专利名称：复合振动磁流变超精密抛光方法
技术领域：
本发明涉及一种抛光加工方法，具体涉及一种适用于加工各种硬脆材料的复合振动磁流变超精密抛光方法。
背景技术：
随着光电通讯、光学、汽车、生物工程、航空航天技术、生物技术以及生命科学等学科的迅速发展，各种硬脆材料的应用日趋广泛，而且对材料的表面形状精度和粗糙度的要求也越来越高。磁流变抛光技术融合电磁学、流体动力学及化学的有关知识于超精密加工实践之中，当含有一定浓度微细磨料的磁流变液注入抛光区域后，在该区域施加一可控的高梯度磁场，于是，在磁场的作用下，该区域的磁流变液产生流变效应，粘度在毫秒级时间内迅速增大，并在抛光轮表面形成半固状抛光工具，由抛光轮带动在流体动压的作用下实现抛光。由于抛光加工对工件的亚表面破坏极小，因此被加工件通过此种抛光可以获得高质量的光学表面。然而，传统的磁流变加工过程中，虽然单一方向的振动有助于提高磁流变抛光的去除率，但要想同时获得这种加工方式的高效率与高质量却十分困难。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有磁流变抛光技术的缺陷，提供一种复合振动磁流变超精密抛光方法，该方法利用磁流变循环系统，通过集成水平方向的机械振动和垂直方向的超声振动复合递进加工的方法，初阶段追求高去除率，次阶段追求高精度的两阶段方式实现高质量加工，最终实现高效率与高精度的磁流变抛光加工。本发明的技术解决方案是，所提供的这种复合振动磁流变超精密抛光方法，参见附图1 4，是利用一台配备有复合振动装置1，该复合振动装置1集成水平方向的机械振动和垂直方向的超声振动于一体的磁流变超精密抛光机床，遵循如下具体操作步骤来实施硬脆性材料的复合振动磁流变超精密抛光加工参见附图1，上述机床的磁流变循环抛光装置2如图1所示，固定在该机床的水平工作台3上。该工作台3与床身8固定连接；该机床的复合振动装置1固定在摆动盘6上， 摆动盘6与滑块5相连，滑块5与导轨4相连，所述导轨4固定在床身8的垂直轴7上；所述摆动盘6的回转中心与水平方向平行，所述滑块5做垂直运动。通过控制机床可实现做垂直运动的滑块5与做摆动运动的摆动盘6做联轴运动。参见附图4，旋转超声波发生装置16如图4所示，由电机161、主轴162、套筒163、碳刷164、变幅杆165、第二螺母166、换能器167及夹具168构成。该旋转超声波发生装置16用套筒163将碳刷164、变幅杆165、 换能器167构成的高频超声波振动系统封装起来，通过主轴162与电机161连接。所述高频超声波振动系统能在电机161的主轴162的带动下旋转运动，套筒163的下端装有用于装夹工件9的夹具168。一、装夹。参见附图4，将工件9夹持在所述超精密磁流变抛光装置的夹具168上， 工件9的下端对应附图3所示磁流变循环抛光装置2的抛光轮M顶部的抛光区域；
二、参见附图1 4，调节导轨4上的滑板5，减小抛光轮M与工件9之间的距离， 使抛光区得到较大磁场，常规方法设定励磁装置26的磁场强度，启动抛光轮M，待抛光轮 24转速稳定，抛光轮M上方的抛光区产生稳定而有规律的交错相间的磁场；启动泵22，将搅拌、恒温及恒粘度控制收集容器27里的磁流变抛光液经循环系统导管25从喷嘴21送至抛光区，到达工件9的正下方，使磁流变抛光液进入磁场后产生流变效应，粘度在毫秒级时间内迅速增大，形成半固体状的抛光工具，在流体动压的作用下实现抛光；启动振动电机 11，旋转超声波发生装置16的电机161即通过带弹簧14的第一螺母17固定在下端板15 上的联轴器12及偏心轮13，带动工件9在固定套18下方交替做水平方向机械振动与垂直方向超声波振动以及旋转运动，增大与柔性磁流变抛光头的摩擦，提高去除率，实现高效率的磁流变抛光，由此通过机床的联动运动控制，形成符合设定要求的加工轨迹，得到高精度的加工表面；抛光后的磁流变抛光液经收集器23回收，流入搅拌、恒温及恒粘度控制容器 27，再由泵22抽出，如此反复，以磁流变抛光液的循环利用，维持所用复合振动磁流变超精密抛光机床抛光性能的稳定。