CN205363431U - 一种用于自由曲面零件的超声磁力复合光整加工装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种用于自由曲面零件的超声磁力复合光整加工装置，包括机械手，通过法兰盘与此机械手执行部位相连接的磁力研磨装置，由调速电机驱动磁力研磨装置，所述的磁力研磨装置包括超声波发生器、集电环、变幅杆、换能器、柱形磁极、弹性筒夹，超声波发生器与换能器相连，变幅杆一端与换能器相连，另一端与弹性筒夹连接，换能器外部设有集电环，集电环与超声波发生器相连，弹性筒夹与柱形磁极连接，所述的柱形磁极端部设有矩形槽。优点是：具有通用性强、结构紧凑、适用范围广、安装容易、调整方便等优点，可以广泛应用于各类自由曲面零件的精密加工，如模具表面、模具型腔、整体叶盘等。

Description

一种用于自由曲面零件的超声磁力复合光整加工装置

技术领域

本实用新型涉及一种精密抛光装置，尤其涉及一种用于自由曲面零件的超声磁力复合光整加工装置。

背景技术

对于数控铣床铣削完成的自由曲面零件，其表面的加工纹理清晰、粗糙度值较高、残余应力大，很难满足机械系统使用要求。而针对自由曲面零件的表面质量问题并没有专门的精加工设备，对于零件表面的毛刺和加工纹理现在仍采用人工打磨的方法进行去除，其加工工序繁琐、劳动强度大、工作环境恶劣、表面质量不均匀、加工效率较低。磁力研磨工艺属于一种新型研磨方法，与传统的研磨方法不同，磁力研磨所采用的研磨工具是松散的磁性磨料，磁性磨料具有很大的灵活性，在磁场的作用下可以随着工件表面形状的变化而变化，能够适应各种不同曲面。经大量实验验证，已应用于平面、曲面、内圆、内壁等的研磨加工，其缺点是对于非磁性材料(特种陶瓷、高温合金材料等)的加工效率比较低。

超声波加工是利用超声波高频振动的方法，使刀具以每秒高达15-20kHz的频率带动磨料悬浮液振动，加工效率较高，其缺点是仅适用于槽类、孔类零件的表面处理。因此，提出将超声波振动加工和磁力研磨工艺相结合，各取所长研制出超声磁力复合研磨装置。可有效的实现对自由曲面零件的光整加工，降低工件表面的粗糙度值，使表面质量更均匀，弥补手工抛光的缺陷，同时显著提高研磨加工效率。

需要对加大面积自由曲面零件进行光整加工时，现有的研磨工具加工面积较小，需要多次卡装，因此加工效率较低。申请号：201320222711.4，公开了一种多工位孔内表面研磨机，采用机械手夹持的磁力研磨装置，以增加加工面积，但是其加工精度较小，无法满足非磁性材料的加工。

发明内容

为克服现有技术的不足，本实用新型的目的是提供一种用于自由曲面零件的超声磁力复合光整加工装置，增加加工面积，实现对不同形状的自由曲面零件光整处理的研磨，使光整加工后零件表面粗糙度值减小，残余应力有效释放，提高表面质量。

为实现上述目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种用于自由曲面零件的超声磁力复合光整加工装置，包括机械手，通过法兰盘与此机械手执行部位相连接的磁力研磨装置，由调速电机驱动磁力研磨装置，所述的磁力研磨装置包括超声波发生器、集电环、变幅杆、换能器、柱形磁极、弹性筒夹，超声波发生器与换能器相连，变幅杆一端与换能器相连，另一端与弹性筒夹连接，换能器外部设有集电环，集电环与超声波发生器相连，弹性筒夹与柱形磁极连接，所述的柱形磁极端部设有矩形槽。

