CN114055258B - 一种磁性抛光装置及磁性抛光控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种磁性抛光装置及磁性抛光控制方法。所述磁性抛光装置包括：组合式抛光磁铁、磁铁夹具、悬臂支撑架、载液盘、机床、运动控制系统和磁性抛光控制系统；其中所述组合式抛光磁铁包括依次设置的偶数个磁铁，相邻两个所述磁铁之间具有预设间隙且相邻两个所述磁铁的极性相斥。本发明通过由多个磁铁极性两两相反地设置形成组合式抛光磁铁，能够产生宽范围、强度大的抛光磁场，解决了圆柱形磁铁只能在边缘区域产生强度不大的磁场的问题，有效提高了抛光效率。所述磁性抛光控制方法能够确定抛光工件表面各点的抛光压力和抛光轨迹，实现抛光的去除率的控制，提高了抛光精度。

Description

一种磁性抛光装置及磁性抛光控制方法

技术领域

本发明涉及机械加工技术领域，特别是涉及一种磁性抛光装置及磁性抛光控制方法。

背景技术

磁流变抛光是一种极具前景的抛光方法，与传统抛光方法相比，磁流变抛光具有抛光精度高、无刀具磨损、不引入表面损伤等优点。但目前采用的磁流变抛光方法被局限于磁铁的边缘效应，即圆柱状磁铁的磁场会聚集在端面附近。由于空气磁阻、磁场的急剧衰减、圆柱状磁铁轴向方向磁感应强度不满足通常加工端面时的间隙的要求，所以圆柱状磁铁通常轴向垂直于工件表面进行抛光，此种磁铁的制作和安装方式不适用于大表面的磁性抛光。

发明内容

本发明的目的是提供一种磁性抛光装置及磁性抛光控制方法，以增强抛光磁铁的磁场强度、扩大磁场范围、提高抛光效率和抛光精度，从而适用于大表面的磁性抛光。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种磁性抛光装置，包括：组合式抛光磁铁、磁铁夹具、悬臂支撑架、载液盘、机床、运动控制系统和磁性抛光控制系统；

所述组合式抛光磁铁包括依次设置的偶数个磁铁，相邻两个所述磁铁之间具有预设间隙且相邻两个所述磁铁的极性相斥；

所述悬臂支撑架安装于所述机床上，所述磁铁夹具安装在所述悬臂支撑架上，所述磁铁夹具用于固定所述组合式抛光磁铁；所述载液盘安装于所述机床上，且位于所述组合式抛光磁铁下方，用于盛放抛光液并固定待抛光工件；所述运动控制系统与所述机床连接，用于控制所述组合式抛光磁铁的位置和运动轨迹；所述磁性抛光控制系统与所述机床连接，用于控制所述组合式抛光磁铁的磁感应强度。

可选地，所述磁性抛光装置还包括：抛光液循环系统；所述抛光液循环系统包括蠕动泵、盛放所述抛光液的容器以及软管；所述蠕动泵的一端通过软管与所述容器连接，所述蠕动泵的另一端通过软管与所述载液盘连接。

可选地，所述磁铁为钕铁硼圆柱状磁铁。

可选地，所述偶数个磁铁两个一组置于铝制空心抛光头中，每组两个磁铁的极性相斥；多个所述抛光头依次焊接成为整体，形成所述组合式抛光磁铁。

可选地，所述机床包括机架、X轴自动滑台、Y轴自动滑台、工作台、Z轴自动滑台、直流电机和主轴电机；

所述X轴自动滑台安装在所述机架上，所述Y轴自动滑台安装于所述X轴自动滑台上方；所述工作台安装在所述Y轴自动滑台上；所述Z轴自动滑台垂直于所述Y轴自动滑台与所述X轴自动滑台形成的平面并安装于所述机架上；所述直流电机安装在所述悬臂支撑架上，所述悬臂支撑架安装在所述Z轴自动滑台上；所述主轴电机安装在所述工作台上；所述工作台位于所述组合式抛光磁铁下方。

