CN202804889U

CN202804889U - 磁力可调的磁流体研磨实验机

Info

Publication number: CN202804889U
Application number: CN 201220352195
Authority: CN
Inventors: 吴波; 王蕾; 杨明涛; 熊智伟
Original assignee: Wuhan University of Technology WUT
Current assignee: Wuhan University of Technology WUT
Priority date: 2012-07-20
Filing date: 2012-07-20
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2022-07-20

Abstract

本实用新型涉及一种磁力可调的磁流体研磨实验机，它包括有机架，所述的机架包括机架底座和位于机架底座上的机架立柱，所述的机架底座上设有水平十字滑台，所述的水平十字滑台上设有放置工件的工作台；所述的机架立柱上设有研磨头，以及调节研磨头与工作台之间的距离的调节装置；所述的研磨头包括永磁铁。本实用新型的有益效果在于：1、结构紧凑，外形小巧，解决了改装机体积大移动不方便及加工局限性的问题。2、使用灵活方便。3、可以对磁场配置、螺杆转速、工件进给、研磨时间、工件形状、加工间隙等因素进行单独控制，并具有合适且足够的变化区间，解决了专用机不能适用于不同成分磁性磨料和不同材料的问题。

Description

磁力可调的磁流体研磨实验机

技术领域

本实用新型涉及精整加工领域，尤其涉及利用混合磁流体研磨工件表面的研磨实验装置，具体为磁力可调的磁流体研磨实验机。

背景技术

目前国内对工件表面的精整加工是用涂上或嵌入磨料的研具对工件表面进行研磨，通过对工件加压，工件与磨粒的相对运动来对工件表面进行微量的切削，从而实现对工件表面的光整加工。这种研磨方式对研具的依赖性高，由于研具有成形功能，会按一定的方式将自身形状传递到工件上，因此要求研具自身具有较高的几何形状精度。并且只适用于表面形状相对简单的零件构型。

磁力研磨不需要研具，磨料刷的形状随加工工件的形状变化而变化，表现出极好的柔性和自适应性，无需修形，不需要进行磨损补偿，且升温小、加工条件可控，因此利用磁力研磨引起国内外的重视，并开发了多种研磨装置，同时也研制了不同成分的磁性磨料。目前市场上的磁力研磨机将待加工工件投入混有钢针的抛光液中，搅拌并施加磁场，使研磨液产生高频率的旋转流动、换向、翻滚，并划过工件表面、内孔、牙面，达到研磨抛光效果。主要用于金属材料去毛刺，不具备广泛的适用性。另一种是在现有加工机床的基础上进行改造，对研磨参数如压力、速度、磁场大小等的控制还不够精确、灵活，效率不高。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种磁力可调的磁流体研磨实验机，该磁流体研磨实验机不仅结构紧凑合理，且使用灵活方便，效率高。

本实用新型所采用的技术方案是：一种磁力可调的磁流体研磨实验机，它包括有机架，所述的机架包括机架底座和位于机架底座上的机架立柱，所述的机架底座上设有水平十字滑台，所述的水平十字滑台上设有放置工件的工作台，该水平十字滑台的滑动座由X向伺服电机和Y向伺服电机控制；所述的机架立柱上设有研磨头，以及调节研磨头与工作台之间的距离的调节装置；所述的研磨头包括永磁铁。

按上述方案，所述的调节装置包括有竖向设置的滚珠丝杆，以及与滚珠丝杆连接的第一伺服电机；所述的研磨头还包括有螺杆、磁体夹持机构和将永磁铁密封的支架，所述的螺杆通过联轴器与第二伺服电机相连，所述的螺杆外套有螺套，螺套的两端设有轴承，轴承外套有轴壳，轴壳与滚珠丝杆连接；所述的轴壳的下端与与它相邻的轴承的端盖相连；所述的磁体夹持机构包括有磁铁夹套，所述的磁体夹套的上端通过锁紧螺母与螺杆的下端头固定连接，所述的磁铁夹套的下端设有放置永磁铁的槽；所述的磁体夹套的下端还装有将永磁铁密封的由不磁性材料制成的支架，支架的底部为平板，该平板为磁流体磨料的附着面。

按上述方案，所述的永磁铁的两侧分别设有螺钉，通过螺钉的旋入磁铁夹套的长度来实现永磁铁与螺杆的偏心距△的调节。

按上述方案，在机架立柱上设有机架加强筋，机架加强筋的底端与机架底座连接。

按上述方案，所述的水平十字滑台由X向的滚珠丝杆和Y向的滚珠丝杆组成；所述的X向的滚珠丝杆和Y向的滚珠丝杆上设有位移传感器，该位移传感器与运动控制器连接。

按上述方案，所述的竖向设置的滚珠丝杆上设有位移传感器，该位移传感器与运动控制器连接。

本实用新型的研磨原理与现在市场上已投入生产的磁力研磨机完全不同。是利用混合磁流体——即将强磁性的铁粒子和具有研磨功能的磨粒混合并加入活性剂混入基液中使之形成胶体——加入到磁铁和工件之间，磁性磨粒沿着磁力线排列形成具有一定刚性的“磁性磨粒刷”，压附在工件表面上，加以工件和磁极的相对运动，“磁性磨粒刷”对工件表面进行研磨抛光处理。尤其对硅、石英等脆硬材料有较好的研磨效果。