所述的换能器外部设有外罩。

还包括由导磁材料制成的工作台、磁性磨粒，待加工件固定在工作台上，磁性磨粒吸附在柱形磁极端部，磁性磨粒粒径范围在45μm～380μm。

所述的机械手为六自由度方向运动的机械手。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1采用磁力研磨原理和超声振动机理，通过调速电机驱动超声磁力研磨装置对不同形状的自由曲面零件进行抛光。抛光后，零件表面的铣削纹理和微裂纹得到有效去除，降低了零件表面的粗糙度值。六自由度机械手可以根据零件表面的曲率变化不断调整装置姿态使磁极端部最大面积覆盖零件表面并避免干涉，柱形磁极可以根据零件曲率变化合理设计磁极形状和充磁方向，并可根据零件表面的光整精度要求，设定合理的主轴转速和加工时间，从而达到高效、高质量、无干涉光整加工自由曲面零件的目的。

2、采用六自由度机械手加工装置，可以实现不同曲率变化的自由曲面零件的无干涉光整加工。

3、柱形磁极端部设置矩形槽，以增大磁场强度。

4、具有通用性强、结构紧凑、适用范围广、安装容易、调整方便等优点，可以广泛应用于各类自由曲面零件的精密加工，如模具表面、模具型腔、整体叶盘等。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1的局部放大图。

图3是本实用新型的工作状态图。

图中：1-软轴2-超声波发生器3-换能器4-集电环5-变幅杆6-弹性筒夹7-柱形磁极8-磁性磨粒9-工件10-工作台11-机械手12-调速电机。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型进行详细地描述，但是应该指出本实用新型的实施不限于以下的实施方式。

见图1-图3，用于自由曲面零件的超声磁力复合光整加工装置，包括机械手11，通过法兰盘与此机械手11执行部位相连接的磁力研磨装置，由调速电机12驱动磁力研磨装置，所述的研磨装置包括超声波发生器2、集电环4、变幅杆5、换能器3、柱形磁极7、弹性筒夹6，超声波发生器2与换能器3相连，变幅杆5一端与换能器3相连，另一端与弹性筒夹6连接，换能器3外部设有集电环4，集电环4与超声波发生器2相连，弹性筒夹6与柱形磁极7连接，所述的柱形磁极7端部设有矩形槽。超声波发生器2经集电环4将市电转换为高频交流电信号传递给换能器3，驱动换能器3工作，换能器3驱动变幅杆5，由变幅杆5带动柱形磁极7运动。

其中，换能器3外部设有外罩，保护换能器3的同时，可防止灰尘等的污染。机械手11为六自由度方向运动的机械手11，可增大加工面积及加工灵活性。

本装置还包括由导磁材料制成的工作台10、磁性磨粒8，待加工件9固定在工作台10上，磁性磨粒8吸附在柱形磁极7端部，磁性磨粒8粒径范围在45μm～380μm，可提高加工精度。

实施例：

用于自由曲面零件的超声磁力复合光整加工装置，机械手11动力装置部分通过调速电机12调节合适的转速，其转速范围为100r/min-3000r/min，调速电机12固定在电机支座上，调速电机12通过软轴1连接锥齿轮，锥齿轮啮合后改变传动方向，通过联轴器与磁力研磨装置相连，柱形磁极7装卡在弹性筒夹6上，并且柱形磁极7吸附磁性磨粒8形成磁粒刷压附在工件9表面，由调速电机12传递的动力驱动实现磁力研磨装置的主轴运动，同时又提供直线往复的柱形磁极7进给运动实现加工。

直线往复运动部分由六自由度机械手11带动磁力研磨装置，实现装置整体的直线往复和倾斜运动，从而完成对各种不同形状自由曲面零件表面的研磨抛光。

柱形磁极7由铷铁硼材料制成，且为轴向充磁圆柱形磁极7，在柱形磁极7的N、S端部(即柱形磁极7两端)设有矩形槽，可增大磁极磁场强度。

以加工自由曲面模具为例，见图2，将工件9清洗、晾干后装卡在工作台10上，工作台10为铸铁材料，经磁化后可与柱形磁铁形成闭合磁回路；超声波发生器2电源接通，设定超声波振动发生频率为15kHz，振幅为20μm；设定机械手11加工轨迹；将轴向柱形磁极7固定在弹性筒夹6上，调整柱形磁极7与工件9的间隙，约2mm，将平均粒径为350μm的烧结磁性磨粒8与油基研磨液以体积比为1:2的比例混合均匀后填充在加工间隙内，开启超声波发生器2和调速电机12，设定主轴转速为1500r/min，调速电机12经驱动软轴1与机械手11相连的

