专利名称：超声波磁粒复合研磨装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及机械加工领域，具体涉及通过超声波磁粒复合研磨对 机械零件表面进行研磨抛光的方法及为实现该方法所发明的一种装置。
技术背景随着人们对美学效果的不断追求，越来越多的制品釆用复杂的自由曲 面造型，且型面精度要求越来越高，但是由于高档次高精度设备如高速铣 等成本高、投入大而难以大量普及，模具型面机加工结束后，留给最后手 工打光、抛光的工作量非常大，这导致了模具生产周期长，生产效率低，型面精度得不到可靠保证；对于汽车零件如覆盖件、车灯等自由曲面型面， 这方面的矛盾尤为突出。如何提高自由曲面加工精度，降低手工打光工作 量是国内外模具行业期盼解决的问题。对模具自由曲面的自动研磨加工一直是国际上工业发达国家致力研究 的课题，美国、德国、法国、日本早在上世纪80年代就投入了大量人力、 物力和财力进行模具自由曲面自动化研磨系统的研究，并相继开发出了模 具自动研磨专用机床。研磨工艺方法也从机械研磨发展到电化学研磨、激 光研磨、超声波振动研磨、磁粒研磨等多种特种研磨，并从手工研磨向数 控研磨、机器人研磨发展。申请号为200410044076. 0的中国发明专利，涉及超声波磁流变复合抛 光方法及装置。该发明创造主要用于小型自由曲面光学元件的超精密加工， 该发明方案是利用通入循环流动的混有磨料的磁流变液，施加一定的磁场，
使磁流变液在工具头部位成为有一定材料去除能力的柔性抛光工具，同时 施加超声波振动来实现抛光去除作用。该方案具有设备紧凑、操作方便、 加工精度高等优点。该方案主要适合小型光学元件加工技术领域，其目标粗糙度值可达RaO. 7nra，但该方法切削力较小，同时，磁流变液还具有易沉 积的缺点，该发明不适合大量应用于模具等自由表面精密加工领域。 发明内容本实用新型所要解决的技术问题是提供一种简单高效、方便实用、可 用于工件自由表面研磨、抛光的超声波磁粒复合研磨系统装置，该装置既 适用于模具制造业，也可用于其他机械制造业。本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为 一种超声波磁粒 复合研磨系统装置，它直接安装在数控加工机床上，可对工件自由表面实 现精密研磨加工。其特征在于所述的系统装置中具有可装于数控加工机床 主轴端的将超声波振动与磁粒研磨相复合的研磨头组件，组件中包括超声 磁粒复合研磨杆、超声波换能器等；在随主轴一起转动的研磨头组件外部 套装着高压集电环；超声磁粒复合研磨杆外空套有固定在数控机床支架上 的电磁线圈；固定在数控机床支架上的高压电刷紧压在高压集电环上；控 制系统由超声波发生器、电磁线圈的励磁电源以及相应的控制软件组成， 超声波信号与电磁线圈的控制电流通过电路导线组与研磨头组件和电磁线 圈连接。由控制系统输出的励磁电流通过电路导线组让电磁线圈励磁使超 声磁粒复合研磨杆工作端部吸引磁性磨料形成柔性的磨刷。超声波信号由高压电刷通过高压集电环传送到装在研磨头组件内部的超声波换能器，超 声波换能器装在超声磁粒复合研磨杆的上端部，超声波换能器将超声波信
号转换为振动能传给超声磁粒复合研磨杆促使磨粒翻滚自锐；利用数控加 工机床的数控加工代码控制超声磁粒复合研磨杆沿自由曲面的轨迹运动， 从而实现自由曲面的数字化高精度研磨。与现有技术相比，本实用新型的优点在于在磁粒研磨技术基础上有 机地复合了超声波振动技术，广泛适用于自由曲面的研磨与抛光加工，加 工效率髙。该装置结构简单，系统易于维护，设备投入低，实用性强，非 常有利于该技术的大面积推广。附困说明
图1为本实用新型超声波磁粒复合研磨装置实施例结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。超声波磁粒复合研磨系统装置中包含将超声波振动与磁粒研磨技术相 复合的研磨头组件，该组件包含超声磁粒复合研磨杆(3),超声波换能器(2)，高压集电环(4);超声波换能器(2)装在超声磁粒复合研磨杆(3) 的上端部；在随主轴一起转动的研磨头组件外部套装着高压集电环(4); 超声磁粒复合研磨杆外空套固定在固定支架(6)上的电磁线圈(7)，固定 在数控机床支架上的高压电刷(5)紧压在高压集电环上；控制系统(12) 由超声波发生器(14)、电磁线圈的励磁电源(15)及相应的研磨控制软件(13)等组成。其中研磨头组件直接安装在数控加工机床(1)的转动主轴 上，由电磁线圈的励磁电源(15)产生的受控电流，通过接口电路导线组(11)送至电磁线圈(7)。在磁场的作用下超声磁粒复合研磨杆(3)被磁
