專利名稱：垂直方向振動(dòng)磁力研磨工藝及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精密磁力研磨加工工藝及其裝置。
技術(shù)背景磁力研磨技術(shù)(Magnetic Abrasive Finishing)是利用磁性磨料、輔助磁 場(chǎng)的作用進(jìn)行精密研磨的一種工藝方法，其適應(yīng)性強(qiáng)，適合于平面，二維，三 維復(fù)雜曲面的研磨，可以廣泛地應(yīng)用到機(jī)械、汽車、模具、醫(yī)療器械，電子和 光學(xué)等行業(yè)。1938年，前蘇聯(lián)工程師Kargolow正式提出MAF這一概念，隨后 60年代這一技術(shù)的發(fā)展正是得益于前蘇聯(lián)Baron和他的同事們及保加利亞 Mekedonski和他的同事們的研究和推廣應(yīng)用工作。在常規(guī)磁力研磨工藝中，把工件放入N、 S極中間，并使工件相對(duì)N極和S 極保持一定的間隙，然后把磁性磨粒放入磁場(chǎng)中，磁性磨料在磁場(chǎng)中將沿著磁 力線的方向有序地排列成磁力研磨刷，當(dāng)工件相對(duì)磁極作相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，磁力研 磨刷將對(duì)工件表面進(jìn)行研磨，磁性磨粒在工件表面的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)通常有滑動(dòng)、滾 動(dòng)、切削幾種形式。磁力研磨加工具有較好的柔性、自適應(yīng)性、自銳性、可控性、溫升小、無 變質(zhì)層、加工質(zhì)量高、效率高和工具無須進(jìn)行磨損補(bǔ)償、無須修形等特點(diǎn),在國 際上引起了廣泛的關(guān)注，其研究成果已在平面、外圓面、內(nèi)圓面和成形面光整加 工和毛刺去除加工等許多場(chǎng)合中得到應(yīng)用。國際上從50年代開始，前蘇聯(lián)、保加利亞、日本等國發(fā)表了大量有關(guān)這方 面的論文,研制了許多磁力研磨裝置，使這項(xiàng)技術(shù)在實(shí)際中得到推廣應(yīng)用。國內(nèi) 對(duì)磁力研磨加工的研究開始于80年代末，目前仍處于試驗(yàn)研究階段，應(yīng)用較少。 一些研究單位自行研制出不同的磁力研磨實(shí)驗(yàn)裝置，并對(duì)軸承滾道、鋼管、絲錐、 電機(jī)軸、齒輪、階梯軸、鋼球等工件進(jìn)行了研磨實(shí)驗(yàn)，取得了較理想的加工效果。第00254669. 8號(hào)中國專利文獻(xiàn)公開了一種振動(dòng)磁力研磨機(jī)，它是將工件與磁性磨?；旌弦黄鸱旁谡駝?dòng)容器內(nèi)加工，容器可繞水平軸轉(zhuǎn)動(dòng)；由于工件放在容器內(nèi)，容器大小限制了加工工件的體積，還由于工件沒有固定，受到加工壓力不大，因此它的材料去除率和加工效率也很有限；加之它是一種專用設(shè)備，不能利用已有機(jī)加工設(shè)備改裝實(shí)現(xiàn)。包括上述振動(dòng)磁力研磨機(jī)在內(nèi)的已有技術(shù)，在常規(guī)的磁力研磨工藝條件下，受到磁場(chǎng)與磁性磨粒的限制，其加工效率比較低。而且在加工復(fù)雜的細(xì)微三維曲面零件時(shí)，對(duì)于那種不可見的和常規(guī)加工不能達(dá)到的曲面更是無能為力。那么研發(fā)新的磁力研磨裝置來提高對(duì)三維曲面零件的研磨效率是十分有必要的。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，提出一種垂直方 向振動(dòng)磁力研磨工藝及裝置，該工藝及裝置通過附加一種相對(duì)于工件表面的 垂直方向的振動(dòng)，提高材料的去除效率；并且對(duì)復(fù)雜三維微曲面能夠?qū)崿F(xiàn)有效 的加工，所述裝置既可以做成專用磁力研磨設(shè)備，亦可以利用已有立式銑床等 普通機(jī)加工設(shè)備改裝而成。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案之一是，所述垂直方向振動(dòng)磁力研磨工藝是，在 常規(guī)磁力研磨方式下附加一種相對(duì)于工件表面的垂直方向的振動(dòng)，形成脈沖壓 力進(jìn)行磁力研磨，以提高材料的去除效率。