專利名稱：一種垂直軸轉臺倒掛式斜軸磁流變研拋裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種磁流變研拋裝置，屬于研拋加工技術領域。
背景技術：
隨著現(xiàn)代科學技術的日益發(fā)展，在國防、航空航天及電子行業(yè)、生物醫(yī)療等領域，需要各種高精度高表面質量的零件，通常這些高精度零件其面型要求達到亞微米級的形狀精度、納米級的表面粗糙度和極小的亞表層損傷。已經研究出多種加工方法可以獲得高精度的加工表面，磁流變拋光作為一種新型的加工方法，它是通過梯度磁場使載液輪和工件表面之間的磁流變液體的流變性能發(fā)生變化，在工件表面與磁流變液接觸的區(qū)域產生較大的剪切力，從而使工件表面材料被去除。它提供了一種可以精確控制拋光后的零件面形，同時保證低粗糙度的表面加工質量和高的加工效率的拋光方法，能很好的滿足高精度零件的
加工要求。目前常規(guī)的磁流變拋光裝置普遍采用拋光輪回轉，工件置于拋光輪上方或下方，通過拋光輪回轉帶動含有磨料的磁流變液在電磁鐵產生的梯度磁場環(huán)境下形成柔性緞帶，來對工件進行確定性拋光去除加工。這種結構形式由于受到拋光輪半徑的限制，只適合于加工凸曲面、平面和曲率半徑較大的凹曲面，而對于一些小口徑非球面零件，由于結構形狀復雜，表面多為自由曲面，并且曲面過渡部分曲率半徑較小，由于常規(guī)的磁流變采用“拋光輪、電磁鐵”拋光形式，其工具頭或有效加工區(qū)域較大，無法接觸到待加工小曲率非球曲面的各個位置，不能滿足小口徑非球曲面零件需要的加工條件。而采用一種小直徑永磁體球形拋光頭的拋光工具，其小直徑工具拋光頭可以適用于這種小口徑非球面零件的加工，可以針對這種小直徑拋光工具頭需要完成的運動形式設計相應的磁流變研拋裝置。

發(fā)明內容
本發(fā)明為了實現(xiàn)小曲率非球曲面零件的磁流變拋光加工，進而提供了一種垂直軸轉臺倒掛式斜軸磁流變研拋裝置。本發(fā)明為解決上述技術問題采取的技術方案是本發(fā)明所述垂直軸轉臺倒掛式斜軸磁流變研拋裝置包括龍門架、Z軸直線單元、直角連接架、轉臺、二維精密微調位移臺、拋光頭主軸、拋光頭主軸支架和拋光工具；拋光工具由永磁式拋光頭和拋光頭連接桿組成；z軸直線單元安裝在龍門架上，轉臺通過直角連接架安裝在Z軸直線單元上，轉臺內的轉動軸的軸端通過二維精密微調位移臺與拋光頭主軸支架連接，拋光頭主軸支架具有一定傾角使安裝在拋光頭主軸支架上的拋光頭主軸與水平面的夾角為40度至45度，拋光頭連接桿的一端安裝在拋光頭主軸的夾頭上，拋光頭連接桿的另一端與永磁式拋光頭連接。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明針對現(xiàn)有磁流變拋光技術存在的不足，提供一種在垂直軸上懸掛的磁流變研拋裝置，使用轉臺倒掛式斜軸加工方式，其拋光工具采用小直徑永磁體球形拋光頭，可實現(xiàn)小曲率非球曲面零件的磁流變拋光加工。由于采用拋光頭主軸斜置放置方式，且拋光工具頭可隨高精度轉臺繞一空間軸線做回轉運動，在加工一些復雜面型工件時可以有效避免干涉，特別適用于小曲率、小口徑非球曲面零件的超精密磁流變拋光加工，其拋光小曲率非球曲面零件的口徑可在Φ 16mm Φ 60mm范圍，零件的最小曲率半徑R可在1. 