[发明专利]一种受控磁场复杂曲面化学机械抛光装备

说明书

本发明提供一种受控磁场复杂曲面化学机械抛光装备，包括主轴系统，磁场系统，抛光槽和数控系统。抛光时，抛光槽内填充化学抛光液和磁性磨料，抛光过程中可以通过精确控制电磁线圈的供电形式来控制抛光槽内部的电磁场，进而控制抛光槽内磁性磨料的运动轨迹与运动形态，结合主轴的转速和偏转角度的变化以及主轴的轴向超声振动作用，使得磁性磨料能到达曲面零件的任何表面，能以较强的均匀的机械磨削作用力去除复杂曲面零件表面由化学抛光液形成的软化膜，该装备能适用于抛光不同类型不同材质的复杂曲面零件，通用性强，抛光后复杂曲面零件表面一致性好，表面质量高。

技术领域

本发明涉及机械加工设备技术领域，尤其涉及一种受控磁场复杂曲面化学机械抛光装备。

背景技术

复杂曲面零件通常采用五轴联动铣削加工，或者采用增减材制造工艺。普通五轴联动铣削加工后表面粗糙度Ra≥3.2um，增减材制造加工后表面表面粗糙度Ra≥8um。为此在现有技术条件下，为了进一步提高复杂曲面零件的表面质量还需要磨床和抛光设备进行进一步加工以满足使役要求。现有的磨抛方式，如软砂带磨抛、磁流变磨料流磨抛、机器人磨抛等传统的机械抛光方法均已应力去除材料的抛光方式，抛光过程不可避免的留下加工刀纹，产生损伤源，加工后残余损伤层厚，加工效率低，达不到化学机械抛光的水平。

化学机械抛光工艺广泛应用于平面抛光，其工艺流程可简单归结为采用化学试剂腐蚀或氧化工件使工件表面形成一层均匀的软化膜，然后在法向压力作用下通过磨料和抛光垫去除工件表面的软化膜，在不断交替进行的化学成膜和机械去膜过程中实现表面平坦化。化学机械抛光是目前可以达到全局平坦化的最有效的方法，广泛应用于集成电路制造中。但是应用于复杂曲面零件的化学机械抛光目前较难实现，主要原因归结于难以在复杂曲面施加均匀的机械作用力，难以通过均匀的机械作用力去除复杂曲面工件表面的软化膜。因此，设计出能在表面施加均匀机械作用力的装备对复杂曲面化学机械抛光具有重要的意义。

发明内容

根据上述提出的技术问题，而提供一种受控磁场复杂曲面化学机械抛光装备，可以实现任意曲面的化学机械抛光。解决了现有五轴联动铣削加工、增减材制造后复杂曲面表面粗糙度高，以及现有复杂曲面抛光精度低、抛光后损伤层厚的难题。

如图1所示，本发明公开了一种受控磁场复杂曲面化学机械抛光装备，包括主轴系统，磁场系统，抛光槽和数控系统，所述主轴系统包括可移动的主轴和连接在其上的夹具，所述夹具用于夹持待抛光件，主轴用于调整夹具的空间位姿，使待抛光件进入到抛光槽预设位置，所述抛光槽内盛装化学抛光液和磁性磨料，所述磁场系统设置在所述抛光槽的外面，所述数控系统与主轴系统和磁场系统相连，其用于通过控制抛光槽内部的电磁场，进而控制抛光槽内磁性磨料的运动轨迹与运动形态，完成待抛光件的抛光。

进一步地，所述主轴系统包括夹具，超声换能器，主轴，偏转箱和安装在床身的主轴箱。所述主轴箱通过滑轨安装于床身，为主轴提供Z方向的平移自由度，所述偏转箱上安装主轴箱，偏转箱能够以主轴箱为圆心绕Y轴旋转，为主轴提供Y轴旋转自由度，所述主轴安装于偏转箱，具有Z轴旋转自由度，所述超声换能器安装于主轴，用于为主轴提供Z方向超声振动，所述夹具通过快速接头安装于主轴底部，所述夹具耐酸碱腐蚀。

进一步地，所述抛光槽为顶部开放的立方体结构，其下方设有排料口，抛光时在抛光槽内盛装化学抛光液和磁性磨料，所述抛光槽材质为非磁性耐酸碱腐蚀材料。

进一步地，所述磁场系统包括软铁芯、多向缠绕的多个电磁线圈和可调功率直流电源，所述软铁芯为顶部和底部开放的立方体薄壁结构，可拆卸地嵌套在抛光槽外壁，材料为软铁材质，其用于增强电磁线圈产生的磁场。