可选地，所述组合式抛光磁铁的一端通过同步带与安装在所述悬臂支撑架上的所述直流电机相连接；所述直流电机为所述组合式抛光磁铁提供旋转运动。

可选地，所述载液盘设置在所述主轴电机上；所述主轴电机为所述载液盘提供旋转运动。

一种磁性抛光控制方法，所述磁性抛光控制方法基于所述磁性抛光装置；所述磁性抛光控制方法包括：

所述磁性抛光控制系统获取所述待抛光工件的平均去除量；

所述磁性抛光控制系统根据所述平均去除量计算所述抛光工件表面的平均研磨压力；

所述磁性抛光控制系统根据平均研磨压力确定所述待抛光工件表面上预设点的抛光压力；

所述运动控制系统获取运动参数和所述组合式抛光磁铁的电磁参数；所述组合式抛光磁铁的电磁参数为磁化强度；所述运动参数包括所述组合式抛光磁铁的旋转速度v₁、所述机床各轴自动滑台的移动速度v₂以及所述载液盘的旋转速度v₃；

所述运动控制系统根据所述电磁参数和运动参数确定所述组合式抛光磁铁的抛光路径；

所述运动控制系统根据所述抛光路径控制所述组合式抛光磁铁的运动轨迹，同时所述磁性抛光控制系统控制所述组合式抛光磁铁的磁感应强度，向所述抛光工件表面上的预设点施加所述抛光压力。

可选地，所述磁性抛光控制系统根据所述平均去除量计算所述抛光工件表面的平均研磨压力，具体包括：

所述磁性抛光控制系统根据所述平均去除量MRR，采用公式

计算所述抛光工件表面的平均研磨压力P；其中C_p表示去除系数；v表示所述组合式抛光磁铁的线速度。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

本发明提供了一种磁性抛光装置及磁性抛光控制方法，所述磁性抛光装置包括：组合式抛光磁铁、磁铁夹具、悬臂支撑架、载液盘、机床、运动控制系统和磁性抛光控制系统；其中所述组合式抛光磁铁包括依次设置的偶数个磁铁，相邻两个所述磁铁之间具有预设间隙且相邻两个所述磁铁的极性相斥。本发明通过由多个磁铁极性两两相反地设置形成组合式抛光磁铁，能够产生宽范围、强度大的抛光磁场，解决了圆柱形磁铁只能在边缘区域产生强度不大的磁场的问题，有效提高了抛光效率。所述磁性抛光控制方法能够确定抛光工件表面各点的抛光压力和抛光轨迹，实现抛光的去除率的控制，提高了抛光精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的磁性抛光装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的组合式抛光磁铁的爆炸图；

图3为本发明实施例提供的组合式抛光磁铁的侧面示意图；

图4为本发明实施例提供的磁铁夹具的结构示意图；

图5为本发明实施例提供的载液盘的结构示意图；

图6为本发明实施例提供的抛光液循环系统的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的磁性抛光控制方法的过程示意图；

图8为本发明实施例提供的磁性抛光控制方法的流程图；

符号说明：

1-Z轴自动滑台、2-悬臂支撑架、3-直流电机、4-同步带、5-组合式抛光磁铁、6-待抛光工件、7-载液盘、8-X轴自动滑台、9-Y轴自动滑台、10-工作台、11-蠕动泵、12-容器、13-磁铁夹具、14-机架、15-伺服电机、16-磁铁、17-抛光头、18-同步带轮、19-锥形顶针、20-组合式工作夹具、21-沉头孔。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种磁性抛光装置及磁性抛光控制方法，以增强抛光磁铁的磁场强度、扩大磁场范围、提高抛光效率和抛光精度，从而适用于大表面的磁性抛光。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例提供的磁性抛光装置的结构示意图。参见图1，所述磁性抛光装置包括：组合式抛光磁铁5、磁铁夹具13、悬臂支撑架2、载液盘7、机床、运动控制系统和磁性抛光控制系统。

所述悬臂支撑架2安装于所述机床上，所述磁铁夹具13安装在所述悬臂支撑架3上，所述磁铁夹具13用于固定所述组合式抛光磁铁5。所述载液盘7安装于所述机床上，且位于所述组合式抛光磁铁5下方，用于盛放抛光液并固定待抛光工件6。所述运动控制系统与所述机床连接，用于控制所述组合式抛光磁铁5的位置和运动轨迹。所述磁性抛光控制系统与所述机床连接，用于控制所述组合式抛光磁铁的磁感应强度。

图2为本发明实施例提供的组合式抛光磁铁的爆炸图；图3为本发明实施例提供的组合式抛光磁铁的侧面示意图。如图2所示，与传统的磁流变抛光装置相比，本发明设计的所述组合式抛光磁铁5包括依次设置的偶数个磁铁16，相邻两个所述磁铁16之间具有预设间隙且相邻两个所述磁铁16的极性相斥。所述磁铁16优选为钕铁硼圆柱状磁铁。所述偶数个磁铁16两个一组置于铝制空心抛光头17中，每组两个磁铁16的极性相斥。多个所述抛光头17依次焊接成为整体，形成所述组合式抛光磁铁5，如图3所示。

