CN1326661C - 磁流变式气囊柔性抛光工具 - Google Patents

Abstract

一种磁流变式气囊柔性抛光工具，所述的抛光工具包括一气囊、所述的气囊前端有抛光布作为工作面，所述的气囊前端有一夹层，所述的夹层内填充有磁流变液；所述的气囊安装在一保持架内；所述的保持架安装在一转动轴上，所述的转动轴前端安装有一对或多对电磁铁，所述的转动轴套接一套管，所述的套管与所述的转动轴气密连接，所述的套管上开有外气源入口、溢流阀；套管内的转动轴上开有气流通道，所述的气流通道与所述的气囊连通。本发明提供的抛光工具的工具头的柔性可在线控制、抛光接触面积大、曲面抛光效率高、对曲面曲率变化适应性好、抛光工具曲面曲率可以仿形记忆。

Description

磁流变式气囊柔性抛光工具

(一)技术领域

本发明涉及一种与具有动力头的机床配合使用的模具曲面抛光工具，尤其是用于模具曲面自动化抛光，适用于实现抛光技术自动化的场合。

(二)背景技术

模具型腔表面65％是曲面，其中40％是自由曲面。模具行业的服务对象包括汽车覆盖件、摩托车覆盖塑料件，电视机、洗衣机、空调等家用电器，手机壳、车灯壳等电讯产品。这些行业的模具，尤其是塑料模具，对型腔表面粗糙度均有很高要求，部分需要达到镜面要求，因此，曲面抛光成为必不可少的工艺环节，据统计，抛光占整个模具制造时间的30％-50％。

自由曲面模具抛光主要由手工操作完成，抛光效率低、劳动强度大、有害身体健康、同时难以保证抛光形面精度的稳定性，抛光品质差。国内模具业粗糙度至Ra0.05μm的抛光技术尚可，但达到Ra0.025μm级的超精密抛光技术尚处摸索阶段，大量超精密注塑模具仍需进口。还存在的缺点是：1、抛光工具与自由曲面接触面积小，抛光效率较低；2、抛光工具与自由曲面之间的分散磨粒分布状态不易控制；3、抛光面整个区域法向抛光力不稳定且不均匀，不能得到高的抛光品质；4、传统的柔性抛光工具一般是利用弹簧或柔性抛光材料获得工具与抛光面之间的柔性接触，但其柔性程度均是不可以在线进行控制的；5、不能精确地控制局部抛光去除量，进行局域形面精密修正比较麻烦。

(三)发明内容

为了克服已有技术模具曲面抛光工具存在的工具头柔性不可在线控制、抛光接触面积小、曲面抛光效率低、对曲面曲率变化适应性不好等缺点，本发明提供一种工具头的柔性可在线控制、抛光接触面积大、曲面抛光效率高、对曲面曲率变化适应性好的磁流变式气囊柔性抛光工具。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种磁流变式气囊柔性抛光工具，所述的抛光工具包括一气囊、所述的气囊前端有抛光布作为工作面，所述的气囊前端还有一夹层，所述的夹层内填充有磁流变液；所述的气囊安装在一保持架内；所述的保持架安装在一转动轴上，所述转动轴的前端伸入所述的气囊内，所述的转动轴前端安装有电磁铁；所述的转动轴套接一套管，所述的套管与所述的转动轴气密连接，所述的套管上开有外气源入口、溢流阀；套管内的转动轴上开有气流通道，所述的气流通道与所述的气囊连通。

进一步，所述的套管内安装有机械密封装置，所述的机械密封装置包括弹簧、密封件。

再进一步，所述的保持架包括抛光头外罩、抛光头内罩，抛光头外罩与抛光头内罩通过螺纹固接，抛光头外罩通过螺纹与转动轴固接，抛光布通过卡簧与抛光头外罩连接。

磁流变式气囊柔性抛光工具的基本原理是：磁流变式气囊柔性抛光工具的传动轴可夹持在任何机床(如并联机器人，加工中心，铣床，钻床)的动力头上获得驱动动力，从而驱动气囊高速旋转；通过对输入气囊的气压的控制可以调节气囊的柔性，从而使抛光头形成柔性抛光工作面；柔性抛光工作面可方便地与被抛光工件的自由曲面形成大面积均匀接触；由于磁流变液可通过附近磁场的作用改变其粘滞性，直至从液态变化为固态，因此可以通过安装在转动轴前端的电磁铁通电后所形成的电磁场，改变气囊前端夹层内的磁流变液的性质，使得气囊表面具有仿形和记忆功能，实现气囊表面仿形和记忆功能的过程为：气囊表面在气囊的气压的控制下与被抛光曲面接触，此时若电磁铁不通电，则气囊夹层内的磁流变液呈完全液态，气囊表面与被抛光表面呈仿形接触，此时给电磁铁通以适当电流，则使囊夹层内的磁流变液变为粘稠状或接近固态，气囊表面形状被相对固化，实现记忆；气囊的仿形功能对于在曲面曲率恒定不变的区域抛光，有助于保证曲面的形态精度；柔性抛光工作面与被抛光工件的自由曲面之间填有分散磨粒，利用这些磨粒对工件表面材料的微切削效应实现抛光；通过对机床工作台运动轨迹的控制可以调节磁流变式气囊柔性抛光工具在自由曲面工件表面的相对运动的路径，进而实现抛光过程自动化；而通过对磁流变式气囊柔性抛光工具气囊气压的在线控制，可灵活调节抛光表面局部的材料去除量，弥补机床扫描时抛光工具距离模具曲面距离控制的不精确性，有助于获得高的形面尺寸精度和稳定的法向抛光力，提高抛光面品质。

