[发明专利]一种多项运动叠加大磁路磁流变抛光装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及抛光装置设备和工艺，特别是一种利用磁流变液对工件进行抛光的装置及方法。

背景技术

针对传统抛光方法存在的加工件外表面腐蚀容易造成亚表面损伤严重、抛光液污染、生产成本高、效率低和报废率高等系列问题，在超精密加工领域近几年出现了一种磁流变抛光工艺。它是通过在磁流变液中加入适量抛光微粉，利用磁流变液在磁特征下类固化，在加工区域形成有一定硬度和弹性、能承受较大剪切应力，对工件进行抛光。磁流变抛光作为新型智能抛光技术具有能够获得质量很高的光学表面、易于实现计算机控制、能够得到比较复杂的面形、去除效率高、不存在刀具磨损和堵塞现象等优点，在超精密加工领域具有极高的应用价值。该工艺现已被广泛应用于航空航天、机电工程、汽车工程、土木工程、精密加工工程、控制工程和医疗设备等技术领域。

磁流变抛光装置由抛光头、抛光盘、产生磁场的磁铁(永磁铁或电磁铁)和磁流变液组成，被抛光工件有的置于抛光头上，有的置于抛光盘中，形式多样。

现有的磁流变装置，大都不同程度地存在三个影响工件加工质量的技术问题：一是磁路覆盖范围小，且磁场不均匀，使加工件表面的微观纹理均匀性不理想；二是抛光装置运动干涉叠加较少，工件表面形成的微观纹理轨迹单一；三是因磁场在平行于抛光表面的方向上不能移动，磁流变液在抛光加工区内交换不畅，使加工碎屑不能及时排出，导致抛光表面完整性差。

ZL96198445.7专利披露了一种确定性磁流变精加工装置与方法，它是将工件安装在载液表面附近，载液带动磁流变引入工件与载液间隙处，在磁场作用下发生磁流变反应，实现确定性抛光。该方法为点接触式抛光，是将工件表面与磁流变液接触部分的材料去除，其缺点是：磁通密度在磁极表面垂直的方向上衰减较快，磁路覆盖范围小，磁流变液固化后形成的抛光工具硬度不均匀，加工效果欠佳，用于抛光加工面较大的工件效率低。

ZL201410528441.9专利披露了一种磁流变抛光装置与方法，该方法利用安装在往复机构中电磁铁的往复运动与抛光头中工件的自转运动相互叠加，实现复合运动下工件表面材料的去除。该方法实现了工件狭长大平面表面研抛加工，而且工件抛光区磁流变固液交换循环顺畅，加工碎屑能及时排出。但因工件抛光有效区运动干涉叠加仍较少(只有电磁铁的往复运动和工件的自转运动相互叠加)和工件中心区线速度小(中点速度为零)等原因，材料去除效果仍不够理想。

ZL200620155638.3专利披露了一种磁流变效应平面研磨抛光装置，它是将多个工件分别安装在做回转运动的工作台上；可绕中心轴转动的点阵式磁性研磨工具(抛光头)安装在工件的上方，并通过X向进给系统调整其横向位置使其与被加工工件相对应，通过Y向进给系统调整其与工件间的间隙；利用研磨液喷嘴向研磨工具和工件之间加注研磨液，对分布在工作台上回转运动的工件巡回研磨抛光。该方法采取的是面接触式抛光，虽然具有磁路覆盖范围大，加工效率高(同时加工多个工件)的优点，但也存在缺点：因在工件抛光有效区只有工作台自转和研磨工具自转(研磨工具在调好X向位置后只是自转，并不往复运动)两种运动的干涉叠加，加上各个工件在回转工作台上做回转运动的线速度不等原因，使研磨去除率不够均匀，易形成加工表面微观纹理轨迹单一和表面均化性差等缺陷。

ZL201210304530.6专利披露了一种集群磁流变平面抛光加工技术，它是利用集群微磨头的即效固化特征，在抛光装置中变单一磁体为多个微磁柱体，将其嵌于非导磁基体中，利用磁极的排布方式、尺寸等参数变化影响微磨头的材料去除效率。该方法(集群磁流变)形成的宾汉姆体为大面积板状结构，磁路大范围覆盖工件抛光区，但磁流变液在抛光加工区内固液交换不畅，工件加工碎屑容易残留在宾汉姆板表面，不能排出，影响工件的抛光质量。

发明内容

针对上述现有技术存在的技术问题，本发明的目的是提供一种磁路覆盖范围大、磁场均化性好、工件抛光有效区受多项运动干涉叠加、抛光区磁流变液便于更新的多项运动叠加大磁路磁流变抛光装置及方法。

本发明提供的多项运动叠加大磁路磁流变抛光装置包括机架、抛光头和抛光盘，抛光盘中有磁流变液；

所述机架由基台、立在基台上的支撑柱和安装在支撑柱上部的工作台组成；所述抛光头由转轴、安装在转轴下端的夹具和置于夹具中的磁铁构成，并由安装在工作台上的抛光头传动机构驱动在绕轴向转动的同时水平往复运动；所述抛光盘位于抛光头的下部，由安装在抛光盘电机箱中的抛光盘电机驱动绕轴向转动，并通过安装在所述基台上的升降台调整抛光盘与紧固于所述夹具中的工件之间的间隙。