一种半球谐振子永磁小球头磁流变抛光加工辅助装置及加工方法

本发明涉及超精密抛光加工，具体而言，涉及一种半球谐振子永磁小球头磁流变抛光加工辅助装置及加工方法。

背景技术：

1、半球谐振陀螺是目前精度最高的固态振动陀螺，被视为一项颠覆性技术，是未来最有可能与光学陀螺并驾齐驱甚至取而代之的陀螺。能够适应新一代惯性器件长航时发展需求，具有超高精度、高可靠性、长寿命等优点。半球谐振陀螺的核心部件是谐振子，是一种薄壁半球壳体，在施力电极的作用下因挠曲变形而形成驻波，驻波在外界旋转激励条件下的哥氏效应会引起振型的进动，通过拾取电极检测振型信息即可测得角速度。

2、谐振子的加工工艺包括：毛坯成型与精磨、研抛与化学腐蚀、质量调平与q值测试。半球谐振子要求质量是关于回转轴均匀分布的，因为一旦存在不均匀的质量分布就会引起谐振子的频率裂解，降低陀螺精度。而质量分布均匀就要求半球壳表面粗糙度较小，所示需要高效、高精度的磁流变抛光操作提高半球谐振子表面质量，现有技术中在加工前对磁流变抛光液进行预搅拌和预加热再泵入加工区域，装置往往包括搅拌器、驱动泵、软管、水浴加热设备、喷头、回收槽、回收泵以及储存罐等形成循环装置，装置结构冗杂，软管长度较长，增大磁流变抛光液沉积与结块概率，增大清洗难度，为保证加工过程中抛光液温度的稳定从而需要加长软管长度，尽量延长磁流变液在水浴锅中流经的时间，因此这会导致软管更长，从而增大抛光液在软管循环过程中沉积的概率。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：

2、现有的装置结构冗杂、操作复杂、难以避免磁流变抛光液在软管循环过程中的沉积。

3、本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案：

4、本发明提供了一种半球谐振子永磁小球头磁流变抛光加工辅助装置，所述抛光加工辅助装置包括：存储搅拌加热箱、补水装置和控制箱，所述存储搅拌加热箱安装于抛光加工机床工作台上表面，所述存储搅拌加热箱靠近工件主轴的侧壁开设有轴孔，加工机床的工件主轴的末端贯穿所述轴孔延伸至存储搅拌加热箱内部，机床的工具主轴从所述存储搅拌加热箱的上端开口方延伸至存储搅拌加热箱内部；

5、所述存储搅拌加热箱设有电热丝、搅拌组件和电机，所述电机设于存储搅拌加热箱底板外侧，电机输出端连接驱动部件的输入端，所述驱动部件穿过存储搅拌加热箱底板延伸至存储搅拌加热箱内部，用于带动搅拌组件的转动，所述存储搅拌加热箱的侧壁为双层结构，所述电热丝设置于存储搅拌加热箱侧壁的夹层中，所述存储搅拌加热箱内壁上设有温度传感器；

6、所述控制箱安装于龙门架上，所述控制箱内部设有微型处理器；

7、所述补水装置用于向存储搅拌加热箱中补充加工过程抛光液的流失的水分。

8、进一步地，所述补水装置为滴液补水装置，所述滴液补水装置包括箱体和出液管，所述箱体安装于加工机床的龙门架上，所述箱体与出液管之间连接有流量计，用于控制液体添加的速度，所述出液管的输出端延伸至存储搅拌加热箱内部。

9、进一步地，所述补水装置包括水箱、吸水管、水泵和补水管，所述水箱设置于存储搅拌加热箱远离工件主轴的一侧，所述吸水管的一端延伸至所述水箱的底部，所述吸水管的另一端连接有水泵，所述水泵的输出端连接有补水管，所述补水管的另一端延伸至存储搅拌加热箱内部，所述存储搅拌加热箱内壁上设有液位感应器。