5 4mm范圍內。所述裝置經試制試用被證明效果顯著，符合使用需求，垂直軸行程50mm，在主要加工范圍±10mm內，直線度彡3 μ m，閉環(huán)定位精度彡±0. 4 μ m ;拋光頭主軸跳動彡I μ m。本發(fā)明的具體優(yōu)點表現(xiàn)在以下幾個方面a)拋光工具采用小直徑永磁體球形拋光頭，便于有效接觸到待加工曲面的各個位置，特別適用于小口徑非球曲面零件的磁流變拋光加工；b)具有高精度的對心調整裝置，可以進行拋光頭球心相對轉臺回轉中心的對心調 整，用以滿足小口徑非球曲面零件實現(xiàn)加工軌跡的要求；c)研拋工具倒掛在高精度的垂直移動軸上，充分利用了豎直方向空間，并且采用拋光頭主軸傾斜放置加工方式，可有效防止干涉現(xiàn)象；d)裝置的關鍵結構件——豎直件，采用花崗巖材料來制作，可以很好的吸收振動，因而能夠較大的提高裝置的性能；e)采用高精度的直線單元和旋轉單元作為該裝置的主要運動部件，使得裝置具有較高的加工精度。


圖1是本發(fā)明的主視圖；圖2是圖1的左視圖(圖中22_螺釘、24-內六角螺釘、26-內六角螺釘、28-內六角螺釘、30-內六角螺釘、25-螺釘)；圖3是圖2的A部放大圖；圖4是本發(fā)明與超精密加工用工件軸數(shù)控運動平臺裝置構成的一種小口徑非球面永磁式磁流變拋光加工機床的立體圖；圖5是圖4的主視圖；圖6是圖5的左視圖，圖6-1是圖6的A向局部視圖；圖7是圖5的俯視圖。
具體實施例方式具體實施方式
一如圖1 7所示，本實施方式所述的1、一種垂直軸轉臺倒掛式斜軸磁流變研拋裝置，其特征在于所述垂直軸轉臺倒掛式斜軸磁流變研拋裝置包括龍門架9(豎直件)、Z軸直線單元10 (垂直軸直線運動單元)、直角連接架11、轉臺12、二維精密微調位移臺13、拋光頭主軸14、拋光頭主軸支架15(主軸夾持器)和拋光工具16 ;拋光工具16由永磁式拋光頭16-1和拋光頭連接桿16-2組成；Z軸直線單元10安裝在龍門架9上，轉臺12通過直角連接架11安裝在Z軸直線單元10上，轉臺12內的轉動軸的軸端通過二維精密微調位移臺13與拋光頭主軸支架15連接，拋光頭主軸支架15具有一定傾角使安裝在拋光頭主軸支架15上的拋光頭主軸14與水平面的夾角為40度至45度，拋光頭連接桿16-2的一端安裝在拋光頭主軸14的夾頭上,拋光頭連接桿16-2的另一端與永磁式拋光頭16-1連接。
具體實施方式
二 本實施方式中，永磁式拋光頭16-1為小直徑永磁體球形拋光頭，其目前所使用的直徑范圍為Φ3·5ι πι Φ4mm,形狀精度優(yōu)于O. 02mm,表面磁場強度O. 5 O. 75T。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
三本實施方式所述永磁式拋光頭16-1的直徑范圍可擴展至Φ2_ Φ6_。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。
具體實施方式
四如圖1 7所示，本實施方式所述轉臺12內的轉動軸的軸端通過過渡安裝板19與二維精密微調位移臺13連接。其它組成及連接關系與具體實施方式