三、高质量抛光。参见附图1 4，首先调节导轨4上的滑板5，逐渐减小抛光轮 24与工件9之间的距离，抛光区得到较小的磁场；启动泵22，将搅拌、恒温及恒粘度控制容器27器里的磁流变抛光液经循环系统导管25从喷嘴21送至工件9的正下方；启动振动电机11，此阶段不启动旋转超声波发生装置16振动，只启动电机161带动工件9做旋转运动，同时通过带弹簧14的第一螺母17固定在下端板15上的联轴器12及偏心轮13，带动工件9在固定套18下方交替做水平方向机械振动与旋转运动来实现高精度的磁流变抛光， 由此通过机床的联动运动控制，形成符合设定要求的加工轨迹，获得高精度的加工表面；抛光后的磁流变抛光液经收集器23回收，流入搅拌、恒温及恒粘度控制容器27，再由泵22抽出，如此反复，以磁流变抛光液的循环利用，维持所用复合振动磁流变超精密抛光机床抛光性能的稳定。本发明的有益效果是与现有技术相比，本发明的优点在于将复合振动加工与磁流变抛光相结合，提高了磁流变抛光的去除率和加工精度。垂直方向的超声波振动与磨粒对工件的撞击的加强，使得半固态柔性磨头与工件的压力变大，去除率增大；而垂直磁场方向的振动，使得工件表面的压力平均化，有利于改善工件表面的加工质量。
图1是本发明所用复合振动磁流变超精密抛光机床的结构示意图；图2是复合振动装置的结构示意图；图3是磁流变循环抛光装置的循环系统结构示意图；图4是旋转超声波发生装置的结构示意图。以上图1 4中的标示为I-复合振动装置，11-振动电机12-联轴器，13-偏心轮，14-弹簧，
15-下端板，16-旋转超声波发生装置，161-电机，162-主轴，163-套筒，164-碳刷，165-变幅杆，166-第二螺母，167-换能器，168-夹具，17-第一螺母，18-固定套，19-上端板，2-磁流变循环抛光装置，21-喷嘴，22-泵，23-收集器，24-抛光轮，25-导管，26-励磁装置，27-搅拌、恒温及恒粘度控制容器，3-工作台，4-导轨，5-滑板，6-摆动盘，7-垂直轴，8-床身，9-工件。
具体实施例方式一、参见附图4，将工件9夹持在一由中国湖南大学国家高效磨削工程技术研究中心微纳制造研究所制造的UMR-2型超精密磁流变抛光机床的夹具168上，工件9的下端对应附图3所示磁流变循环抛光装置2的抛光轮M顶部的抛光区域；二、参见附图1 4，调节导轨4上的滑板5，减小抛光轮M与工件9之间的距离， 使抛光区得到较大磁场，常规方法设定励磁装置26的磁场强度，启动抛光轮M，待抛光轮 24转速稳定，抛光轮M上方的抛光区产生稳定而有规律的交错相间的磁场；启动泵22，将搅拌、恒温及恒粘度控制收集器里的磁流变抛光液经循环系统导管25从喷嘴21送至抛光区，到达工件9的正下方，使磁流变抛光液进入磁场后产生流变效应，粘度在毫秒级时间内迅速增大，形成半固体状的抛光工具，在流体动压的作用下实现抛光；启动振动电机11，旋转超声波发生装置16的电机161即通过带弹簧14的第一螺母17固定在下端板15上的联轴器12及偏心轮13，带动工件9在固定套18下方交替做水平方向机械振动与垂直方向超声波振动以及旋转运动，增大与柔性磁流变抛光头的摩擦，提高去除率，实现高效率的磁流变抛光，由此通过机床的联动运动控制，形成符合设定要求的加工轨迹，得到高精度的加工表面；抛光后的磁流变抛光液经收集器23回收，流入搅拌、恒温及恒粘度控制容器27，再由泵22抽出，如此反复，以磁流变抛光液的循环利用，维持所用复合振动磁流变超精密抛光机床抛光性能的稳定。