本实用新型结构紧凑外形小巧，可制成300mm×300mm×400mm，解决了改装机体积大移动不方便及加工局限性的问题。可以对磁场配置、螺杆转速、工件进给、研磨时间、研磨路径、加工间隙等因素进行单独控制，并具有合适且足够的变化区间，解决了专用机不能适用于不同成分磁性磨料和不同材料的问题。

本实用新型特别针对研磨过程中磁刷不易回复的问题，提出动态磁场的概念，即磁场旋转中心与主轴旋转中心不重合，存在一个偏差△。这样，磁性磨粒在动态的磁场力的作用下很容易回复原来的形状，有助于磨粒的滚压和更新，大大提高了加工效率。

本实用新型的有益效果在于：1、结构紧凑，外形小巧，解决了改装机体积大移动不方便及加工局限性的问题；置入了检测传感装置，可在加工过程中对磁流体研磨液的力学特性做有效的监测与采集。2、采用运动控制器实现自动控制，使用灵活方便。3、可以对磁场配置、螺杆转速、工件进给、研磨时间、研磨路径加工间隙等因素进行单独控制，并具有合适且足够的变化区间，解决了专用机不能适用于不同成分磁性磨料和不同材料的问题。4、磁性磨粒在动态的磁场力的作用下很容易回复原来的形状，有助于磨粒的滚压和更新，大大提高了加工效率。

附图说明

图1是本实用新型的工作示意图。

图2是本实用新型一个实施例的结构示意图。

图3是图2中的研磨头的结构示意图。

图4是图3下部磁体夹持机构的结构示意图。

图5是本实用新型的研磨头的工作示意图。

图中：1、机架底座，2、机架加强筋，3、机架立柱，4、滚珠丝杆，5、第一伺服电机，6、联轴器，7、研磨头，8、工作台，9、水平十字滑台，10、永磁铁，11、磁流体磨料的附着面，12、轴壳，13、螺杆，14、螺套，15、轴承， 18、第二伺服电机，19、轴承端盖，20、螺钉，21、磁铁夹套，22、锁紧螺母，23、工件，24、磁流体磨料，n、转速，δ、加工间隙，△、偏心距。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本实用新型的实施例。

参见图1，本实用新型的研磨原理与现在市场上已投入生产的磁力研磨机完全不同。是利用混合磁流体——即将强磁性的铁粒子和具有研磨功能的磨粒混合并加入活性剂混入基液中使之形成胶体——加入到永磁铁10和工件23之间，磁性磨粒沿着磁力线排列形成具有一定刚性的“磁性磨粒刷”，压附在工件23表面上，加以工件23和磁极的相对运动，“磁性磨粒刷”对工件23表面进行研磨抛光处理。尤其对硅、石英等脆硬材料有较好的研磨效果。

参见图1、图2、图3、图4和图5，一种磁力可调的磁流体研磨实验机，它包括有机架，所述的机架包括机架底座1、位于机架底座1上的机架立柱3，以及位于机架立柱3上的机架加强筋2，所述的机架加强筋2的底端与机架底座1连接；所述的机架底座1上设有水平十字滑台9，所述的水平十字滑台9上设有放置工件23的工作台8，所述的工作台8是由非磁性的材料加工而成的圆柱形容器，顶端带盖，防止由于离心导致的研磨液飞溅；工作台8固定在底部的水平十字滑台9的滑动座上，可以沿X、Y方向水平进给，实现在X、Y方向的往复进给和水平面加工范围内任意点的定位；所述的水平十字滑台9的滑动座由X向伺服电机和Y向伺服电机控制；所述的机架立柱3上设有研磨头7，以及调节研磨头7与工作台8之间的距离的调节装置；所述的调节装置包括有竖向设置的滚珠丝杆4，以及与滚珠丝杆4连接的第一伺服电机5；所述的研磨头7包括永磁铁10、磁铁夹套21、螺杆13和将永磁铁密封的支架，磁铁夹套21上端与螺杆13连接，为防止旋转过程中松脱，用两个锁紧螺母22卡死；磁铁夹套21下端加工一个矩形槽，插入永磁铁10；所述的将永磁铁密封的支架为非磁性材料，装于磁铁夹套21下端，所述的将永磁铁密封的支架的底部为一平板，该平板为磁流体磨料的附着面11；所述的螺杆13通过联轴器6与第二伺服电机18相连，所述的螺杆13旋入螺套14中，可以手动调节螺杆13与螺套14的相对位置，实现螺杆13的升降，进而调节磁感应强度的大小，螺套14的两端设有轴承15，轴承15外套有轴壳12，轴壳12与滚珠丝杆4连接；所述的轴壳12的下端与与它相邻的轴承15的端盖相连。

