一种利用低频交变磁场超精密磁力研磨装置的制作方法

本实用新型涉及一种研磨抛光装置，尤其涉及一种利用低频交变磁场纳米级超精密磁力研磨装置。

背景技术：

随着光学、电子、通讯、航空航天、生物工程等高新产业的快速发展，诸多复杂形状，难加工材料组成的元器件对超精密加工技术提出了更严格的要求。磁力研磨是一种先进的加工技术，它利用磁力线的透过作用，通过对磁力刷与工件间施加相对运动，从而实现材料去除，然而该技术很难实现工件表面的纳米级加工。其原因在于获得纳米级加工表面，通常使用数微米大小的磁性磨粒或超微米级的非磁性磨粒，然而，在加工过程中，磁性颗粒的凝聚，非磁性磨粒分布不均匀，磁力研磨刷与工件接触后的变形不仅阻碍了高质量表面的获得，也降低了加工效率，尤其是在加工沟槽和棱角时，磨料无法充分布满整个加工面，影响表面加工均匀性。而且磁力刷刷头部分磨料损耗严重，根部磨料无法被充分输送至磁力刷刷头，导致磨料利用率低。

技术实现要素：

为解决上述问题本实用新型提供了一种利用低频交变磁场超精密磁力研磨装置，通过利用低频交变磁场下产生的变动磁力，促使磁簇在加工区域内产生分散、收缩式循环变动，该变动不仅促进磁性颗粒和磨料的分散，也解决了磁簇与工件接触后产生的变形问题，充分实现磨料的循环和更新，保证了研磨工具的稳定性。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种利用低频交变磁场超精密磁力研磨装置，包括机架、X轴进给装置、Y轴进给装置、Z轴进给夹具台架、交变磁场抛光装置，所述X轴进给装置安装在机架平台上，Y轴进给装置横向设置在X轴进给装置上，交变磁场抛光装置安装在Y轴进给装置上，所述Z轴进给夹具台架包括纵向设置的导轨、在导柱上上下滑动的夹具滑台，所述夹具滑台置于交变磁场抛光装置的上方；所述交变磁场抛光装置包括电机、线圈筒、线圈、主轴、研磨液托盘、开槽磁极，所述主轴设置在线圈筒的内部，所述线圈缠绕在线圈筒外部，所述电机与主轴传动连接，所述开槽磁极内部有螺纹孔安装在主轴的上端，所述研磨液托盘安装在开槽磁极的上端。

所述X轴进给装置包括步进电机、直线滑轨、滑块、丝杠，所述步进电机驱动丝杠旋转，所述丝杠上螺接丝杠螺母，所述滑块在丝杠螺母的带动下在直线滑轨上滑动。

所述X轴进给装置包括步进电机、直线滑轨、滑块、丝杠，所述步进电机驱动丝杠旋转，所述丝杠上螺接丝杠螺母，所述滑块在丝杠螺母的带动下在直线滑轨上滑动。

与现有的技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)本实用新型引入低频交变磁场(1Hz-7Hz)，促使研磨工具(磁性粒子簇)在低频交变磁力作用下产生周期性的上下波动。利用该波动不仅提高磨料搅拌效应，促进磨料充分进入到被加工表面，同时也阻止了磁性粒子簇与工件接触后产生的变形，保证研磨工具的稳定性。

2)本实用新型通过引入低频交变磁场产生的变动磁力，解决了传统磁力研磨工艺中磁力研磨刷变形，磨料利用率低等问题，不仅提高了加工效率，同时也实现磁力研磨均匀性、全方位纳米级加工。

3)本实用新型的夹具滑台四周设有拓展螺纹孔，能够装卡异形工件，批量加工时也可以将特定夹具安装在拓展孔上，方便装卡，提高加工效率。

4)以往利用电磁线圈磁力研磨加工中，电磁线圈静止不动通过对工件施加旋转运动，来实现对工件加工，这种方法不适用于大尺寸工件加工。本实用新型将研磨工具、托盘、磁极和主轴连接为一体，可以实现研磨工具自旋转运动，不与外界干涉，可以有效的实现大尺寸工件的加工。