一、二或二相同。
具體實施方式
五本實施方式所述Z軸直線單元10采用美國Parker公司的滾珠絲杠平臺404T01XR。其它組成及連接關系與具體實施方式
一、二或三相同。
具體實施方式
六本實施方式所述拋光頭主軸14采用日本NSK公司的精密電主軸EMR-3008K。其它組成及連接關系與具體實施方式
五相同。
具體實施方式
七如圖1 7所示，本實施方式所述拋光頭主軸支架15上設有斜角連接座20 ;在斜角連接座20的傾斜面上固定著拋光頭主軸支架15。其它組成及連接關系與具體實施方式
一相同。在具體實施方式
一中，豎直件9由花崗巖材料制成，四個腳設置有安裝孔，可以與其他水平平臺聯(lián)接，其豎直主安裝面與下底面有較高的垂直度要求以滿足所需的加工精度。在豎直件9的主安裝面上，通過螺釘22聯(lián)接著垂直軸直線運動單元10。垂直軸直線運動單元10是通過內部的旋轉電機帶動精密滾珠絲杠驅動，可以在豎直方向實現(xiàn)高精度的自由往復移動。在垂直軸直線運動單元10的運動部件上聯(lián)接著直角連接架11,轉臺12通過螺釘聯(lián)接倒掛在直角連接架11的下方。轉臺12為直接驅動式電機轉臺，配有高分辨率編碼器，低速運轉平穩(wěn)，該旋轉平臺徑向跳動和軸向跳動誤差很小。為了保證轉臺12的回轉軸線與垂直軸直線運動單元10的運動軸線平行，需要直角連接架11的兩個安裝面之間有較高的垂直度要求。轉臺下方的過渡連接板19，通過內六角螺釘28聯(lián)接在轉臺的回轉部件上。過渡連接板19的下方聯(lián)接著二維精密微調位移臺13，該位移臺由兩個粗微調測微頭驅動，可以分別沿兩個互相垂直的方向作直線位移的調整，測微頭粗調的最小讀數(shù)為IOym,微調的最小讀數(shù)為O. 5μπι，以保證位移調整的精度，同時其線性導軌還配有鎖緊旋鈕，方便對調整后的平臺進行位置鎖定。在二維精密微調位移臺13下方聯(lián)接著斜角連接座20，其傾斜面與水平面的夾角為40° 45°，使聯(lián)接的拋光頭主軸在空間上呈傾斜放置，實現(xiàn)斜軸加工，可以在加工一些小口徑異形零件時防止干涉。在斜角連接座20的傾斜面上用螺釘固定著主軸夾持器15。電主軸(拋光頭主軸)14安裝在主軸夾持器15的內孔中，通過旋緊螺釘25可以調整主軸夾持器15的內孔和電主軸14外圓柱面的間隙，利用摩擦力壓緊電主軸。在安裝過程中，必須嚴格控制壓緊力的大小，以防止電主軸14損壞。拋光工具16通過安裝在電主軸14前端的彈簧夾頭夾緊，在電主軸14的帶動下做高速回轉，其拋光頭采用小直徑永磁體球形拋光頭，直徑范圍在Φ3. 5mm Φ 4mm (可擴展至Φ 2mm Φ 6mm),適用于小曲率、小口徑零件的加工。工作原理與操作方法上述磁流變拋光裝置包括一個直線移動軸和一個旋轉軸，一個工具電主軸，另外還配有二維精密微調位移臺。拋光裝置中的直線移動軸和旋轉軸分別有獨立的驅動器和反饋信號線，并通過一個多軸控制器進行聯(lián)動控制或單獨控制。加工前，首先要對拋光頭進行對刀，根據這種斜軸加工方式的加工條件要求，需要將拋光頭的球心調整到與轉臺的回轉軸線相重合，以保證在轉臺的回轉過程中拋光頭的空間位置不變，便于滿足各種加工軌跡的要求。