專利名稱：復(fù)合振動(dòng)磁流變超精密拋光方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拋光加工方法，具體涉及一種適用于加工各種硬脆材料的復(fù)合振動(dòng)磁流變超精密拋光方法。
背景技術(shù)：
隨著光電通訊、光學(xué)、汽車、生物工程、航空航天技術(shù)、生物技術(shù)以及生命科學(xué)等學(xué)科的迅速發(fā)展，各種硬脆材料的應(yīng)用日趨廣泛，而且對(duì)材料的表面形狀精度和粗糙度的要求也越來(lái)越高。磁流變拋光技術(shù)融合電磁學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)及化學(xué)的有關(guān)知識(shí)于超精密加工實(shí)踐之中，當(dāng)含有一定濃度微細(xì)磨料的磁流變液注入拋光區(qū)域后，在該區(qū)域施加一可控的高梯度磁場(chǎng)，于是，在磁場(chǎng)的作用下，該區(qū)域的磁流變液產(chǎn)生流變效應(yīng)，粘度在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)迅速增大，并在拋光輪表面形成半固狀拋光工具，由拋光輪帶動(dòng)在流體動(dòng)壓的作用下實(shí)現(xiàn)拋光。由于拋光加工對(duì)工件的亞表面破壞極小，因此被加工件通過(guò)此種拋光可以獲得高質(zhì)量的光學(xué)表面。然而，傳統(tǒng)的磁流變加工過(guò)程中，雖然單一方向的振動(dòng)有助于提高磁流變拋光的去除率，但要想同時(shí)獲得這種加工方式的高效率與高質(zhì)量卻十分困難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是，針對(duì)現(xiàn)有磁流變拋光技術(shù)的缺陷，提供一種復(fù)合振動(dòng)磁流變超精密拋光方法，該方法利用磁流變循環(huán)系統(tǒng)，通過(guò)集成水平方向的機(jī)械振動(dòng)和垂直方向的超聲振動(dòng)復(fù)合遞進(jìn)加工的方法，初階段追求高去除率，次階段追求高精度的兩階段方式實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量加工，最終實(shí)現(xiàn)高效率與高精度的磁流變拋光加工。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，所提供的這種復(fù)合振動(dòng)磁流變超精密拋光方法，參見(jiàn)附圖1 4，是利用一臺(tái)配備有復(fù)合振動(dòng)裝置1，該復(fù)合振動(dòng)裝置1集成水平方向的機(jī)械振動(dòng)和垂直方向的超聲振動(dòng)于一體的磁流變超精密拋光機(jī)床，遵循如下具體操作步驟來(lái)實(shí)施硬脆性材料的復(fù)合振動(dòng)磁流變超精密拋光加工參見(jiàn)附圖1，上述機(jī)床的磁流變循環(huán)拋光裝置2如圖1所示，固定在該機(jī)床的水平工作臺(tái)3上。該工作臺(tái)3與床身8固定連接；該機(jī)床的復(fù)合振動(dòng)裝置1固定在擺動(dòng)盤6上， 擺動(dòng)盤6與滑塊5相連，滑塊5與導(dǎo)軌4相連，所述導(dǎo)軌4固定在床身8的垂直軸7上；所述擺動(dòng)盤6的回轉(zhuǎn)中心與水平方向平行，所述滑塊5做垂直運(yùn)動(dòng)。通過(guò)控制機(jī)床可實(shí)現(xiàn)做垂直運(yùn)動(dòng)的滑塊5與做擺動(dòng)運(yùn)動(dòng)的擺動(dòng)盤6做聯(lián)軸運(yùn)動(dòng)。參見(jiàn)附圖4，旋轉(zhuǎn)超聲波發(fā)生裝置16如圖4所示，由電機(jī)161、主軸162、套筒163、碳刷164、變幅桿165、第二螺母166、換能器167及夾具168構(gòu)成。該旋轉(zhuǎn)超聲波發(fā)生裝置16用套筒163將碳刷164、變幅桿165、 換能器167構(gòu)成的高頻超聲波振動(dòng)系統(tǒng)封裝起來(lái)，通過(guò)主軸162與電機(jī)161連接。所述高頻超聲波振動(dòng)系統(tǒng)能在電機(jī)161的主軸162的帶動(dòng)下旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，套筒163的下端裝有用于裝夾工件9的夾具168。一、裝夾。參見(jiàn)附圖4，將工件9夾持在所述超精密磁流變拋光裝置的夾具168上， 工件9的下端對(duì)應(yīng)附圖3所示磁流變循環(huán)拋光裝置2的拋光輪M頂部的拋光區(qū)域；
