一種磁流變拋光方法及拋光工具的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種磁流變拋光方法及裝置，包括：已知工件面型信息；確定拋光工具的位置及拋光間隙；在拋光間隙內(nèi)注入磁流變液；由拋光區(qū)域的面形信息及拋光區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)線速度分布，計(jì)算獲得均勻去除率時(shí)的拋光壓力分布；由壓力分布反求磁場分布；由所得磁場分布模型，改變?nèi)龑油膱A環(huán)形電磁鐵各自的線圈電壓，使沿半徑方向的磁場分布符合要求；進(jìn)行拋光作業(yè)。本發(fā)明拋光方法采用同心圓環(huán)型電磁鐵嵌套結(jié)構(gòu)，集電環(huán)分別供電，達(dá)到相同半徑處的磁場強(qiáng)度相同，不同半徑處的磁場強(qiáng)度可以單獨(dú)控制的目的。
【專利說明】一種磁流變拋光方法及拋光工具

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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，特別涉及一種磁流變拋光方法及拋光工具。

【背景技術(shù)】
[0002]磁流變是一種智能材料，是由高磁導(dǎo)率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒和非導(dǎo)磁性液體混合而成的懸浮體。它在常態(tài)下是液體，當(dāng)加載磁場時(shí)，發(fā)生液一固相變，當(dāng)除去磁場時(shí)，又發(fā)生固一液相變。在一定的磁場強(qiáng)度范圍內(nèi)，磁流變液的表觀粘度與磁場強(qiáng)度有關(guān)。這種現(xiàn)象稱為磁流變效應(yīng)。利用磁流變液的磁流變效應(yīng)，可以將磨粒聚集于拋光區(qū)域形成柔性磨頭，具有磨頭硬度可調(diào)，磨粒自銳，面型貼合好等優(yōu)點(diǎn)，用于拋光加工性能優(yōu)良。
[0003]現(xiàn)有磁流變拋光裝置拋光作業(yè)時(shí)可以通過改變磁場強(qiáng)度改變磨頭的硬度，但整個(gè)拋光區(qū)域的材料去除模型是固定的。對復(fù)雜曲面的拋光，需要精確設(shè)計(jì)拋光軌跡，才能實(shí)現(xiàn)達(dá)到拋光區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)材料的均勻去除，達(dá)到較好的拋光效果。
[0004]申請者獲得授權(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》，使用三只尖錐狀的電磁鐵改變拋光區(qū)域的磁場分布，從而達(dá)到改變?nèi)コＰ偷哪康?。這種方法拋光復(fù)雜曲面時(shí)，需要根據(jù)面型變化，計(jì)算合適的磁場分布，并從數(shù)據(jù)庫中調(diào)用與之近似的磁場分布，改變各只電磁鐵的電壓，從而得到合適的去除率模型。這種方法可以實(shí)現(xiàn)均勻拋光，但在實(shí)踐中磁場計(jì)算復(fù)雜，只能采用數(shù)據(jù)庫調(diào)用的方式近似，因此拋光效果不夠理想。
[0005]基于此，發(fā)明了新型磁流變拋光方法及由三層同心圓環(huán)形電磁鐵構(gòu)成的拋光工具，目的是達(dá)到理想的拋光效果，同時(shí)操作簡便。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明的目的在于提供一種磁流變拋光方法及由三層同心圓環(huán)形電磁鐵構(gòu)成的拋光工具。本發(fā)明方法及工具相對現(xiàn)有技術(shù)能達(dá)到理想的拋光效果，同時(shí)操作簡便。
[0007]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0008]一種磁流變拋光方法，具體包括如下步驟:
[0009]步驟一、已知工件面型信息；
[0010]步驟二、確定拋光工具的位置及拋光間隙；
[0011]步驟三、在拋光間隙內(nèi)注入磁流變液；
[0012]步驟四、由拋光區(qū)域的面形信息及拋光區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)線速度分布，計(jì)算獲得均勻去除率時(shí)的拋光壓力分布；
[0013]已知平面拋光時(shí)拋光速度V = ωι.，則在拋光區(qū)域半徑方向的拋光速度分布，圓心處線速度最低，沿半徑方向線速度逐漸增大，在邊緣處線速度最大，拋光去除率服從Preston方程，Y = kpv, k為常系數(shù)，ρ為拋光壓力，ν為拋光線速度,磁流變拋光時(shí)，圓形拋光區(qū)域的拋光速度由中心向外沿半徑方向逐漸增大，只有拋光壓力逐漸減小，保證拋光速度與拋光壓力的乘積為常數(shù)，才能保證對工件表面的均勻去除；
[0014]步驟五、由壓力分布反求磁場分布
[0015]由于磁流變拋光壓強(qiáng):
[0016]Pm=//° Γ.........llf........1.......................H



