一種磁場(chǎng)輔助拋光加工設(shè)備及其拋光方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種磁場(chǎng)輔助拋光加工設(shè)備及其拋光方法，設(shè)備是在數(shù)控機(jī)床主軸上增設(shè)小型電磁體，并通過螺栓與數(shù)控主軸連接。軟質(zhì)拋光工具通過夾頭固定在數(shù)控主軸上，小型電磁體環(huán)繞軟質(zhì)拋光工具設(shè)置，并可隨軟質(zhì)拋光工具運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生可移動(dòng)電磁場(chǎng)；小型電磁體由支撐體和銅導(dǎo)線繞制的空心圓筒形線圈構(gòu)成，并由直流電源供電。拋光方法是采用混合磁性磨粒作為磨削介質(zhì)，軟質(zhì)拋光工具沿設(shè)定的運(yùn)動(dòng)軌跡運(yùn)動(dòng)；通過軟質(zhì)拋光工具所產(chǎn)生的拋光壓力和移動(dòng)電磁場(chǎng)所形成移動(dòng)電磁力的復(fù)合作用，提高混合磁性游離磨粒在拋光過程中參與磨削并在工件表面形成有效磨削行為的比例，增強(qiáng)混合磁性游離磨粒的磨削效能，實(shí)現(xiàn)對(duì)難加工材料零件復(fù)雜形貌表面的高效率拋光加工。
【專利說明】一種磁場(chǎng)輔助拋光加工設(shè)備及其拋光方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電磁場(chǎng)發(fā)生技術(shù)，磁力研磨技術(shù)，混合磁性磨粒制備技術(shù)和三體磨粒磨削技術(shù)，具體地說涉及一種磁場(chǎng)輔助拋光加工設(shè)備及其拋光方法，本發(fā)明適用于難加工材料復(fù)雜形狀工件的外表面加工。
【背景技術(shù)】
[0002]難加工材料零件復(fù)雜形狀表面的高效拋光加工是目前機(jī)械加工工藝重點(diǎn)研究的關(guān)鍵問題之一。對(duì)于難加工材料零件復(fù)雜形狀表面的拋光加工，由于軟質(zhì)拋光工具不僅可以降低微小的位置誤差形成的加工工具和工件間的力沖擊，還可提高拋光工具對(duì)復(fù)雜形貌的加工適應(yīng)能力，因此采用基于軟質(zhì)工具的游離磨粒拋光加工比較適合。但游離磨粒拋光與固著磨粒拋光相比磨削效率較低，同時(shí)難加工材料本身的磨削加工性能較差，因此提高游離磨粒拋光的磨削效率成為科技工作者孜孜不倦追求解決的難題之一。將傳統(tǒng)加工技術(shù)和多學(xué)科不同加工方法相結(jié)合的復(fù)合加工技術(shù)已成為解決難加工材料工件加工難題的重要途徑，而利用場(chǎng)效應(yīng)特別是磁場(chǎng)輔助拋光是目前游離磨粒加工的一個(gè)發(fā)展方向。在磁場(chǎng)輔助游離磨粒加工工藝中，常見的主要有磁流變拋光和磁力光整加工工藝。磁流變拋光利用磁場(chǎng)改變磁流變液的粘度來實(shí)現(xiàn)光學(xué)元件表面的精密、超精密加工；而磁力光整加工利用磁場(chǎng)對(duì)強(qiáng)磁性介質(zhì)的磁作用力來形成磁力刷對(duì)零件的內(nèi)外表面進(jìn)行微壓力切削加工，對(duì)復(fù)雜表面的適應(yīng)性較好，但磨削效率較低。因此急需開發(fā)能對(duì)難加工材料零件復(fù)雜表面進(jìn)行高效率拋光加工的磁場(chǎng)輔助游離磨粒拋光加工方法。
[0003]要提高磁場(chǎng)輔助游離磨粒拋光加工的磨削效率，關(guān)鍵是要使盡可能多的磨粒都參加到拋光加工過程中，并使磨粒能在磨削過程中對(duì)被拋光表面形成犁溝，從而形成有效磨肖IJ。單純采用軟質(zhì)工具驅(qū)動(dòng)游離磨粒拋光時(shí)，由于游離磨粒處于工具和工件間的第三體自由狀態(tài)，雖然受到軟質(zhì)拋光工具施加的磨削壓力，但由于軟質(zhì)拋光工具多由各種纖維材料編織纏繞而成，其工作表面凸凹不平，使得只有被鑲嵌在軟質(zhì)拋光工具中的游離磨粒才容易在拋光工具的帶動(dòng)下對(duì)被加工表面形成磨削加工，因此參與有效磨削的磨粒數(shù)量較少，從而影響了游離磨粒的磨削效率。單純依靠磁場(chǎng)來驅(qū)動(dòng)磁性磨粒進(jìn)行拋光加工，由磁場(chǎng)力吸附磁性磨粒形成的磁力刷較柔軟，所產(chǎn)生的磨削壓力較小，也直接影響磁性磨粒的磨削效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有難加工材料零件復(fù)雜形狀表面游離磨粒拋光加工工藝的不足，而提供一種磁場(chǎng)輔助拋光加工設(shè)備及其拋光方法。