附在抛光工具头表面，将磁流变液中的非磁性磨粒推向零件表面，随着磁流变液的流动，磨粒持续剪切零件表面，实现材料去除。由于磁流变抛光过程中，主要依靠磨粒的剪切力对零件表面进行材料去除，因此，抛光时对零件表面的压力大幅减少，能够防止破坏零件的薄壁结构。然而，在常规的小球头磁流变抛光过程中，由于磁流变液具有一定的粘度，其在抛光区域的流动性较低，导致流经零件表面的磁流变液流速较低，抛光效率难以进一步提高，从而限制了产量的提高和加工成本的降低。
发明内容
针对上述产生的小球头磁流变抛光的去除效率较低，导致抛光加工产量少、成本高的问题，本发明的目的在于提供一种基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，其中，应用于磁流变抛光机床，所述磁流变抛光机床包括：恒温水浴锅16、激光发射器6、用于夹持抛光工具头7的抛光工具主轴4、用于夹持零件11的零件主轴12和磁流变液循环回路，所述激光发射器6和所述抛光工具主轴4均安装在磨削加工机床的C轴转台1上，所述恒温水浴锅16和所述零件主轴10安装在水平工作台9上，所述磁流变液循环回路包括：通过磁流变液输送管依次连接的喷头20、供给蠕动泵17、搅拌器18、回收蠕动泵19和磁流变液收集槽8；
所述小球头磁流变抛光方法包括以下步骤：
S1：配置磁流变液；
S2：将配制好的磁流变液倒入搅拌器18的存储罐中，接通搅拌器18电源，在转速500～700rpm下搅拌磁流变液1h～1.5h；
S3：装夹零件11并检测零件11的径向圆跳动；
S4：若零件11的径向圆跳动大于5μm，则对零件11拆卸并重复步骤S3，直至零件11的径向圆跳动在0～5μm内；
S5：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；
S6：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系统中；
S7：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；
S8：将供给蠕动泵17和喷头20之间的磁流变输送管放入恒温水浴锅16中；
S9：按照需求向恒温水浴锅16中加水，按照磁流变液目标温度对恒温水浴锅16进行温度设定，然后使恒温水浴锅16升温至设定温度；
S10：调整激光发射器6的位置，使激光发射方向对准抛光工具头7；
S11：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1W～2W，开启激光预热10min～15min；
S12：当恒温水浴锅16升温至设定温度后，打开搅拌器18流出阀门，开启蠕动泵，通过硅胶软管向加工区域持续泵入磁流变液，并用手持探针式温度传感器测量喷头20出口位置的磁流变液温度，若喷头20出口位置的磁流变液温度低于磁流变液目标温度，通过调整恒温水浴锅16的设定温度至喷头20出口位置的磁流变液温度达到磁流变液目标温度；
S13：调整喷头20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，向加工区域持续泵入磁流变液；
S14：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；
S15：在磁流变液收集槽8四周放置磁流变液挡板，开启抛光工具主轴4，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；
S16：调节激光器功率至10W～15W；
S17：执行加工程序，对零件11进行抛光。
上述的基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，其中，步骤S1中所述的磁流变液的配置方法为：
A1：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得到水溶试液；
A2：向水溶试液中加入氢氧化钠粉末，并使用立式PH计测量溶液的PH值，使PH值达到14；
A3：向水溶试液中再加入氧化铈抛光粉，搅拌均匀后加入羰基铁粉并再次搅拌均匀，得到磁流变液。
上述的基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，其中，步骤A1中的所述纤维素与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)。
上述的基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，其中，步骤A3中的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)。
上述的基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，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、U轴保护罩14、抛光工具主轴固定架3、抛光工具主轴4和抛光工具头7，所述U轴连接架2与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，抛光工具主轴固定架3的一端安装在所述U轴15上，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，抛光工具主轴4的端部安装有抛光工具头7。
上述的基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，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，所述激光发射器固定架5安装在所述抛光工具主轴固定架3上，所述激光发射器6安装在所述激光发射器固定架5上，所述激光发射器6和机床控制系统连接。
上述的基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，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安装在机床上，所述水平工作台9可操作地在所述机床上沿水平方向移动，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11可操作地装夹在零件主轴12的端部。