作为一个具体实施例，所述组合式抛光磁铁5水平安装在所述夹具13上，包括四块磁铁16，分成两组置于两个由铝合金制成的抛光头17中。其中一个抛光头17一端的阶梯状圆柱中心处钻锥孔与所述夹具13的锥形顶针19相配合。另一个抛光头17一端的阶梯状圆柱中心处钻盲孔，并在径向方向加工槽，用于容纳销以传递来自电机的扭矩。两个抛光头17中分别放入极性两两排斥的磁铁16，最后焊接成为整体，用来产生宽范围、强度大的抛光磁场。

在该具体实施例中，本发明设计的组合式抛光磁铁5内部设有4个极性两两相反、直径为19～34mm、厚度为18～36mm的钕铁硼圆柱状磁铁16，磁铁边缘倒斜角处理，每个磁铁16间隔一定距离，最后焊接成为整体。

通过选择合适的组合式抛光磁铁5的抛光头17的深度，可设置每个磁铁16相隔2-6mm，抛光头17中间有隔板以确定磁铁间隙。抛光头17左右两边均开口，最后焊接成为整体，如图3所示。

所述组合式抛光磁铁5安装在置于悬臂支撑架2的磁铁夹具13上。所述磁铁夹具13安装在所述机床的悬臂支撑架2上，磁铁夹具13一端连接带孔销轴。销轴置于与底座相连的小型光轴支架的轴承中，销轴上固定有同步带轮18，通过同步带4与安装在底座上的横置电机3相连，带孔销轴上插入销与组合式抛光磁铁5一端的槽配合，传递扭矩。夹具13一端为可调节距离的锥形顶针19，实现组合式抛光磁铁的定位与夹紧。

所述直流电机3安装在悬臂支撑架2上，所述悬臂支撑架2安装在Z轴自动滑台1上。所述直流电机3的轴向与Z轴自动滑台1的运动方向垂直且与PLC相连，可控制抛光磁铁16的旋转速度。

图4为本发明实施例提供的磁铁夹具的结构示意图。如图1和图4所示，所述磁铁夹具(简称夹具)13安装在所述悬臂支撑架2上，夹具13一端连接带孔销轴。销轴置于与悬臂支撑架2相连的小型光轴支架的轴承中，销轴上固定有同步带轮18，通过同步带4与安装在悬臂支撑架2上的横置电机(即直流电机3)相连。带孔销轴上插入销与组合式抛光磁铁5一端的槽配合，传递扭矩。夹具13一端为可调节距离的锥形顶针19，实现组合式抛光磁铁5的定位与夹紧。上述夹具13具有结构紧凑、方便使用等优点。

所述磁铁夹具13安装在所述悬臂支撑架2上，一端由同步带4与安装在悬臂支撑架2上的横置电机3相连，向组合式抛光磁铁5提供旋转运动。组合式抛光磁铁5的旋转运动会在抛光时带走部分被切削下来的工质，有利于提高抛光精度。

所述悬臂支撑架2安装于机床上，由竖直方向的Z轴自动滑台1提供运动。所述载液盘7由主轴电机提供旋转运动，安装于X轴自动滑台8上。所述自动滑台用于控制所述抛光件6在X、Y轴方向的运动以及磁铁磨头在Z轴方向的上下移动。

图5为本发明实施例提供的载液盘的结构示意图。如图1和图5所示，所述载液盘7上有四个盲孔用于安置组合式工件夹具20。所述组合式工件夹具20由四块扇形零件组成。扇形零件的两直角边加工了沟槽，两两组合可形成容纳滑块运动的滑槽。滑块与螺栓连接，可调整滑块的位置，利用螺栓的螺帽抵住工件，就可无妨碍的固定不同大小的工件。扇形零件的中部加工了沉头孔21，内六角螺栓旋入后，能够方便安装到所述载液盘7上，不会与工件干涉。

