CN213615619U - 一种具有电磁流变双效应的抛光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种具有电磁流变双效应的抛光装置，作为一种可控柔性抛光装置，在加工零件时可通过压力应变片实时检测加工压力，随后通过控制电磁场来调节电磁流变弹性体的刚度，使其在抛光时具有固定的抛光力度，使得加工表面更加均匀，同时可根据不同加工零件的硬度调整不同的抛光力度。

Description

一种具有电磁流变双效应的抛光装置

技术领域

本实用新型涉及零件抛光领域，尤其涉及一种具有电磁流变双效应的抛光装置。

背景技术

随着机械行业的飞速发展，精密加工中对零件的尺寸偏差、形位偏差及表面粗糙度要求也越来越高。对于传统的零件加工，常用的提高零件表面粗糙度的加工方式主要为：减小零件加工时刀具的进给量同时提高零件或刀具的旋转速度；通过切换精加工刀具；在加工零件后对零件进行抛光处理等。而在抛光时，常见的几种抛光方式有机械抛光、超声波抛光、电解抛光、流体抛光等。而这些抛光方式都有一定的缺陷，如传统的机械抛光抛光力度不易控制；超声波抛光和流体抛光去除量不足；电解抛光去除率不容易控制等缺点。

磁流变液作为一种智能材料，在无磁场状态下为液体，在磁场作用下可以改变自身粘度，形成类固体或固体的状态，且反应十分迅速，具有优异的可控性。将研磨粉加入磁流变液后可形成磁研磨抛光液，即可通过控制磁场控制抛光液的抛光力度。而目前磁流变液存在着极大的沉降性缺陷，即由于磁性颗粒密度较大会发生沉降，导致磁流变液性能随时间推移性能不够稳定。

磁流变弹性体是磁流变液的一个分支，即将磁性颗粒分散在橡胶等基体中，当橡胶固化后形成橡胶弹性体，在不同磁场下橡胶的刚度会发生变化。磁流变弹性体由于其固体的特性，克服了磁流变液沉降性的问题。

本实用新型提出了一种同时具有电流变效应及磁流变效应的弹性体，在制作磁流变弹性体时，在橡胶基体中加入磁性颗粒(羰基铁粉)、电流变颗粒(二硫化钼)、研磨粉(金刚石颗粒)后让其固化为电磁流变弹性体，使其具有电流变、磁流变双效应，即在电场条件下弹性体刚度随电场强度增大而增大，在磁场条件下弹性体刚度随磁场强度增大而增大。当弹性体刚度变大时，其抛光的磨削力度也会相应增大。

实用新型内容

本实用新型提出了一种具有电磁流变双效应的抛光装置，其结构包括：步进电机1、电机架2、联轴器3、抛光头外壳4、导电滑环5、紧定螺钉6、上电磁铁线圈7、上电磁铁铁芯8、弹性体外套9、工件夹具10、隔板11、压力应变片12、上电极片13、电磁流变弹性体14、工件15、下电极片16、工件底座17、下电磁铁铁芯18、下电磁铁线圈19、PWM直流电源B20、控制器21、高压直流电源22、PWM直流电源A23、惠斯通电桥24，其中抛光头外壳4通过联轴器3与步进电机1的电机轴连接，抛光头外壳4内部开有小孔用于放置导线，步进电机1 通过螺栓固定在电机架2上，抛光头外壳4上通过紧定螺钉6装有导电滑环5，抛光头外壳4 内部装有上电磁铁线圈7与上电磁铁铁芯8，上电磁铁铁芯8中心及侧边开有小孔用于放置导线。弹性体外套9通过螺纹连接方式安装在抛光头外壳4上，弹性体外套9下部开孔处分别装有压力应变片12、上电极片13、电磁流变弹性体14。压力应变片12与抛光头外壳4之间装有隔板11，隔板11与压力应变片12中心开有小孔用于放置导线。工件15放置在工件底座17上，工件15通过工件夹具10进行固定，在工件15装有下电极片16。工件底座17 通过螺栓与下电磁铁铁芯18固连，在下电磁铁铁芯18外圈装有下电磁铁线圈19，工件底座 17内部开有小孔用于放置导线。

