[发明专利]一种基于可控磁场的内表面磁场辅助光整装置及方法

说明书

本发明公开一种基于可控磁场的内表面磁场辅助光整装置及方法，属于内表面磁场辅助光整加工领域。所述装置包括壳体、滚珠丝杠机构、工件、定心夹具、连接板、磁场发生装置、卡盘夹具、精密位移平台和底座，所述磁场发生装置包括电磁线圈、线圈连接板、磁轭、螺母、弹簧和螺栓。所述磁场发生装置通过弹簧动态调节磁轭到工件外表面的距离，降低磁感应强度到光整加工区域的损耗，增强光整加工作用力；改变电磁线圈的通电顺序以及电流与频率值，形成不同的旋转磁场、动态调整光整加工作用力以及优化磁性光整介质的加工形态；协同卡盘夹具与精密位移平台的动作，控制磁性光整介质的运动轨迹，实现高效、高质、定域以及智能化光整加工。

技术领域

本发明涉及内表面磁场辅助光整加工技术，特别提供了一种基于可控磁场的内表面磁场辅助光整装置及方法。

背景技术

航空航天、轨道交通、精密机械、生物医疗、食品加工等领域采用非常光滑的内表面来输送高纯度的液体或气体。由于具有内表面结构特征的零部件/构件的使用性能和使用寿命通常与其内表面的粗糙度密切相关。因此，作为最后一道加工工序—光整，变得越来越重要。目前，磁场辅助光整技术作为一种应用最为广泛的光整技术，主要利用辅助磁场对高导磁率磁性介质的超距作用实现工件表面的光整加工，具有游离磨料的柔性和可控性等优势，被广泛的应用于超高精密约束类内表面零件、复杂结构约束类精密复杂曲面零件等高性能零件的光整加工。其主要技术有磁力研磨技术、磁流变抛光技术、磁射流抛光技术、磁性剪切增稠光整技术与磁性浮体抛光技术等。由于永磁材料具有较高的宽磁滞回线、高矫顽力、高剩磁、不需要外加电流就可以提供永久的磁场、制造成本低、使用方便等优势，因此磁场辅助光整技术通常采用永磁材料，但是永磁材料磁感应强度难以调节、加工过程中动平衡难以控制以及运动方式为机械运动，在一定程度上限制了在内表面光整加工领域的应用。然而对于介质来说，磁力研磨光整介质流动性差；磁流变液在在高剪切的加工条件下性能稳定性差，难以保证内表面光整加工的质量。因此，开发面向零部件/构件内表面高效、高质、定域、智能化的可控磁场辅助光整加工装置以及方法，存在重要的理论意义和实际应用价值。

发明内容

本发明提供了一种基于可控磁场的内表面磁场辅助光整装置及方法。改变电磁线圈的通电顺序以及电流与频率值，形成磁场的旋转、调整光整加工作用力以及优化磁性光整介质的加工形态，协同卡盘夹具的旋转以及精密位移平台的进给运动，磁性光整介质形成多种运动轨迹，实现对零部件/构件内表面的高效、高质、定域以及智能化光整加工。

本发明的一种基于可控磁场的内表面磁场辅助光整装置及方法所提供的技术方案：所述装置包括壳体、滚珠丝杠机构、工件、定心夹具、连接板、磁场发生装置、卡盘夹具、精密位移平台和底座，所述磁场发生装置包括电磁线圈、线圈连接板、磁轭、螺母、弹簧和螺栓，所述磁场发生装置通过连接板固定于安放在壳体顶部的滚珠丝杠机构上，所述具有微细结构特征的磁轭固定连接在电磁线圈的一端，所述电磁线圈通过安装弹簧的螺栓与螺母固定连接在线圈连接板上，所述工件一端通过定心夹具进行固定，另一端夹紧在卡盘夹具上，所述定心夹具与卡盘夹具固定连接在精密位移平台上。

本发明的一种基于可控磁场的内表面磁场辅助光整装置及方法所提供的加工方法：

（1）将磁性光整介质放置在工件内表面的待加工区域；

（2）通过定心夹具与卡盘夹具将工件进行固定，完成定位装夹，由于弹簧的作用使磁场发生装置紧紧贴合在工件外表面；

（3）通过滚珠丝杠机构带动磁场发生装置移至放置磁性光整介质的区域；

（4）电磁线圈以特定的顺序、电流值与频率值进行动作，产生旋转磁场，所形成的光整加工作用力施加于磁性光整介质上；

（5）卡盘夹具与精密位移平台施加驱动信号后，工件开始旋转，精密位移平台进行进给运动；

（6）通过电磁线圈产生的旋转磁场，协同工件的旋转与精密位移平台的进给运动，可实现磁性光整介质与工件内表面的相对移动，进行高效、高质光整加工；