專利名稱：超聲波磁粒復合研磨方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及機械加工領域，具體涉及通過超聲波磁粒復合研磨對機械 零件表面進行研磨拋光的方法及為實現(xiàn)該方法所發(fā)明的一種裝置。
冊狄
隨著人們對美學效果的不斷追求，越來越多的制品采用復雜的自由曲 面造型，且型面精度要求越來越高，但是由于高檔次高精度設備如高速銑 等成本高、投入大而難以大量普及，零件型面機加工結束后，留給最后手 工研磨拋光的工作量非常大，這導致了制品生產(chǎn)周期長，生產(chǎn)效率低，型
面精度更得不到可靠保證；對于汽車零件如覆蓋件、車燈等自由曲面型面， 這方面的矛盾尤為突出。如何提高自由曲面加工精度，降低手工打光工作 量是國內外機械行業(yè)尤其是模具行業(yè)期盼解決的問題。
對模具自由曲面的自動研磨加工一直是國際上工業(yè)發(fā)達國家致力研究 的課題，美國、德國、法國、日本早在上世紀80年代就投入了大量人力、 物力和財力進行模具自由曲面自動化研磨系統(tǒng)的研究，并相繼開發(fā)出了模 具自動研磨專用機床。研磨工藝方法也從機械研磨發(fā)展到電化學研磨、激 光研磨、超聲波振動研磨、磁粒研磨等多種特種研磨，并從手工研磨向數(shù) 控研磨、機器人研磨發(fā)展。
申請?zhí)枮?00410044076. 0的中國發(fā)明專利，涉及超聲波磁流變復合拋 光方法及裝置。該發(fā)明創(chuàng)造主要用于小型自由曲面光學元件的超精密加工， 該發(fā)明方案是利用通入循環(huán)流動的混有磨料的磁流變液，施加一定的磁場，
使磁流變液在工具頭部位成為有一定材料去除能力的柔性拋光工具，同時 施加超聲波振動來實現(xiàn)拋光去除作用。該方案具有設備緊湊、操作方便、 加工精度高等優(yōu)點。但該方案與本專利所適合的加工領域不同，磁流變液
適合超精密加工和光學加工技術領域，其目標粗糙度值可達Ra0.7nm，切削 力極小，而模具型面及大多數(shù)機械零件經(jīng)數(shù)控設備加工后的粗糙度值一般 為Ral.6/^左右，目標粗糙度RaO.l，左右，同時，磁流變液還具有易沉 積的缺點，顯然專利號為200410044076. 0的發(fā)明不適合大量應用于模具及 大多數(shù)機械加工領域。
磁粒研磨就是磁性磨料在磁場作用下被吸附在磁極上形成具有一定剛 度的"柔性磨料刷"，通過磨料刷與工件的相對運動實現(xiàn)對工件表面研磨 加工的一種新型加工方法。由于磁性磨刷可以隨被加工表面形狀的變化而 變化，因而特別適合復雜曲面的數(shù)控研磨加工；但目前由于研磨過程中， 磨粒翻轉自銳作用不明顯等原因導致實際研磨效率偏低，嚴重影響了該技 術的應用推廣。
本發(fā)明所要解決的問題就是克服實際磁粒研磨過程中研磨效率偏低的 問題。
發(fā)明內容
本發(fā)明所解決的第一個技術問題是提供一種簡單高效、方便實用、可 用于各種工件自由表面研磨、拋光的超聲波振動磁粒復合研磨方法。
本發(fā)明所解決的第二個技術問題是提供一種簡單高效、方便實用、可 用于各種工件自由表面研磨、拋光的超聲波振動磁粒復合研磨裝置。
本發(fā)明所解決的第一個技術問題的技術方案，其工作原理和過程如下
