專利名稱：基于換能裝置的表面光整加工裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及工件表面研磨、拋光和去除毛刺加工技術領域，具體是一種基于換能裝置的表面光整加工裝置。
背景技術：
傳統的表面拋光和研磨方式是將壓頭和工件之間加入研磨或拋光介質，并且通過實現壓頭帶動工件相對研磨盤之間的擠壓和相對平動，而達到使工件表面進一步光整的目的。如2006年5月10日授權的專利(ZL :200520055339)涉及一種研磨裝置，包括支架、減速機、研磨板和工件，減速機和研磨板固設于支架上，所述研磨板上還設置有導向輪，導向輪內設置有導向板，導向板與導向輪套裝連接，導向板內設有放置工件的圈，工件置于導向板圈之內及研磨板之上。在這種加工過程中由于壓頭帶動工件和研磨盤之間只能產生沿接觸面切向的平動，因此，這種方式往往只能對平面工件表面實現光整加工，而對于表面具有 凸出或凹入的弧面形狀或異形工件時，其表面光整加工方式將不適用，所加工出的工件表面光整度不均勻，或加工效率較低，并且研磨盤還經常需要光整修理。

發明內容
本發明針對現有技術存在的上述不足，提供了一種基于換能裝置的表面光整加工
>J-U ρ α裝直。本發明是通過以下技術方案實現的。一種基于換能裝置的表面光整加工裝置，包括供能系統，通道結構、換能裝置、輔助裝置及工件運動平臺，其中，所述通道結構的內端與供能系統相連接，其外端為兩個自由端，并分別與換能裝置和輔助裝置相連接，所述工件運動平臺設置在換能裝置和輔助裝置之間；所述換能裝置包括設置在與其相連接的通道結構外端的上電磁線圈，嵌入安裝在該通道結構外端中心處的驅動機構，與該驅動機構固連的連接部，以及與該連接部相接觸的用于加工工件的軟性可變形工作部。所述驅動機構為電機；所述連接部為轉盤，所述轉盤固連在電機的輸出轉軸上。所述輔助裝置為下電磁線圈，所述下電磁線圈設置在被加工工件下方或工件運動平臺下方；所述通道結構為由鐵磁材料構成的軛鐵磁通路。所述軟性可變形工作部為磁流變液體、孔隙網格狀柔性體、由外套密封包裹的磁流變液囊體或由波紋管包裹的磁流變液變形體。所述磁流變材料顆粒為鐵磁材料顆粒、永磁材料顆粒、磁流變液及磨料混合液體中的一種或幾種。所述基于換能裝置的表面光整加工裝置，還包括用于放置多個被加工工件的工件支撐框架，所述工件支撐框架設置在工件運動平臺上，所述工件支撐框架充滿流通的磁流變液體。
所述工件運動平臺與換能裝置之間設有增益介質；所述增益介質為研磨顆粒或拋光材料。所述工件運動平臺可以實現X、Y和Z三個方向平動以及α、β和Θ三個方向的轉動。所述工作運動平臺為傳送帶，所述換能裝置為若干個，并設置在工件運動方向上。所述基于換能裝置的表面光整加工裝置，還包括若干個加強電磁線圈，所述加強電磁線圈設置在被加工工件周圍。所述被加工工件與工件運動平臺之間還設有旋轉電機或振動驅動裝置，所述旋轉電機或振動驅動裝置的一端與工件運動平臺相連，其另一端與被加工工件相連。所述上電磁線圈和/或下電磁線圈為微陣列結構電磁線圈。工作時，將工件固連在工件運動平臺上，工件運動平臺設置在換能裝置和輔助裝置之間，工件運動平臺上的工件待加工表面與換能裝置的加工面相對放置，同時在工件和換能裝置加工面加有增益介質。首先，調整工件運動平臺上工件加工面與換能裝置的相對位置，如圖所示Z軸方向，工件運動平臺可以實現如圖所示的Χ、Υ、Ζ三個方向平動以及α、β和Θ三個方向的轉動，以利于調整工件表面與換能器4的端面完全吻合。之后，固定工作運動平臺即工件在Z軸方向的位置，啟動工作運動平臺進行X方向，或Y方向或X、Y方向同時運動。