如图1所示，所述机床包括机架14、X轴自动滑台8、Y轴自动滑台9、工作台10、Z轴自动滑台1、直流电机3和主轴电机(图中未示出)。

所述X轴自动滑台8安装在所述机架14上，所述Y轴自动滑台9安装于所述X轴自动滑台8上方。所述工作台10安装在所述Y轴自动滑台9上。所述Z轴自动滑台1垂直于所述Y轴自动滑台9与所述X轴自动滑台8形成的平面并安装于所述机架14上。所述直流电机3安装在所述悬臂支撑架2上，所述悬臂支撑架2安装在所述Z轴自动滑台1上。所述主轴电机安装在所述工作台10上；所述工作台10位于所述组合式抛光磁铁5下方。

所述组合式抛光磁铁5的一端通过同步带4与安装在所述悬臂支撑架2上的所述直流电机3相连接；所述直流电机3为所述组合式抛光磁铁5提供旋转运动。所述载液盘7设置在所述主轴电机上；所述主轴电机为所述载液盘7提供旋转运动。

更具体地，如图1所示，Z轴自动滑台1竖直安装在机架14上，悬臂支撑架2装在Z轴自动滑台1上。直流电机3通过悬臂支撑架2水平安装在Z轴自动滑台1上，组合式抛光磁铁5水平安装在悬臂支撑架2上，直流电机3和组合式抛光磁铁5两者通过同步带4连接，为组合式抛光磁铁5提供旋转运动。组合式抛光磁铁5下方为安装在主轴电机上的载液盘7，主轴电机为载液盘7提供旋转运动。载液盘7中盛放抛光介质与待抛光工件6，载液盘7所处平面与Z轴自动滑台1垂直。主轴电机安装在Y轴自动滑台9上，Y轴自动滑台9安装在X轴自动滑台8上，X轴自动滑台8安装在机架14上，X轴自动滑台8与Y轴自动滑台9垂直放置。

X轴自动滑台8带动载液盘7在X轴方向上移动，Y轴自动滑台9带动载液盘7在Y轴方向上移动，Z轴自动滑台1带动组合式抛光磁铁5在Z轴方向上移动。X、Y、Z轴自动滑台均为同款自动滑台。

所述X、Y、Z自动滑台与PLC相连，可控制调节组合式抛光磁铁5的位置和运动轨迹；通过测试、计算与运动控制，确定抛光工件6表面各点的抛光压力，实现抛光的去除率的控制。

本发明所述的磁性抛光装置还包括抛光液循环系统。所述载液盘7设置在主轴电机上，盛放用于抛光的磁流变液和待抛光工件6。蠕动泵11、盛放抛光液的容器12与软管一起构成磁流变液循环系统。

图6为本发明实施例提供的抛光液循环系统的结构示意图。如图1和图6所示，所述抛光液循环系统包括蠕动泵11、盛放所述抛光液的容器12以及软管。所述蠕动泵11的一端通过软管与所述容器12连接，所述蠕动泵11的另一端通过软管与所述载液盘7连接。

作为一个具体实施例，所述抛光液循环系统由两个蠕动泵11、一个盛放抛光液的容器12和4根软管组成。每个蠕动泵11与两根软管相连，两根软管分别与容器12和载液盘7相连。蠕动泵11有体积小、输送流体不接触泵体、不污染泵体及不污染溶液、可输送具有研磨与腐蚀性的流体等优点，非常适合输送抛光液。与载液盘7相连的软管一根置于抛光液沉积处，抽走抛光液与被切削下来的工质，另一根与载液盘7相连的软管固定于悬臂支撑架2上，调整位置使被抽出的抛光液落到工件6表面。这样的软管布置有利于抛光液的有效更新与使用，可提高抛光的效率与精度。

在实际应用中，所述磁性抛光装置还包括白光干涉仪、电子天平、特斯拉计，通过所述运动控制系统可控制所述待抛光工件6表面各点的磁场强度。由于磁化压力与磁场强度的平方成正比，所述磁性抛光控制系统通过移动组合式抛光磁铁5或更换组合式抛光磁铁5即可达到控制抛光工件表面的磁场强度。根据Preston假设，研磨压力可以表示为：

