一種磁場輔助拋光加工設備及其拋光方法
【專利摘要】本發明涉及一種磁場輔助拋光加工設備及其拋光方法，設備是在數控機床主軸上增設小型電磁體，并通過螺栓與數控主軸連接。軟質拋光工具通過夾頭固定在數控主軸上，小型電磁體環繞軟質拋光工具設置，并可隨軟質拋光工具運動產生可移動電磁場；小型電磁體由支撐體和銅導線繞制的空心圓筒形線圈構成，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，軟質拋光工具沿設定的運動軌跡運動；通過軟質拋光工具所產生的拋光壓力和移動電磁場所形成移動電磁力的復合作用，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，增強混合磁性游離磨粒的磨削效能，實現對難加工材料零件復雜形貌表面的高效率拋光加工。
【專利說明】一種磁場輔助拋光加工設備及其拋光方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及電磁場發生技術，磁力研磨技術，混合磁性磨粒制備技術和三體磨粒磨削技術，具體地說涉及一種磁場輔助拋光加工設備及其拋光方法，本發明適用于難加工材料復雜形狀工件的外表面加工。
【背景技術】
[0002]難加工材料零件復雜形狀表面的高效拋光加工是目前機械加工工藝重點研究的關鍵問題之一。對于難加工材料零件復雜形狀表面的拋光加工，由于軟質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復雜形貌的加工適應能力，因此采用基于軟質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。將傳統加工技術和多學科不同加工方法相結合的復合加工技術已成為解決難加工材料工件加工難題的重要途徑，而利用場效應特別是磁場輔助拋光是目前游離磨粒加工的一個發展方向。在磁場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改變磁流變液的粘度來實現光學元件表面的精密、超精密加工；而磁力光整加工利用磁場對強磁性介質的磁作用力來形成磁力刷對零件的內外表面進行微壓力切削加工，對復雜表面的適應性較好，但磨削效率較低。因此急需開發能對難加工材料零件復雜表面進行高效率拋光加工的磁場輔助游離磨粒拋光加工方法。
[0003]要提高磁場輔助游離磨粒拋光加工的磨削效率，關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被拋光表面形成犁溝，從而形成有效磨肖IJ。單純采用軟質工具驅動游離磨粒拋光時，由于游離磨粒處于工具和工件間的第三體自由狀態，雖然受到軟質拋光工具施加的磨削壓力，但由于軟質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拋光工具中的游離磨粒才容易在拋光工具的帶動下對被加工表面形成磨削加工，因此參與有效磨削的磨粒數量較少，從而影響了游離磨粒的磨削效率。單純依靠磁場來驅動磁性磨粒進行拋光加工，由磁場力吸附磁性磨粒形成的磁力刷較柔軟，所產生的磨削壓力較小，也直接影響磁性磨粒的磨削效率。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是針對現有難加工材料零件復雜形狀表面游離磨粒拋光加工工藝的不足，而提供一種磁場輔助拋光加工設備及其拋光方法。磁場輔助拋光加工設備采用數控主軸來固定軟質拋光工具實現各種復雜的拋光加工軌跡；并環繞軟質拋光工具設置可隨軟質拋光工具移動的小型電磁體來產生移動電磁場；加工方法是采用混合磁性游離磨粒作為磨削介質，利用軟質拋光工具對復雜形貌的適應能力來驅動混合磁性游離磨粒實現對復雜形貌表面的拋光加工；同時利用環繞軟質拋光工具設置的小型電磁體產生移動磁場力實現對混合磁性游離磨粒的輔助驅動，通過電磁場和軟質拋光工具的復合作用來實現難加工材料零件復雜形貌表面的高效率拋光加工。
