一種磁流變浮動(dòng)拋光裝置與方法與流程

本發(fā)明涉及一種新型智能材料的應(yīng)用，屬于光整加工領(lǐng)域，特別是一種利用磁流變液對(duì)工件進(jìn)行平面均勻拋光的裝置與方法。

背景技術(shù)：

磁流變是一種智能材料，它在常態(tài)下是液體，當(dāng)加磁場(chǎng)時(shí)，它會(huì)發(fā)生液-固相變，去除磁場(chǎng)后，會(huì)發(fā)生固-液相變，這種相變能在極短的時(shí)間內(nèi)(一般為毫秒級(jí))平穩(wěn)、快速完成轉(zhuǎn)換。在一定的磁場(chǎng)強(qiáng)度內(nèi)，磁流變液的表觀粘度與磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)。這種現(xiàn)象稱為磁流變效應(yīng)。磁流變材料具有良好的力學(xué)性能，并且可以通過(guò)調(diào)整磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)改變其性能，利用磁流變效應(yīng)，將磨粒與磁流變混合，通過(guò)控制實(shí)時(shí)磁場(chǎng)強(qiáng)度，在拋光區(qū)域形成與拋光工件表面相吻合的拋光磨頭，而且其硬度可調(diào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面的拋光，其具有極高的拋光精度與近無(wú)殘余應(yīng)力等顯著特點(diǎn)。

現(xiàn)有的磁流變拋光裝置對(duì)工件進(jìn)行拋光時(shí)，需要精確設(shè)計(jì)拋光軌跡，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)拋光工件材料的均勻去除。

申請(qǐng)者獲得授權(quán)的發(fā)明專利z1201410440862.6《一種磁流變拋光方法及拋光工具》，使用三層同心圓環(huán)形電磁鐵改變拋光區(qū)域的磁場(chǎng)分布，從而達(dá)到工件材料的均勻去除。

該拋光工具由于電磁鐵也進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，達(dá)到需要的磁場(chǎng)強(qiáng)度，該拋光工具體積較大，其多層電磁鐵也不能保證磁場(chǎng)強(qiáng)度與線速度能夠保證定值，其磨頭是針對(duì)局部加工，其拋光效果不夠理想，且加工效率不高。

申請(qǐng)者獲得授權(quán)的發(fā)明專利201110116955.x《一種去除率模型可控的磁流變均勻拋光方法與裝置》，使用三只尖錐狀給的電磁鐵改變拋光區(qū)域的磁場(chǎng)分布，從而達(dá)到工件材料的均勻去除。這種拋光方法需要根據(jù)面型變化，計(jì)算合適的磁場(chǎng)分布，然后調(diào)用與之近似的磁場(chǎng)分布，但是實(shí)踐中磁場(chǎng)計(jì)算復(fù)雜，只能從數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)用相似的磁場(chǎng)，拋光效果不夠理想。

廣東工業(yè)大學(xué)的發(fā)明專利(專利zl200620155638.3)公開(kāi)了一種磁流變效應(yīng)平面研磨拋光裝置，該方法將工件置于旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，磁性研磨工具類似于磨床的研磨頭，安裝在工件上方，可繞主軸旋轉(zhuǎn)，可沿x和y方向移動(dòng)，磁性研磨工具可配置點(diǎn)陣式的磁場(chǎng)或環(huán)形分布式的磁場(chǎng)，磁流變液用噴嘴加注到磁性研磨工具和工件之間，發(fā)生流變反應(yīng)之后形成陣列磁流變效應(yīng)研磨刷或連續(xù)磁流變效應(yīng)研磨帶，達(dá)到高效率研磨加工平面的效果，該方法實(shí)現(xiàn)了一種面接觸式的拋光，拋光效率高，但所產(chǎn)生的磁場(chǎng)不均勻，要實(shí)現(xiàn)大尺寸平面元件的大面積均勻拋光，要求工件的運(yùn)動(dòng)方式比較復(fù)雜，使得設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，且加工完成后，不易消磁，磁流變液將粘附在磁性研磨工具上。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種浮動(dòng)磁流變拋光裝置與方法，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件工表面材料的均勻去除，加工精度高的磁流變液自適應(yīng)平面加工系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：由磁場(chǎng)發(fā)生裝置、拋光頭、磁流變液循環(huán)系統(tǒng)等組成。所述裝置的下半部分是有3組相同的部分組成，所以在此只介紹其中一組，其他兩組完全一樣。所述磁場(chǎng)發(fā)生裝置包括電磁鐵、位于電磁鐵下方的彈簧、套在電磁鐵外圍的導(dǎo)軌、在導(dǎo)軌下方的導(dǎo)軌底座、在電磁鐵下方的位移傳感器組成。所述的拋光頭是由主軸，主軸下方的不導(dǎo)的磁夾具，以及夾具下方所夾持的工件組成。所述磁流變液循環(huán)系統(tǒng)主要是用于磁流變液的噴射與收集，在專利不作詳述，只用位于電磁鐵側(cè)面的3個(gè)噴頭表示磁流變液的噴射，用于磁流變拋光。

其中，電磁鐵上方設(shè)有拋光墊，以增加磁流變液和電磁鐵之間的粘附力，在圖中沒(méi)有畫出。

一種基于上述拋光裝置的拋光方法，包括如下步驟：

步驟一、調(diào)整拋光頭與磁極之間的距離，距離在3-5mm；

步驟二、將工件安裝在不導(dǎo)磁夾持器下表面，啟動(dòng)主軸，使主軸帶動(dòng)拋光槽轉(zhuǎn)動(dòng)；

步驟三、啟動(dòng)控制系統(tǒng)，采集位移傳感器信號(hào)，并控制合理的電流輸出，來(lái)達(dá)到控制磁場(chǎng)強(qiáng)弱，從而控制在三個(gè)噴射頭附近形成所需要的去除率，本控制系統(tǒng)采用單片機(jī)進(jìn)行控制；