式中，MRR表示材料的去除率，C_p表示Preston系数，P表示应力；v表示相对速度。进一步地，可计算出抛光材料的系数C_p，为工件面型精度进行一定的控制。

在一个具体实施例中，所述磁性抛光控制系统具体包括：

测试模块，用于获取待抛光工件6的粗糙度与平面度、以及抛光之后工件(成品工件)的粗糙度与平面度；

去除量测量模块，用于比较所述待抛光工件6与所述成品工件，确定所述抛光工件6的去除量；

磁场强度测试模块，用于获取一定距离下组合式抛光磁铁5的各点磁场强度；

磁场强度计算模块，磁场强度计算模块具体通过以下拟合表达式获得空间中各点的磁感应强度的值：

B＝f(X，Z)＝P₀₀+P₁₀*X+P₀₁*Z+P₂₀*X²+P₁₁*X*Z+P₀₂*Z²+P₃₀*X³+P₂₁*X²*Z+P₁₂*X*Z²+P₀₃*Z³+P₄₀*X⁴+P₃₁*X³*Z+P₂₂*X²*Z²+P₁₃*X*Z³+P₀₄*Z⁴+P₅₀*X⁵+P₄₁*X⁴*Z+P₃₂*X³*Z²+P₂₃*X²*Z³+P₁₄*X*Z⁴+P₀₅*Z⁵

其中B表示磁场强度；X、Z分别为X轴和Z轴坐标；P_ij为系数，其中i和j分别为X和Z的幂指数。

根据磁化压力P与磁场强度B的平方成正比，根据拟合的B＝f(X，Z)的表达式，可计算并调节组合式抛光磁铁5的抛光间隙，进而调整抛光工件6表面的去除量。

通过所述运动控制系统可控制所述待抛光工件6表面各点的磁场强度。由于磁化压力与磁场强度的平方成正比，所述磁性抛光控制系统通过移动组合式抛光磁铁5或更换组合式抛光磁铁5即可达到控制抛光工件表面的磁场强度的目的。根据Preston假设，研磨压力可以表示为：

式中：MRR为材料的去除率；C_p为Preston系数；P为应力；v为相对速度。

进一步地可计算出所述抛光材料的系数C_p，为工件面型精度进行一定的控制。

所述运动控制系统为PLC，与机床连接，可控制组合式抛光磁铁5的运动轨迹。利用电脑程序可编程控制电机转动进而调整组合式抛光磁铁5的位置和运动轨迹，以控制磁场和去除量，实现抛光件表面的均匀化抛光。

所述运动控制系统为PLC，其与X/Y/Z轴自动滑台电气连接。可控制组合式抛光磁铁5在工件表面的运动轨迹。通过传感器可建立所述待抛光工件6的坐标系原点O与笛卡尔坐标系，所述笛卡尔坐标系的Y轴与组合式抛光磁铁5垂直，所述笛卡尔坐标X轴与磁铁中心线平行，所述XOY面与所述抛光工件6表面平行。利用电脑程序可编程控制电机转动进而调整组合式抛光磁铁5的位置和运动轨迹，以控制磁场和去除量。

在一个具体实施例中，所述运动控制系统包括PLC控制程序和运动轨迹仿真系统。PLC控制程序可调节各轴自动滑台的移动速度和调节横置电机3的旋转速度来调节组合式抛光磁铁5的旋转速度。

本发明公开的一种线扫式的宽范围的磁性抛光装置，其中固定横置组合式抛光磁铁5的夹具13与悬臂支撑架2连接于机架14上；放置抛光件6的载液盘7与置于自动滑台上的主轴电机连接；循环抛光液的泵11与盛放抛光液的载液盘7和容器12相通，用于收集和循环抛光液。本发明通过由四块磁铁极性两两相反地放置在铝制空心抛光头17中，焊接固定成的组合式抛光磁铁5，以产生宽范围、强度大的抛光磁场，解决了圆柱形磁铁只在边缘区域产生强度不大的磁场的问题，有效提高了抛光效率。

本发明还提供一种磁性抛光控制方法，所述磁性抛光控制方法基于所述磁性抛光装置。图7为本发明实施例提供的磁性抛光控制方法的过程示意图；图8为本发明实施例提供的磁性抛光控制方法的流程图。如图8所示，所述磁性抛光控制方法包括：