所述1、將超聲波磁粒復合研磨頭組件直接與數(shù)控加工機床轉動主軸連接。 研磨頭組件中包括復合研磨桿、超聲波換能器裝置等零件，復合研磨桿外 空套固定在固定支架上的電磁線圈；2、將工件固定在數(shù)控加工機床的工作 臺面上，在工件加工區(qū)域中加入適量磁性磨料，開啟研磨液；3、啟動電磁 線圈供電電源，通過電磁線圈使復合研磨桿工作端部勵磁吸引磁性磨料形 成柔性的磨刷。根據(jù)工件加工的實際需要，研磨系統(tǒng)的控制軟件通過控制 勵磁電流，從而控制復合研磨桿端部的磁場強弱，進而控制柔性磨刷的剛 度；4、啟動超聲波發(fā)生器發(fā)出超聲波信號，經(jīng)超聲波換能器將超聲波振動 傳至研磨桿、磨刷，促使加工區(qū)域中的磁性磨料翻轉自銳，提高磁性磨料 的使用效率和研磨效率；同時超聲波振動在研磨液中的空化、聚爆等效應 又使曲面的研磨質量和效率得到進一步提高。5、利用數(shù)控加工機床的數(shù)控 加工代碼控制研磨桿沿自由曲面的運動軌跡，實現(xiàn)自由曲面的數(shù)字化高精 度研磨。在整個研磨過程中，超聲波振動磁粒復合研磨自由曲面，集成了 超聲波振動研磨和磁力研磨的相關特性。
所述超聲波振動的振動頻率^16kHz，作為優(yōu)選方式振動頻率16kHz到 40 kHz之間。
作為優(yōu)選方式，所述研磨桿頭組件的旋轉速度《10000轉/分。 作為優(yōu)選方式，所述研磨桿頭端部的磁感應強度》0.6特斯拉。
本發(fā)明所要解決的第二個技術問題的技術方案為 一種直接安裝在數(shù) 控加工機床上的可對工件自由表面實現(xiàn)研磨拋光加工的復合研磨系統(tǒng)裝 置。其特征在于所述的系統(tǒng)裝置中具有可裝于數(shù)控加工機床主軸端的將超 聲波振動與磁粒研磨相復合的研磨頭組件，組件內部設計有復合研磨桿、
超聲波換能器裝置，外部套裝著高壓集電環(huán)；復合研磨桿外部空套電磁線 圈，電磁線圈固定在數(shù)控機床支架上；固定在數(shù)控機床支架上的髙壓電刷 緊壓在高壓集電環(huán)上；控制系統(tǒng)由超聲波發(fā)生器、電磁線圈的勵磁電源、 控制器以及相應的控制軟件組成，實現(xiàn)與機床的數(shù)據(jù)通訊，可以按工件具 體需要設定磁場強度、進給速度、研磨時間等研磨工藝參數(shù)。由控制系統(tǒng) 輸出的勵磁電流通過電路導線組讓電磁線圈勵磁從而使復合研磨桿工作端 部吸引磁性磨料形成柔性磨刷，超聲波信號由高壓電刷通過高壓集電環(huán)傳 送到裝在研磨頭內部的超聲波換能器，超聲波換能器將超聲波信號轉換為 振動能傳給復合研磨桿，使吸附在研磨桿頭部的磁性磨粒振動、翻滾自銳。
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于在磁粒研磨技術基礎上有機地 復合了超聲波振動技術，通過磨粒的翻滾、自銳、超聲振動，提高研磨效 率和精度。該方法可以廣泛適用于自由曲面的研磨與拋光加工，加工效率 高。該裝置結構簡單，系統(tǒng)易于維護，設備投入低，實用性高。
附困說明
圖1為本發(fā)明超聲波磁粒復合研磨裝置實施例結構示意圖。
具體實施例方式
以下結合附圖實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述。
超聲波磁粒復合研磨裝置中包含將超聲波振動與磁粒研磨技術相復合