磁場(chǎng)輔助拋光加工設(shè)備采用數(shù)控主軸來固定軟質(zhì)拋光工具實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的拋光加工軌跡；并環(huán)繞軟質(zhì)拋光工具設(shè)置可隨軟質(zhì)拋光工具移動(dòng)的小型電磁體來產(chǎn)生移動(dòng)電磁場(chǎng)；加工方法是采用混合磁性游離磨粒作為磨削介質(zhì)，利用軟質(zhì)拋光工具對(duì)復(fù)雜形貌的適應(yīng)能力來驅(qū)動(dòng)混合磁性游離磨粒實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜形貌表面的拋光加工；同時(shí)利用環(huán)繞軟質(zhì)拋光工具設(shè)置的小型電磁體產(chǎn)生移動(dòng)磁場(chǎng)力實(shí)現(xiàn)對(duì)混合磁性游離磨粒的輔助驅(qū)動(dòng)，通過電磁場(chǎng)和軟質(zhì)拋光工具的復(fù)合作用來實(shí)現(xiàn)難加工材料零件復(fù)雜形貌表面的高效率拋光加工。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采取的技術(shù)方案是:提供一種磁場(chǎng)輔助拋光加工設(shè)備，包括在數(shù)控機(jī)床的數(shù)控主軸上增設(shè)小型電磁體，同時(shí)配套直流電源,所述的小型電磁體由支撐體和銅導(dǎo)線線圈組成，小型電磁體通過螺栓與數(shù)控機(jī)床上的數(shù)控主軸連接，并環(huán)繞軟質(zhì)拋光工具設(shè)置，小型電磁體隨軟質(zhì)拋光工具一起運(yùn)動(dòng)形成移動(dòng)電磁場(chǎng)；所述的直流電源與小型電磁體連接，為小型電磁體中的線圈提供低壓直流電，在小型電磁體中心區(qū)域產(chǎn)生輔助電磁場(chǎng)；所述的軟質(zhì)拋光工具通過夾頭固定在數(shù)控主軸上從而實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的加工軌跡。
[0006]本發(fā)明所述的支撐體由具有絕緣作用的環(huán)氧樹脂板制備而成。
[0007]所述的直流電源為低紋波直流電源，直流電電壓范圍為I?15V，電流范圍為10?IOOA0
[0008]所述的線圈由橫截面為矩形的銅導(dǎo)線繞制而成。
[0009]本發(fā)明還提供一種應(yīng)用上述的磁場(chǎng)輔助拋光加工設(shè)備的拋光的方法，按如下步驟操作:
[0010]步驟(I)、將被拋光工件固定在數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)上，在被拋光工件表面涂覆混合磁性磨粒；
[0011]步驟(2)、安裝軟質(zhì)拋光工具，將軟質(zhì)拋光工具通過夾頭夾持固定在數(shù)控主軸上；
[0012]步驟(3)、在數(shù)控機(jī)床的軟件中輸入被拋光工件的拋光運(yùn)動(dòng)軌跡和拋光工藝參數(shù)；拋光工藝參數(shù)包括軟質(zhì)拋光工具與被拋光工件的初始相對(duì)位置及其所產(chǎn)生的拋光初始?jí)毫Γ?br> [0013]步驟(4)、開啟數(shù)控機(jī)床，接通直流電源，數(shù)控主軸高速旋轉(zhuǎn)并根據(jù)預(yù)設(shè)的拋光軌跡運(yùn)動(dòng)，開始拋光加工；軟質(zhì)拋光工具與被加工工件表面間保持恒定的壓縮量，形成穩(wěn)定的拋光壓力；小型電磁體與軟質(zhì)拋光工具一起沿拋光軌跡運(yùn)動(dòng)形成移動(dòng)電磁場(chǎng)，同時(shí)被加工工件表面在線圈中心區(qū)域受到輔助磁場(chǎng)控制；從而在拋光過程中與軟質(zhì)拋光工具一起保持對(duì)被拋光工件表面及其表面混合磁性磨粒的連續(xù)復(fù)合作用。
[0014]本發(fā)明的方法中步驟(I)所述的混合磁性磨粒由鐵磁性顆粒和硬質(zhì)磨?；旌隙?。
[0015]本發(fā)明的方法中步驟(2)所述的軟質(zhì)拋光工具安裝時(shí)其末端伸出小型電磁體底平面中心I?3_。