5)本实用新型的磁极与主轴连接是通过螺纹连接，主轴前端加工成外螺纹，磁极内部具有螺纹孔，可以根据被加工工件形状选择不同种类磁头，提高加工效率，装卸方便。

6)本实用新型利用低频交变磁场的磁力研磨法可以对带有微细沟槽面的工件进行沟槽边缘去毛刺加工、沟槽内表面精密抛光，研磨后工件表面粗糙度值可降至10纳米以下。

附图说明

图1是本实用新型的整体结构示意图。

图2是X轴进给装置示意图。

图3是Y轴进给装置示意图。

图4是Z轴进给装置示意图。

图5是交变磁场抛光装置示意图。

图6是交变磁场抛光装置剖视图。

图7是磁性粒子簇示意图。

图8是不同磁场方向下磁性粒子簇形态图(一)。

图9是不同磁场方向下磁性粒子簇形态图(二)。

图10是开槽磁极端面图。

图11是图10的俯视图。

图中：1-Z轴进给夹具台架、2-交变磁场抛光装置、3-Y轴进给装置、4-X轴进给装置、5-机架、8-步进电机、9-联轴器、10-丝杠、11-丝杠螺母、12-丝杠螺母座、13-X轴滑动平台、14-直线滑轨、15-滑块、16-X轴滑台底座、17-Z轴进给装置、18-夹具台架、19-夹具滑台、20-电机、21-线圈筒、22-研磨液托盘、23-线圈、24-底座、25-开槽磁极、26-轴承、27-主轴、28-主轴外壳、29-同步带轮、30-同步带、31-研磨液、32-磁性粒子、33-磨料颗粒、34-磁力线、35-磁等位线、36-交变磁场、37-工件、38-Y轴滑动平台、39-Y轴滑台底座、40-槽孔。

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型做详细说明，但本实用新型的实施范围不仅仅限于下述的实施例。

如图1-图6所示，一种利用低频交变磁场超精密磁力研磨装置，包括机架5、X轴进给装置4、Y轴进给装置3、Z轴进给夹具台架1、交变磁场抛光装置2，所述X轴进给装置4安装在机架5平台上，Y轴进给装置3横向设置在X轴进给装置4上，交变磁场抛光装置2安装在Y轴进给装置3上，所述Z轴进给夹具台架1包括纵向设置的导轨、在导柱上上下滑动的夹具滑台19，所述夹具滑台19置于交变磁场抛光装置2的上方；所述交变磁场抛光装置2包括电机20、线圈筒21、线圈23、主轴27、研磨液托盘22、开槽磁极25，所述主轴27设置在线圈筒21的内部，线圈筒与工件之间具有1mm间隙，所述线圈23缠绕在线圈筒21外部，所述电机20与主轴27传动连接，所述开槽磁极25安装在主轴27的上端，所述研磨液托盘22安装在开槽磁极25的上端。

见图10、图11，开槽磁极25的上端面设有若干个槽孔40，若干个横向槽孔40与若干个纵向槽孔40垂直相交，用来调节加工区域磁感应强度。开槽磁极25与主轴27通过螺纹连接，可根据加工需要更换不同形状的磁极。磁极形状端面通常为平面，平面磁极磁场强度分布为四周高中间低，磁场强度分布不均匀，利用开槽磁极可以改善加工区域内磁场强度分布均匀性，促进磁性粒子簇稳定振动，从而保证加工表面均匀性。

如图2所示，所述X轴进给装置4包括步进电机8、直线滑轨14、滑块15、丝杠10，所述步进电机8驱动丝杠10旋转，所述丝杠10上螺接丝杠螺母11，所述滑块15在丝杠螺母11的带动下在直线滑轨14上滑动。

步进电机8与丝杠10之间由联轴器9连接，安装在X轴滑台底座16上，X轴滑台底座16安装在机架5平台上。X轴滑台底座16边缘凸台安装直线滑轨14。丝杠螺母11通过丝杠螺母座12安装在X轴滑动平台13下部，滑块15安装在X轴滑动平台13下部边缘。丝杠螺母11与丝杠10相配合，X轴滑动平台13底部两侧各两个滑块15与一条直线滑轨14配合。通过控制步进电机8顺时针或逆时针转动带动丝杠10转动，丝杠螺母11带动X轴滑动平台13沿X轴向滑动。

如图3所示，所述Y轴进给装置3包括步进电机8、直线滑轨14、滑块15、丝杠10，所述步进电机8驱动丝杠10旋转，所述丝杠10上螺接丝杠螺母11，所述滑块15在丝杠螺母11的带动下在直线滑轨15上滑动。