上述的基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，其中，所述磁流变抛光机床还包括：磁流变液收集槽8、回收蠕动泵19、搅拌器18、供给蠕动泵17和喷头20，所述磁流变液收集槽8、所述回收蠕动泵19、所述搅拌器18、所述供给蠕动泵17和所述喷头20通过磁流变液输送管13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。
上述的基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，其中，所述喷头20设于零件11与抛光工具头7之间形成的抛光间隙的上方，所述磁流变液收集槽8设于零件11与抛光工具头7之间形成的抛光间隙的下方。
上述的基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，其中，所述磁流变抛光机床还包括：恒温水浴锅16，设于所述供给蠕动泵17和喷头20之间的磁流变液输送管13安置于所述恒温水浴锅16内。
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)本发明通过水浴加热和激光辐照的共同作用，提高磁流变液温度，降低磁流变液粘度，从而提高磁流变液在抛光区域的流动速度，增大磨粒与零件表面相互作用时的速度和频率，提升抛光效率；
(2)本发明在磨粒剪切零件表面材料的同时，借助化学作用，可以使化学物质与零件表面材料发生化学反应，实现磨粒剪切以外的材料去除，从而提高抛光效率；同时，磁流变液温度升高能够促进化学反应的速率，能够进一步促进抛光效率的提高；
(3)本发明能够使抛光效率提高100％～150％，抛光表面粗糙度Ra能够保持在5μm以下；
(4)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；
(5)本发明具有一定普适性，可推广用于提高小球头磁流变抛光的抛光效率。
附图说明
图1是本发明的一种基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光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加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法的磁流变液循环回路的示意图。
图3是本发明的一种基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法的恒温水浴锅的结构示意图。
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、磁流变液输送管；14、U轴保护罩；15、U轴；16、恒温水浴锅；17、供给蠕动泵；18、搅拌器；19、回收蠕动泵；20、喷头。
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，示出了一种基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，其中，应用于磁流变抛光机床，磁流变抛光机床包括：恒温水浴锅16、激光发射器6、用于夹持抛光工具头7的抛光工具主轴4、用于夹持零件11的零件主轴12和磁流变液循环回路，激光发射器6和抛光工具主轴4均安装在磨削加工机床的C轴转台1上，恒温水浴锅16和零件主轴10安装在水平工作台9上，磁流变液循环回路包括：通过磁流变液输送管依次连接的喷头20、供给蠕动泵17、搅拌器18、回收蠕动泵19和磁流变液收集槽8；
小球头磁流变抛光方法包括以下步骤：
S1：配置磁流变液；
S2：将配制好的磁流变液倒入搅拌器18的存储罐中，接通搅拌器18电源，在转速500～700rpm下搅拌磁流变液1h～1.5h；
S3：装夹零件11并检测零件11的径向圆跳动；
S4：若零件11的径向圆跳动大于5μm，则对零件11拆卸并重复步骤S3，直至零件11的径向圆跳动在0～5μm内；
S5：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；
S6：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系统中；
S7：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；
S8：将供给蠕动泵17和喷头20之间的磁流变输送管放入恒温水浴锅16中；
S9：按照需求向恒温水浴锅16中加水，按照磁流变液目标温度对恒温水浴锅16进行温度设定，然后使恒温水浴锅16升温至设定温度；
S10：调整激光发射器6的位置，使激光发射方向对准抛光工具头7；
S11：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1W～2W，开启激光预热10min～15min；
S12：当恒温水浴锅16升温至设定温度后，打开搅拌器18流出阀门，开启蠕动泵，通过硅胶软管向加工区域持续泵入磁流变液，并用手持探针式温度传感器测量喷头20出口位置的磁流变液温度，若喷头20出口位置的磁流变液温度低于磁流变液目标温度，通过调整恒温水浴锅16的设定温度至喷头20出口位置的磁流变液温度达到磁流变液目标温度；
S13：调整喷头20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，向加工区域持续泵入磁流变液；
S14：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；
S15：在磁流变液收集槽8四周放置磁流变液挡板，开启抛光工具主轴4，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；
S16：调节激光器功率至10W～15W；
S17：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，步骤S1中的磁流变液的配置方法为：