此時，對供能系統施加能量，供能系統的能量通過通道結構傳遞到換能裝置上，該換能裝置具有接收能量后產生在Z軸方向的變形或往復變形或位移(振動)或力或熱量的變化，然后作用于增益介質，并通過增益介質作用于工件表面或直接作用于工件表面。由于工件運動平臺保持在X、Y方向的運動，保持具有施加在沿工件加工表面的切向力，該力此時與換能器4在工件表面法向即Z向所產生的對工件表面的法向擠壓力，形成合力(或和能量)作用于工件表面。當該合力足夠大時,工件表面材料將可能因接觸摩擦力,增益介質的振動沖擊力或熱蝕等原因而被去除。由于，本發明的換能裝置與被加工工件的相對接觸面可以是一種可變形的軟性接觸面，其面形可以與被加工工件面型完全吻合，而且工件在X、Y以及換能裝置在Z方向的運動和力都可以實現高運動分辨率的進給控制，所以本發明在完成上述工作過程后，可實現對任意面型工件表面的表面材料精密高效微量去除加工，進而實現工件被加工面型表面的光整處理。至此，本發明所提出的基于換能裝置的表面光整加工裝置可以實現對非規整面型工件的形體表面處理。本發明通過在壓頭和工件表面之間添加一個換能裝置，通過對換能裝置的控制，可以使換能裝置作用于工件表面的接觸面形、壓力、相對運動的剪切力，以及工件和壓頭之間可能存在的研磨介質(磨粒)作用于工件表面的角度和頻度都可以進行優化和實時控制，從而實現平面，異形面等的高效加工。另外，如果對異形面表面質量或粗燥度進行實時傳感檢測，那么對表面加工的質量還可以通過對換能裝置的閉環控制而實現達到工件表面質量的自適應加工。該裝置適于加工各種復雜面型的表面，工件面型保持好，加工效率高。本發明適合于對自由度運動平臺集成而實現加工流水線，而進行高效批量加工。與現有技術相比，本發明具有以下優點1、實現了既可以加工規則形面又可以加工非規則形面的工件面型加工裝置。根據加工性能需要，可以方便采用多種換能裝置，實現工件形面或型腔表面的表面處理加工。


圖I本發明基本組成結構示意圖；圖2本發明一種換能器結構示意圖；圖3本發明實現多軸度運動示意圖，其中(a)為平動方向，(b)為轉動方向；圖4本發明多片工件同時加工位置布置示意圖；圖5本發明多換能器、多部件傳送帶批量加工示意圖；
圖中，I為功能系統，2為通道結構，3為增益介質，4為換能裝置，5為輔助裝置，6為工件運動平臺，7為上電磁線圈，8為軟性可變形工作部，9為下電磁線圈，10為驅動機構，11為連接部，12為工件支撐框架。
具體實施例方式下面對本發明的實施例作詳細說明本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護范圍不限于下述的實施例。實施例I如圖I所示，本實施例包括供能系統1，通道結構2、換能裝置4、輔助裝置5及工件運動平臺6，其中，通道結構2的內端與供能系統I相連接，其外端為兩個自由端，并分別與換能裝置4和輔助裝置5相連接，工件運動平臺6設置在換能裝置4和輔助裝置5之間。如圖2所示，在本實施例中，換能裝置4包括設置在與其相連接的通道結構外端的上電磁線圈7，嵌入安裝在該通道結構外端中心處的驅動裝置10，與該驅動裝置10輸出轉軸固連的連接部11，以及與該連接部11相接觸的用于加工工件的軟性可變形工作部8。優選地，換能裝置4為磁流變液體換能器；軟性可變形工作部8為磁流變液體、孔隙網格狀柔性體、由外套密封包裹的磁流變液囊體或由波紋管包裹的磁流變液變形體，其中，磁流變材料顆粒為鐵磁材料顆粒、永磁材料顆粒、磁流變液及磨料混合液體中的一種或幾種。優選地，驅動機構10為電機，連接部11為轉盤，轉盤固連在電機的輸出轉軸上。優選地，輔助裝置5為下電磁線圈9，下電磁線圈9設置在被加工工件下方或工件運動平臺下方；通道結構2為由鐵磁材料構成的軛鐵磁通路。如圖3所示，工件運動平臺6可以實現X、Y、Z三個方向平動以及α、β和Θ三個方向的轉動。優選地，工件運動平臺6和換能裝置4之間還可以設有增益介質3，該增益介質3為研磨顆粒或拋光材料。優選地，被加工工件與工件運動平臺之間還設有旋轉電機或振動驅動裝置，旋轉電機或振動驅動裝置的一端與工件運動平臺相連，其另一端與被加工工件相連。這樣在工件運動平臺運動的同時，被加工工件還可以隨旋轉電機轉動或隨振動驅動裝置振動，從而增加被加工工件表面的加工效率。優選地，上電磁線圈和/或下電磁線圈為微陣列結構電磁線圈。