本發(fā)明的技術(shù)解決方案之二是，所述垂直方向振動(dòng)磁力研磨裝置包括相對(duì) 于工件表面的垂直方向設(shè)置的主軸，磁極頭安裝在所述主軸的底端，在所述磁 極頭的下方設(shè)有與振動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接而可作相對(duì)于工件表面的垂直方向振動(dòng) 的振動(dòng)臺(tái)，混合磁性磨料置于所述振動(dòng)臺(tái)上的工件與所述磁極頭之間的間隙中。以下結(jié)合圖l所示實(shí)施例裝置對(duì)本發(fā)明的工藝和裝置做出進(jìn)一步說明。參見圖l，本發(fā)明所述垂直方向振動(dòng)磁力研磨裝置的結(jié)構(gòu)是，它包括相對(duì)于工件表面的垂直方向設(shè)置的主軸2，磁極頭12安裝在所述主軸2的底端，在所 述磁極頭12的下方設(shè)有與振動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接而可作相對(duì)于工件表面的垂直方 向(設(shè)為Z向)振動(dòng)的振動(dòng)臺(tái)14，混合磁性磨料13置于所述振動(dòng)臺(tái)14上的工件11 與所述磁極頭12之間的間隙中。如圖1所示，還可在磁極頭12底端開設(shè)凹槽1，這樣可以增加磁場(chǎng)強(qiáng)度。 為了便于工件在研磨加工中的進(jìn)給，可將所述振動(dòng)臺(tái)14安裝在一個(gè)X—Y 向進(jìn)給臺(tái)8上。所述X—Y向是指三維直角坐標(biāo)系中，水平面內(nèi)成正交的X軸方向 和Y軸方向，X—Y向進(jìn)給臺(tái)8可在該X向和Y向運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)工件進(jìn)給；所述Z向是指 該座標(biāo)系中的Z軸方向。本發(fā)明中，磁極頭12的勵(lì)磁方式可以采用電磁感應(yīng)線圈，也可以采用永久 性磁石，或者電磁感應(yīng)線圈與永久性磁石相結(jié)合；磁極的分布也可以進(jìn)行選擇， 當(dāng)采用電磁線圈時(shí)，磁極是上下分布，形成圖l所示磁場(chǎng)；當(dāng)釆用永久性磁石時(shí)， 可以采用上述的上下分布方式，也可以在同一平面內(nèi)，把磁極均勻分布在其上， 其磁極數(shù)可以根據(jù)具體需要更改。振動(dòng)臺(tái)14的激振方式也可以采用多種，如機(jī) 械式或電磁式、永磁式等。機(jī)械式有凸輪式、連桿式等，而電磁式也可選用電 磁式驅(qū)動(dòng)與電動(dòng)式驅(qū)動(dòng)。本發(fā)明研磨工藝及裝置的工作過程是(參見圖l，采用電磁感應(yīng)線圈4勵(lì)磁)，工件11直接安裝在振動(dòng)臺(tái)14上，與磁極頭12之間保留一定間隙，電磁感應(yīng) 線圈4通電時(shí)產(chǎn)生磁場(chǎng)，將混合磁性磨料13 (可采用已有技術(shù)的混合磁性磨料) 放入磁極頭12與工件11之間的間隙，混合磁性磨粒13將受到磁極頭12的磁力作 用被吸附于磁極頭12上，并隨之高速旋轉(zhuǎn)，形成磁力研磨刷對(duì)工件進(jìn)行加工； 同時(shí)工件11能做低速X—Y向進(jìn)給；與此同時(shí)振動(dòng)臺(tái)14帶動(dòng)工件11進(jìn)行相對(duì)于工 件表面的垂直方向(Z方向)振動(dòng)，可通過作為振動(dòng)驅(qū)動(dòng)裝置的凸輪偏心裝置15 調(diào)整振動(dòng)的振幅和頻率。這樣，工件在振動(dòng)的同時(shí)，受到磁力研磨刷作用直到 加工完成。由于磁力研磨刷具備柔性和彈性，可以不必進(jìn)行嚴(yán)格的CNC數(shù)控，而 加工微細(xì)復(fù)雜曲面。本發(fā)明在研制過程中，對(duì)鎂合金就有振動(dòng)和無振動(dòng)這兩種情況下，做了一 系列實(shí)驗(yàn)。就材料去除量來看，相同條件下，有振動(dòng)條件下的材料去除量是無 振動(dòng)條件下的兩倍，具體加工效果見圖2。除此之外，還進(jìn)行對(duì)孔邊去毛刺的加 工實(shí)驗(yàn)，從得到的數(shù)據(jù)結(jié)果看，在相同的條件下，有輔助振動(dòng)時(shí)加工時(shí)間要比 無輔助振動(dòng)的縮短了40%。很明顯，這種新型的垂直方向(Z方向)振動(dòng)磁力研