A1：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得到水溶试液；
A2：向水溶试液中加入氢氧化钠粉末，并使用立式PH计测量溶液的PH值，使PH值达到14；
A3：向水溶试液中再加入氧化铈抛光粉，搅拌均匀后加入羰基铁粉并再次搅拌均匀，得到磁流变液。
进一步，在一种较佳实施例中，步骤A1中的纤维素与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)。
进一步，在一种较佳实施例中，步骤A3中的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、U轴保护罩14、抛光工具主轴固定架3、抛光工具主轴4和抛光工具头7，U轴连接架2与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，抛光工具主轴固定架3的一端安装在U轴15上，抛光工具主轴4安装在抛光工具主轴固定架3的另一端，抛光工具主轴4的端部安装有抛光工具头7。
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，激光发射器固定架5安装在抛光工具主轴固定架3上，激光发射器6安装在激光发射器固定架5上，激光发射器6和机床控制系统连接。
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安装在机床上，水平工作台9可操作地在机床上沿水平方向移动，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11可操作地装夹在零件主轴12的端部。
进一步，在一种较佳实施例中，磁流变抛光机床还包括：磁流变液收集槽8、回收蠕动泵19、搅拌器18、供给蠕动泵17和喷头20，磁流变液收集槽8、回收蠕动泵19、搅拌器18、供给蠕动泵17和喷头20通过磁流变液输送管13依次连接，磁流变液收集槽8安装在水平工作台9上。
进一步，在一种较佳实施例中，喷头20设于零件11与抛光工具头7之间形成的抛光间隙的上方，磁流变液收集槽8设于零件11与抛光工具头7之间形成的抛光间隙的下方。
进一步，在一种较佳实施例中，磁流变抛光机床还包括：恒温水浴锅16，设于供给蠕动泵17和喷头20之间的磁流变液输送管13安置于恒温水浴锅16内。
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，磁流变液是一种非牛顿流体，其温度越高，粘度越低，流动时自身的阻力越小，因此产生了通过水浴加热和激光辐照共同提高抛光区域的磁流变液温度，从而降低粘度、改善抛光区域中的磁流变液流动性的加工方法；同时，针对熔石英材料的零件，可以使用化学作用辅助磁流变抛光，通过化学作用去除抛光区域的零件材料，能够进一步提高抛光效率。
本发明的进一步实施例中，本发明能够提高磁流变液在抛光区域的流动性，提高磨粒与零件表面的抛光相对速度，从而提升抛光效率，同时借助化学作用，实现零件材料的化学去除，进一步提高抛光效率，实现高效率的小球头磁流变抛光；本发明中的工艺流程优化了加工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，本发明所述的基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头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上方悬有磁流变液输送管13及其喷头20，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；在输送磁流变液的过程中，磁流变液输送管13有一段被浸没在恒温水浴锅16中，流经此段的磁流变液被加热到指定的温度；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；光纤激光发射器6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C轴转台1下方，C轴C轴转台1可带动悬挂于其下方的抛光工具组件实现绕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，一种基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，具体是按以下步骤完成的：
步骤一：配置磁流变液：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，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)；
步骤二：以熔石英材料的零件为例，配制与熔石英材料发生化学反应的抛光液，向所配制的溶液中加入氢氧化钠粉末，并使用立式PH计测量溶液的PH值，使PH值达到14；
步骤三：向所配制的溶液中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)；
步骤四：将配制好的磁流变液倒入搅拌器18的存储罐中，接通搅拌器18电源，在转速500～700rpm下搅拌磁流变液1～1.5h；
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7位置，使抛光工具头7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18、供给蠕动泵17、喷头20依次相连，再将磁流变液收集槽8、回收蠕动泵19、搅拌器18依次相连，并将磁流变液收集槽8放置在喷头20下方，形成闭合的磁流变液循环回路；
步骤十：将供给蠕动泵17和喷头20之间的硅胶软管中间部分盘成卷，并放入恒温水浴锅16中；
步骤十一：按照需求向恒温水浴锅16中加水，按照磁流变液目标温度对恒温水浴锅16进行温度设定，然后使恒温水浴锅16升温至设定温度；
步骤十二：在水浴锅升温过程中，将光纤激光发射器6的激光发射器6固定在抛光工具主轴4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；
