專利名稱：磁流變式氣囊柔性拋光工具的制作方法
技術領域：
技術領域：
本發明涉及一種與具有動力頭的機床配合使用的模具曲面拋光工具，尤其是用于模具曲面自動化拋光，適用于實現拋光技術自動化的場合。
背景技術：
模具型腔表面65％是曲面，其中40％是自由曲面。模具行業的服務對象包括汽車覆蓋件、摩托車覆蓋塑料件，電視機、洗衣機、空調等家用電器，手機殼、車燈殼等電訊產品。這些行業的模具，尤其是塑料模具，對型腔表面粗糙度均有很高要求，部分需要達到鏡面要求，因此，曲面拋光成為必不可少的工藝環節，據統計，拋光占整個模具制造時間的30％-50％。
自由曲面模具拋光主要由手工操作完成，拋光效率低、勞動強度大、有害身體健康、同時難以保證拋光形面精度的穩定性，拋光品質差。國內模具業粗糙度至Ra0.05μm的拋光技術尚可，但達到Ra0.025μm級的超精密拋光技術尚處摸索階段，大量超精密注塑模具仍需進口。還存在的缺點是1、拋光工具與自由曲面接觸面積小，拋光效率較低；2、拋光工具與自由曲面之間的分散磨粒分布狀態不易控制；3、拋光面整個區域法向拋光力不穩定且不均勻，不能得到高的拋光品質；4、傳統的柔性拋光工具一般是利用彈簧或柔性拋光材料獲得工具與拋光面之間的柔性接觸，但其柔性程度均是不可以在線進行控制的；5、不能精確地控制局部拋光去除量，進行局域形面精密修正比較麻煩。

發明內容為了克服已有技術模具曲面拋光工具存在的工具頭柔性不可在線控制、拋光接觸面積小、曲面拋光效率低、對曲面曲率變化適應性不好等缺點，本發明提供一種工具頭的柔性可在線控制、拋光接觸面積大、曲面拋光效率高、對曲面曲率變化適應性好的磁流變式氣囊柔性拋光工具。
本發明解決其技術問題所采用的技術方案是一種磁流變式氣囊柔性拋光工具，所述的拋光工具包括一氣囊、所述的氣囊前端有拋光布作為工作面，所述的氣囊前端還有一夾層，所述的夾層內填充有磁流變液；所述的氣囊安裝在一保持架內；所述的保持架安裝在一轉動軸上，所述轉動軸的前端伸入所述的氣囊內，所述的轉動軸前端安裝有電磁鐵；所述的轉動軸套接一套管，所述的套管與所述的轉動軸氣密連接，所述的套管上開有外氣源入口、溢流閥；套管內的轉動軸上開有氣流通道，所述的氣流通道與所述的氣囊連通。
進一步，所述的套管內安裝有機械密封裝置，所述的機械密封裝置包括彈簧、密封件。
再進一步，所述的保持架包括拋光頭外罩、拋光頭內罩，拋光頭外罩與拋光頭內罩通過螺紋固接，拋光頭外罩通過螺紋與轉動軸固接，拋光布通過卡簧與拋光頭外罩連接。
磁流變式氣囊柔性拋光工具的基本原理是磁流變式氣囊柔性拋光工具的傳動軸可夾持在任何機床(如并聯機器人，加工中心，銑床，鉆床)的動力頭上獲得驅動動力，從而驅動氣囊高速旋轉；通過對輸入氣囊的氣壓的控制可以調節氣囊的柔性，從而使拋光頭形成柔性拋光工作面；柔性拋光工作面可方便地與被拋光工件的自由曲面形成大面積均勻接觸；由于磁流變液可通過附近磁場的作用改變其粘滯性，直至從液態變化為固態，因此可以通過安裝在轉動軸前端的電磁鐵通電后所形成的電磁場，改變氣囊前端夾層內的磁流變液的性質，使得氣囊表面具有仿形和記憶功能，實現氣囊表面仿形和記憶功能的過程為氣囊表面在氣囊的氣壓的控制下與被拋光曲面接觸，此時若電磁鐵不通電，則氣囊夾層內的磁流變液呈完全液態，氣囊表面與被拋光表面呈仿形接觸，此時給電磁鐵通以適當電流，則使囊夾層內的磁流變液變為粘稠狀或接近固態，氣囊表面形狀被相對固化，實現記憶；氣囊的仿形功能對于在曲面曲率恒定不變的區域拋光，有助于保證曲面的形態精度；柔性拋光工作面與被拋光工件的自由曲面之間填有分散磨粒，利用這些磨粒對工件表面材料的微切削效應實現拋光；通過對機床工作臺運動軌跡的控制可以調節磁流變式氣囊柔性拋光工具在自由曲面工件表面的相對運動的路徑，進而實現拋光過程自動化；而通過對磁流變式氣囊柔性拋光工具氣囊氣壓的在線控制，可靈活調節拋光表面局部的材料去除量，彌補機床掃描時拋光工具距離模具曲面距離控制的不精確性，有助于獲得高的形面尺寸精度和穩定的法向拋光力，提高拋光面品質。
本發明所述的磁流變式氣囊柔性拋光工具的有益效果主要表現在(1)、可以通過電磁場控制柔性拋光工作面仿形與被拋光工件的自由曲面，改善拋光的形態精度；