具體為，將工件固連在工件運動平臺，工件運動平臺設置在換能裝置和輔助裝置之間，工件運動平臺上的工件加工表面與換能裝置外端面相對放置。此時，所采用換能裝置為磁流變液體換能器，如圖2所示。該磁流變液體換能器由一個固定在通道結構外端的上電磁線圈，一個在通道結構外端中心處嵌入安裝的電機，以及與電機輸出轉軸固連的轉盤，以及與轉盤相接觸的磁流變液體或由軟性外套包裹的磁流變液囊體。同時，為加強可控磁場強度輔助裝置變為一個位于被加工工件或工件運動平臺下端的下電磁線圈。此時，如圖I所示，所述的供能系統即為上電磁線圈和下電磁線圈。工作時，首先調整工件運動平臺上工件加工面法向與轉盤垂直或相面對放置，如圖I所示。之后，固定工作運動平臺即工件在Z軸方向的位置，啟動工作運動平臺進行X方 向，或Y方向或X、Y方向同時運動,如圖3所示。此時，對上電磁線圈和下電磁線圈施加電流產生磁場，將該磁能通過通道結構的傳遞到轉盤以及與轉盤相接觸的磁流變液體或由軟性外套包裹的磁流變液囊體上。基于磁流變液體受磁場激勵后將會沿磁場勵磁方向極化排列，并根據勵磁場強度而變為流固耦合或固態，并沿Z軸方向伸長變形，而對工件表面以及其上的增益介質(研磨顆粒或拋光材料)施加擠壓力。并且，該擠壓力和施加可控頻率的交變擠壓力(產生振動激勵)完全可以由電磁信號控制。由于平臺保持在X、Y方向的運動，可產生沿工件加工表面運動時的切向力，該力此時與磁流變液體或由軟性外套包裹的磁流變液囊體在工件表面法向即Z向所產生的對工件表面的法向擠壓力形成合力(或合能量)作用于工件表面。當該合力足夠大時，工件表面材料將因接觸摩擦力，增益介質的振動沖擊力或熱蝕等原因而被剝除。由于，所提出裝置的磁流變液體換能器的磁流變液體或由軟性外套包裹的磁流變液囊體與被加工工件的相對接觸面是可變形的貼合的面接觸，其面形與被加工工件面型可吻合，如圖2所示，被加工工件是一圓弧表面的橢圓體，這樣當工件在X、Y以及磁流變液體換能器在Z方向的運動和力都可以實現高分辨率的控制，所以所提出裝置在完成上述工作過程后，實現了對任意面型工件表面的表面材料高效微量去除加工，進而實現工件被加工面型表面的光整處理。另外，對于本實施例的磁流變液體換能器，在通道結構外端中心處嵌入安裝了電機，電機旋轉將帶動轉盤，以及與轉盤相接觸的磁流變液體或磁流變液囊體轉動，如圖3所示，該轉動也將產生一個作用于工件表面的切向力，并基于接觸摩擦去除工件表面多余材料。至此，所提出的基于磁流變液體換能裝置的工件形面，在X、Y方向進給，Z方向振動以及沿Z軸轉動的復合加載的工件面型光整加工裝置得以實現。實施例2實施例2為實施例I的變化例。本實施例的工作過程和機理與實施例I相同，并在實施例I的基礎上，增加一個工件支撐框架12，如圖4所示，該支撐框架可以同時支撐多個被加工工件，并流通和充滿磁流變液體。作用機理和過程與實施例I相同，實現一次加工過程的多片加工效果。實施例3 實施例3為上述實施例的變化例。
本實施例的工作過程和機理與實施例I相同，并在上述實施例的基礎上，將工件運動平臺6設計為是一種傳送帶，實現批量流水線式加工，如圖5所示。基于實施例1、2的工作機理和過程，將工作運動平臺6變為連續運行的“傳送帶”形式，并且在工件運動方向上設置一個以上的換能器4同時工作，實現批量連續加工模式。實施例4實施例4為上述實施例的變化例。本實施例的工作過程和機理與實施例I相同 ，并在上述實施例的基礎上，在工件周圍增加若干個加強電磁線圈，以加強工作部與復雜腔形表面的貼合和擠壓程度，以增加加工效果。
