專利名稱：超聲波磁粒復(fù)合研磨裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及機(jī)械加工領(lǐng)域，具體涉及通過超聲波磁粒復(fù)合研磨對(duì) 機(jī)械零件表面進(jìn)行研磨拋光的方法及為實(shí)現(xiàn)該方法所發(fā)明的一種裝置。
技術(shù)背景隨著人們對(duì)美學(xué)效果的不斷追求，越來(lái)越多的制品釆用復(fù)雜的自由曲 面造型，且型面精度要求越來(lái)越高，但是由于高檔次高精度設(shè)備如高速銑 等成本高、投入大而難以大量普及，模具型面機(jī)加工結(jié)束后，留給最后手 工打光、拋光的工作量非常大，這導(dǎo)致了模具生產(chǎn)周期長(zhǎng)，生產(chǎn)效率低，型面精度得不到可靠保證；對(duì)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(guó)內(nèi)外模具行業(yè)期盼解決的問題。對(duì)模具自由曲面的自動(dòng)研磨加工一直是國(guó)際上工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家致力研究 的課題，美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、日本早在上世紀(jì)80年代就投入了大量人力、 物力和財(cái)力進(jìn)行模具自由曲面自動(dòng)化研磨系統(tǒng)的研究，并相繼開發(fā)出了模 具自動(dòng)研磨專用機(jī)床。研磨工藝方法也從機(jī)械研磨發(fā)展到電化學(xué)研磨、激 光研磨、超聲波振動(dòng)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(jī)器人研磨發(fā)展。申請(qǐng)?zhí)枮?00410044076. 0的中國(guó)發(fā)明專利，涉及超聲波磁流變復(fù)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(xué)元件的超精密加工， 該發(fā)明方案是利用通入循環(huán)流動(dòng)的混有磨料的磁流變液，施加一定的磁場(chǎng)，
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(shí) 施加超聲波振動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)拋光去除作用。該方案具有設(shè)備緊湊、操作方便、 加工精度高等優(yōu)點(diǎn)。該方案主要適合小型光學(xué)元件加工技術(shù)領(lǐng)域，其目標(biāo)粗糙度值可達(dá)RaO. 7nra，但該方法切削力較小，同時(shí)，磁流變液還具有易沉 積的缺點(diǎn)，該發(fā)明不適合大量應(yīng)用于模具等自由表面精密加工領(lǐng)域。 發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種簡(jiǎn)單高效、方便實(shí)用、可 用于工件自由表面研磨、拋光的超聲波磁粒復(fù)合研磨系統(tǒng)裝置，該裝置既 適用于模具制造業(yè)，也可用于其他機(jī)械制造業(yè)。本實(shí)用新型解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為 一種超聲波磁粒 復(fù)合研磨系統(tǒng)裝置，它直接安裝在數(shù)控加工機(jī)床上，可對(duì)工件自由表面實(shí) 現(xiàn)精密研磨加工。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(jī)床 主軸端的將超聲波振動(dòng)與磁粒研磨相復(fù)合的研磨頭組件，組件中包括超聲 磁粒復(fù)合研磨桿、超聲波換能器等；在隨主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的研磨頭組件外部 套裝著高壓集電環(huán)；超聲磁粒復(fù)合研磨桿外空套有固定在數(shù)控機(jī)床支架上 的電磁線圈；固定在數(shù)控機(jī)床支架上的高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(lì)磁電源以及相應(yīng)的控制軟件組成， 超聲波信號(hào)與電磁線圈的控制電流通過電路導(dǎo)線組與研磨頭組件和電磁線 圈連接。由控制系統(tǒng)輸出的勵(lì)磁電流通過電路導(dǎo)線組讓電磁線圈勵(lì)磁使超 聲磁粒復(fù)合研磨桿工作端部吸引磁性磨料形成柔性的磨刷。超聲波信號(hào)由高壓電刷通過高壓集電環(huán)傳送到裝在研磨頭組件內(nèi)部的超聲波換能器，超 聲波換能器裝在超聲磁粒復(fù)合研磨桿的上端部，超聲波換能器將超聲波信
號(hào)轉(zhuǎn)換為振動(dòng)能傳給超聲磁粒復(fù)合研磨桿促使磨粒翻滾自銳；利用數(shù)控加 工機(jī)床的數(shù)控加工代碼控制超聲磁粒復(fù)合研磨桿沿自由曲面的軌跡運(yùn)動(dòng)， 從而實(shí)現(xiàn)自由曲面的數(shù)字化高精度研磨。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于在磁粒研磨技術(shù)基礎(chǔ)上有 機(jī)地復(fù)合了超聲波振動(dòng)技術(shù)，廣泛適用于自由曲面的研磨與拋光加工，加 工效率髙。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，系統(tǒng)易于維護(hù)，設(shè)備投入低，實(shí)用性強(qiáng)，非 常有利于該技術(shù)的大面積推廣。附困說(shuō)明
圖1為本實(shí)用新型超聲波磁粒復(fù)合研磨裝置實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述。超聲波磁粒復(fù)合研磨系統(tǒng)裝置中包含將超聲波振動(dòng)與磁粒研磨技術(shù)相 復(fù)合的研磨頭組件，該組件包含超聲磁粒復(fù)合研磨桿(3),超聲波換能器(2)，高壓集電環(huán)(4);超聲波換能器(2)裝在超聲磁粒復(fù)合研磨桿(3) 的上端部；在隨主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的研磨頭組件外部套裝著高壓集電環(huán)(4); 超聲磁粒復(fù)合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(jī)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(lì)磁電源(15)及相應(yīng)的研磨控制軟件(13)等組成。其中研磨頭組件直接安裝在數(shù)控加工機(jī)床(1)的轉(zhuǎn)動(dòng)主軸 上，由電磁線圈的勵(lì)磁電源(15)產(chǎn)生的受控電流，通過接口電路導(dǎo)線組(11)送至電磁線圈(7)。在磁場(chǎng)的作用下超聲磁粒復(fù)合研磨桿(3)被磁
