一种移动磁极磁流变抛光装置及方法与流程

本发明涉及磁流变抛光技术领域，尤其涉及一种移动磁极磁流变抛光装置。

背景技术：

磁流变液是一种新型智能材料，由高导磁率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体，其在零磁场条件下呈现出低粘度的牛顿流体特性，在强磁场的作用下呈现出高粘度、低流动性的宾汉(bingham)体特性。磁流变液在强磁场下剪切屈服高，即使在较弱的磁场下也可产生较大的剪切屈服强度。磁流变液温度的适用范围宽，可以在很大的温度范围保持特性，且可以在较长的时间下保持不分层。磁流变液抛光装置以磁场下磁流变液的粘性剪切力抛光，具有易于控制、响应快、抛光效果好等特点，越来越受到人们的关注与重视。

经过文献研究发现，现有的一种磁流变液回转内表面抛光系统，将磁流变液注入抛光池中，抛光工件固定在抛光池中，将心轴置于抛光工件轴心处，在抛光池外围布置磁场发生装置，启动数控主轴带动心轴转动，带动磁流变液流动，形成与工件的相对运动，从而对回转面进行抛光直到达到相应精度。这种装置的优点是可使回转体内表面各母线各点的磨削量一致，均匀性好。但是抛光装置轴向尺寸较大，能耗较大，由于抛光池的存在，一定程度上限制了心轴转速，且通过调节磁场控制回转体内表面母线各点磁场力，来控制磨削量并不简便，因此在保证加工精度的前提下，应尽量使结构紧凑，操作简便，降低能耗。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明的主要目的是提供一种移动磁极磁流变抛光装置，旨在解决现有磁流变抛光装置操作不便的问题。

(二)技术方案

为了达到上述目的，本发明的移动磁极磁流变抛光装置包括：

卡持机构，所述卡持机构用于卡持待抛光的工件，所述工件呈圆筒状且所述工件的内壁上能够装有磁流变液；

移动工作台，所述移动工作台能够水平移动；

抛光机构，所述抛光机构包括抛光轮以及设置于所述抛光轮内的永磁铁，所述抛光轮能够吸附所述工件上的磁流变液并对所述工件进行抛光；

升降机构，所述升降机构设置于所述移动工作台上，所述抛光轮可旋转地设置于所述升降机构上，所述升降机构能够驱动所述抛光轮沿上下方向调整位置；

第一驱动机构，所述第一驱动机构设置于所述移动工作台上且能够驱动所述抛光轮旋转；

支撑机构，所述卡持机构可旋转地设置于所述支撑机构上；以及，

第二驱动机构，所述第二驱动机构用于驱动所述卡持机构旋转；

其中，所述移动工作台能够带动所述抛光轮沿与所述卡持机构的旋转轴线平行的方向往复移动，所述升降机构能够带动所述抛光轮沿上下方向往复移动。

优选地，所述升降机构包括伸缩杆、铰接座和运动杆，所述铰接座设置于所述移动工作台上，所述伸缩杆的第一端铰接于所述移动工作台上且所述伸缩杆的第二端与所述运动杆的第一端铰接，所述运动杆的中部通过转轴铰接于所述铰接座上，所述抛光轮通过安装轴可旋转地安装于所述运动杆的第二端上。

优选地，所述第一驱动机构包括第一电机以及带轮组，所述带轮组包括固定于所述第一电机的输出轴上的第一带轮、同轴安装于所述转轴上的第二带轮和第三带轮以及固定于所述安装轴上的第四带轮，所述第一带轮与所述第二带轮通过第一传动带传动连接，所述第三带轮与所述第四带轮通过第二传动带传动连接，所述第二带轮的直径大于第一带轮的直径，所述第四带轮驱动所述抛光轮旋转。

优选地，所述卡持机构包括卡盘和多个卡爪，所述卡爪沿周向间隔设置于所述卡盘的第一端且所述卡爪能够沿所述卡盘的径向移动，所述卡持机构还包括固定设置于所述卡盘的第二端上的传动轴，所述传动轴可旋转地设置于所述支撑机构上。