/i + 2/1 f


pJ
[0017]拋光壓力P =P
[0018]式中μ。、μ{、μ p、S均為定值，則拋光壓力與磁場強(qiáng)度H成正比；
[0019]步驟六、由所得磁場分布模型，改變?nèi)龑油膱A環(huán)形電磁鐵各自的線圈電壓，使沿半徑方向的磁場分布符合要求；
[0020]步驟七、進(jìn)行拋光作業(yè)。
[0021]上述拋光方法所采用的磁流變拋光裝置，由三層同心圓環(huán)形電磁鐵構(gòu)成，包括:電機(jī)，聯(lián)軸器，銅環(huán)，電刷，中空集電環(huán)，電磁鐵，電磁線圈，外殼，供電卡座，工作臺(tái)底板；
[0022]底部為三層嵌套在一起的圓柱型電磁鐵，各層之間由絕緣層隔開，電磁鐵間隙包繞電磁線圈，每層電磁鐵單獨(dú)供電，電磁鐵頂端由外殼包圍固定，外殼上端中心位置固連圓柱型中空集電環(huán)，集電環(huán)外圓柱面上相間開有6道凹槽，并鑲嵌銅環(huán)，三層電磁鐵中電磁線圈的6根導(dǎo)線由中空集電環(huán)內(nèi)部分別與六個(gè)銅環(huán)相連，供電卡座包圍中空集電環(huán)，供電卡座上與6道凹槽對應(yīng)位置開6個(gè)通孔，嵌入電刷，使之與六個(gè)銅環(huán)分別接觸，供電卡座底部通過螺釘固定于工作臺(tái)面底板上，中空集電環(huán)的上端通過聯(lián)軸器與主軸電機(jī)的電機(jī)軸相連。
[0023]進(jìn)一步的，所述電磁鐵至少為三層。
[0024]進(jìn)一步的，所述結(jié)構(gòu)中，供電卡座固定于工作臺(tái)底板上，是靜止部件；集電環(huán)、電磁鐵、外殼共同組成了運(yùn)動(dòng)部件；外部電源通過6個(gè)電刷、集電環(huán)對三組旋轉(zhuǎn)的電磁鐵供電。
[0025]相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果為:
[0026]1、本發(fā)明拋光方法采用同心圓環(huán)型電磁鐵嵌套結(jié)構(gòu)，集電環(huán)分別供電，達(dá)到相同半徑處的磁場強(qiáng)度相同，不同半徑處的磁場強(qiáng)度可以單獨(dú)控制的目的；
[0027]2、本發(fā)明拋光方法中不需要建立模型庫，可以直接計(jì)算磁場分布，并通過電磁鐵電壓改變直接改變磁場。磁場分布控制精確，簡便。更容易實(shí)現(xiàn)對工件的均勻拋光。
[0028]3、在一拋光區(qū)域內(nèi)，已知工件的曲面信息及各點(diǎn)上的拋光線速度，通過改變作用于拋光區(qū)域各點(diǎn)的拋光壓力，獲得各點(diǎn)均勻去除率，也相當(dāng)于構(gòu)造一個(gè)完全貼合工件表面的磨刀，可使各點(diǎn)獲得均勻的材料去除。
[0029]4、本發(fā)明方法及裝置適用面形廣；拋光工具結(jié)構(gòu)簡單，制作簡便。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]其中，1-電機(jī),2_聯(lián)軸器,3_銅環(huán),4_電刷，5_集電環(huán),6_電磁鐵，7_電磁線圈，8-外殼，9-供電卡座，10-工作臺(tái)底板。