磨裝置能大大提高加工效率。還由于工件直接安裝在振動(dòng)臺(tái)14上(加以固定) 而非裝在容器中，因此本裝置可加工較大體積(面積)的工件。本發(fā)明的技術(shù)原理是，加工過程中作用在磨粒上的脈沖研磨力由磁場(chǎng)力 &，《和振動(dòng)力F,共同決定。則作用在磨粒上的合力為Z尸-^+^+尸v。那么這個(gè)合力矢量又可分為水平矢量力2]^;和垂直矢量力Z《。水平矢量力產(chǎn)生磨削壓力使磨粒磨削刃對(duì)材料進(jìn)行切削，而垂直矢量力S《則幫助 磨粒圍繞磁極回轉(zhuǎn)，此外還能對(duì)切向的材料進(jìn)行切削。而輔助振動(dòng)加工過程中 產(chǎn)生的脈沖壓力，它呈周期性變化，它的峰值和平均值在與無振動(dòng)情況下相比 有顯著的增加。這樣，由于增加了工作壓力對(duì)提高材料的去除量有著很大的幫 助。從而達(dá)到提高加工效率的目的。由以上可知，本發(fā)明為一種垂直方向振動(dòng)磁力研磨工藝及裝置，它通過附 加一種相對(duì)于工件表面的垂直方向的振動(dòng)，有效提高了材料的去除效率，可廣 泛運(yùn)用于包括大體積工件在內(nèi)的各種零件表面高精度的加工，并且能實(shí)現(xiàn)對(duì)微小復(fù)雜三維曲面的表面精度加工；與常規(guī)的磁力研磨機(jī)相比，能有效的提高加 工效率，而且制造，裝配簡(jiǎn)單；所述裝置既可以做成專用磁力研磨設(shè)備，亦可 以利用已有立式銑床等普通機(jī)加工設(shè)備改裝而成。


圖l是本發(fā)明的一種實(shí)施例整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是鎂合金AZ31B、不銹鋼SNS304、黃銅C2680三種材料的加工表面電
鏡圖，其中a是加工前表面電鏡圖，b是無振動(dòng)加工表面電鏡圖，c是有振動(dòng)加工 表面電鏡圖。圖3是三種金屬材料加工次數(shù)與磨削量及表面粗糙度的關(guān)系，黃銅C2680 經(jīng)過一個(gè)回合加工，表面粗糙度由加工前的2.5戶Ry提高到0.5，Ry，經(jīng)過四 個(gè)回合后逐漸向0.45戶Ry靠近；而不銹鋼SNS304則提高至lj0.4戶Ry。鎂合金 AZ31B經(jīng)過一個(gè)回合后提高到0.8戶Ry，四個(gè)回合后則逐漸向0.7戶Ry靠近。圖4是鎂合金AZ31B在有無輔助振動(dòng)情況下的加工試驗(yàn)數(shù)據(jù)，我們?cè)O(shè)定工 作間隙和振動(dòng)幅度為2.5、 lmm。那么實(shí)際的工作間隙將在lmm和3.5mm之間變 動(dòng)。在無輔助振動(dòng)時(shí)，經(jīng)過三個(gè)回合加工鎂合金的表面粗糙度由2.5/^提高到 0.6;/m。在有輔助振動(dòng)時(shí)，則提高到0.7;/m。而對(duì)材料磨削量來看，相同條件下，有振動(dòng)條件下的材料磨削量則是無振動(dòng)條件下的兩倍，很明顯，這會(huì)大大提高 加工效率。圖5是對(duì)鎂合金AZ31B孔邊去毛刺的加工的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。從得到的數(shù)據(jù)結(jié)果 看，在相同的條件下，有輔助振動(dòng)時(shí)加工時(shí)間要比無輔助振動(dòng)的縮短了40%。在圖l中:2—主軸，上磁軛4—電磁感應(yīng)線圈，5—磁心，6—電動(dòng)機(jī)，7—下磁軛，8—X-Y向進(jìn)給臺(tái)9一彈簧，10—導(dǎo)向拄，ll一工件，12—磁極頭混合磁性磨料14一振動(dòng)臺(tái)，15—凸輪偏心裝置。
具體實(shí)施方式
圖l所示為實(shí)現(xiàn)本發(fā)明工藝的一種所述垂直方向振動(dòng)磁力研磨裝置，它安裝在普通的立式(垂直)銑床的床身上；裝置包括豎向設(shè)置的主軸2，磁極頭12 安裝在所述主軸2的底端，在所述磁極頭12的下方設(shè)有與振動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接而 可作垂直方向(Z向)振動(dòng)的振動(dòng)臺(tái)14，混合磁性磨料13置于所述振動(dòng)臺(tái)14上的 工件11與所述磁極頭12之間的間隙中；在磁極頭12底端開設(shè)凹槽1，以增加磁場(chǎng) 強(qiáng)度；將所述振動(dòng)臺(tái)14安裝在一個(gè)X^Y向進(jìn)給臺(tái)8上。磁極頭12采用電磁感應(yīng)器勵(lì)磁，該電磁感應(yīng)器包括設(shè)有磁心5的電磁感應(yīng) 線圈4，其上、下兩端分別裝有上磁軛3和下磁軛7，上磁軛3的前端套裝在電主 軸2上而與之形成磁通路；下磁軛7的前端位于X—Y向進(jìn)給臺(tái)8底部。振動(dòng)臺(tái)14在X-Y向進(jìn)給臺(tái)8上的安裝結(jié)構(gòu)是，所述X-Y向進(jìn)給臺(tái)8兩側(cè)裝有導(dǎo) 向柱IO,振動(dòng)臺(tái)14相應(yīng)兩側(cè)分別經(jīng)彈簧9懸掛在相應(yīng)的導(dǎo)向柱10上端。所述振動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為一安裝在振動(dòng)臺(tái)14下部并由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的凸輪偏心 裝置15，由凸輪推動(dòng)振動(dòng)臺(tái)14作垂直(Z向)方向的振動(dòng)。