步骤十三：在激光发射器6末端贴一片金属薄片，接通光纤激光发射器6电源，设定激光功率为1W～2W，开启激光预热10min～15min，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7瞬时温度超过80℃发生退磁现象；
步骤十四：当恒温水浴锅16升温至设定温度后，打开搅拌器18流出阀门，开启供给蠕动泵，通过硅胶软管向加工区域持续泵入磁流变液，并用手持探针式温度传感器测量喷头20出口位置的磁流变液温度，若喷头20出口位置的磁流变液温度低于磁流变液目标温度，通过调整恒温水浴锅16的设定温度至喷头20出口位置的磁流变液温度达到磁流变液目标温度；
步骤十五：向加工区域持续泵入磁流变液，使抛光工具头7表面全部被磁流变液覆盖；
步骤十六：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；
步骤十七：在磁流变液收集槽8四周放置磁流变液挡板，开启抛光工具主轴4，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；
步骤十八：提高激光发射器6功率至10W～15W；
步骤十九：执行加工程序，对加工零件11进行抛光。
本发明的进一步实施例中，通过水浴加热和激光辐照的共同作用，提高磁流变液温度，降低磁流变液粘度，从而提高磁流变液在抛光区域的流动速度，增大磨粒与零件表面相互作用时的速度和频率，提升抛光效率。
本发明的进一步实施例中，在磨粒剪切零件表面材料的同时，借助化学作用，可以使化学物质与零件表面材料发生化学反应，实现磨粒剪切以外的材料去除，从而提高抛光效率；同时，磁流变液温度升高能够促进化学反应的速率，能够进一步促进抛光效率的提高；
本发明的进一步实施例中，能够使抛光效率提高100％～150％，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，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，本发明具有一定普适性，可推广用于提高小球头磁流变抛光的抛光效率。
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：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，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3.5:420；
步骤二：向步骤一配制所得的溶液中加入氢氧化钠粉末，并使用立式PH计测量溶液的PH值，使PH值达到14；
步骤三：向步骤二配制所得的溶液中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；
步骤四：将配制好的磁流变液倒入搅拌器18的存储罐中，接通搅拌器18电源，在转速500～700rpm下搅拌磁流变液1～1.5h；
步骤五：将玻璃棒装卡至主轴上，使用千分表测量玻璃棒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C轴转台1的回转中心线重合；
步骤七：操作机床，使抛光工具头7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7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7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7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7的加工轨迹，使用循环指令使抛光工具头7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轨迹程序的起点位置；
步骤八：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7的相对位置，使抛光工具头7位于加工轨迹程序的起点位置；
步骤九：调整喷头20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：将供给蠕动泵17和喷头20之间的硅胶软管中间部分盘成卷，并放入恒温水浴锅16中；
步骤十一：按照需求向恒温水浴锅16中加水，按照磁流变液目标温度对恒温水浴锅16进行温度设定，然后使恒温水浴锅16升温至设定温度；
步骤十二：在水浴锅升温过程中，将光纤激光发射器6的激光发射器6固定在抛光工具主轴4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；
步骤十三：在激光发射器6末端贴一片金属薄片，接通光纤激光发射器6电源，设定激光功率为2W，开启激光预热15min，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7瞬时温度超过80℃发生退磁现象；
步骤十四：当恒温水浴锅16升温至设定温度后，打开搅拌器18流出阀门，开启供给蠕动泵17和回收蠕动泵19，通过硅胶软管向加工区域持续泵入磁流变液，并用手持探针式温度传感器测量喷头20出口位置的磁流变液温度，若喷头20出口位置的磁流变液温度低于磁流变液目标温度，通过调整恒温水浴锅16的设定温度至喷头20出口位置的磁流变液温度达到磁流变液目标温度；
步骤十五：持续向加工区域持续泵入磁流变液，直至抛光工具头7表面全部被磁流变液覆盖；
步骤十六：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；
步骤十七：开启抛光抛光工具主轴4，使抛光工具头7以7000r/min旋转，开启零件主轴12，使玻璃棒以90r/min的转速旋转；
步骤十八：提高激光发射器6功率至15W；
步骤十九：执行加工程序，对零件11进行抛光。
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7沿待加工零件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 (9)