二、參見(jiàn)附圖1 4，調(diào)節(jié)導(dǎo)軌4上的滑板5，減小拋光輪M與工件9之間的距離， 使拋光區(qū)得到較大磁場(chǎng)，常規(guī)方法設(shè)定勵(lì)磁裝置26的磁場(chǎng)強(qiáng)度，啟動(dòng)拋光輪M，待拋光輪 24轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，拋光輪M上方的拋光區(qū)產(chǎn)生穩(wěn)定而有規(guī)律的交錯(cuò)相間的磁場(chǎng)；啟動(dòng)泵22，將攪拌、恒溫及恒粘度控制收集容器27里的磁流變拋光液經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)導(dǎo)管25從噴嘴21送至拋光區(qū)，到達(dá)工件9的正下方，使磁流變拋光液進(jìn)入磁場(chǎng)后產(chǎn)生流變效應(yīng)，粘度在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)迅速增大，形成半固體狀的拋光工具，在流體動(dòng)壓的作用下實(shí)現(xiàn)拋光；啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī) 11，旋轉(zhuǎn)超聲波發(fā)生裝置16的電機(jī)161即通過(guò)帶彈簧14的第一螺母17固定在下端板15 上的聯(lián)軸器12及偏心輪13，帶動(dòng)工件9在固定套18下方交替做水平方向機(jī)械振動(dòng)與垂直方向超聲波振動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，增大與柔性磁流變拋光頭的摩擦，提高去除率，實(shí)現(xiàn)高效率的磁流變拋光，由此通過(guò)機(jī)床的聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制，形成符合設(shè)定要求的加工軌跡，得到高精度的加工表面；拋光后的磁流變拋光液經(jīng)收集器23回收，流入攪拌、恒溫及恒粘度控制容器 27，再由泵22抽出，如此反復(fù)，以磁流變拋光液的循環(huán)利用，維持所用復(fù)合振動(dòng)磁流變超精密拋光機(jī)床拋光性能的穩(wěn)定。三、高質(zhì)量拋光。參見(jiàn)附圖1 4，首先調(diào)節(jié)導(dǎo)軌4上的滑板5，逐漸減小拋光輪 24與工件9之間的距離，拋光區(qū)得到較小的磁場(chǎng)；啟動(dòng)泵22，將攪拌、恒溫及恒粘度控制容器27器里的磁流變拋光液經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)導(dǎo)管25從噴嘴21送至工件9的正下方；啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)11，此階段不啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)超聲波發(fā)生裝置16振動(dòng)，只啟動(dòng)電機(jī)161帶動(dòng)工件9做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過(guò)帶彈簧14的第一螺母17固定在下端板15上的聯(lián)軸器12及偏心輪13，帶動(dòng)工件9在固定套18下方交替做水平方向機(jī)械振動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度的磁流變拋光， 由此通過(guò)機(jī)床的聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制，形成符合設(shè)定要求的加工軌跡，獲得高精度的加工表面；拋光后的磁流變拋光液經(jīng)收集器23回收，流入攪拌、恒溫及恒粘度控制容器27，再由泵22抽出，如此反復(fù)，以磁流變拋光液的循環(huán)利用，維持所用復(fù)合振動(dòng)磁流變超精密拋光機(jī)床拋光性能的穩(wěn)定。本發(fā)明的有益效果是與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于將復(fù)合振動(dòng)加工與磁流變拋光相結(jié)合，提高了磁流變拋光的去除率和加工精度。垂直方向的超聲波振動(dòng)與磨粒對(duì)工件的撞擊的加強(qiáng)，使得半固態(tài)柔性磨頭與工件的壓力變大，去除率增大；而垂直磁場(chǎng)方向的振動(dòng)，使得工件表面的壓力平均化，有利于改善工件表面的加工質(zhì)量。


圖1是本發(fā)明所用復(fù)合振動(dòng)磁流變超精密拋光機(jī)床的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是復(fù)合振動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是磁流變循環(huán)拋光裝置的循環(huán)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是旋轉(zhuǎn)超聲波發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。以上圖1 4中的標(biāo)示為I-復(fù)合振動(dòng)裝置，11-振動(dòng)電機(jī)12-聯(lián)軸器，13-偏心輪，14-彈簧，