化而吸住磁性磨粒(8)，在其頭部形成"柔性磨刷"。超聲波發(fā)生器(14) 產(chǎn)生的受控高壓超聲波信號(hào)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(zhuǎn)換成超聲振動(dòng)并通過超聲磁粒復(fù)合研磨桿(3)傳遞給磨粒，使 磨粒振動(dòng)、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(jī)床(1)的工作臺(tái) 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(yīng)軟件，根據(jù)工件(9)的加工要求設(shè)置相 關(guān)參數(shù)，線圈通電，超聲磁粒復(fù)合研磨桿吸引磁性磨粒(8)形成柔性磁刷， 超聲發(fā)生器發(fā)出超聲振動(dòng)波信號(hào)，經(jīng)換能器將超聲振動(dòng)通過超聲磁粒復(fù)合 研磨桿(3)傳至磁性磨粒，促使磨粒振動(dòng)、翻滾自銳；超聲磁粒復(fù)合研磨 桿隨機(jī)床主軸旋轉(zhuǎn)并按所編程序移動(dòng)，帶動(dòng)磁性磨粒(8)對(duì)工件(9)進(jìn) 行超聲波磁粒復(fù)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(shí)現(xiàn)工件復(fù)雜自由表面的研磨，而超聲波振動(dòng) 則促使磁粒翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)激勵(lì)磨粒自銳，從而提高磨粒(8)利用率、提高研磨 效率，這里的研磨液使超聲振動(dòng)產(chǎn)生超聲空化、聚爆等效應(yīng)，更有利于工 件(9)曲面研磨效率和質(zhì)量的提高。這樣，在超聲波振動(dòng)和磁粒的綜合作 用下，最終實(shí)現(xiàn)工件高效、高精度研磨的目的。所述超聲波振動(dòng)的振動(dòng)頻率》16kHz。作為優(yōu)選方式，所述超聲磁粒復(fù)合研磨桿的旋轉(zhuǎn)速度《10000轉(zhuǎn)/分。作為優(yōu)選方式，所述超聲磁拉復(fù)合研磨桿工作端部的磁感應(yīng)強(qiáng)度》0. 6特斯拉。
權(quán)利要求1、一種超聲波磁粒復(fù)合研磨裝置，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(jī)床(1)主軸端的將超聲波振動(dòng)與磁粒研磨相復(fù)合的研磨頭組件，組件中包括超聲磁粒復(fù)合研磨桿(3)、超聲波換能器(2)裝置；在隨主軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)的研磨頭組件外部套裝著高壓集電環(huán)(4)；超聲磁粒復(fù)合研磨桿外空套有固定在數(shù)控機(jī)床支架上的電磁線圈(7)；固定在數(shù)控機(jī)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(lì)磁電源(15)、控制器以及相應(yīng)的控制軟件(13)組成，超聲波信號(hào)與電磁線圈的控制電流通過電路導(dǎo)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(lì)磁電流通過電路導(dǎo)線組(11)讓電磁線圈勵(lì)磁使超聲磁粒復(fù)合研磨桿工作端部吸引磁性磨粒形成柔性的磨刷；超聲波信號(hào)由高壓電刷(5)通過高壓集電環(huán)(4)傳送到裝在研磨頭組件內(nèi)部的超聲波換能器(2)，超聲波換能器(2)裝在超聲磁粒復(fù)合研磨桿(3)的上端部，超聲波換能器將超聲波信號(hào)轉(zhuǎn)換為超聲振動(dòng)通過超聲磁粒復(fù)合研磨桿(3)使磨粒振動(dòng)、翻滾、自銳。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波磁粒復(fù)合研磨系統(tǒng)裝置，其特征在于 所述該裝置產(chǎn)生的超聲波振動(dòng)頻率》16kHz。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波磁粒復(fù)合研磨系統(tǒng)裝置，其特征在于 所述超聲磁粒復(fù)合研磨桿的旋轉(zhuǎn)速度《10000轉(zhuǎn)/分。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超聲波磁粒復(fù)合研磨系統(tǒng)裝置，其特征在于 所述超聲磁粒復(fù)合研磨桿工作端部的磁感應(yīng)強(qiáng)度^0.6特斯拉。
專利摘要本實(shí)用新型涉及機(jī)械加工技術(shù)領(lǐng)域。提供了一種將超聲波振動(dòng)與磁粒研磨有機(jī)結(jié)合的復(fù)合研磨方法與裝置。該技術(shù)方案為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，利用電磁線圈使超聲磁粒復(fù)合研磨桿勵(lì)磁吸引磨料形成柔性磨刷，同時(shí)超聲波振動(dòng)經(jīng)超聲磁粒復(fù)合研磨桿傳至磨粒，隨著磨刷與工件的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，工件表面得到超聲波、磁粒復(fù)合高效研磨。本實(shí)用新型裝置中，研磨頭組件由超聲磁粒復(fù)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(jī)床支架上的電磁線圈(7)。該方法可以實(shí)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(jī)床主軸連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于維護(hù)，設(shè)備投入低。
文檔編號(hào)B24B35/00GK201026579SQ200620105570
公開日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2006年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月10日
發(fā)明者蘆亞萍 申請(qǐng)人:寧波工程學(xué)院