步骤801：所述磁性抛光控制系统获取所述待抛光工件的平均去除量。

通过测试模块获取待抛光工件6的表面粗糙度和面形、以及抛光后的工件(即成品工件)的表面粗糙度和面形。

通过高精度电子天平比较所述待抛光工件6与成品工件加工前后的质量变化，确定工件的平均去除量。

步骤802：所述磁性抛光控制系统根据所述平均去除量计算所述抛光工件表面的平均研磨压力。

所述磁性抛光控制系统根据所述平均去除量MRR，采用公式

计算所述抛光工件表面的平均研磨压力P；其中C_p表示去除系数；v表示所述组合式抛光磁铁的线速度。

步骤803：所述磁性抛光控制系统根据平均研磨压力确定所述待抛光工件表面上预设点的抛光压力。

根据公式计算待抛光工件表面各点抛光压力大小，调整抛光间隙与规划合适的抛光路径，实现工件表面的精细抛光。

工件表面上预设点的抛光压力如下：

式中，P₁为工件表面上一点的抛光压力，B(X，Z)为作用面处的磁感应强度；μm为磁性研磨粒子团的相对磁导率；μ₀为空气磁导率。

步骤804：所述运动控制系统获取运动参数和所述组合式抛光磁铁的电磁参数。

所述运动参数包括所述组合式抛光磁铁的旋转速度v₁、所述机床各轴自动滑台的移动速度v₂以及所述载液盘的旋转速度v₃。

步骤805：所述运动控制系统根据所述电磁参数和运动参数确定所述组合式抛光磁铁的抛光路径。

通过测试与仿真，确定组合式抛光磁铁的电磁参数和运动参数，计算组合式磁铁的磁场强度并规划各运动形式，生成抛光路径。

步骤806：所述运动控制系统根据所述抛光路径控制所述组合式抛光磁铁的运动轨迹，同时所述磁性抛光控制系统控制所述组合式抛光磁铁的磁感应强度，向所述抛光工件表面上的预设点施加所述抛光压力。实现工件表面的精细抛光。

根据磁化压力P与磁场强度B的平方成正比，根据拟合的B＝f(X，Z)的表达式，可计算并调节组合式抛光磁铁5的抛光间隙，进而调整抛光工件6表面的去除量。

根据本发明提供的具体实施例，本发明至少具有以下技术效果：

本发明通过将多个极性相对的圆柱形磁铁置于抛光头中，有效增强了抛光磁铁的磁场强度，扩大了磁场范围，提高了抛光效率。通过PLC控制X轴自动滑台、Y轴自动滑台、Z轴自动滑台，使组合式抛光磁铁在电机的带动下能在X、Y、Z三个方向上做平移运动；通过测试、仿真与运动控制，确定抛光工件表面各点的抛光压力和抛光轨迹，实现抛光的去除率的控制，提高了抛光精度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (9)

1.一种磁性抛光装置，其特征在于，包括：组合式抛光磁铁、磁铁夹具、悬臂支撑架、载液盘、机床、运动控制系统和磁性抛光控制系统；

所述组合式抛光磁铁包括依次设置的偶数个磁铁，相邻两个所述磁铁之间具有预设间隙且相邻两个所述磁铁的极性相斥；所述组合式抛光磁铁水平安装在所述磁铁夹具上，包括四块磁铁，分成两组置于两个由铝合金制成的抛光头中；磁铁边缘倒斜角处理；抛光头中间有隔板以确定磁铁间隙；其中一个抛光头一端的阶梯状圆柱中心处钻锥孔与所述磁铁夹具的锥形顶针相配合；另一个抛光头一端的阶梯状圆柱中心处钻盲孔，并在径向方向加工槽，用于容纳销以传递来自电机的扭矩；两个抛光头中分别放入极性两两排斥的磁铁，最后焊接成为整体；

所述磁铁夹具安装在所述机床的悬臂支撑架上，磁铁夹具一端连接带孔销轴；销轴置于与底座相连的小型光轴支架的轴承中，销轴上固定有同步带轮，通过同步带与安装在底座上的横置电机相连，带孔销轴上插入销与组合式抛光磁铁一端的槽配合，传递扭矩；磁铁夹具一端为可调节距离的锥形顶针，实现组合式抛光磁铁的定位与夹紧；

所述悬臂支撑架安装于所述机床上，所述磁铁夹具安装在所述悬臂支撑架上，所述磁铁夹具用于固定所述组合式抛光磁铁；所述载液盘安装于所述机床上，且位于所述组合式抛光磁铁下方，用于盛放抛光液并固定待抛光工件；所述运动控制系统与所述机床连接，用于控制所述组合式抛光磁铁的位置和运动轨迹；所述磁性抛光控制系统与所述机床连接，用于控制所述组合式抛光磁铁的磁感应强度；