10、进一步地，所述水箱和存储搅拌加热箱之间设有隔热板。

11、进一步地，所述搅拌组件设有搅拌盘，搅拌盘的上表面和下表面周向外沿均设有多个均匀分布的搅拌齿，所述搅拌齿与搅拌盘之间固定连接；所述驱动部件用于带动搅拌盘绕轴向转动，进一步带动叶片绕搅拌盘轴向转动。

12、进一步地，所述搅拌齿为三角形板状结构，且搅拌盘上表面和下表面的搅拌齿呈错位分布。

13、进一步地，所述存储搅拌加热箱还设置有安全挡板，所述安全挡板开设有与工具主轴相适应的凹槽。

14、进一步地，所述安全挡板为透明钢化玻璃安全挡板。

15、一种半球谐振子永磁小球头磁流变抛光加工方法，包括如下步骤：

16、步骤一、将永磁小球头抛光头装卡至工具主轴(10)上，使用借助ccd相机和放大镜头测量永磁小球头抛光头的最下端及靠近工件主轴的端部的跳动，通过旋转一周的最远像素点位置和最近像素点位置的距离差判断实际跳动大小，控制永磁小球头抛光头跳动维持在5μm以内，若跳动大于5μm，重新装卡。

17、步骤二、将待加工半球谐振子工件装卡至工件主轴(6)上，使用借助ccd相机和放大镜头测量半球谐振子唇口的周向跳动和径向跳动，通过旋转一周的最远像素点位置和最近像素点位置的距离差判断实际跳动大小，控制半球谐振子跳动维持在5μm以内，若跳动大于5μm，重新装卡；

18、步骤三、控制抛光工具远离半球谐振子，将所述磁流变抛光加工辅助装置的存储搅拌加热箱安装在半球谐振子磁流变抛光机床的工作台上，加工机床的工件主轴的末端贯穿存储搅拌加热箱的轴孔延伸至存储搅拌加热箱内部，通过弹簧致动密封圈将工件主轴外缘与轴孔之间密封连接；

19、步骤四、编写加工轨迹程序，并导入机床控制软件中，利用机床控制软件中的刀具长度补偿指令，将抛光头加工轨迹向远离工件的方向偏移0.1mm；

20、步骤五、操作机床调整抛光头位置，使抛光头位于加工起点位置；

21、步骤六、配制磁流变抛光液，将磁流变抛光液倒入所述存储搅拌加热箱中，开始加工前通过搅拌组件对磁流变抛光液进行搅拌，设定搅拌组件的转速为600r/min，搅拌时间为30min；通过电热丝对抛光液进行加热，目标温度为60℃；

22、步骤七、盖上安全挡板，开启抛光头工具主轴，使抛光头以7000r/min旋转，开启工件主轴，使工件以30r/min的速度低速旋转；

23、步骤八、执行步骤四编写的加工轨迹程序对被加工工件进行抛光加工。

24、进一步地，步骤六中所述磁流变抛光液按质量份数包括：羟基铁粉2000-2200份、氧化铈460-480份、纤维素3-4份、氢氧化钠45-55份和等离子水900-1000份。

25、相较于现有技术，本发明的有益效果是：

26、本发明一种半球谐振子永磁小球头磁流变抛光加工辅助装置及加工方法，相较于现有技术的采用循环装置对抛光液进行预搅拌和预加热再流入加工区域，本发明在加工过程中对抛光液进行搅拌和加热，有助于加工过程中抛光液磨粒保持悬浮并混合均匀，使磁流变抛光液在永磁小球头抛光头周围磁化的更充分，从而提高抛光效率，避免因驱动泵的泵液流量的不同而导致去除函数变化；同时，本发明可有效降低磁流变液的粘度，提高了“液体膜”流动性，增大磨粒与工件表面相互作用的速度和频率，可进一步提升抛光效率。

27、本发明装置结构合理，功能实用，省去现有装置中驱动泵、回收槽、水浴加热设备以及冗长的软管等多余部件，将抛光液储存与使用相结合，极大的简化了抛光前的准备操作和抛光后的清洗操作。

28、本发明装置适用性强，可用于不同结构的磁流变抛光机床。