15-下端板，16-旋轉(zhuǎn)超聲波發(fā)生裝置，161-電機(jī)，162-主軸，163-套筒，164-碳刷，165-變幅桿，166-第二螺母，167-換能器，168-夾具，17-第一螺母，18-固定套，19-上端板，2-磁流變循環(huán)拋光裝置，21-噴嘴，22-泵，23-收集器，24-拋光輪，25-導(dǎo)管，26-勵(lì)磁裝置，27-攪拌、恒溫及恒粘度控制容器，3-工作臺(tái)，4-導(dǎo)軌，5-滑板，6-擺動(dòng)盤，7-垂直軸，8-床身，9-工件。
具體實(shí)施例方式一、參見(jiàn)附圖4，將工件9夾持在一由中國(guó)湖南大學(xué)國(guó)家高效磨削工程技術(shù)研究中心微納制造研究所制造的UMR-2型超精密磁流變拋光機(jī)床的夾具168上，工件9的下端對(duì)應(yīng)附圖3所示磁流變循環(huán)拋光裝置2的拋光輪M頂部的拋光區(qū)域；二、參見(jiàn)附圖1 4，調(diào)節(jié)導(dǎo)軌4上的滑板5，減小拋光輪M與工件9之間的距離， 使拋光區(qū)得到較大磁場(chǎng)，常規(guī)方法設(shè)定勵(lì)磁裝置26的磁場(chǎng)強(qiáng)度，啟動(dòng)拋光輪M，待拋光輪 24轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，拋光輪M上方的拋光區(qū)產(chǎn)生穩(wěn)定而有規(guī)律的交錯(cuò)相間的磁場(chǎng)；啟動(dòng)泵22，將攪拌、恒溫及恒粘度控制收集器里的磁流變拋光液經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)導(dǎo)管25從噴嘴21送至拋光區(qū)，到達(dá)工件9的正下方，使磁流變拋光液進(jìn)入磁場(chǎng)后產(chǎn)生流變效應(yīng)，粘度在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)迅速增大，形成半固體狀的拋光工具，在流體動(dòng)壓的作用下實(shí)現(xiàn)拋光；啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)11，旋轉(zhuǎn)超聲波發(fā)生裝置16的電機(jī)161即通過(guò)帶彈簧14的第一螺母17固定在下端板15上的聯(lián)軸器12及偏心輪13，帶動(dòng)工件9在固定套18下方交替做水平方向機(jī)械振動(dòng)與垂直方向超聲波振動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，增大與柔性磁流變拋光頭的摩擦，提高去除率，實(shí)現(xiàn)高效率的磁流變拋光，由此通過(guò)機(jī)床的聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制，形成符合設(shè)定要求的加工軌跡，得到高精度的加工表面；拋光后的磁流變拋光液經(jīng)收集器23回收，流入攪拌、恒溫及恒粘度控制容器27，再由泵22抽出，如此反復(fù)，以磁流變拋光液的循環(huán)利用，維持所用復(fù)合振動(dòng)磁流變超精密拋光機(jī)床拋光性能的穩(wěn)定。三、參見(jiàn)附圖1 4，調(diào)節(jié)導(dǎo)軌4上的滑板5，逐漸減小拋光輪M與工件9之間的距離，拋光區(qū)得到較小的磁場(chǎng)；啟動(dòng)泵22，將攪拌、恒溫及恒粘度控制容器27器里的磁流變拋光液經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)導(dǎo)管25從噴嘴21送至工件9的正下方；啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)11，啟動(dòng)電機(jī)161 帶動(dòng)工件9做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過(guò)帶彈簧14的第一螺母17固定在下端板15上的聯(lián)軸器12 及偏心輪13，帶動(dòng)工件9在固定套18下方交替做水平方向機(jī)械振動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度的磁流變拋光，由此通過(guò)機(jī)床的聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制，形成符合設(shè)定要求的加工軌跡，獲得高精度的加工表面；拋光后的磁流變拋光液經(jīng)收集器23回收，流入攪拌、恒溫及恒粘度控制容器27，再由泵22抽出，如此反復(fù)，以磁流變拋光液的循環(huán)利用，維持所用復(fù)合振動(dòng)磁流變超精密拋光機(jī)床拋光性能的穩(wěn)定。上述旋轉(zhuǎn)超聲波發(fā)生裝置16的振動(dòng)頻率> 12千赫；上述工件9的主軸的旋轉(zhuǎn)速度< 10000轉(zhuǎn)/分；上述勵(lì)磁裝置沈的磁感應(yīng)強(qiáng)度> 1200高斯。上述復(fù)合振動(dòng)裝置1采用常規(guī)凸輪結(jié)構(gòu)的振動(dòng)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)合振動(dòng)。
權(quán)利要求