的研磨頭組件，該組件包含復合研磨桿(3)、超聲波換能器(2)裝置、高 壓集電環(huán)(4);超聲波換能器(2)裝在復合研磨桿(3)的端部，研磨頭 組件外部套裝著高壓集電環(huán)(4);研磨桿外空套固定在固定支架(6)上的
電磁線圈(7);固定在數(shù)控機床支架上的高壓電刷(5)緊壓在高壓集電環(huán)
上；控制系統(tǒng)(12)由超聲波發(fā)生器(14)、電磁線圈的勵磁電源(15)、 控制器及相應的研磨控制軟件(13)等組成。其中超聲波振動磁粒復合研 磨頭組件直接安裝在數(shù)控加工機床(1)的轉動主軸上，由電磁線圈的勵磁 電源(15)產(chǎn)生的受控電流，通過接口電路導線組(11)送至電磁線圈(7)。 在磁場的作用下超聲磁粒復合研磨桿(3)被磁化從而吸住磁粒(8),在其 頭部形成柔性磨刷；超聲波發(fā)生器(15)產(chǎn)生的受控高壓超聲波信號通過 電刷和集電環(huán)送至超聲波換能器，由超聲波換能器轉換成振動能并傳給復 合研磨桿(3)，促使磨粒振動、翻滾自銳。
工作原理和過程將需加工的工件固定在數(shù)控加工機床(1)的工作臺 上，用夾具(10)固定，在工件(9)需研磨的自由曲面上加入磁性磨粒(8)， 開啟研磨液，開啟控制系統(tǒng)及相應軟件，根據(jù)工件(9)的加工要求設置相 關參數(shù)，線圈通電，研磨桿吸引磁粒(8)形成柔性磁刷，超聲發(fā)生器發(fā)出 超聲振動波信號，經(jīng)換能器將超聲振動能傳至研磨桿(3),研磨桿隨機床 主軸旋轉并按所編程序移動，研磨桿頭部帶動磁性磨粒(8)對工件(9) 進行超聲波振動磁力復合研磨。
由于磁性磨刷的柔性，磨刷可以隨加工曲面形狀的變化而變形，非常 有利于實現(xiàn)復雜自由表面的研磨，而超聲波振動則促使磁粒翻轉運動激勵 磨粒自銳，從而提高磨粒(8)利用率，提高研磨拋光效率，同時，超聲波 振動在研磨液中的空化、聚爆等效應更有利于工件(9)曲面研磨效率和研 磨質量的提高。這樣，在超聲波振動和磁粒的綜合作用下，最終實現(xiàn)工件 高效、高精度研磨的目的。
權利要求
1、一種超聲波振動磁粒復合研磨方法，其特征在于所述的方法同時采用磁粒研磨技術和超聲波振動技術，步驟如下在數(shù)控加工機床轉動主軸端直接裝上將超聲波振動與磁粒研磨相復合的研磨頭組件，組件中包括超聲波磁粒復合研磨桿(3)、超聲波換能器(2)裝置與零件；研磨桿外空套固定在固定支架(6)上的電磁線圈(7)；將工件固定在數(shù)控加工機床的工作臺面上；在工件的加工區(qū)域中加入適量磁性磨料(8)，開啟研磨液，啟動電磁線圈供電電源，通過電磁線圈(7)使復合研磨桿(3)工作端部勵磁吸引磁性磨料從而形成柔性磨刷，根據(jù)工件加工的實際需要，研磨系統(tǒng)的控制軟件通過控制勵磁電流，從而控制復合研磨桿端部的磁場強弱，進而控制柔性磨刷的剛度；啟動超聲波發(fā)生器(14)發(fā)出超聲波信號，經(jīng)研磨頭組件中的超聲波換能器(2)，將超聲波振動經(jīng)研磨桿(3)傳至磁性磨粒，促使加工區(qū)域中的磁性磨料(8)振動、翻轉自銳，提高磁性磨料(8)的使用效率和研磨效率；再則，超聲波振動在研磨液中的空化、聚爆等效應又使曲面的研磨質量和效率得到進一步提高，在整個研磨過程中，超聲波振動磁粒復合研磨自由曲面，集成了超聲波振動研磨和磁粒研磨的相關特性，系統(tǒng)利用數(shù)控加工機床的數(shù)控加工代碼控制研磨桿(3)沿自由曲面的運動軌跡，實現(xiàn)自由曲面高精度數(shù)字化研磨。