[0005]為了達到上述目的，本發明采取的技術方案是:提供一種磁場輔助拋光加工設備，包括在數控機床的數控主軸上增設小型電磁體，同時配套直流電源,所述的小型電磁體由支撐體和銅導線線圈組成，小型電磁體通過螺栓與數控機床上的數控主軸連接，并環繞軟質拋光工具設置，小型電磁體隨軟質拋光工具一起運動形成移動電磁場；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域產生輔助電磁場；所述的軟質拋光工具通過夾頭固定在數控主軸上從而實現各種復雜的加工軌跡。
[0006]本發明所述的支撐體由具有絕緣作用的環氧樹脂板制備而成。
[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線繞制而成。
[0009]本發明還提供一種應用上述的磁場輔助拋光加工設備的拋光的方法，按如下步驟操作:
[0010]步驟(I)、將被拋光工件固定在數控機床工作臺上，在被拋光工件表面涂覆混合磁性磨粒；
[0011]步驟(2)、安裝軟質拋光工具，將軟質拋光工具通過夾頭夾持固定在數控主軸上；
[0012]步驟(3)、在數控機床的軟件中輸入被拋光工件的拋光運動軌跡和拋光工藝參數；拋光工藝參數包括軟質拋光工具與被拋光工件的初始相對位置及其所產生的拋光初始壓力；
[0013]步驟(4)、開啟數控機床，接通直流電源，數控主軸高速旋轉并根據預設的拋光軌跡運動，開始拋光加工；軟質拋光工具與被加工工件表面間保持恒定的壓縮量，形成穩定的拋光壓力；小型電磁體與軟質拋光工具一起沿拋光軌跡運動形成移動電磁場，同時被加工工件表面在線圈中心區域受到輔助磁場控制；從而在拋光過程中與軟質拋光工具一起保持對被拋光工件表面及其表面混合磁性磨粒的連續復合作用。
[0014]本發明的方法中步驟(I)所述的混合磁性磨粒由鐵磁性顆粒和硬質磨粒混合而成。
[0015]本發明的方法中步驟(2)所述的軟質拋光工具安裝時其末端伸出小型電磁體底平面中心I?3_。
[0016]本發明具有的有益效果是:通過軟質拋光工具所產生的拋光壓力和移動電磁場所形成的移動電磁力的復合作用，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，從而增強混合磁性游離磨粒的磨削效能，有利于實現對難加工材料零件復雜形貌表面的高效率拋光加工。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1為本發明磁場輔助拋光加工設備結構示意圖。
[0018]圖中:1 一數控主軸，2—支撐體，3—螺栓，4一線圈，5—小型電磁體，6—軟質拋光工具，7—直流電源，8—夾頭，9一混合磁性磨粒，10—被拋光工件，11 一機床工作臺。【具體實施方式】
[0019]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的詳述:
[0020]實施例1:本發明提供的一種磁場輔助拋光加工設備，其結構如圖1所示，包括在數控機床的數控主軸I上增設小型電磁體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與數控機床上的數控主軸I連接；所述的支撐體2由具有絕緣作用的環氧樹脂板制備而成，支撐體2下段為空心圓筒，在圓筒外側采用橫截面為矩形的銅導線繞制線圈4，構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，即可在線圈中心區域產生輔助電磁場；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。本實施例中直流電電壓選用15V，電流選用100A。在加工過程中，數控機床的數控主軸1、軟質拋光工具6和小型電磁體5 —起沿拋光加工軌跡運動從而形成移動電磁場。所述的軟質拋光工具6通過夾頭8固定在數控主軸I上，從而實現各種復雜的加工軌跡。
[0021]實施例2:本發明應用實施例1提供的一種磁場輔助拋光加工設備進行拋光加工的方法，按如下步驟操作:
[0022]步驟(I)、將被拋光工件10固定在數控機床工作臺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磨粒混合而成。