导电滑环5作为旋转零部件电路连接装置，其内圈及内圈上的导线可随零部件转动，外圈及其外圈上的导线可保持静止不动防止外圈上的导线发生缠绕，导电滑环5内圈线路与外圈导线各自连通，其中上电磁铁线圈7供电线路通过导线与PWM直流电源A23输出端连接， PWM直流电源A23输入端与控制器21通过导线连接。压力应变片12信号线路导线接入惠斯通电桥24，惠斯通电桥24可以将压力应变片12电阻发生变化的信号转化为电信号输出给控制器21。高压直流电源22输出端一端与上电极片13供电线路连接，另一端通过导线穿过工件底座17内部小孔与下电极片16连接。下电磁铁线圈19的导线与PWM直流电源B20输出端连接，PWM直流电源B20输入端与控制器21相连。

电磁流变弹性体14为现有普通磁流变弹性体的改良产物，在普通磁流变弹性体制作时在其基体(橡胶)中不仅加入了具有高导磁性的颗粒(羰基铁粉)使其具有磁流变效应，同时还加入具有高介电常数的电流变颗粒(二硫化钼)使其具有电流变效应，最后混入加工需要的研磨粉(金刚石颗粒)使其具有抛光效果，在固化后电磁流变弹性体14在不同电场和磁场下可表现出不同的刚度，即在加不同电场与磁场下就可表现出不同的磨削力度。

本实用新型的优点在于：可以通过控制电磁场来调节电磁流变弹性体的刚度，使其在抛光时具有不同的抛光力度；通过电流变效应增加弹性体刚度，弥补由于空气磁导率很低造成的磁场强度不足时弹性体刚度不足，同时可减小所需的磁场强度以减小电磁铁线圈发热的状况；通过上下两个电磁铁同时产生磁场，可以使磁场形成回路，在电磁流变弹性体上具有更大磁场强度；通过压力应变片实时检测加工压力后对加工力度进行调整，使得加工表面更加均匀。

附图说明

图1：一种具有电磁流变双效应的抛光装置剖面图

图2：一种具有电磁流变双效应的抛光装置外观图

图3：一种具有电磁流变双效应的抛光装置安装在三轴工作平台示意图

图中：

1.步进电机、2.电机架、3.联轴器、4.抛光头外壳、5.导电滑环、6.紧定螺钉、7.上电磁铁线圈、8.上电磁铁铁芯、9.弹性体外套、10.工件夹具、11.隔板、12.压力应变片、13.上电极片、14.电磁流变弹性体、15.工件、16.下电极片、17.工件底座、18.下电磁铁铁芯、19.下电磁铁线圈、20.PWM直流电源B、21.控制器、22.高压直流电源、23.PWM直流电源A、24.惠斯通电桥。

一种具有电磁流变双效应的抛光装置，其结构包括：步进电机1、电机架2、联轴器3、抛光头外壳4、导电滑环5、紧定螺钉6、上电磁铁线圈7、上电磁铁铁芯8、弹性体外套9、工件夹具10、隔板11、压力应变片12、上电极片13、电磁流变弹性体14、工件15、下电极片16、工件底座17、下电磁铁铁芯18、下电磁铁线圈19、PWM直流电源B20、控制器21、高压直流电源22、PWM直流电源A23、惠斯通电桥24。

所述的一种具有电磁流变双效应的抛光装置，其抛光头外壳4通过联轴器3与步进电机 1的电机轴连接，抛光头外壳4内部开有小孔用于放置导线，步进电机1通过螺栓固定在电机架2上，抛光头外壳4上通过紧定螺钉6装有导电滑环5，抛光头外壳4内部装有上电磁铁线圈7与上电磁铁铁芯8，上电磁铁铁芯8中心及侧边开有小孔用于放置导线。弹性体外套9通过螺纹连接方式安装在抛光头外壳4上，弹性体外套9下部开孔处分别装有压力应变片12、上电极片13、电磁流变弹性体14。压力应变片12与抛光头外壳4之间装有隔板11，隔板11与压力应变片12中心开有小孔用于放置导线。工件15放置在工件底座17上，工件 15通过工件夹具10进行固定，在工件15装有下电极片16。工件底座17通过螺栓与下电磁铁铁芯18固连，在下电磁铁铁芯18外圈装有下电磁铁线圈19，工件底座17内部开有小孔用于放置导线。