步驟四、啟動(dòng)磁流變液循環(huán)系統(tǒng)，讓磁流變液在噴射頭連續(xù)不斷的噴射出，進(jìn)行拋光作業(yè)。

下面結(jié)合設(shè)計(jì)原理對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

本發(fā)明采用三個(gè)可以浮動(dòng)的磁場(chǎng)裝置，它們可以根據(jù)工件表面自適應(yīng)，即當(dāng)電磁鐵組上方的工件表面較凸，則工件與電磁鐵組的間隙較小，形成的壓力也較大，由于電磁鐵組下方有彈簧，可浮動(dòng)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置則會(huì)發(fā)生微小的下移，此時(shí)，控制系統(tǒng)通過(guò)位移傳感器采集到信號(hào)，控制系統(tǒng)則控制電流發(fā)生裝置輸出較大的電流，來(lái)產(chǎn)生較大的磁場(chǎng)產(chǎn)生更大的切削力；表面較凹時(shí)，則相反。本發(fā)明采用了3組，使它們的工作區(qū)域沿著半徑越來(lái)越大的方向進(jìn)行布置。工件安裝在不導(dǎo)磁夾持器的下表面，隨著主軸一起旋轉(zhuǎn)。分布在3個(gè)電磁鐵的噴頭在循環(huán)系統(tǒng)的作用下，連續(xù)不斷的噴射出磁流變液。這樣就可以實(shí)現(xiàn)沿著半徑方向的材料的去除率達(dá)到穩(wěn)定。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

本發(fā)明的裝置及方法可實(shí)現(xiàn)超光滑大尺寸平面元件沿半徑方向的大面積均勻拋光，有效提高拋光效率；可降低工件運(yùn)動(dòng)方式的復(fù)雜程度，從而簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明磁流變液浮動(dòng)拋光裝置的三維立體圖；

圖2為本發(fā)明磁流變液浮動(dòng)拋光裝置的爆炸視圖；

圖3三組電磁鐵組的分布圖以及它們的加工區(qū)域圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。具體實(shí)施例僅是對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明及解釋，并不以此限定本發(fā)明專利要求保護(hù)范圍。

本發(fā)明的目的可以通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：由磁場(chǎng)發(fā)生裝置、拋光頭、磁流變液循環(huán)系統(tǒng)等組成。如圖2所示，所述裝置的下半部分是有3組相同的部分組成，所以在此只介紹其中一組，其他兩組完全一樣。磁場(chǎng)發(fā)生裝置包括電磁鐵(其由線圈7以及電磁鐵鐵心及框架8組成)、位于電磁鐵下方的彈簧10、套在電磁鐵外圍的導(dǎo)軌9、在導(dǎo)軌下方的導(dǎo)軌底座11、在電磁鐵下方的位移傳感器組成。所述的拋光頭是由主軸5，主軸下方的不導(dǎo)的磁夾具4，以及夾具下方所夾持的工件3組成。所述磁流變液循環(huán)系統(tǒng)主要是用于磁流變液的噴射與收集，在專利不作詳述，只用位于電磁鐵側(cè)面的噴頭6表示磁流變液的噴射，用于磁流變拋光。

其中，電磁鐵上方設(shè)有拋光墊，以增加磁流變液和電磁鐵之間的粘附力，在圖中沒(méi)有畫出。

其中，如圖2所示，此裝置的此裝置的下半部分是由3組相同的部分組成，雖然結(jié)構(gòu)相同，但是它們的擺放位置是不同的。如圖3所示，3組的工作區(qū)域是不同的，每一組都有自己的工作區(qū)域，它們的工作區(qū)域特點(diǎn)是沿著半徑方向逐漸增大的方向布置。電磁鐵組1工作在區(qū)域1，電磁鐵組2工作在區(qū)域2，電磁鐵3工作在區(qū)域3。

本磁流變浮動(dòng)拋光裝置的工作原理是：

本發(fā)明采用三個(gè)可以浮動(dòng)的磁場(chǎng)裝置，即電磁鐵組1，電磁鐵組2，電磁鐵組3。它們可以根據(jù)工件表面自適應(yīng)，即當(dāng)電磁鐵組上方的工件表面較凸，則工件與電磁鐵組的間隙較小，形成的壓力也較大，由于電磁鐵組下方由有彈簧，可浮動(dòng)的磁場(chǎng)發(fā)生裝置則會(huì)發(fā)生微小的下移，此時(shí)，控制系統(tǒng)通過(guò)位移傳感器采集到信號(hào)，控制系統(tǒng)則控制電流發(fā)生裝置輸出較大的電流，來(lái)產(chǎn)生較大的磁場(chǎng)產(chǎn)生更大的切削力；表面較凹時(shí)，則相反。本發(fā)明采用了3組，使它們的工作區(qū)域沿著半徑越來(lái)越大的方向進(jìn)行布置，如圖2所示。工件安裝在不導(dǎo)磁夾持器的下表面，隨著主軸一起旋轉(zhuǎn)。分布在3個(gè)電磁鐵的噴頭在循環(huán)系統(tǒng)的作用下，連續(xù)不斷的噴射出磁流變液。這樣就可以實(shí)現(xiàn)沿著半徑方向的材料的去除率達(dá)到穩(wěn)定。