步进电机8与丝杠10之间由联轴器9连接，安装在Y轴滑台底座39上，Y轴滑台底座39边缘凸台安装直线滑轨14，Y轴滑台底座39通过螺栓紧固在X轴滑动平台13上。丝杠螺母11通过丝杠螺母座12安装在Y轴滑动平台38底部，滑块15安装在Y轴滑动平台38底部边缘。丝杠螺母11与丝杠10相配合，Y轴滑动平台38底部两侧各两个滑块15与一条直线滑轨14配合。通过控制步进电机8顺时针或逆时针转动带动丝杠10转动，丝杠螺母11带动Y轴滑动平台38沿Y轴向滑动。

Y轴进给装置3安装在X轴滑动平台13上。Y轴滑动平台38用于搭载交变磁场抛光装置2，使得交变磁场抛光装置2可以实现X轴向，Y轴向的水平移动。

见图4，Z轴进给夹具台架1包括夹具台架18、Z轴进给装置17、夹具滑台19，夹具台架18由四根光轴导轨固定在机架5平台上，夹具滑台19四角装有直线轴承与四根光轴导轨配合实现在Z轴方向的滑动。夹具滑台19Z轴方向滑动的动力源由安装在夹具台架18两侧的Z轴进给装置17提供。Z轴进给装置17为电机驱动丝杠旋转，安装在夹具台架18两侧且固定不动，夹具滑台19两侧装有丝杠螺母，并与Z轴进给装置17的丝杠相配合，实现夹具滑台19在Z轴方向的运动，夹具滑台19四周设有M10的螺纹孔，用于装卡工件37以及拓展异形工件夹具使用。

见图5、图6，交变磁场抛光装置2包括电机20、同步带轮29、同步带30、主轴27、主轴外壳28、轴承26、底座24、开槽磁极25、研磨液托盘22、线圈23、线圈筒21；电机20与主轴外壳28安装在底座24上，主轴27安装在主轴外壳28内部，主轴27两端轴肩位置设有轴承26，电机20动力经由同步带轮29和同步带30输送至主轴27。主轴27输出端与开槽磁极25螺纹连接，研磨液托盘22与开槽磁极25通过机米螺丝紧固。线圈23缠绕在线圈筒21上，线圈23、线圈筒21安装在底座24上并与主轴27同心，线圈23通入交流电，产生变动磁场。交变磁场抛光装置2的底座24安装在Y轴滑动平台38上，可以进行平面X向和Y向的移动。

一种采用磁力研磨装置进行超精密磁力研磨的方法，具体方法如下：

1)见图7，将由研磨液31、磁性粒子32及磨料颗粒33构成的磁性磨粒浆装入研磨液托盘22；

2)将工件37固定在夹具滑台19上，调整夹具滑台19高度，使工件37置于研磨液托盘22上端；

3)向线圈23通入低频交流电，低频交变磁场频率为1Hz-7Hz，磁性磨粒浆在研磨液托盘22中形成周期性振动的磁性粒子簇，启动电机20利用磁性粒子簇对工件37进行研磨抛光；

4)见图8，当磁场力向上时，磁性粒子簇在磁场力的作用下呈收缩状，磁性粒子32将磨料颗粒33浮托于上方对工件37进行研磨；见图9，当磁场力向下时，磁性粒子簇在磁场力的作用下呈发散状，磁性粒子32与磨料颗粒33重新混合；持续的上下波动提高磨料自搅拌效率，提高磨料颗粒的利用率并防止磁性粒子簇发生凝聚。

利用磁性粒子簇在低频交变磁场下周期性振动的特征对带有微细沟槽的工件表面进行研磨，促使磨料充分进入被加工凹槽表面，阻止磁性粒子簇与工件接触后产生的变形，提高加工效率保证研磨工具的稳定性；能够有效的实现微细沟槽表面加工，研磨后工件表面粗糙度值可降至10纳米以下。本实用新型所研磨的工件37材质包括：SUS304不锈钢、C2680黄铜、赛钢板、光学玻璃。

所述磁性磨粒浆的配比为研磨液：磁性粒子：磨料颗粒＝1～3：12～18：3～8。

所述研磨液为油基研磨液(嘉实多油性切削液，型号为988)。

本实用新型使用磁性粒子簇代替传统磁力刷，磁性粒子簇与磁力刷相比更加柔软，加工过程中不宜于造成工件表面划痕，磁性粒子簇是由磁性磨粒浆(研磨液31、磁性粒子32及磨料颗粒33)构成，在磁场作用下形成磁性粒子簇，在无磁场作用下呈现液态状。

本法明选定油基研磨液作为磁性磨粒浆的研磨液31。当电磁线圈23通入低频交流电后，磁性粒子32在油基研磨液下振动最为活跃，磨料颗粒33利用率最高。