所述磁性抛光控制系统具体包括：

测试模块，用于获取待抛光工件的粗糙度与平面度以及成品工件的粗糙度与平面度；

去除量测量模块，用于比较所述待抛光工件与所述成品工件，确定所述抛光工件的去除量；

磁场强度测试模块，用于获取一定距离下组合式抛光磁铁的各点磁场强度；

磁场强度计算模块，磁场强度计算模块具体通过以下拟合表达式获得空间中各点的磁感应强度的值：

B＝f(X，Z)＝P₀₀+P₁₀*X+P₀₁*Z+P₂₀*X²+P₁₁*X*Z+P₀₂*Z²+P₃₀*X³+P₂₁*X²*Z+P₁₂*X*Z²+P₀₃*Z³+P₄₀*X⁴+P₃₁*X³*Z+P₂₂*X²*Z²+P₁₃*X*Z³+P₀₄*Z⁴+P₅₀*X⁵+P₄₁*X⁴*Z+P₃₂*X³*Z²+P₂₃*X²*Z³+P₁₄*X*Z⁴+P₀₅*Z⁵

其中B表示磁场强度；X、Z分别为X轴和Z轴坐标；P_ij为系数，其中i和j分别为X和Z的幂指数；

根据磁化压力P与磁场强度B的平方成正比，根据拟合的B＝f(X，Z)的表达式，计算并调节组合式抛光磁铁的抛光间隙，进而调整抛光工件表面的去除量；

所述载液盘上有四个盲孔用于安置组合式工件夹具；所述组合式工件夹具由四块扇形零件组成；扇形零件的两直角边加工了沟槽，两两组合可形成容纳滑块运动的滑槽；滑块与螺栓连接，可调整滑块的位置，利用螺栓的螺帽抵住工件，就可无妨碍的固定不同大小的工件；扇形零件的中部加工了沉头孔，内六角螺栓旋入后，能够方便安装到所述载液盘上，不会与工件干涉。

2.根据权利要求1所述的磁性抛光装置，其特征在于，还包括：抛光液循环系统；所述抛光液循环系统包括蠕动泵、盛放所述抛光液的容器以及软管；所述蠕动泵的一端通过软管与所述容器连接，所述蠕动泵的另一端通过软管与所述载液盘连接。

3.根据权利要求1所述的磁性抛光装置，其特征在于，所述磁铁为钕铁硼圆柱状磁铁。

4.根据权利要求1所述的磁性抛光装置，其特征在于，所述偶数个磁铁两个一组置于铝制空心抛光头中，每组两个磁铁的极性相斥；多个所述抛光头依次焊接成为整体，形成所述组合式抛光磁铁。

5.根据权利要求1所述的磁性抛光装置，其特征在于，所述机床包括机架、X轴自动滑台、Y轴自动滑台、工作台、Z轴自动滑台、直流电机和主轴电机；

所述X轴自动滑台安装在所述机架上，所述Y轴自动滑台安装于所述X轴自动滑台上方；所述工作台安装在所述Y轴自动滑台上；所述Z轴自动滑台垂直于所述Y轴自动滑台与所述X轴自动滑台形成的平面并安装于所述机架上；所述直流电机安装在所述悬臂支撑架上，所述悬臂支撑架安装在所述Z轴自动滑台上；所述主轴电机安装在所述工作台上；所述工作台位于所述组合式抛光磁铁下方。

6.根据权利要求5所述的磁性抛光装置，其特征在于，所述组合式抛光磁铁的一端通过同步带与安装在所述悬臂支撑架上的所述直流电机相连接；所述直流电机为所述组合式抛光磁铁提供旋转运动。