[0016]本發(fā)明具有的有益效果是:通過軟質(zhì)拋光工具所產(chǎn)生的拋光壓力和移動(dòng)電磁場(chǎng)所形成的移動(dòng)電磁力的復(fù)合作用，來提高混合磁性游離磨粒在拋光過程中參與磨削并形成有效磨削行為的比例，從而增強(qiáng)混合磁性游離磨粒的磨削效能，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)難加工材料零件復(fù)雜形貌表面的高效率拋光加工。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1為本發(fā)明磁場(chǎng)輔助拋光加工設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中:1 一數(shù)控主軸，2—支撐體，3—螺栓，4一線圈，5—小型電磁體，6—軟質(zhì)拋光工具，7—直流電源，8—夾頭，9一混合磁性磨粒，10—被拋光工件，11 一機(jī)床工作臺(tái)。【具體實(shí)施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳述:
[0020]實(shí)施例1:本發(fā)明提供的一種磁場(chǎng)輔助拋光加工設(shè)備，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括在數(shù)控機(jī)床的數(shù)控主軸I上增設(shè)小型電磁體5，以及配套直流電源7，所述的小型電磁體5由支撐體2和線圈4組成，支撐體2通過螺栓3與數(shù)控機(jī)床上的數(shù)控主軸I連接；所述的支撐體2由具有絕緣作用的環(huán)氧樹脂板制備而成，支撐體2下段為空心圓筒，在圓筒外側(cè)采用橫截面為矩形的銅導(dǎo)線繞制線圈4，構(gòu)成圓筒形小型電磁體5 ;所述的直流電源7與支撐體2中的線圈4連接，為線圈4提供直流電，即可在線圈中心區(qū)域產(chǎn)生輔助電磁場(chǎng)；所述的直流電源為低紋波直流電源，直流電電壓范圍為I?15V，電流范圍為10?100A。本實(shí)施例中直流電電壓選用15V，電流選用100A。在加工過程中，數(shù)控機(jī)床的數(shù)控主軸1、軟質(zhì)拋光工具6和小型電磁體5 —起沿拋光加工軌跡運(yùn)動(dòng)從而形成移動(dòng)電磁場(chǎng)。所述的軟質(zhì)拋光工具6通過夾頭8固定在數(shù)控主軸I上，從而實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的加工軌跡。
[0021]實(shí)施例2:本發(fā)明應(yīng)用實(shí)施例1提供的一種磁場(chǎng)輔助拋光加工設(shè)備進(jìn)行拋光加工的方法，按如下步驟操作:
[0022]步驟(I)、將被拋光工件10固定在數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)11上，在被拋光工件10表面涂覆混合磁性磨粒9。所述的混合磁性磨粒由鐵磁性顆粒和硬質(zhì)磨粒混合而成。
[0023]步驟(2)、安裝軟質(zhì)拋光工具6，將軟質(zhì)拋光工具通過夾頭8夾持固定在數(shù)控主軸I上。安裝時(shí)注意軟質(zhì)拋光工具6其末端伸出小型電磁體5底平面中心2mm。
[0024]步驟(3)、在數(shù)控機(jī)床的軟件中輸入被拋光工件10的拋光運(yùn)動(dòng)軌跡和拋光工藝參數(shù)；拋光工藝參數(shù)包括軟質(zhì)拋光工具6與被拋光工件10的初始相對(duì)位置及其所產(chǎn)生的拋光初始?jí)毫Γ?br> [0025]步驟(4)、開啟數(shù)控機(jī)床，接通直流電源7，直流電源提供電壓5V，電流10A，數(shù)控主軸I高速旋轉(zhuǎn)，由于軟質(zhì)拋光工具6安裝在數(shù)控主軸I上，同時(shí)軟質(zhì)拋光工具6也處于小型電磁體5的中心位置，當(dāng)拋光工具6與被拋光工件10間設(shè)置了合適的初始加工位置形成所需要的穩(wěn)定拋光壓力后，數(shù)控主軸即可按預(yù)定的拋光程序運(yùn)動(dòng)進(jìn)行拋光加工；小型電磁體5與軟質(zhì)拋光工具6 —起沿拋光軌跡運(yùn)動(dòng)形成移動(dòng)電磁場(chǎng)，從而在拋光過程中與軟質(zhì)拋光工具6 —起保持對(duì)被拋光工件10及其表面混合磁性磨粒9的連續(xù)復(fù)合作用?；旌洗判阅チ?在軟質(zhì)拋光工具6高速旋轉(zhuǎn)和所產(chǎn)生的拋光壓力帶動(dòng)下，對(duì)被拋光工件10表面形成了滾動(dòng)和滑動(dòng)磨削，同時(shí)受到小型電磁體5所產(chǎn)生移動(dòng)磁場(chǎng)的移動(dòng)牽引和攪拌作用，從而使得更多的混合磁性磨粒9能與被拋光工件10表面形成相對(duì)運(yùn)動(dòng)并形成有效磨削，提高了混合磁性磨粒9有效磨削的比例，從而增強(qiáng)游離混合磁性磨粒的磨削效能，有利于實(shí)現(xiàn)對(duì)難加工材料零件復(fù)雜形貌表面的高效率拋光加工。