优选地，所述第二驱动机构包括第二电机和减速器，所述第二电机与所述减速器通过第一联轴器连接，所述减速器与所述传动轴通过第二联轴器连接。

优选地，所述移动工作台包括移动板、第三驱动机构、安装台以及第四驱动机构，所述第三驱动机构用于驱动所述移动板沿第一方向往复移动，所述第四驱动机构设置于所述移动板上且用于驱动所述安装台沿第二方向往复移动，所述第一方向与所述卡持机构的旋转轴线方向平行，所述第一方向与所述第二方向相互垂直。

优选地，所述第三驱动机构包括基座、步进电机、丝杠、滑块和导轨，所述步进电机和所述丝杠均安装于所述基座上，所述步进电机的输出轴与所述丝杠对接，所述导轨与所述丝杠平行设置，所述滑块能够沿所述导轨在所述丝杆上滑动，所述移动板固定安装于所述滑块上。

优选地，所述工件为深沟球轴承外圈。

优选地，所述移动磁极磁流变抛光装置还包括用于将磁流变液注入所述工件或从所述工件上吸出的吸注机构。

另外，本发明还提供一种采用上述的移动磁极磁流变抛光装置进行抛光的磁流变抛光方法，其包括以下步骤：

将工件卡持于卡持机构上，并在工件上装有磁流变液；

将抛光轮移动至靠近所述工件的待抛光面；

启动第一驱动机构驱动所述抛光轮旋转；

启动第二驱动机构驱动所述卡持机构旋转；

启动移动工作台带动所述抛光轮沿与所述卡持机构的旋转轴线平行的方向往复移动；

启动升降机构带动所述抛光轮沿上下方向往复移动；

在预定时间后完成对所述工件的待抛光面的抛光。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：

1、本发明在圆筒状工件的内壁填充适量磁流变液，在抛光轮上永磁铁产生的磁场作用下，流变后的磁流变液更好地与工件的内壁接触，改善抛光效率，抛光精度高。

2、本发明中移动工作台驱动抛光轮沿水平方向移动并进行位移补偿，而升降机构使得抛光轮在垂直方向移动，综合控制抛光轮在工件的内壁上的位置，使得抛光工件的内壁表面更加均匀，并在保证加工精度的前提下，简化了操作流程。

3、本发明结构紧凑，占用空间小，操作简便，节约能源。

附图说明

图1为本发明的移动磁极磁流变抛光装置的结构图；

图2为图1中的卡持机构、工件和支撑机构的结构放大图；

图3为图1中的移动工作台、升降机构、第一驱动机构和抛光机构的结构放大图；

图4为图3的俯视图。

【附图标记说明】

1：第二电机；2：第一联轴器；3：减速器；4：第二联轴器；5：轴承；6：轴承盖；7：轴承座；8：传动轴；9：卡盘；10：卡爪；11：工件；12：锥齿轮；13：端盖；14：抛光轮；15：第四带轮；16：第二带轮；17：第一带轮；18：第一传动带；19：转轴；20：第一电机；21：伸缩杆；22：安装台；23：移动板；24：步进电机；25：丝杠；26：滑块；27：基座；28：永磁铁；29：运动杆；30：导轨；31：铰接座；32：第三带轮。

具体实施方式

为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。

需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供一种移动磁极磁流变抛光装置，如图1至图4所示，其包括卡持机构、移动工作台、抛光机构、升降机构、第一驱动机构、支撑机构以及第二驱动机构。其中，卡持机构用于卡持待抛光的工件11，工件11呈圆筒状且工件11的内壁上能够装有磁流变液；移动工作台能够水平移动；抛光机构包括抛光轮14以及设置于抛光轮14内的永磁铁28，抛光轮14能够吸附工件11上的磁流变液并对工件11进行抛光；升降机构设置于移动工作台上，抛光轮14可旋转地设置于升降机构上，升降机构能够驱动抛光轮14沿上下方向调整位置；第一驱动机构设置于移动工作台上且能够驱动抛光轮14旋转；卡持机构可旋转地设置于支撑机构上；第二驱动机构用于驱动卡持机构旋转。其中，移动工作台能够带动抛光轮14沿与卡持机构的旋转轴线平行的方向往复移动，升降机构能够带动抛光轮14沿上下方向往复移动。另外，将永磁铁28安装在抛光轮14的内部，永磁铁28的材料采用钕铁硼磁铁，抛光轮14的材料选用非导磁材料，磁场的强度能够达到100mt。