權利要求
1.一種基于換能裝置的表面光整加工裝置，其特征在于，包括供能系統，通道結構、換能裝置、輔助裝置及工件運動平臺，其中，所述通道結構的內端與供能系統相連接，其外端為兩個自由端，并分別與換能裝置和輔助裝置相連接，所述工件運動平臺設置在換能裝置和輔助裝置之間； 所述換能裝置包括設置在與其相連接的通道結構外端的上電磁線圈，嵌入安裝在該通道結構外端中心處的驅動機構，與該驅動機構固連的連接部，以及與該連接部相接觸的用于加工工件的軟性可變形工作部。
2.根據權利要求I所述的基于換能裝置的表面光整加工裝置，其特征在于，所述驅動機構為電機；所述連接部為轉盤，所述轉盤固連在電機的輸出轉軸上。
3.根據權利要求I所述的基于換能裝置的表面光整加工裝置，其特征在于，所述輔助裝置為下電磁線圈，所述下電磁線圈設置在被加工工件下方或工件運動平臺下方；所述通道結構為由鐵磁材料構成的軛鐵磁通路。
4.根據權利要求I所述的基于換能裝置的表面光整加工裝置，其特征在于，所述軟性可變形工作部為磁流變液體、孔隙網格狀柔性體、由外套密封包裹的磁流變液囊體或由波紋管包裹的磁流變液變形體；所述磁流變材料顆粒為鐵磁材料顆粒、永磁材料顆粒、磁流變液及磨料混合液體中的一種或幾種。
5.根據權利要求I所述的基于換能裝置的表面光整加工裝置，其特征在于，還包括用于放置多個被加工工件的工件支撐框架，所述工件支撐框架設置在工件運動平臺上，所述工件支撐框架充滿流通的磁流變液體。
6.根據權利要求I所述的基于換能裝置的表面光整加工裝置，其特征在于，所述工件運動平臺與換能裝置之間設有增益介質；所述增益介質為研磨顆粒或拋光材料。
7.根據權利要求I至6中任一項所述的基于換能裝置的表面光整加工裝置，其特征在于，所述工件運動平臺可以實現Χ、γ和Z三個方向平動以及α、β和Θ三個方向的轉動。
8.根據權利要求7所述的基于換能裝置的表面光整加工裝置，其特征在于，所述工作運動平臺為傳送帶，所述換能裝置為若干個，并設置在工件運動方向上。
9.根據權利要求I至6中任一項所述的基于換能裝置的表面光整加工裝置，其特征在于，還包括若干個加強電磁線圈，所述加強電磁線圈設置在被加工工件周圍。
10.根據權利要求I至6中任一項所述的基于換能裝置的表面光整加工裝置，其特征在于，所述被加工工件與工件運動平臺之間還設有旋轉電機或振動驅動裝置，所述旋轉電機或振動驅動裝置的一端與工件運動平臺相連，其另一端與被加工工件相連。
全文摘要
本發明公開了一種基于換能裝置的表面光整加工裝置，包括供能系統，通道結構、換能裝置、輔助裝置及工件運動平臺，其中，所述通道結構的內端與供能系統相連接，其外端為兩個自由端，并分別與換能裝置和輔助裝置相連接，所述工件運動平臺設置在換能裝置和輔助裝置之間；所述換能裝置包括設置在與其相連接的通道結構外端的上電磁線圈，嵌入安裝在該通道結構外端中心處的驅動機構，與該驅動機構固連的連接部，以及與該連接部相接觸的用于加工工件的軟性可變形工作部。本發明實現了既可以加工規則形面又可以加工非規則形面的工件面型加工裝置。根據加工性能需要，可以方便采用多種換能裝置，實現工件形面或型腔表面的表面處理加工。
文檔編號B24B1/04GK102873592SQ201210335489
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月11日 優先權日2012年9月11日
發明者楊斌堂 申請人:上海交通大學