化而吸住磁性磨粒(8)，在其头部形成"柔性磨刷"。超声波发生器(14) 产生的受控高压超声波信号通过电刷和集电环送至超声波换能器，由超声 波换能器转换成超声振动并通过超声磁粒复合研磨杆(3)传递给磨粒，使 磨粒振动、翻滚自锐。工作原理和过程将需加工的工件固定在数控加工机床(1)的工作台 上，用夹具(10)固定，在工件(9)需研磨的自由曲面上加入磁性磨粒(8)， 开启研磨液，开启控制系统及相应软件，根据工件(9)的加工要求设置相 关参数，线圈通电，超声磁粒复合研磨杆吸引磁性磨粒(8)形成柔性磁刷， 超声发生器发出超声振动波信号，经换能器将超声振动通过超声磁粒复合 研磨杆(3)传至磁性磨粒，促使磨粒振动、翻滚自锐；超声磁粒复合研磨 杆随机床主轴旋转并按所编程序移动，带动磁性磨粒(8)对工件(9)进 行超声波磁粒复合研磨；由于磁性磨刷的柔性，磨刷可以随加工曲面形状 的变化而变形，非常有利于实现工件复杂自由表面的研磨，而超声波振动 则促使磁粒翻转运动激励磨粒自锐，从而提高磨粒(8)利用率、提高研磨 效率，这里的研磨液使超声振动产生超声空化、聚爆等效应，更有利于工 件(9)曲面研磨效率和质量的提高。这样，在超声波振动和磁粒的综合作 用下，最终实现工件高效、高精度研磨的目的。所述超声波振动的振动频率》16kHz。作为优选方式，所述超声磁粒复合研磨杆的旋转速度《10000转/分。作为优选方式，所述超声磁拉复合研磨杆工作端部的磁感应强度》0. 6特斯拉。
权利要求1、一种超声波磁粒复合研磨装置，其特征在于所述的系统装置中具有可直接装于数控加工机床(1)主轴端的将超声波振动与磁粒研磨相复合的研磨头组件，组件中包括超声磁粒复合研磨杆(3)、超声波换能器(2)装置；在随主轴一起转动的研磨头组件外部套装着高压集电环(4)；超声磁粒复合研磨杆外空套有固定在数控机床支架上的电磁线圈(7)；固定在数控机床支架上的高压电刷(5)紧压在高压集电环上；控制系统(12)由超声波发生器(14)、电磁线圈的励磁电源(15)、控制器以及相应的控制软件(13)组成，超声波信号与电磁线圈的控制电流通过电路导线组(11)与研磨头组件和电磁线圈连接；由控制系统输出的励磁电流通过电路导线组(11)让电磁线圈励磁使超声磁粒复合研磨杆工作端部吸引磁性磨粒形成柔性的磨刷；超声波信号由高压电刷(5)通过高压集电环(4)传送到装在研磨头组件内部的超声波换能器(2)，超声波换能器(2)装在超声磁粒复合研磨杆(3)的上端部，超声波换能器将超声波信号转换为超声振动通过超声磁粒复合研磨杆(3)使磨粒振动、翻滚、自锐。
2、 根据权利要求1所述的一种超声波磁粒复合研磨系统装置，其特征在于 所述该装置产生的超声波振动频率》16kHz。
3、 根据权利要求1所述的一种超声波磁粒复合研磨系统装置，其特征在于 所述超声磁粒复合研磨杆的旋转速度《10000转/分。
4、 根据权利要求1所述的一种超声波磁粒复合研磨系统装置，其特征在于 所述超声磁粒复合研磨杆工作端部的磁感应强度^0.6特斯拉。
专利摘要本实用新型涉及机械加工技术领域。提供了一种将超声波振动与磁粒研磨有机结合的复合研磨方法与装置。该技术方案为研磨头组件直接与数控铣床主轴连接，在工件待加工区域加入适量磁性磨粒，利用电磁线圈使超声磁粒复合研磨杆励磁吸引磨料形成柔性磨刷，同时超声波振动经超声磁粒复合研磨杆传至磨粒，随着磨刷与工件的相对运动，工件表面得到超声波、磁粒复合高效研磨。本实用新型装置中，研磨头组件由超声磁粒复合研磨杆(3)、超声波换能器(2)、高压集电环(4)等组成，外部空套固定在数控机床支架上的电磁线圈(7)。该方法可以实现工件自由曲面的高效研磨，特别适合于模具型腔研磨加工。该装置可方便与数控机床主轴连接，结构简单，易于维护，设备投入低。
文档编号B24B35/00GK201026579SQ200620105570
公开日2008年2月27日 申请日期2006年7月10日 优先权日2006年7月10日
发明者芦亚萍 申请人:宁波工程学院