由于在圆筒状的工件11的内壁填充适量磁流变液，在抛光轮14上的永磁铁28产生的磁场作用下，流变后的磁流变液更好地与工件11的内壁接触，改善抛光效率，抛光精度高。并且，移动工作台驱动抛光轮14沿水平方向移动并进行位移补偿，升降机构使得抛光轮14在垂直方向移动，综合控制抛光轮14在工件11的内壁上的位置，使得抛光工件11的内壁表面更加均匀，并在保证加工精度的前提下，简化了操作流程。上述技术方案结构紧凑，占用空间小，操作简便，节约能源。

在优选的实施方式中，再次参见图3和图4，升降机构包括伸缩杆21、铰接座31和运动杆29，铰接座31设置于移动工作台上，伸缩杆21的第一端铰接于移动工作台上且伸缩杆21的第二端与运动杆29的第一端铰接，运动杆29的中部通过转轴19铰接于铰接座31上，抛光轮14通过安装轴可旋转地安装于运动杆29的第二端上。通过伸缩杆21的伸展和收缩运动，可以带动运动杆29绕铰接座31转动，从而对抛光轮14的上下位置进行调整。以图3所示的方向为例，当伸缩杆21伸展时，运动杆29的第一端上移，而抛光轮14下降；当伸缩杆21收缩时，运动杆29的第一端下移，而抛光轮14上升。其中，伸缩杆21可以为气缸、液压缸或者电动伸缩杆等自动伸缩机构，以能够提升整体装置的自动化程度。移动工作台上的伸缩杆21通过螺栓固定，由伸缩杆21内的液压元件控制伸缩动作，进行工件11的内壁抛光时，通过控制伸缩杆21的伸出和收缩调节运动杆29的转动，实现抛光轮14与工件11的内壁的纵向位置的控制。

进一步地，如图4所示，第一驱动机构包括第一电机20以及带轮组，带轮组包括固定于第一电机20的输出轴上的第一带轮17、同轴安装于转轴19上的第二带轮16和第三带轮32以及固定于安装轴上的第四带轮15，第一带轮17与第二带轮16通过第一传动带18传动连接，第三带轮32与第四带轮15通过第二传动带(未图示)传动连接，第二带轮16的直径大于第一带轮17的直径，第四带轮15驱动抛光轮14旋转。具体地，第一电机20通过螺栓联结固定在安装台22，第一电机20通过平键驱动第一带轮17，第一带轮17通过第一传动带18驱动第二带轮16，第二带轮16和第三带轮32固定在一起，第二带轮16和第三带轮32利用小轴承套在转轴19上，并利用第二传动带带动第四带轮15转动，从而带动抛光轮14转动。通过带轮组可以对第一电机的输出速度进行一定减速，来调整传递至抛光轮14的转速。而且，采用带轮传递扭矩，可以减小对电机安装位置的限制。在其他实施方式中，还可以用其他传动组件来替代带轮组。

另外，在一优选的实施方式中，如图2所示，卡持机构包括卡盘9和多个卡爪10，卡爪10沿周向间隔设置于卡盘9的第一端且卡爪10能够沿卡盘9的径向移动，卡持机构还包括固定设置于卡盘9的第二端上的传动轴8，传动轴8可旋转地设置于支撑机构上，卡盘9与传动轴8通过螺纹联结传递扭矩。具体地，通过扳手旋转卡盘9上的锥齿轮12，使卡爪10移动，将工件11固定在卡盘9上。为保证加工精度，工件11必须被稳固装夹，因此应用三爪卡盘夹持工件11，这是一种自定心夹紧装置，卡盘9上的三个卡爪10通过平面螺纹与卡盘9连接，用扳手旋转锥齿轮12，锥齿轮12带动平面螺纹进而带动三爪同步运动，实现工件11的夹紧。