由于人為手工安裝的誤差，拋光工具在電主軸上的夾緊位置會產生竄動，裝夾后拋光頭的球心往往不在轉臺的回轉中心線上。為實現(xiàn)精確的對心調整，本裝置設置有二維精密微調位移臺來帶動主軸支架運動，可以調整拋光頭相對轉臺的空間位置，來完成拋光頭相對轉臺的對心操作，微調位移臺有較高的移動精度，從而可以保證非球曲面零件加工前的對刀精度，這是本發(fā)明的關鍵技術之一。然后，在拋光工具頭上方供給磁流變液體，由于永磁體制成的拋光頭前端存在磁場，利用磁場作用將磁流變液體吸附在拋光頭上，通過磁流變液體與工件之間的微細剪切作用來實現(xiàn)對工件的拋光加工。加工過程中，拋光頭在垂直軸直線單元和轉臺的帶動下可做沿豎直軸的直線運動和繞豎直軸的空間回轉運動，用以完成拋光加工所需的位置和運動關系條件,這種斜軸加工方式可實現(xiàn)小曲率、小口徑非球曲面零件的磁流變拋光加工,并且可有效避免拋光頭部分與零件各拋光表面間的結構干涉。本發(fā)明與超精密加工用工件軸數(shù)控運動平臺裝置構成一種小口徑非球面永磁式磁流變拋光加工機床；即所述機床包括超精密加工用工件軸數(shù)控運動平臺裝置和垂直軸轉臺倒掛式斜軸磁流變研拋裝置；超精密加工用工件軸數(shù)控運動平臺裝置包括XY精密移動平臺、機床底座1、蓋板2、風琴防護罩3、工作臺4、工件主軸支架7、工件主軸8、(XD對刀裝置17和回液槽18 ；XY精密移動平臺含有X軸直線單元6和Y軸直線單元5，X軸直線單元6置于Y軸直線單元5上；機床底座I上設有用于容納XY精密移動平臺的容腔1-1，XY精密移動平臺置于機床底座I的容腔1-1內，工作臺4安裝在XY精密移動平臺的X軸直線單元6的上端面上，容腔1-1的四周設有蓋板2，工作臺4的邊緣與蓋板2之間設有風琴防護罩3，容腔1-1的上部敞口通過工作臺4、工作臺4四周的蓋板2以及工作臺4與蓋板2之間的風琴防護罩3蓋住，將所述XY精密移動平臺封裝在容腔1-1內；工件主軸8通過工件主軸支架7安裝在工作臺4上，且工件主軸8的軸線與X軸直線單元6的運動軸線平行，回液槽18設置在工作臺4上用于回收磁流變液；(XD對刀裝置17安裝在蓋板2上；垂直軸轉臺倒掛式斜軸磁流變研拋裝置包括龍門架9、Z軸直線單元10、直角連接架11、轉臺12、二維精密微調位移臺13、拋光頭主軸14、拋光頭主軸支架15和拋光工具16 ;拋光工具16由永磁式拋光頭16-1和拋光頭連接桿16-2組成；Z軸直線單元10安裝在龍門架9上，轉臺12通過直角連接架11安裝在Z軸直線單元10上，轉臺12內的轉動軸的軸端通過二維精密微調位移臺13與拋光頭主軸支架15連接，拋光頭主軸支架15具有一定傾角使安裝在拋光頭主軸支架15上的拋光頭主軸14與水平面的夾角為40度至45度，拋光頭連接桿16-2的一端安裝在拋光頭主軸14的夾頭上，拋光頭連接桿16-2的另一端與永磁式拋光頭16-1連接；Z軸直線單元10與XY精密移動平臺構成三維坐標系；龍門架9安裝在機床底座I上；利用二維精密微調位移臺13和CXD對刀裝置17調整永磁式拋光頭16-1的空間位置，使永磁式拋光頭16-1的球心位于轉臺12的回轉軸線上，CCD對刀裝置17用于觀測永磁式拋光頭16-1相對于工件的加工位置并通過Z軸直線單元10、XY精密移動平臺時實調整二者的相對位置，完成工件加工前的對刀。