[0023]步驟(2)、安裝軟質拋光工具6，將軟質拋光工具通過夾頭8夾持固定在數控主軸I上。安裝時注意軟質拋光工具6其末端伸出小型電磁體5底平面中心2mm。
[0024]步驟(3)、在數控機床的軟件中輸入被拋光工件10的拋光運動軌跡和拋光工藝參數；拋光工藝參數包括軟質拋光工具6與被拋光工件10的初始相對位置及其所產生的拋光初始壓力；
[0025]步驟(4)、開啟數控機床，接通直流電源7，直流電源提供電壓5V，電流10A，數控主軸I高速旋轉，由于軟質拋光工具6安裝在數控主軸I上，同時軟質拋光工具6也處于小型電磁體5的中心位置，當拋光工具6與被拋光工件10間設置了合適的初始加工位置形成所需要的穩定拋光壓力后，數控主軸即可按預定的拋光程序運動進行拋光加工；小型電磁體5與軟質拋光工具6 —起沿拋光軌跡運動形成移動電磁場，從而在拋光過程中與軟質拋光工具6 —起保持對被拋光工件10及其表面混合磁性磨粒9的連續復合作用。混合磁性磨粒9在軟質拋光工具6高速旋轉和所產生的拋光壓力帶動下，對被拋光工件10表面形成了滾動和滑動磨削，同時受到小型電磁體5所產生移動磁場的移動牽引和攪拌作用，從而使得更多的混合磁性磨粒9能與被拋光工件10表面形成相對運動并形成有效磨削，提高了混合磁性磨粒9有效磨削的比例，從而增強游離混合磁性磨粒的磨削效能，有利于實現對難加工材料零件復雜形貌表面的高效率拋光加工。
【權利要求】
1.一種磁場輔助拋光加工設備，包括在數控機床的數控主軸上增設小型電磁體，同時配套直流電源，其特征在于:所述的小型電磁體由支撐體和銅導線線圈組成，小型電磁體通過螺栓與數控機床上的數控主軸連接，并環繞軟質拋光工具設置，小型電磁體隨軟質拋光工具一起運動形成移動電磁場；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域產生輔助電磁場；所述的軟質拋光工具通過夾頭固定在數控主軸上從而實現各種復雜的加工軌跡。
2.根據權利要求1所述的一種磁場輔助拋光加工設備，其特征在于:所述的支撐體下段為空心圓筒，銅導線圍繞圓筒繞制形成圓筒形空心線圈電磁體。
3.根據權利要求2所述的一種磁場輔助拋光加工設備，其特征在于:所述的支撐體由具有絕緣作用的環氧樹脂板制成。
4.根據權利要求2所述的一種磁場輔助拋光加工設備，其特征在于:所述的線圈由橫截面為矩形的銅導線繞制而成。
5.根據權利要求1所述的一種磁場輔助拋光加工設備，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.—種應用權利要求1所述的磁場輔助拋光加工設備的拋光方法，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控機床工作臺上，在被拋光工件表面涂覆混合磁性磨粒; 步驟(2)、安裝軟質拋光工具，將軟質拋光工具通過夾頭夾持固定在數控主軸上； 步驟(3)、在數控機床的軟件中輸入被拋光工件的拋光運動軌跡和拋光工藝參數；拋光工藝參數包括軟質拋光工具與被拋光工件的初始相對位置及其所產生的拋光初始壓力； 步驟(4)、開啟數控機床，接通直流電源，數控主軸高速旋轉并根據預設的拋光軌跡運動，開始拋光加工；軟質拋光工具與被加工工件表面間保持恒定的壓縮量，形成穩定的拋光壓力；小型電磁體與軟質拋光工具一起沿拋光軌跡運動形成移動電磁場，同時被加工工件表面在線圈中心區域受到輔助磁場控制；從而在拋光過程中與軟質拋光工具一起保持對被拋光工件表面及其表面混合磁性磨粒的連續復合作用。
7.根據權利要求6所述的磁場輔助拋光加工設備的拋光方法，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磨粒混合而成。
8.根據權利要求6所述的磁場輔助拋光加工設備的拋光方法，其特征在于:步驟(2)所述的軟質拋光工具安裝時其末端伸出小型電磁體底平面中心I?3mm。
【文檔編號】B24B1/00GK103537955SQ201310495066
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月21日 優先權日:2013年10月21日
【發明者】韓光超, 孫明, 趙甲 申請人:中國地質大學（武漢）