其中，为了给卡持机构提供稳定支撑，支撑机构包括轴承座7、轴承盖6和轴承5，轴承座7与轴承盖6对接且轴承座7与轴承盖6之间形成有安装通孔，传动轴8通过轴承5安装于安装通孔内。优选地，轴承5可以为角接触球轴承，采用角接触球轴承可以补偿传动轴8的轴向和角度方向误差。

进一步地，再次参见图1，第二驱动机构包括第二电机1和减速器3，第二电机1与减速器3通过第一联轴器2连接，减速器3与传动轴8通过第二联轴器4连接。其中，第二电机1可以优选为yd-b3电机，在其他实施方式中，第二电机1的型号可以根据实际情况进行选择。第一联轴器2和第二联轴器4均可以为梅花形弹性联轴器，以实现高效且稳定的扭矩传递。yd-b3电机与减速器3通过第一联轴器2联结，且与传动轴8同轴设置，传动轴8通过第一联轴器2、第二联轴器4和轴承座7支撑，并带动卡盘9实现工件11与抛光轮14的相对运动。

如图1所示，在优选的实施方式中，移动工作台包括移动板23、第三驱动机构、安装台22以及第四驱动机构，第三驱动机构用于驱动移动板23沿第一方向往复移动，第四驱动机构设置于移动板23上且用于驱动安装台22沿第二方向往复移动，第一方向与卡持机构的旋转轴线方向平行，以使得抛光轮14在对工件11进行抛光时始终与卡持机构的旋转轴线在同一竖直平面内，而第一方向与第二方向相互垂直，可以根据需求在第二方向上对抛光轮14的位置进行调整。

再次参见图1，为了给移动工作台提供稳定的往复移动动力，第三驱动机构包括基座27、步进电机24、丝杠25、滑块26和导轨30，步进电机24和丝杠25均安装于基座27上，步进电机24的输出轴与丝杠25对接，导轨30与丝杠25平行设置，滑块26能够沿导轨30在丝杆上滑动，移动板23固定安装于滑块26上。其中，丝杠25为滚珠丝杠。步进电机24可以根据控制指令输出正向和反向的旋转力矩，带动丝杠25正转或反转，以使滑块26沿导轨30的延伸方向往复移动，从而可以带动移动板23实现往复移动。

此外，第四驱动机构可以包括均设置于移动板23上的滑轨和伸缩缸，安装台22能够沿滑轨滑动，且伸缩缸连接移动板23和安装台22。伸缩缸可以为气缸或者液压缸，通过控制伸缩缸的伸缩动作，可以控制安装台22能够沿滑轨往复滑动。

其中，在优选的实施方式中，工件11为深沟球轴承外圈，其内壁上的沟槽能够用于容置磁流变液。而在其他的实施方式中，工件11还可以为其他轴承的外圈或其他圆筒状结构，例如套筒等。由于将适量磁流变液置于工件11(具体可以为深沟球轴承外圈)的内壁底部，既需要保证磁流变液不泄露，并且要满足不干扰运动杆29上的抛光轮14的移动，故设置一个端盖13，并根据抛光轮14的综合位移，在端盖13上开一个孔，使端盖13形成为环状，保证抛光轮14能够正常工作。