(2)不必自配驅動動力，可降低制造成本和工具的重量，且可以方便地與多種機床配合使用；(3)、通過調節氣囊的氣壓，可以控制拋光工作面的柔度，拋光工具與自由曲面接觸面積大，拋光效率高；(4)、調節機床工作臺各自由度的進給行程和氣囊氣壓可保證拋光面整個區域法向拋光力穩定且比較均勻，可以得到高的拋光品質(表面粗糙度達到Ra0.020μm以下)；(5)、通過對溢流閥氣流的控制，可以實時的控制氣囊的氣壓以及曲面的法向拋光力，能夠實現在線控制；(6)、通過氣囊壓力控制，可以精確控制局部拋光去除量，進行局域形面精密修正(7)、通過控制機床工作臺和動力頭的相對位置的數字控制，可以調整拋光工具與拋光工件曲面的距離，從而實現拋光工作過程的自動化。


圖1是本發明所述的磁流變式氣囊柔性拋光工具的結構示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明作進一步描述。
參照圖1，一種磁流變式氣囊柔性拋光工具，所述的拋光工具包括一氣囊1、所述的氣囊1前端有拋光布2作為工作面，所述的氣囊1前端有一夾層17；所述夾層內填充有磁流變液；所述的氣囊1安裝在一保持架內，保持架安裝在一可帶動保持架轉動的轉動軸3上，所述的保持架包括拋光頭外罩4、拋光頭內罩5，拋光頭外罩4通過螺紋與轉動軸3連接，用樹脂把拋光布2與拋光頭外罩4粘接成一體，并用卡簧6進行加固，拋光頭內罩5是拋光布2進行外形確定和定型的零件，通過螺紋與拋光頭外罩4連為一體，在拋光布2充氣后，拋光布2與拋光頭內罩5的內圈接觸部分用樹脂進行粘接；轉動軸3前端伸入氣囊部分的外圓上安裝有電磁鐵16，電磁鐵通過電刷引入電流；轉動軸3套接一套管7，所述的套管7與所述的轉動軸3氣密連接，套管7上開有螺孔作為外氣源入口8、溢流閥9；套管7內的轉動軸3上開有氣流通10，所述的氣流通道10一端與外氣源入口8連通，另一端與氣囊1連通。在轉動軸3的兩端分別安裝后端蓋11、前端蓋12，所述的后端蓋11、前端蓋12分別通過軸承與套管7連接，套管7內安裝有機械密封裝置，所述的機械密封裝置包括密封蓋13、密封環14、彈簧15，套管7內的兩端分別安裝有兩套機械密封裝置。
其工作原理為高壓氣體從外氣源入口8進入拋光頭，拋光頭內部的氣壓大小由溢流閥9的控制，當氣壓小于溢流閥9設定的值時，溢流閥9處于關閉狀態，氣源經過氣流通道10到達氣囊1，反之溢流閥9打開，從而使得氣囊1內的氣壓維持在一個預先設定的恒定值。氣囊1的表面覆蓋著一層拋光布2，在轉動軸3的帶動下高速旋轉，它與自由曲面可形成大面積均勻接觸，接觸面積區的形態可以通過調節電磁鐵16通電電流的大小，形成電磁場控制磁流變液的固化狀態得以仿形和記憶，從而可得到均勻的拋光效果。通過對溢流閥9的氣流控制，可以實時的控制氣囊1的氣壓以及曲面的法向拋光力，能夠實現在線控制；通過氣囊1壓力控制，可以精確控制局部拋光去除量，進行局域形面精密修正。
權利要求1.一種磁流變式氣囊柔性拋光工具，其特征在于所述的拋光工具包括一氣囊、所述的氣囊前端有拋光布作為工作面，所述的氣囊前端還有一夾層，所述的夾層內填充有磁流變液；所述的氣囊安裝在一保持架內；所述的保持架安裝在一轉動軸上，所述轉動軸的前端伸入所述的氣囊內，所述的轉動軸前端安裝有電磁鐵；所述的轉動軸套接一套管，所述的套管與所述的轉動軸氣密連接，所述的套管上開有外氣源入口、溢流閥；套管內的轉動軸上開有氣流通道，所述的氣流通道與所述的氣囊連通。
2.如權利要求1所述的磁流變式氣囊柔性拋光工具，其特征在于所述的套管內安裝有機械密封裝置，所述的機械密封裝置包括彈簧、密封件。
3.如權利要求1或2所述的磁流變式氣囊柔性拋光工具，其特征在于所述的保持架包括拋光頭外罩、拋光頭內罩，拋光頭外罩與拋光頭內罩通過螺紋固接，拋光頭外罩通過螺紋與轉動軸固接，拋光布通過卡簧與拋光頭外罩連接。
專利摘要一種磁流變式氣囊柔性拋光工具，所述的拋光工具包括一氣囊、所述的氣囊前端有拋光布作為工作面，所述的氣囊前端有一夾層，所述的夾層內填充有磁流變液；所述的氣囊安裝在一保持架內；所述的保持架安裝在一轉動軸上，所述的轉動軸前端安裝有一對或多對電磁鐵，所述的轉動軸套接一套管，所述的套管與所述的轉動軸氣密連接，所述的套管上開有外氣源入口、溢流閥；套管內的轉動軸上開有氣流通道，所述的氣流通道與所述的氣囊連通。本發明提供的拋光工具的工具頭的柔性可在線控制、拋光接觸面積大、曲面拋光效率高、對曲面曲率變化適應性好、拋光工具曲面曲率可以仿形記憶。
文檔編號B24D13/00GK2768968SQ200520100900
公開日2006年4月5日 申請日期2005年3月10日 優先權日2005年3月10日
發明者計時鳴, 何海平, 張利, 張憲, 袁巧玲 申請人:浙江工業大學