[发明专利]超声波磁粒复合研磨方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及机械加工领域，具体涉及通过超声波磁粒复合研磨对机械零件表面进行研磨抛光的方法及为实现该方法所发明的一种装置。

背景技术

随着人们对美学效果的不断追求，越来越多的制品采用复杂的自由曲面造型，且型面精度要求越来越高，但是由于高档次高精度设备如高速铣等成本高、投入大而难以大量普及，零件型面机加工结束后，留给最后手工研磨抛光的工作量非常大，这导致了制品生产周期长，生产效率低，型面精度更得不到可靠保证；对于汽车零件如覆盖件、车灯等自由曲面型面，这方面的矛盾尤为突出。如何提高自由曲面加工精度，降低手工打光工作量是国内外机械行业尤其是模具行业期盼解决的问题。

对模具自由曲面的自动研磨加工一直是国际上工业发达国家致力研究的课题，美国、德国、法国、日本早在上世纪80年代就投入了大量人力、物力和财力进行模具自由曲面自动化研磨系统的研究，并相继开发出了模具自动研磨专用机床。研磨工艺方法也从机械研磨发展到电化学研磨、激光研磨、超声波振动研磨、磁粒研磨等多种特种研磨，并从手工研磨向数控研磨、机器人研磨发展。

申请号为200410044076.0的中国发明专利，涉及超声波磁流变复合抛光方法及装置。该发明创造主要用于小型自由曲面光学元件的超精密加工，该发明方案是利用通入循环流动的混有磨料的磁流变液，施加一定的磁场，使磁流变液在工具头部位成为有一定材料去除能力的柔性抛光工具，同时施加超声波振动来实现抛光去除作用。该方案具有设备紧凑、操作方便、加工精度高等优点。但该方案与本专利所适合的加工领域不同，磁流变液适合超精密加工和光学加工技术领域，其目标粗糙度值可达Ra0.7nm，切削力极小，而模具型面及大多数机械零件经数控设备加工后的粗糙度值一般为Ra1.6μm左右，目标粗糙度Ra0.1μm左右，同时，磁流变液还具有易沉积的缺点，显然专利号为200410044076.0的发明不适合大量应用于模具及大多数机械加工领域。

磁粒研磨就是磁性磨料在磁场作用下被吸附在磁极上形成具有一定刚度的“柔性磨料刷”，通过磨料刷与工件的相对运动实现对工件表面研磨加工的一种新型加工方法。由于磁性磨刷可以随被加工表面形状的变化而变化，因而特别适合复杂曲面的数控研磨加工；但目前由于研磨过程中，磨粒翻转自锐作用不明显等原因导致实际研磨效率偏低，严重影响了该技术的应用推广。

本发明所要解决的问题就是克服实际磁粒研磨过程中研磨效率偏低的问题。

发明内容

本发明所解决的第一个技术问题是提供一种简单高效、方便实用、可用于各种工件自由表面研磨、抛光的超声波振动磁粒复合研磨方法。

本发明所解决的第二个技术问题是提供一种简单高效、方便实用、可用于各种工件自由表面研磨、抛光的超声波振动磁粒复合研磨装置。

本发明所解决的第一个技术问题的技术方案，其工作原理和过程如下所述：1、将超声波磁粒复合研磨头组件直接与数控加工机床转动主轴连接。研磨头组件中包括复合研磨杆、超声波换能器装置等零件，复合研磨杆外空套固定在固定支架上的电磁线圈；2、将工件固定在数控加工机床的工作台面上，在工件加工区域中加入适量磁性磨料，开启研磨液；3、启动电磁线圈供电电源，通过电磁线圈使复合研磨杆工作端部励磁吸引磁性磨料形成柔性的磨刷。根据工件加工的实际需要，研磨系统的控制软件通过控制励磁电流，从而控制复合研磨杆端部的磁场强弱，进而控制柔性磨刷的刚度；4、启动超声波发生器发出超声波信号，经超声波换能器将超声波振动传至研磨杆、磨刷，促使加工区域中的磁性磨料翻转自锐，提高磁性磨料的使用效率和研磨效率；同时超声波振动在研磨液中的空化、聚爆等效应又使曲面的研磨质量和效率得到进一步提高。5、利用数控加工机床的数控加工代码控制研磨杆沿自由曲面的运动轨迹，实现自由曲面的数字化高精度研磨。在整个研磨过程中，超声波振动磁粒复合研磨自由曲面，集成了超声波振动研磨和磁力研磨的相关特性。

所述超声波振动的振动频率≥16kHz，作为优选方式振动频率16kHz到40kHz之间。

作为优选方式，所述研磨杆头组件的旋转速度≤10000转/分。

作为优选方式，所述研磨杆头端部的磁感应强度≥0.6特斯拉。