2、 根據(jù)權利要求1所述的一種方法，其特征在于所述該裝置產(chǎn)生的超聲波 振動頻率^16kHz，作為優(yōu)選方式振動頻率處于16kHz到40 kHz之間。
3、 根據(jù)權利要求1所述的一種方法，其特征在于所述研磨桿頭組件的旋轉 速度《10000轉/分。
4、 根據(jù)權利要求1所述的一種方法，其特征在于所述超聲磁粒復合研磨桿 (3)端部的磁感應強度》0.6特斯拉。
5、 一種超聲波振動磁粒復合研磨系統(tǒng)裝置，其特征在于所述的系統(tǒng)裝置中 具有可直接裝于數(shù)控加工機床(1)主軸端的將超聲波振動與磁粒研磨相復 合的研磨頭組件，組件中包括超聲磁粒復合研磨桿(3)、超聲波換能器(2) 裝置；隨主軸一起轉動的研磨頭外部套裝著高壓集電環(huán)(4);研磨桿外空套 有固定在數(shù)控機床支架上的電磁線圈(7);固定在數(shù)控機床支架上的高壓電刷(5)緊壓在高壓集電環(huán)上；控制系統(tǒng)(12)可實現(xiàn)與機床的數(shù)據(jù)通訊，它由超聲波發(fā)生器(14)、電磁線圈的勵磁電源(15)、控制器以及相應的控 制軟件組成，超聲波信號與電磁線圈的控制電流通過電路導線組(11)與研 磨頭組件和電磁線圈連接。由控制系統(tǒng)輸出的勵磁電流通過電路導線組(11) 讓電磁線圈勵磁使研磨頭工作端部吸引磁性磨料形成柔性磨刷；超聲波信號 由高壓電刷(5)通過高壓集電環(huán)(4)傳送到裝在研磨頭內部的超聲波換能 器(2)，超聲波換能器(2)裝在超聲磁粒復合研磨桿(3)的端部，換能器 將超聲波信號轉換為超聲振動并通過超聲磁粒復合研磨桿(3)傳遞給磨粒， 促使磨粒振動、翻滾、自銳。
6、 根據(jù)權利要求5所述的一種裝置，其特征在于所述該裝置產(chǎn)生的超聲波 振動頻率》16kHz,作為優(yōu)選方式振動頻率處于16kHz到40 kHz之間。
7、 根據(jù)權利要求5所述的一種裝置，其特征在于所述研磨桿頭組件的旋轉 速度《10000轉/分。
8、 根據(jù)權利要求5所述的一種裝置，其特征在于所述超聲磁粒復合研磨桿 (3)端部的磁感應強度》0.6特斯拉。
全文摘要
本發(fā)明涉及機械加工技術領域。提供了一種將超聲波振動與磁粒研磨有機結合的復合研磨方法與裝置。該技術方案為復合研磨頭組件直接與數(shù)控銑床主軸連接，在工件待加工區(qū)域加入適量磁性磨粒，利用電磁線圈使研磨桿勵磁吸引磨料形成柔性磨刷，同時超聲波振動經(jīng)研磨桿頭傳至磨粒，隨著磨刷與工件的相對運動，工件表面得到超聲波、磁粒復合高效研磨。本發(fā)明裝置中，復合研磨頭組件由超聲磁力復合研磨桿(3)、超聲波換能器(2)、高壓集電環(huán)(4)等組成，外部空套固定在數(shù)控機床支架上的電磁線圈(7)。該方法可以實現(xiàn)工件自由曲面的高效研磨，特別適合于模具型腔研磨加工。該裝置可方便與數(shù)控機床主軸連接，結構簡單，易于維護，設備投入低。
文檔編號B24B35/00GK101104244SQ200610052410
公開日2008年1月16日 申請日期2006年7月10日 優(yōu)先權日2006年7月10日
發(fā)明者蘆亞萍 申請人:寧波工程學院