本实施例中，所述的螺套14的螺纹中心线与永磁铁10的中心线有偏心距△，且偏心距△可调，实现方法：对磁铁夹套21底部矩形槽进行长度标定，永磁铁10通过两端的螺钉20旋入长度来实现与螺杆13的偏心△的调节，旋转时产生动态磁场。此偏心距△有利于磁流体磨料的更新和磁簇的恢复，进而显著提高加工效率。本实施例中，各个伺服电机与运动控制器相连，每条滚珠丝杠的两端都安装一个位移传感器，位移传感器与运动控制器相连，可以防止滚珠丝杠运动超出行程，也可以通过其作用进行工件的自动往复进给。

本实施例中，X、Y向滚珠丝杠和线性导轨组成水平十字滑台9，配合Z向的滚珠丝杠4和导轨，实现工件23和研磨头7的移动进给，研磨头7由第二伺服电机18带动旋转，从而实现磁流体研磨液与工件23加工表面的相对运动。磁场大小通过本实用新型提出的调节装置来调节，进给速度由X向伺服电机和Y向伺服电机控制，研磨头7转速n通过直接带动其转动的第二伺服电动机18来控制，加工间隙δ通过Z方向的滚珠丝杠4来调节。除磁场大小是手动微调外，其他参数均通过运动控制器实现自动控制。

用调节装置调节磁场大小的方法：磁极采用永磁体10，为了解决磁场大小无级调控，并免于频繁更换磁体。由于磁感应强度随着与磁极的距离的增加而减少，采用调节装置调节磁极一端与磁流体磨料的附着面11的距离。圆柱形永磁铁10嵌入螺杆13内，永磁铁10的中心线与螺杆13的中心线不重合，保持一定的距离。螺杆13在螺套14中转动一周，则升高或降低一个螺距，通过磁感应强度与距离的标定，可对磁感应强度进行调节。

提高加工效率的方法：将磁极的运动旋转中心与磁场分布中心偏置，形成动态磁场，使磨头磨粒可以很快重新排布，并得到更新，从而有效提高加工效率。

研磨过程中的各项参数：磁感应强度可通过螺杆13上下运动来调节，加工间隙δ可通过竖直方向的滚珠丝杆4来调节，螺杆13转速可通过第二伺服电机18来控制，进给速度通过工作台在十字滑台上的运动来控制。调节各项参数操作方便，结构简单，容易实现。图3说明永磁铁可以上下竖直方向动，图4说明永磁铁可以水平方向动。

Claims

1.一种磁力可调的磁流体研磨实验机，其特征在于：它包括有机架，所述的机架包括机架底座和位于机架底座上的机架立柱，所述的机架底座上设有水平十字滑台，所述的水平十字滑台上设有放置工件的工作台，该水平十字滑台的滑动座由X向伺服电机和Y向伺服电机控制；所述的机架立柱上设有研磨头，以及调节研磨头与工作台之间的距离的调节装置；所述的研磨头包括永磁铁。

2.如权利要求1所述的磁力可调的磁流体研磨实验机，其特征在于：所述的调节装置包括有竖向设置的滚珠丝杆，以及与滚珠丝杆连接的第一伺服电机；所述的研磨头还包括有螺杆、磁体夹持机构和将永磁铁密封的支架，所述的螺杆通过联轴器与第二伺服电机相连，所述的螺杆外套有螺套，螺套的两端设有轴承，轴承外套有轴壳，轴壳与滚珠丝杆连接；所述的轴壳的下端与与它相邻的轴承的端盖相连；所述的磁体夹持机构包括有磁铁夹套，所述的磁体夹套的上端通过锁紧螺母与螺杆的下端头固定连接，所述的磁铁夹套的下端设有放置永磁铁的槽；所述的磁体夹套的下端还装有将永磁铁密封的由不磁性材料制成的支架，支架的底部为平板，该平板为磁流体磨料的附着面。

3.如权利要求2所述的磁力可调的磁流体研磨实验机，其特征在于：所述的永磁铁的两侧分别设有螺钉，通过螺钉的旋入磁铁夹套的长度来实现永磁铁与螺杆的偏心距△的调节。

4.如权利要求1所述的磁力可调的磁流体研磨实验机，其特征在于：在机架立柱上设有机架加强筋，机架加强筋的底端与机架底座连接。

5. 如权利要求1所述的磁力可调的磁流体研磨实验机，其特征在于：所述的水平十字滑台由X向的滚珠丝杆和Y向的滚珠丝杆组成；所述的X向的滚珠丝杆和Y向的滚珠丝杆上设有位移传感器，该位移传感器与运动控制器连接。

6.如权利要求2所述的磁力可调的磁流体研磨实验机，其特征在于：所述的竖向设置的滚珠丝杆上设有位移传感器，该位移传感器与运动控制器连接。