1. 一種復(fù)合振動(dòng)磁流變超精密拋光方法，該方法遵循如下步驟一、將工件(9)夾持在所用復(fù)合振動(dòng)磁流變超精密拋光機(jī)床的夾具(168)上，工件(9) 的下端對(duì)應(yīng)磁流變循環(huán)拋光裝置O)的拋光輪04)頂部的拋光區(qū)域；二、調(diào)節(jié)導(dǎo)軌⑷上的滑板(5)，減小拋光輪04)與工件(9)之間的距離，使拋光區(qū)得到較大磁場(chǎng)，常規(guī)方法設(shè)定勵(lì)磁裝置06)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，啟動(dòng)拋光輪(M)，待拋光輪04) 轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，拋光輪04)上方的拋光區(qū)產(chǎn)生穩(wěn)定而有規(guī)律的交錯(cuò)相間的磁場(chǎng)；啟動(dòng)泵(22)， 將攪拌、恒溫及恒粘度控制收集容器(XT)里的磁流變拋光液經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)導(dǎo)管0 從噴嘴 (21)送至拋光區(qū)，到達(dá)工件(9)的正下方，使磁流變拋光液進(jìn)入磁場(chǎng)后產(chǎn)生流變效應(yīng)，粘度在毫秒級(jí)時(shí)間內(nèi)迅速增大，形成半固體狀的拋光工具，在流體動(dòng)壓的作用下實(shí)現(xiàn)拋光；啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)(11)，旋轉(zhuǎn)超聲波發(fā)生裝置(16)的電機(jī)(161)即通過(guò)帶彈簧(14)的第一螺母 (17)固定在下端板(1 上的聯(lián)軸器(1 及偏心輪(13)，帶動(dòng)工件(9)在固定套(18)下方交替做水平方向機(jī)械振動(dòng)與垂直方向超聲波振動(dòng)以及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，由此通過(guò)機(jī)床的聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制，形成符合設(shè)定要求的加工軌跡，得到高精度的加工表面；拋光后的磁流變拋光液經(jīng)收集器回收，流入攪拌、恒溫及恒粘度控制容器07)，再由泵0 抽出，如此反復(fù)；三、調(diào)節(jié)導(dǎo)軌⑷上的滑板(5)，逐漸減小拋光輪04)與工件(9)之間的距離，拋光區(qū)得到較小的磁場(chǎng)；啟動(dòng)泵(22)，將攪拌、恒溫及恒粘度控制容器(XT)器里的磁流變拋光液經(jīng)循環(huán)系統(tǒng)導(dǎo)管05)從噴嘴送至工件(9)的正下方；啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)(11)，啟動(dòng)電機(jī) (161)帶動(dòng)工件(9)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)通過(guò)帶彈簧(14)的第一螺母(17)固定在下端板(15) 上的聯(lián)軸器(1 及偏心輪(13)，帶動(dòng)工件(9)在固定套(18)下方交替做水平方向機(jī)械振動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度的磁流變拋光；由此通過(guò)機(jī)床的聯(lián)動(dòng)運(yùn)動(dòng)控制，形成符合設(shè)定要求的加工軌跡，獲得高精度的加工表面；拋光后的磁流變拋光液經(jīng)收集器回收，流入攪拌、恒溫及恒粘度控制容器(27)，再由泵0 抽出，如此反復(fù)。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種復(fù)合振動(dòng)磁流變超精密拋光方法，該方法遵循如下步驟一、將工件(9)夾持在夾具(168)上，下端對(duì)應(yīng)拋光輪(24)頂部的拋光區(qū)域；二、調(diào)節(jié)滑板(5)，使拋光區(qū)得到較大磁場(chǎng)，啟動(dòng)拋光輪(24)、泵(22)，將磁流變拋光液送達(dá)工件(9)實(shí)現(xiàn)拋光；啟動(dòng)振動(dòng)電機(jī)(11)通過(guò)聯(lián)動(dòng)得到高精度的加工表面；三、調(diào)節(jié)滑板(5)，逐漸減小拋光區(qū)的磁場(chǎng)，啟動(dòng)泵(22)，將磁流變拋光液送至工件(9)，工件(9)交替做水平方向機(jī)械振動(dòng)與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)高精度磁流變拋光。該方法提高了磁流變拋光的去除率和加工精度，改善了工件表面的加工質(zhì)量。
文檔編號(hào)B24B1/00GK102172852SQ201110054619
公開日2011年9月7日 申請(qǐng)日期2011年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月8日
發(fā)明者尹韶輝, 朱科軍, 王宇, 胡天, 陳逢軍 申請(qǐng)人:湖南大學(xué)