權利要求
1.一種垂直軸轉臺倒掛式斜軸磁流變研拋裝置，其特征在于所述垂直軸轉臺倒掛式斜軸磁流變研拋裝置包括龍門架(9)、Z軸直線單元(10)、直角連接架(11)、轉臺(12)、二維精密微調位移臺(13)、拋光頭主軸(14)、拋光頭主軸支架(15)和拋光工具(16);拋光工具(16)由永磁式拋光頭(16-1)和拋光頭連接桿(16-2)組成；Z軸直線單元(10)安裝在龍門架(9)上，轉臺(12)通過直角連接架(11)安裝在Z軸直線單元(10)上，轉臺(12)內的轉動軸的軸端通過二維精密微調位移臺(13)與拋光頭主軸支架(15)連接，拋光頭主軸支架(15)具有一定傾角使安裝在拋光頭主軸支架(15)上的拋光頭主軸(14)與水平面的夾角為40度至45度，拋光頭連接桿(16-2)的一端安裝在拋光頭主軸(14)的夾頭上，拋光頭連接桿(16-2)的另一端與永磁式拋光頭(16-1)連接。
2.根據權利要求1所述的一種垂直軸轉臺倒掛式斜軸磁流變研拋裝置，其特征在于永磁式拋光頭(16-1)為小直徑永磁體球形拋光頭，其直徑范圍為￠3. 5mm 4mm,形狀精度優(yōu)于0. 02mm,表面磁場強度0. 5 0. 75T。
3.根據權利要求2所述的一種垂直軸轉臺倒掛式斜軸磁流變研拋裝置，其特征在于所述永磁式拋光頭(16-1)的直徑范圍可擴展至4>2mm 4>6mm。
4.根據權利要求1、2或3所述的一種垂直軸轉臺倒掛式斜軸磁流變研拋裝置，其特征在于:轉臺(12)內的轉動軸的軸端通過過渡安裝板(19)與二維精密微調位移臺(13)連接。
5.根據權利要求1、2或3所述的一種垂直軸轉臺倒掛式斜軸磁流變研拋裝置，其特征在于所述Z軸直線單元(10)采用美國Parker公司的滾珠絲杠平臺404T01XR。
6.根據權利要求5所述的一種垂直軸轉臺倒掛式斜軸磁流變研拋裝置，其特征在于所述拋光頭主軸(14)采用日本NSK公司的精密電主軸EMR-3008K。
7.根據權利要求1所述的一種垂直軸轉臺倒掛式斜軸磁流變研拋裝置，其特征在于所述拋光頭主軸支架(15)上設有斜角連接座(20);在斜角連接座(20)的傾斜面上固定著拋光頭主軸支架(15)。
全文摘要
一種垂直軸轉臺倒掛式斜軸磁流變研拋裝置，屬于研拋加工技術領域。本發(fā)明的目的是為了實現(xiàn)小曲率非球曲面零件的磁流變拋光加工。拋光工具由永磁式拋光頭和拋光頭連接桿組成；Z軸直線單元安裝在龍門架上，轉臺通過直角連接架安裝在Z軸直線單元上，轉臺內的轉動軸的軸端通過二維精密微調位移臺與拋光頭主軸支架連接，拋光頭主軸支架具有一定傾角使安裝在拋光頭主軸支架上的拋光頭主軸與水平面的夾角為40度至45度，拋光頭連接桿的一端安裝在拋光頭主軸的夾頭上，拋光頭連接桿的另一端與永磁式拋光頭連接。本發(fā)明特別適用于小曲率、小口徑非球曲面零件的超精密磁流變拋光加工。
文檔編號B24B41/04GK102990500SQ201210571680
公開日2013年3月27日 申請日期2012年12月26日 優(yōu)先權日2012年12月26日
發(fā)明者陳明君, 劉赫男, 于霖, 郭占玥, 方針, 吳春亞, 羅康俊 申請人:哈爾濱工業(yè)大學