【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合附圖及【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明方案做進(jìn)一步詳細(xì)描述，
[0033]一種磁流變拋光方法，具體包括如下步驟:
[0034]步驟一、已知工件面型信息；
[0035]步驟二、確定拋光工具的位置及拋光間隙；
[0036]步驟三、在拋光間隙內(nèi)注入磁流變液；
[0037]步驟四、由拋光區(qū)域的面形信息及拋光區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)線速度分布，計(jì)算獲得均勻去除率時(shí)的拋光壓力分布；
[0038]已知平面拋光時(shí)拋光速度V = ωι.，則在拋光區(qū)域半徑方向的拋光速度分布，圓心處線速度最低，沿半徑方向線速度逐漸增大，在邊緣處線速度最大，拋光去除率服從Preston方程，Y = kpv, k為常系數(shù)，ρ為拋光壓力，ν為拋光線速度,磁流變拋光時(shí)，圓形拋光區(qū)域的拋光速度由中心向外沿半徑方向逐漸增大，只有拋光壓力逐漸減小，保證拋光速度與拋光壓力的乘積為常數(shù)，才能保證對工件表面的均勻去除；
[0039]步驟五、由壓力分布反求磁場分布
[0040]由于磁流變拋光壓強(qiáng):
P =^1 fH Xfi f、d ff =; /?.1tP -."/ H
[0041]mL/--?Λ.
[0042]拋光壓力P = P
[0043]式中μ。、μ{、μ p、S均為定值，則拋光壓力與磁場強(qiáng)度H成正比；
[0044]步驟六、由所得磁場分布模型，改變?nèi)龑油膱A環(huán)形電磁鐵各自的線圈電壓，使沿半徑方向的磁場分布符合要求；
[0045]步驟七、進(jìn)行拋光作業(yè)。
[0046]上述拋光方法所采用的磁流變拋光裝置，由三層同心圓環(huán)形電磁鐵構(gòu)成，包括:電機(jī)I，聯(lián)軸器2,銅環(huán)3,電刷4,集電環(huán)5,電磁鐵6,電磁線圈7,外殼8,供電卡座9,工作臺(tái)底板10 ；
[0047]底部為三層嵌套在一起的圓柱型電磁鐵6，各層之間由絕緣層隔開，電磁鐵6間隙包繞電磁線圈7,每層電磁鐵6單獨(dú)供電，電磁鐵6頂端由外殼8包圍固定,外殼8上端中心位置固連圓柱型中空集電環(huán)5，集電環(huán)5外圓柱面上相間開有6道凹槽，并鑲嵌銅環(huán)3，三層電磁鐵6中電磁線圈7的6根導(dǎo)線由中空集電環(huán)5內(nèi)部分別與六個(gè)銅環(huán)3相連，供電卡座9包圍中空集電環(huán)5，供電卡座9上與6道凹槽對應(yīng)位置開6個(gè)通孔，嵌入電刷4，使之與六個(gè)銅環(huán)3分別接觸，供電卡座9底部通過螺釘固定于工作臺(tái)面底板10上，中空集電環(huán)5的上端通過聯(lián)軸器2與主軸電機(jī)I的電機(jī)軸相連。
[0048]進(jìn)一步的，所述電磁鐵6至少為三層電磁鐵層數(shù)越多，控制越精確，因此不限于三層，可以更多。
[0049]進(jìn)一步的，所述結(jié)構(gòu)中，供電卡座9固定于工作臺(tái)底板10上，是靜止部件；集電環(huán)5、電磁鐵6、外殼8共同組成了運(yùn)動(dòng)部件；外部電源通過6個(gè)電刷4、集電環(huán)5對三組旋轉(zhuǎn)的電磁鐵6供電。
[0050]本發(fā)明的工作原理為:拋光裝置工作時(shí)，主軸電機(jī)I通過聯(lián)軸器2帶動(dòng)集電環(huán)5、電磁鐵6、外殼8旋轉(zhuǎn),外部電源通過6個(gè)電刷4、集電環(huán)5對三組旋轉(zhuǎn)的電磁鐵6供電。電磁鐵6通電后,在底部形成磁場。三層電磁鐵6由于各自施加的電壓不同，電磁場的強(qiáng)度也不相同。也就是在拋光裝置的圓形底部，由內(nèi)到外各層的磁場強(qiáng)度不同。將拋光裝置底部浸入混有磨料顆粒的磁流變液中，在磁場作用下，混有磨料顆粒的磁流變液在拋光裝置的底部聚集。由于磁場分布的不同，沿半徑方向，各層的磁流變液的粘度也是不同的。拋光作業(yè)時(shí)，反映出來的是拋光壓力分布的不同。拋光壓力的分布，可以通過調(diào)節(jié)各個(gè)電磁鐵6的供電電壓實(shí)現(xiàn)。
[0051]拋光方法:
[0052]拋光時(shí)將工件浸入混有磨料顆粒的磁流變拋光液。將拋光工具底部置于工件表面之上，兩者之間保持Imm左右間隙。電磁鐵通電，混有磨料顆粒的磁流變液在拋光工具底部聚集形成拋光頭。主軸電機(jī)通電，帶動(dòng)拋光工具旋轉(zhuǎn)。固化的磨料顆粒與工件表面之間相對運(yùn)動(dòng),從而完成對工件表面的材料去除。由于拋光工具由三層同心圓環(huán)形電磁鐵構(gòu)成,每層電磁鐵的磁場強(qiáng)度不同，則在拋光工具圓形底部不同半徑處的磁場強(qiáng)度不同，而相同半徑處的磁場強(qiáng)度相同。
[0053]拋光去除率服從Preston方程，Y = kpv
[0054]k為常系數(shù)，P為拋光壓力，ν為拋光線速度。磁流變拋光時(shí)，圓形拋光區(qū)域的拋光速度由中心向外沿半徑方向逐漸增大，只有拋光壓力逐漸減小，保證拋光速度與拋光壓力的乘積為常數(shù)，才能保證對工件表面的均勻去除。根據(jù)工件拋光區(qū)域的面型信息，控制拋光去除率的分布，就實(shí)現(xiàn)了對工件的智能拋光。
[0055]本發(fā)明涉及的拋光工具由三層同心圓環(huán)型電磁鐵構(gòu)成，三層電磁鐵單獨(dú)供電，可以獲得每層不同的磁場強(qiáng)度。
[0056]由于磁流變拋光壓強(qiáng):
P =^OfiP ^β? H
[0057]mL j ? ^ ^-a*