导电滑环5作为旋转零部件电路连接装置，其内圈及内圈上的导线可随零部件转动，外圈及其外圈上的导线可保持静止不动防止外圈上的导线发生缠绕，内外圈每路导线分别对应连通。导电滑环5内圈有三路电路，分别为：

上电磁铁线圈7供电线路，其路线为：导电滑环5内圈——抛光头外壳4内部小孔——上电磁铁铁芯8中心小孔——上电磁铁铁芯8侧边小孔——上电磁铁线圈7。

压力应变片12信号线路，其路线为：导电滑环5内圈——抛光头外壳4内部小孔——上电磁铁铁芯8中心小孔——隔板11中心小孔——压力应变片12。

上电极片13供电线路，其路线为：导电滑环5内圈——抛光头外壳4内部小孔——上电磁铁铁芯8中心小孔——隔板11中心小孔——压力应变片12中心小孔——上电极片13。

导电滑环5内圈线路与外圈导线各自连通，其中上电磁铁线圈7供电线路通过导线与PWM 直流电源A23输出端连接，PWM直流电源A23输入端与控制器21通过导线连接。压力应变片12信号线路导线接入惠斯通电桥24，惠斯通电桥24为现有技术电路，可以将压力应变片12 电阻发生变化的信号转化为电信号输出给控制器21。高压直流电源22输出端一端与上电极片13供电线路连接，另一端通过导线穿过工件底座17内部小孔与下电极片16连接。下电磁铁线圈19的导线与PWM直流电源B20输出端连接，PWM直流电源B20输入端与控制器21相连。

其中电磁流变弹性体14为现有普通磁流变弹性体的改良产物，在普通磁流变弹性体制作时在其基体(橡胶)中不仅加入了具有高导磁性的颗粒(羰基铁粉)使其具有磁流变效应，同时还加入具有高介电常数的电流变颗粒(二硫化钼)使其具有电流变效应，最后混入加工需要的研磨粉(金刚石颗粒)使其具有抛光效果，在固化后电磁流变弹性体14在不同电场和磁场下可表现出不同的刚度，即在加不同电场与磁场下就可表现出不同的磨削力度。

具体实施方式

当需要抛光零件时，可根据不同的抛光零件表面选择抛光的机床，如平面抛光选择三轴机床即可，曲面抛光可以选择轴数更多的机床。根据不同的机床规格将本装置固定在机床上。如图3即为本装置安装在一个普通三轴加工平台上的示意图。

加工方法：

根据要加工的零件硬度及材质选择加工磁场大小以及是否加电场，当零件硬度较大时，电磁流变弹性体14需要较高的刚度，为弥补磁场不足同时避免线圈发热过大，打开高压直流电源22供电，调节合适的输出电压，电磁流变弹性体14由于电流变效应刚度变大起到粗调作用。当零件硬度较小时，磁场能满足改变电磁流变弹性体14刚度需求时，则不必打开高压直流电源22供电。

根据要加工的零件硬度及材质调整磁场大小，对电磁流变弹性体14的刚度进一步调整优化，控制器21可控制PWM直流电源A23与PWM直流电源B20的输出电压来调整上电磁铁线圈7与下电磁铁线圈19的电压值，进而控制工件上下两块电磁铁的磁场强度来改变电磁流变弹性体14的刚度。

根据加工的零件硬度及材质选择加工压力，根据预选压力将电磁流变弹性体14移动到与工件15相接触的位置，压力应变片12可将电磁流变弹性体14的压力通过惠斯通电桥24转换为电信号输入给控制器21，使得加工时的压力值等于预先给定值。