磁力研磨装置旋转，磁性磨粒8在旋转运动以及超声振动的复合作用下不断翻滚并垂直击打工件9表面，加工时间设定15min，机械手11不断调整装置姿态实现精磨；更换平均粒径为250μm的烧结磁性磨粒8，将磨粒与油基研磨液以体积比为1:2的比例混合后均匀填充在加工间隙内，开启超声波发生器2和调速电机12，设定主轴转速为2000r/min，调速电机12经软轴1驱动磁力研磨装置旋转，磁性磨粒8在旋转运动以及超声振动的复合作用下不断翻滚并垂直击打叶片表面，加工时间设定20min，机械手11不断调整柱形磁极7姿态实现超精研磨。

见图3，当加工整体叶盘叶片时，将整体叶盘工件9清洗晾干后装卡在机械手11工作台10上，超声波发生器2电源接通，设定超声波振动发生频率为20kHz，振幅为10μm；设定机械手11加工轨迹；将径向柱形磁极7固定在弹性筒夹6上，调整柱形磁极7与工件9间隙约为2mm，将平均粒径为250μm的烧结磁性磨粒8与油基研磨液以体积比为1:2的比例混合后均匀填充在加工间隙内，开启超声波发生器2和调速电机12，设定主轴转速为2000r/min，调速电机12经软轴1驱动与机械手11相连的磁力研磨装置旋转，磁性磨粒8在旋转运动以及超声振动复合作用下不断翻滚并垂直击打工件9表面，加工时间设定20min，机械手11不断调整磁极姿态实现精磨；更换平均粒径为100μm的烧结磁性磨粒8，将磨粒与油基研磨液以体积比为1:2的比例混合后均匀填充在加工间隙内，开启超声波发生器2和调速电机12，设定主轴转速为2500r/min，调速电机12经软轴1驱动研磨装置旋转，磁性磨粒8在旋转运动以及超声振动的复合作用下不断翻滚并垂直击打叶片表面，加工时间设定20min，机械手11不断调整磁极姿态实现超精研磨。

本实用新型依据自由曲面零件的形状、大小、曲率变化等，可以合理设计柱形磁极7的形状和充磁方向，设定调速电机12的转速，合理的选用磁性磨粒8，从而达到自由曲面零件高效、高质量、无干涉光整加工的目的。

Claims (4)

1.一种用于自由曲面零件的超声磁力复合光整加工装置，包括机械手，通过法兰盘与此机械手执行部位相连接的磁力研磨装置，由调速电机驱动磁力研磨装置，其特征在于，所述的磁力研磨装置包括超声波发生器、集电环、变幅杆、换能器、柱形磁极、弹性筒夹，超声波发生器与换能器相连，变幅杆一端与换能器相连，另一端与弹性筒夹连接，换能器外部设有集电环，集电环与超声波发生器相连，弹性筒夹与柱形磁极连接，所述的柱形磁极端部设有矩形槽。

2.根据权利要求1所述的一种用于自由曲面零件的超声磁力复合光整加工装置，其特征在于，所述的换能器外部设有外罩。

3.根据权利要求1所述的一种用于自由曲面零件的超声磁力复合光整加工装置，其特征在于，还包括由导磁材料制成的工作台、磁性磨粒，待加工件固定在工作台上，磁性磨粒吸附在柱形磁极端部，磁性磨粒粒径范围在45μm～380μm。

4.根据权利要求1所述的一种用于自由曲面零件的超声磁力复合光整加工装置，其特征在于，所述的机械手为六自由度方向运动的机械手。