--η+ 2ιι f


? ρ.I
[0058]拋光壓力P = P
[0059]式中μ。、yf、μ p、S均為定值，則拋光壓力與磁場強(qiáng)度H成正比。
[0060]則每層的拋光壓力可以單獨(dú)控制，從而達(dá)到均勻去除的目的。
[0061]以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何不經(jīng)過創(chuàng)造性勞動(dòng)想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書所限定的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【權(quán)利要求】
1.一種磁流變拋光方法，其特征在于，具體包括如下步驟: 步驟一、已知工件面型信息； 步驟二、確定拋光工具的位置及拋光間隙； 步驟三、在拋光間隙內(nèi)注入磁流變液； 步驟四、由拋光區(qū)域的面形信息及拋光區(qū)域內(nèi)各點(diǎn)線速度分布，計(jì)算獲得均勻去除率時(shí)的拋光壓力分布； 已知平面拋光時(shí)拋光速度V = ωι.，則在拋光區(qū)域半徑方向的拋光速度分布，圓心處線速度最低，沿半徑方向線速度逐漸增大，在邊緣處線速度最大，拋光去除率服從Preston方程，Y =kpv，k為常系數(shù)，P為拋光壓力，V為拋光線速度，磁流變拋光時(shí)，圓形拋光區(qū)域的拋光速度由中心向外沿半徑方向逐漸增大，只有拋光壓力逐漸減小，保證拋光速度與拋光壓力的乘積為常數(shù)，才能保證對工件表面的均勻去除； 步驟五、由壓力分布反求磁場分布 由于磁流變拋光壓強(qiáng): P =/? fAI{ ?Η\Η=3^β?/ f P IIIin,
J0Hn +2il f

J P * / 拋光壓力P = P m*s 式中μ(ι、μ?.、μρ、3均為定值，則拋光壓力與磁場強(qiáng)度H成正比； 步驟六、由所得磁場分布模型，改變?nèi)龑油膱A環(huán)形電磁鐵各自的線圈電壓，使沿半徑方向的磁場分布符合要求； 步驟七、進(jìn)行拋光作業(yè)。
2.權(quán)利要求1拋光方法所采用的磁流變拋光裝置，其特征在于，由三層同心圓環(huán)形電磁鐵構(gòu)成,包括:電機(jī),聯(lián)軸器,銅環(huán)，電刷，中空集電環(huán)，電磁鐵，電磁線圈,外殼,供電卡座，工作臺(tái)底板； 底部為多層嵌套在一起的圓柱型電磁鐵，各層之間由絕緣層隔開，電磁鐵間隙包繞電磁線圈，每層電磁鐵單獨(dú)供電，電磁鐵頂端由外殼包圍固定，外殼上端中心位置固連圓柱型中空集電環(huán)，集電環(huán)外圓柱面上相間開有6道凹槽，并鑲嵌銅環(huán)，三層電磁鐵中電磁線圈的6根導(dǎo)線由中空集電環(huán)內(nèi)部分別與六個(gè)銅環(huán)相連，供電卡座包圍中空集電環(huán)，供電卡座上與6道凹槽對應(yīng)位置開6個(gè)通孔，嵌入電刷，使之與六個(gè)銅環(huán)分別接觸，供電卡座底部通過螺釘固定于工作臺(tái)面底板上，中空集電環(huán)的上端通過聯(lián)軸器與主軸電機(jī)的電機(jī)軸相連。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的裝置，其特征在于，所述電磁鐵至少為三層。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的裝置，其特征在于，所述結(jié)構(gòu)中，供電卡座固定于工作臺(tái)底板上，是靜止部件；集電環(huán)、電磁鐵、外殼共同組成了運(yùn)動(dòng)部件；外部電源通過6個(gè)電刷、集電環(huán)對三組旋轉(zhuǎn)的電磁鐵供電。
【文檔編號】B24B1/00GK104191318SQ201410440862
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月1日
【發(fā)明者】賀新升, 陳衛(wèi)增, 王智深, 季海峰, 高春甫 申請人:浙江師范大學(xué)