7.根据权利要求5所述的磁性抛光装置，其特征在于，所述载液盘设置在所述主轴电机上；所述主轴电机为所述载液盘提供旋转运动。

8.一种磁性抛光控制方法，其特征在于，所述磁性抛光控制方法基于一种磁性抛光装置；所述磁性抛光装置包括：组合式抛光磁铁、磁铁夹具、悬臂支撑架、载液盘、机床、运动控制系统和磁性抛光控制系统；所述组合式抛光磁铁包括依次设置的偶数个磁铁，相邻两个所述磁铁之间具有预设间隙且相邻两个所述磁铁的极性相斥；所述组合式抛光磁铁水平安装在所述磁铁夹具上，包括四块磁铁，分成两组置于两个由铝合金制成的抛光头中；磁铁边缘倒斜角处理；抛光头中间有隔板以确定磁铁间隙；其中一个抛光头一端的阶梯状圆柱中心处钻锥孔与所述磁铁夹具的锥形顶针相配合；另一个抛光头一端的阶梯状圆柱中心处钻盲孔，并在径向方向加工槽，用于容纳销以传递来自电机的扭矩；两个抛光头中分别放入极性两两排斥的磁铁，最后焊接成为整体；所述磁铁夹具安装在所述机床的悬臂支撑架上，磁铁夹具一端连接带孔销轴；销轴置于与底座相连的小型光轴支架的轴承中，销轴上固定有同步带轮，通过同步带与安装在底座上的横置电机相连，带孔销轴上插入销与组合式抛光磁铁一端的槽配合，传递扭矩；磁铁夹具一端为可调节距离的锥形顶针，实现组合式抛光磁铁的定位与夹紧；所述悬臂支撑架安装于所述机床上，所述磁铁夹具安装在所述悬臂支撑架上，所述磁铁夹具用于固定所述组合式抛光磁铁；所述载液盘安装于所述机床上，且位于所述组合式抛光磁铁下方，用于盛放抛光液并固定待抛光工件；所述运动控制系统与所述机床连接，用于控制所述组合式抛光磁铁的位置和运动轨迹；所述磁性抛光控制系统与所述机床连接，用于控制所述组合式抛光磁铁的磁感应强度；所述磁性抛光控制系统具体包括：测试模块，用于获取待抛光工件的粗糙度与平面度以及成品工件的粗糙度与平面度；去除量测量模块，用于比较所述待抛光工件与所述成品工件，确定所述抛光工件的去除量；磁场强度测试模块，用于获取一定距离下组合式抛光磁铁的各点磁场强度；磁场强度计算模块，磁场强度计算模块具体通过以下拟合表达式获得空间中各点的磁感应强度的值：

B＝f(X，Z)＝P₀₀+P₁₀*X+P₀₁*Z+P₂₀*X²+P₁₁*X*Z+P₀₂*Z²+P₃₀*X³+P₂₁*X²*Z+P₁₂*X*Z²+P₀₃*Z³+P₄₀*X⁴+P₃₁*X³*Z+P₂₂*X²*Z²+P₁₃*X*Z³+P₀₄*Z⁴+P₅₀*X⁵+P₄₁*X⁴*Z+P₃₂*X³*Z²+P₂₃*X²*Z³+P₁₄*X*Z⁴+P₀₅*Z⁵；其中B表示磁场强度；X、Z分别为X轴和Z轴坐标；P_ij为系数，其中i和j分别为X和Z的幂指数；根据磁化压力P与磁场强度B的平方成正比，根据拟合的B＝f(X，z)的表达式，计算并调节组合式抛光磁铁的抛光间隙，进而调整抛光工件表面的去除量；所述载液盘上有四个盲孔用于安置组合式工件夹具；所述组合式工件夹具由四块扇形零件组成；扇形零件的两直角边加工了沟槽，两两组合可形成容纳滑块运动的滑槽；滑块与螺栓连接，可调整滑块的位置，利用螺栓的螺帽抵住工件，就可无妨碍的固定不同大小的工件；扇形零件的中部加工了沉头孔，内六角螺栓旋入后，能够方便安装到所述载液盘上，不会与工件干涉；

所述磁性抛光控制方法包括：

所述磁性抛光控制系统获取所述待抛光工件的平均去除量；

所述磁性抛光控制系统根据所述平均去除量计算所述抛光工件表面的平均研磨压力；

所述磁性抛光控制系统根据平均研磨压力确定所述待抛光工件表面上预设点的抛光压力；

所述运动控制系统获取运动参数和所述组合式抛光磁铁的电磁参数；所述组合式抛光磁铁的电磁参数为磁化强度；所述运动参数包括所述组合式抛光磁铁的旋转速度v1、所述机床各轴自动滑台的移动速度v₂以及所述载液盘的旋转速度v₃；

所述运动控制系统根据所述电磁参数和运动参数确定所述组合式抛光磁铁的抛光路径；

所述运动控制系统根据所述抛光路径控制所述组合式抛光磁铁的运动轨迹，同时所述磁性抛光控制系统控制所述组合式抛光磁铁的磁感应强度，向所述抛光工件表面上的预设点施加所述抛光压力。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述磁性抛光控制系统根据所述平均去除量计算所述抛光工件表面的平均研磨压力，具体包括：

所述磁性抛光控制系统根据所述平均去除量MRR，采用公式

计算所述抛光工件表面的平均研磨压力P；其中C_p表示去除系数；v表示所述组合式抛光磁铁的线速度。

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