三、参见附图1 4，调节导轨4上的滑板5，逐渐减小抛光轮M与工件9之间的距离，抛光区得到较小的磁场；启动泵22，将搅拌、恒温及恒粘度控制容器27器里的磁流变抛光液经循环系统导管25从喷嘴21送至工件9的正下方；启动振动电机11，启动电机161 带动工件9做旋转运动，同时通过带弹簧14的第一螺母17固定在下端板15上的联轴器12 及偏心轮13，带动工件9在固定套18下方交替做水平方向机械振动与旋转运动来实现高精度的磁流变抛光，由此通过机床的联动运动控制，形成符合设定要求的加工轨迹，获得高精度的加工表面；抛光后的磁流变抛光液经收集器23回收，流入搅拌、恒温及恒粘度控制容器27，再由泵22抽出，如此反复，以磁流变抛光液的循环利用，维持所用复合振动磁流变超精密抛光机床抛光性能的稳定。上述旋转超声波发生装置16的振动频率> 12千赫；上述工件9的主轴的旋转速度< 10000转/分；上述励磁装置沈的磁感应强度> 1200高斯。上述复合振动装置1采用常规凸轮结构的振动机构来实现复合振动。
权利要求
1. 一种复合振动磁流变超精密抛光方法，该方法遵循如下步骤一、将工件(9)夹持在所用复合振动磁流变超精密抛光机床的夹具(168)上，工件(9) 的下端对应磁流变循环抛光装置O)的抛光轮04)顶部的抛光区域；二、调节导轨⑷上的滑板(5)，减小抛光轮04)与工件(9)之间的距离，使抛光区得到较大磁场，常规方法设定励磁装置06)的磁场强度，启动抛光轮(M)，待抛光轮04) 转速稳定，抛光轮04)上方的抛光区产生稳定而有规律的交错相间的磁场；启动泵(22)， 将搅拌、恒温及恒粘度控制收集容器(XT)里的磁流变抛光液经循环系统导管0 从喷嘴 (21)送至抛光区，到达工件(9)的正下方，使磁流变抛光液进入磁场后产生流变效应，粘度在毫秒级时间内迅速增大，形成半固体状的抛光工具，在流体动压的作用下实现抛光；启动振动电机(11)，旋转超声波发生装置(16)的电机(161)即通过带弹簧(14)的第一螺母 (17)固定在下端板(1 上的联轴器(1 及偏心轮(13)，带动工件(9)在固定套(18)下方交替做水平方向机械振动与垂直方向超声波振动以及旋转运动，由此通过机床的联动运动控制，形成符合设定要求的加工轨迹，得到高精度的加工表面；抛光后的磁流变抛光液经收集器回收，流入搅拌、恒温及恒粘度控制容器07)，再由泵0 抽出，如此反复；三、调节导轨⑷上的滑板(5)，逐渐减小抛光轮04)与工件(9)之间的距离，抛光区得到较小的磁场；启动泵(22)，将搅拌、恒温及恒粘度控制容器(XT)器里的磁流变抛光液经循环系统导管05)从喷嘴送至工件(9)的正下方；启动振动电机(11)，启动电机 (161)带动工件(9)做旋转运动，同时通过带弹簧(14)的第一螺母(17)固定在下端板(15) 上的联轴器(1 及偏心轮(13)，带动工件(9)在固定套(18)下方交替做水平方向机械振动与旋转运动来实现高精度的磁流变抛光；由此通过机床的联动运动控制，形成符合设定要求的加工轨迹，获得高精度的加工表面；抛光后的磁流变抛光液经收集器回收，流入搅拌、恒温及恒粘度控制容器(27)，再由泵0 抽出，如此反复。
全文摘要
本发明介绍了一种复合振动磁流变超精密抛光方法，该方法遵循如下步骤一、将工件(9)夹持在夹具(168)上，下端对应抛光轮(24)顶部的抛光区域；二、调节滑板(5)，使抛光区得到较大磁场，启动抛光轮(24)、泵(22)，将磁流变抛光液送达工件(9)实现抛光；启动振动电机(11)通过联动得到高精度的加工表面；三、调节滑板(5)，逐渐减小抛光区的磁场，启动泵(22)，将磁流变抛光液送至工件(9)，工件(9)交替做水平方向机械振动与旋转运动实现高精度磁流变抛光。该方法提高了磁流变抛光的去除率和加工精度，改善了工件表面的加工质量。
文档编号B24B1/00GK102172852SQ201110054619
公开日2011年9月7日 申请日期2011年3月8日 优先权日2011年3月8日
发明者尹韶辉, 朱科军, 王宇, 胡天, 陈逢军 申请人:湖南大学