1.一种基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，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：恒温水浴锅、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磨削加工机床的C轴转台上，所述恒温水浴锅和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：通过磁流变液输送管依次连接的喷头、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方法包括以下步骤：
S1：配置磁流变液；
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500rpm～700rpm下搅拌磁流变液1h～1.5h；
S3：装夹零件并检测零件的径向圆跳动；
S4：若零件的径向圆跳动大于5μm，则对零件拆卸并重复步骤S3，直至零件的径向圆跳动在0～5μm内；
S5：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；
S6：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系统中；
S7：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；
S8：将供给蠕动泵和喷头之间的磁流变液输送管放入恒温水浴锅中；
S9：按照需求向恒温水浴锅中加水，按照磁流变液目标温度对恒温水浴锅进行温度设定，然后使恒温水浴锅升温至设定温度；
S10：调整激光发射器的位置，使激光发射方向对准抛光工具头；
S11：在激光发射器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1W～2W，开启激光预热10min～15min；
S12：当恒温水浴锅升温至设定温度后，打开搅拌器流出阀门，开启蠕动泵，通过硅胶软管向加工区域持续泵入磁流变液，并用手持探针式温度传感器测量喷头出口位置的磁流变液温度，若喷头出口位置的磁流变液温度低于磁流变液目标温度，通过调整恒温水浴锅的设定温度至喷头出口位置的磁流变液温度达到磁流变液目标温度；
S13：调整喷头的位置，使其位于零件与抛光工具头之间形成的抛光间隙的上方，向加工区域持续泵入磁流变液；
S14：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；
S15：在磁流变液收集槽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；
S16：调节激光器功率至10W～15W；
S17：执行加工程序，对零件进行抛光；
步骤S1中所述的磁流变液的配置方法为：
A1：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得到水溶试液；
A2：向水溶试液中加入氢氧化钠粉末，并使用立式PH计测量溶液的PH值，使PH值达到14；
A3：向水溶试液中再加入氧化铈抛光粉，搅拌均匀后加入羰基铁粉并再次搅拌均匀，得到磁流变液。
2.根据权利要求1所述的基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，其特征在于，步骤A1中的所述纤维素与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)。
3.根据权利要求2所述的基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，其特征在于，步骤A3中的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所述的基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，其特征在于，所述磁流变抛光机床包括：U轴连接架、U轴、U轴保护罩和抛光工具主轴固定架，所述U轴连接架与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，抛光工具主轴固定架的一端安装在所述U轴上，所述抛光工具主轴安装在抛光工具主轴固定架的另一端，抛光工具主轴的端部安装有抛光工具头。
5.根据权利要求4所述的基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，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，所述激光发射器固定架安装在所述抛光工具主轴固定架上，所述激光发射器安装在所述激光发射器固定架上，所述激光发射器和机床控制系统连接。
6.根据权利要求5所述的基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，其特征在于，所述磁流变抛光机床还包括：零件主轴保护罩，所述水平工作台安装在机床上，所述水平工作台可操作地在所述机床上沿水平方向移动，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，零件可操作地装夹在零件主轴的端部。
7.根据权利要求6所述的基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，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。
8.根据权利要求7所述的基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，其特征在于，所述喷头设于零件与抛光工具头之间形成的抛光间隙的上方，所述磁流变液收集槽设于零件与抛光工具头之间形成的抛光间隙的下方。
9.根据权利要求8所述的基于激光加热、水浴加热、化学作用共同辅助的小球头磁流变抛光方法，其特征在于，设于所述供给蠕动泵和喷头之间的磁流变液输送管安置于所述恒温水浴锅内。
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