本发明所述的磁流变式气囊柔性抛光工具的有益效果主要表现在：

(1)、可以通过电磁场控制柔性抛光工作面仿形与被抛光工件的自由曲面，改善抛光的形态精度；

(2)不必自配驱动动力，可降低制造成本和工具的重量，且可以方便地与多种机床配合使用；

(3)、通过调节气囊的气压，可以控制抛光工作面的柔度，抛光工具与自由曲面接触面积大，抛光效率高；

(4)、调节机床工作台各自由度的进给行程和气囊气压可保证抛光面整个区域法向抛光力稳定且比较均匀，可以得到高的抛光品质(表面粗糙度达到Ra0.020μm以下)；

(5)、通过对溢流阀气流的控制，可以实时的控制气囊的气压以及曲面的法向抛光力，能够实现在线控制；

(6)、通过气囊压力控制，可以精确控制局部抛光去除量，进行局域形面精密修正；

(7)、通过控制机床工作台和动力头的相对位置的数字控制，可以调整抛光工具与抛光工件曲面的距离，从而实现抛光工作过程的自动化。

(四)附图说明

图1是本发明所述的磁流变式气囊柔性抛光工具的结构示意图。

(五)具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1，一种磁流变式气囊柔性抛光工具，所述的抛光工具包括一气囊1、所述的气囊1前端有抛光布2作为工作面，所述的气囊1前端有一夹层17；所述夹层内填充有磁流变液；所述的气囊1安装在一保持架内，保持架安装在一可带动保持架转动的转动轴3上，所述的保持架包括抛光头外罩4、抛光头内罩5，抛光头外罩4通过螺纹与转动轴3连接，用树脂把抛光布2与抛光头外罩4粘接成一体，并用卡簧6进行加固，抛光头内罩5是抛光布2进行外形确定和定型的零件，通过螺纹与抛光头外罩4连为一体，在抛光布2充气后，抛光布2与抛光头内罩5的内圈接触部分用树脂进行粘接；转动轴3前端伸入气囊部分的外圆上安装有电磁铁16，电磁铁通过电刷引入电流；转动轴3套接一套管7，所述的套管7与所述的转动轴3气密连接，套管7上开有螺孔作为外气源入口8、溢流阀9；套管7内的转动轴3上开有气流通10，所述的气流通道10一端与外气源入口8连通，另一端与气囊1连通。在转动轴3的两端分别安装后端盖11、前端盖12，所述的后端盖11、前端盖12分别通过轴承与套管7连接，套管7内安装有机械密封装置，所述的机械密封装置包括密封盖13、密封环14、弹簧15，套管7内的两端分别安装有两套机械密封装置。

其工作原理为：高压气体从外气源入口8进入抛光头，抛光头内部的气压大小由溢流阀9的控制，当气压小于溢流阀9设定的值时，溢流阀9处于关闭状态，气源经过气流通道10到达气囊1，反之溢流阀9打开，从而使得气囊1内的气压维持在一个预先设定的恒定值。气囊1的表面覆盖着一层抛光布2，在转动轴3的带动下高速旋转，它与自由曲面可形成大面积均匀接触，接触面积区的形态可以通过调节电磁铁16通电电流的大小，形成电磁场控制磁流变液的固化状态得以仿形和记忆，从而可得到均匀的抛光效果。通过对溢流阀9的气流控制，可以实时的控制气囊1的气压以及曲面的法向抛光力，能够实现在线控制；通过气囊1压力控制，可以精确控制局部抛光去除量，进行局域形面精密修正。

Claims (3)

1、一种磁流变式气囊柔性抛光工具，其特征在于：

所述的抛光工具包括一气囊、所述的气囊前端有抛光布作为工作面，

所述的气囊前端还有一夹层，所述的夹层内填充有磁流变液；

所述的气囊安装在一保持架内；所述的保持架安装在一转动轴上，所述转动轴的前端伸入所述的气囊内，所述的转动轴前端安装有电磁铁；

所述的转动轴套接一套管，所述的套管与所述的转动轴气密连接，所述的套管上开有外气源入口、溢流阀；

套管内的转动轴上开有气流通道，所述的气流通道与所述的气囊连通。

2、如权利要求1所述的磁流变式气囊柔性抛光工具，其特征在于：所述的套管内安装有机械密封装置，所述的机械密封装置包括弹簧、密封件。

3、如权利要求1或2所述的磁流变式气囊柔性抛光工具，其特征在于：所述的保持架包括抛光头外罩、抛光头内罩，抛光头外罩与抛光头内罩通过螺纹固接，抛光头外罩通过螺纹与转动轴固接，抛光布通过卡簧与抛光头外罩连接。