开启步进电机1旋转，根据加工表面形貌控制机床对工件15表面进行抛光，在抛光过程中控制器21可通过压力应变片12实时检测加工压力，当加工压力与预选定的加工压力有偏差时，由控制器21发出控制信号改变PWM直流电源A23与PWM直流电源B20的输出电压，进而调整磁场大小，调整电磁流变弹性体14刚度使得加工压力等于预选定的压力值。

加工完毕，控制电磁流变弹性体14离开工件表面，停止步进电机1旋转。

Claims (3)

1.一种具有电磁流变双效应的抛光装置，其特征在于：所述的一种具有电磁流变双效应的抛光装置结构包括：步进电机(1)、电机架(2)、联轴器(3)、抛光头外壳(4)、导电滑环(5)、紧定螺钉(6)、上电磁铁线圈(7)、上电磁铁铁芯(8)、弹性体外套(9)、工件夹具(10)、隔板(11)、压力应变片(12)、上电极片(13)、电磁流变弹性体(14)、工件(15)、下电极片(16)、工件底座(17)、下电磁铁铁芯(18)、下电磁铁线圈(19)、PWM直流电源B(20)、控制器(21)、高压直流电源(22)、PWM直流电源A(23)、惠斯通电桥(24)；

其中抛光头外壳(4)通过联轴器(3)与步进电机(1)的电机轴连接，抛光头外壳(4)内部开有小孔用于放置导线，步进电机(1)通过螺栓固定在电机架(2)上，抛光头外壳(4)上通过紧定螺钉(6)装有导电滑环(5)，抛光头外壳(4)内部装有上电磁铁线圈(7)与上电磁铁铁芯(8)，上电磁铁铁芯(8)中心及侧边开有小孔用于放置导线，弹性体外套(9)通过螺纹连接方式安装在抛光头外壳(4)上，弹性体外套(9)下部开孔处分别装有压力应变片(12)、上电极片(13)、电磁流变弹性体(14)，压力应变片(12)与抛光头外壳(4)之间装有隔板(11)，隔板(11)与压力应变片(12)中心开有小孔用于放置导线，工件(15)放置在工件底座(17)上，工件(15)通过工件夹具(10)进行固定，在工件(15)装有下电极片(16)，工件底座(17)通过螺栓与下电磁铁铁芯(18)固连，在下电磁铁铁芯(18)外圈装有下电磁铁线圈(19)，工件底座(17)内部开有小孔用于放置导线；

导电滑环(5)作为旋转零部件电路连接装置，其内圈及内圈上的导线可随零部件转动，外圈及其外圈上的导线可保持静止不动防止外圈上的导线发生缠绕，导电滑环(5)内圈线路与外圈导线各自连通，其中上电磁铁线圈(7)供电线路通过导线与PWM直流电源A(23)输出端连接，PWM直流电源A(23)输入端与控制器(21)通过导线连接，压力应变片(12)信号线路导线接入惠斯通电桥(24)，惠斯通电桥(24)可以将压力应变片(12)电阻发生变化的信号转化为电信号输出给控制器(21)，高压直流电源(22)输出端一端与上电极片(13)供电线路连接，另一端通过导线穿过工件底座(17)内部小孔与下电极片(16)连接，下电磁铁线圈(19)的导线与PWM直流电源B(20)输出端连接，PWM直流电源B(20)输入端与控制器(21)相连。

2.根据权利要求1所述的一种具有电磁流变双效应的抛光装置，其特征在于：利用上电极片(13)与下电极片(16)对电磁流变弹性体(14)进行供电使其具有电流变效应。

3.根据权利要求1所述的一种具有电磁流变双效应的抛光装置，其特征在于：利用上电磁铁线圈(7)、上电磁铁铁芯(8)与下电磁铁铁芯(18)、下电磁铁线圈(19)组成上下两个电磁铁，增大了电磁流变弹性体(14)中的磁场强度。

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