一种磁流变抛光装置的制作方法

本实用新型涉及一种新型智能材料的应用，属于光整加工领域，特别是一种利用磁流变液对工件进行抛光的装置。

背景技术：

磁流变是一种智能材料，它在常态下是液体，当加磁场时，它会发生液-固相变，去除磁场后，会发生固-液相变，这种相变能在极短的时间内(一般为毫秒级)平稳、快速完成转换。在一定的磁场强度内，磁流变液的表观粘度与磁场强度有关。这种现象称为磁流变效应。磁流变材料具有良好的力学性能，并且可以通过调整磁场强度来改变其性能，利用磁流变效应，将磨粒与磁流变混合，通过控制实时磁场强度，在抛光区域形成与抛光工件表面相吻合的抛光磨头，而且其硬度可调，实现对工件表面的抛光，其具有极高的抛光精度与近无残余应力等显著特点。

现有的磁流变抛光装置对工件进行抛光时，需要精确设计抛光轨迹，才能实现对抛光工件材料的均匀去除。

申请者获得授权的发明专利zl201410440862.6《一种磁流变抛光方法及抛光工具》，使用三层同心圆环形电磁铁改变抛光区域的磁场分布，从而达到工件材料的均匀去除。

该抛光工具由于电磁铁也进行旋转运动，达到需要的磁场强度，该抛光工具体积较大，其多层电磁铁也不能保证磁场强度与线速度能够保证定值，其磨头是针对局部加工，其抛光效果不够理想，且加工效率不高。

申请者获得授权的发明专利201110116955.X《一种去除率模型可控的磁流变均匀抛光方法与装置》，使用三只尖锥状给的电磁铁改变抛光区域的磁场分布，从而达到工件材料的均匀去除。这种抛光方法需要根据面型变化，计算合适的磁场分布，然后调用与之近似的磁场分布，但是实践中磁场计算复杂，只能从数据库调用相似的磁场，抛光效果不够理想。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种磁流变抛光装置，直接将工件进行旋转，让磁流变直接形成能够与工件成型的面型的去除率相匹配的去除率模型，既能够解决对抛光工件材料的均匀去除(针对平面的加工)以及非球面的加工，工件表面微观纹均化性也好。

为实现上述目的，本实用新型提供的磁流变装置，包括机架，抛光头、载液槽和两组电磁铁组成；抛光头由电机驱动的工件轴、固定在工件轴下端的非导磁夹具和置于夹具与工件轴之间的软磁板构成；载液槽位于抛光头下部，其中盛放磁流变液；有两组电磁铁组，下电磁铁组位于载液槽下方，左电磁铁位于载液槽的左方，其分别由三层同心圆环电磁铁组成。

利用上述磁流变抛光装置进行抛光的方法，包括以下步骤：

步骤一、把工件安装在非导磁夹具下面，并侵入载液槽中的磁流变液中；

步骤二、已知面型信息，由抛光面型信息及抛光区域内各点的线速度，计算获得去除率的抛光压力分布；

已知平面抛光时的抛光速度v＝ωr，则在抛光区域半径方向的抛光速度分布，圆心处线速度最低，沿半径方向线速度逐渐增大，工件的抛光区域线速度最大，抛光去除率服从Preston 方程，λ＝kpv，k为常系数，p为抛光压力，v为抛光线速度，由方程知，只有保证抛光速度与抛光压力的乘积为常数，才能保证对工件表面的均匀去除；对非球面的加工需要做到对工件材料的非均匀去除，只需协调好pv，即可达到对非球面的加工。

步骤三、由抛光压力分布反求磁场分布

由于磁流变抛光压强：

抛光压力P＝P_m*S

式中μ₀、μ_f、μ_p、S均为定值，则抛光压力与磁场强度H成正比；

步骤四、由所得磁场分布模型，改变两组电磁铁各自的线圈电压，使磁场分布符合要求；

步骤五、进行抛光作业。

上述抛光方法所采用的磁流变抛光装置的两组电磁铁组分别由三层同心圆环形电磁铁构成，各层之间由绝缘层隔开，每层电磁铁单独供电。

附图说明

图1为本实用新型磁流变液抛光装置的三维立体图；

图2为本实用新型磁流变液抛光装置的爆炸视图；

图3为磁流变液中铁磁性颗粒成链机理示意图；

图4磁场合成图；

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细说明。具体实施例仅是对本实用新型的进一步详细说明及解释，并不以此限定本实用新型专利要求保护范围。

本实用新型提供的磁流变装置(参见图1-2)，包括机架(底板1、左支架2、右支架4、支架6、上底座12、支柱14、下底座15)，抛光头、载液槽11和两组电磁铁组成，其特征在于：抛光头由电机5驱动的工件轴7、固定在工件轴下端的非导磁夹具9和置于夹具与工件轴之间的软磁板8构成，工件10位于非导磁夹具9下方；载液槽11位于抛光头下部，其中盛放磁流变液；有两组电磁铁组，下电磁铁组13位于载液槽下方，左电磁铁3位于载液槽11的左方，其分别由三层同心圆环电磁铁组成。

本实用新型是基于磁流变理论，如图3所示，磁流变液体在磁场的作用下，磁流变液中的铁磁性颗粒1在磁场方向上排列成链，且链的方向随着磁场方向2的改变而变化。

本实用新型的工作原理是：下电磁铁组13、左电磁铁组3通过对各层线圈通入不同的电流，其可产生沿半径方向梯度分布的磁场；每组电磁铁都可以产生较为连续的梯度磁场，即可以做到在沿半径方向上产生的磁场强度是一种近乎均匀的梯度磁场(可以沿半径方向越来越大，也可以原来越小)；两组电磁铁产生的磁场在磁流变抛光区域进行叠加，可产生倾斜的磁场，在图4中，可见，电磁铁组1与电磁铁组2的电流不同，产生的磁场就不同，叠加后的磁场就可以产生任意角度的磁场，磁流变液变产生任意角度的磁链，倾斜的角度不同，倾斜的磁链对工件表面所产生的压力也就不同，速度相同的情况下，根据λ＝kpv可知，其抛光去除率也就不同，要想做到均匀去除，必须做到pv是常数，要想控制pv是常数，本实用新型利用的是利用下电磁铁组13产生近乎均匀的梯度磁场，然后利用左电磁铁组3与下电磁铁组13配合可以产生倾斜的磁场来控制工件表面沿半径方向的压力，左电磁铁组3通入不同的电流，产生的磁场强度也不同，磁场越强，靠近抛光区域边缘区域(即靠近左电磁体组3 附近)磁链产生的倾斜角度越大，产生的压力也就越小，反之亦然，左电磁铁组3也是采用三层电磁铁组成，目的是产生可控的沿着半径方向变化的磁场，即利用两组同心电磁铁组产生倾斜磁场控制压力的变化，虽然工件的线速度沿半径方向越来越大，但是可以利用磁场控制压力沿半径方向逐渐变小，协调好两者的关系，即可以做到均匀去除。本实用新型正是利用此原理来进行对工件材料的均匀去除，本实用新型也可以进行加工非球面，只需根据非球面信息，调节不同位置的去除率，即可以加非球面。