【權(quán)利要求】
1.一種磁場(chǎng)輔助拋光加工設(shè)備，包括在數(shù)控機(jī)床的數(shù)控主軸上增設(shè)小型電磁體，同時(shí)配套直流電源，其特征在于:所述的小型電磁體由支撐體和銅導(dǎo)線線圈組成，小型電磁體通過螺栓與數(shù)控機(jī)床上的數(shù)控主軸連接，并環(huán)繞軟質(zhì)拋光工具設(shè)置，小型電磁體隨軟質(zhì)拋光工具一起運(yùn)動(dòng)形成移動(dòng)電磁場(chǎng)；所述的直流電源與小型電磁體連接，為小型電磁體中的線圈提供低壓直流電，在小型電磁體中心區(qū)域產(chǎn)生輔助電磁場(chǎng)；所述的軟質(zhì)拋光工具通過夾頭固定在數(shù)控主軸上從而實(shí)現(xiàn)各種復(fù)雜的加工軌跡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁場(chǎng)輔助拋光加工設(shè)備，其特征在于:所述的支撐體下段為空心圓筒，銅導(dǎo)線圍繞圓筒繞制形成圓筒形空心線圈電磁體。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種磁場(chǎng)輔助拋光加工設(shè)備，其特征在于:所述的支撐體由具有絕緣作用的環(huán)氧樹脂板制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種磁場(chǎng)輔助拋光加工設(shè)備，其特征在于:所述的線圈由橫截面為矩形的銅導(dǎo)線繞制而成。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種磁場(chǎng)輔助拋光加工設(shè)備，其特征在于:所述的直流電源為低紋波直流電源，直流電電壓范圍為I?15V，電流范圍為10?100A。
6.—種應(yīng)用權(quán)利要求1所述的磁場(chǎng)輔助拋光加工設(shè)備的拋光方法，其特征在于:按如下步驟操作: 步驟(I)、將被拋光工件固定在數(shù)控機(jī)床工作臺(tái)上，在被拋光工件表面涂覆混合磁性磨粒; 步驟(2)、安裝軟質(zhì)拋光工具，將軟質(zhì)拋光工具通過夾頭夾持固定在數(shù)控主軸上； 步驟(3)、在數(shù)控機(jī)床的軟件中輸入被拋光工件的拋光運(yùn)動(dòng)軌跡和拋光工藝參數(shù)；拋光工藝參數(shù)包括軟質(zhì)拋光工具與被拋光工件的初始相對(duì)位置及其所產(chǎn)生的拋光初始?jí)毫Γ? 步驟(4)、開啟數(shù)控機(jī)床，接通直流電源，數(shù)控主軸高速旋轉(zhuǎn)并根據(jù)預(yù)設(shè)的拋光軌跡運(yùn)動(dòng)，開始拋光加工；軟質(zhì)拋光工具與被加工工件表面間保持恒定的壓縮量，形成穩(wěn)定的拋光壓力；小型電磁體與軟質(zhì)拋光工具一起沿拋光軌跡運(yùn)動(dòng)形成移動(dòng)電磁場(chǎng)，同時(shí)被加工工件表面在線圈中心區(qū)域受到輔助磁場(chǎng)控制；從而在拋光過程中與軟質(zhì)拋光工具一起保持對(duì)被拋光工件表面及其表面混合磁性磨粒的連續(xù)復(fù)合作用。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁場(chǎng)輔助拋光加工設(shè)備的拋光方法，其特征在于:步驟(I)所述的混合磁性磨粒由鐵磁性顆粒和硬質(zhì)磨?；旌隙伞?br> 8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的磁場(chǎng)輔助拋光加工設(shè)備的拋光方法，其特征在于:步驟(2)所述的軟質(zhì)拋光工具安裝時(shí)其末端伸出小型電磁體底平面中心I?3mm。
【文檔編號(hào)】B24B1/00GK103537955SQ201310495066
【公開日】2014年1月29日 申請(qǐng)日期:2013年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月21日
【發(fā)明者】韓光超, 孫明, 趙甲 申請(qǐng)人:中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）