此外，移动磁极磁流变抛光装置还包括用于将磁流变液注入工件11或从工件11上吸出的吸注机构，帮助自助添加或去除磁流变液，以进一步提升装置整体的自动化程度。

以下以移动磁极磁流变抛光装置对深沟球轴承外圈进行抛光的工作过程进行具体描述，来对本发明的技术方案进行进一步说明。

通过扳手旋转卡盘9上锥齿轮，使卡爪10移动，将深沟球轴承外圈固定在卡盘9上，由第二电机1(yd-b3电机)驱动，经减速器3调速后，再经第一联轴器2和第二联轴器4驱动卡盘9转动，永磁铁28固定于抛光轮14的内部，移动工作台固定在卡盘9的左侧，移动板23与滑块26和丝杠25连接在一起，丝杠25固定在基座27上且与步进电机24相连接。在步进电机24的驱动下，丝杠25带动移动工作台作往复直线运动，从而控制抛光轮14的水平位移。通过伸缩杆21的伸出与收缩，调节运动杆29围绕转轴19的转动，实现抛光轮14的纵向位移。抛光轮14的水平位移由控制的往复移动工作台运动进行补偿，抛光轮14的纵向位移由控制的伸缩杆21的伸缩进行补偿，深沟球轴承外圈的内壁上装有适量磁流变液。

其中，适量磁流变液存于深沟球轴承外圈内壁底部，磁流变液在磁场作用下产生流变效应，并吸附在抛光轮14上。当传动轴8不转动时，固定在卡盘9上的深沟球轴承外圈不转动，只有抛光轮14自身的转动，仅实现深沟球轴承外圈内表面的固定区域的抛光。当yd-b3电机驱动传动轴8转动时，工件11与抛光轮14之间有复合运动，可以实现对深沟球轴承外圈整个内表面进行抛光。

具体地，在控制抛光轮14位移之前，通过调节移动工作台使抛光轮14与深沟球轴承外圈内表面的位置达到要求的初始位置，而通过移动板23调整抛光轮14与工件11的内表面之间的纵向距离，并通过安装台22调整抛光轮14与工件11的内表面的横向距离，从而固定了初始抛光的位置，保证每次抛光的初始位置固定，从而可以实现控制的每次抛光过程能够正常进行。进行深沟球轴承外圈内壁抛光时，通过控制伸缩杆21的伸出与收缩，运动杆29也随之转动，使得运动杆29上的抛光轮14沿纵向运动；安装台22下面装有滑块26，与滑块26相配合的丝杠25固定在基座27上且与步进电机24相连，通过步进电机24驱动，可使安装台22带动抛光轮14水平往复运动，因此控制了抛光轮14的综合位移，可以达到较高的抛光精度。需要注意的是，抛光轮14与深沟球轴承外圈的轴线应保证在同一竖直面内，以保证能够均匀抛光内壁。

另外，本发明还提供一种采用上述移动磁极磁流变抛光装置进行抛光的磁流变抛光方法，其中，磁流变抛光方法包括以下步骤：

将工件11卡持于卡持机构上，并在工件11上装有磁流变液；

将抛光轮14移动至靠近工件11的待抛光面；

启动第一驱动机构驱动抛光轮14旋转；

启动第二驱动机构驱动卡持机构旋转；

启动移动工作台带动抛光轮14沿与卡持机构的旋转轴线平行的方向往复移动；

启动升降机构带动抛光轮14沿上下方向往复移动；

在预定时间后完成对工件11的待抛光面的抛光。

利用本发明的移动磁极磁流变液抛光装置进行抛光时，在将装置安装固定后，利用卡盘9和卡爪10固定夹持工件11，并将抛光轮14调节到初始抛光位置后，启动控制第二电机1、第一电机20及步进电机24驱动，经减速器3调速后带动工件11转动，使工件11与抛光轮14产生复合相对运动，由于工件11内壁的磁流变液在抛光轮14中永磁铁28的磁场作用下产生流变效应，使其表观粘度和屈服应力迅速增大。通过控制抛光轮14与工件11的相对位置，不仅可提高工件11的抛光精度与抛光均匀性，也可使装置紧凑，提高空间利用率。

需要理解的是，以上对本发明的具体实施例进行的描述只是为了说明本发明的技术路线和特点，其目的在于让本领域内的技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，但本发明并不限于上述特定实施方式。凡是在本发明权利要求的范围内做出的各种变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。