權(quán)利要求
1、一種垂直方向振動(dòng)磁力研磨工藝，其特征是，該工藝為，在常規(guī)磁力研磨方式下附加一種相對(duì)于工件表面的垂直方向的振動(dòng)，形成脈沖壓力進(jìn)行磁力研磨，以提高材料的去除效率。
2、 一種垂直方向振動(dòng)磁力研磨裝置，其特征是，它包括相對(duì)于工件表面 的垂直方向設(shè)置的主軸(2),磁極頭(12)安裝在所述主軸(2)的底端，在所 述磁極頭(12)的下方設(shè)有與振動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接而可作相對(duì)于工件表面的垂 直方向振動(dòng)的振動(dòng)臺(tái)(14)，混合磁性磨料(13)置于所述振動(dòng)臺(tái)(14)上的工 件(11)與所述磁極頭(12)之間的間隙中。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述垂直方向振動(dòng)磁力研磨裝置，其特征是，在所述磁 極頭(12)底端開設(shè)有凹槽(1)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求2所述垂直方向振動(dòng)磁力研磨裝置，其特征是，所述振動(dòng) 臺(tái)(14)安裝在一個(gè)X—Y向進(jìn)給臺(tái)(8)上。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述垂直方向振動(dòng)磁力研磨裝置，其特征是，所述X-Y 向進(jìn)給臺(tái)(8)兩側(cè)裝有導(dǎo)向柱(10)，振動(dòng)臺(tái)(14)相應(yīng)兩側(cè)分別經(jīng)彈簧(9) 懸掛在相應(yīng)的導(dǎo)向柱(10)上端。
6、 根據(jù)權(quán)利要求2所述垂直方向振動(dòng)磁力研磨裝置，其特征是，所述振動(dòng) 驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)為一安裝在振動(dòng)臺(tái)(14)下部并由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的凸輪偏心裝置(15)。
7、 根據(jù)權(quán)利要求2所述垂直方向振動(dòng)磁力研磨裝置，其特征是，所述磁極頭(12)采用電磁感應(yīng)器勵(lì)磁，該電磁感應(yīng)器包括設(shè)有磁心(5)的電磁感應(yīng)線 圈(4)，其上、下兩端分別裝有上磁軛(3)和下磁軛(7)，上磁軛(3)的前 端套裝在電主軸(2)上，下磁軛(7)的前端位于振動(dòng)臺(tái)(14)下方。
全文摘要
一種垂直方向振動(dòng)磁力研磨工藝及裝置，其工藝是，在常規(guī)磁力研磨方式下附加一種相對(duì)于工件表面的垂直方向的振動(dòng)，形成脈沖壓力進(jìn)行磁力研磨，以提高材料的去除效率；裝置包括相對(duì)于工件表面的垂直方向設(shè)置的主軸，磁極頭安裝在所述主軸的底端，在所述磁極頭的下方設(shè)有與振動(dòng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)相連接而可作相對(duì)于工件表面的垂直方向振動(dòng)的振動(dòng)臺(tái)，混合磁性磨料置于所述振動(dòng)臺(tái)上的工件與所述磁極頭之間的間隙中。可廣泛運(yùn)用于包括大體積工件在內(nèi)的各種零件表面高精度的加工，并且能實(shí)現(xiàn)對(duì)微小復(fù)雜三維曲面的表面精度加工。裝置加工效率高，制造、裝配簡(jiǎn)單，在普通的機(jī)床上就能實(shí)行改裝。
文檔編號(hào)B24B1/04GK101152701SQ200610032310
公開日2008年4月2日 申請(qǐng)日期2006年9月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月25日
發(fā)明者尹韶輝, 宇 王, 盛曉敏 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)