[发明专利]一种基于电磁流变效应的球形微磨具在线柔性修整方法

说明书

本发明提供了一种基于电磁流变效应的球形微磨具在线柔性修整方法，该方法利用球形微磨具与微小曲面零件表面曲率不同，在待修正球形微磨具和曲面零件表面形成梯度压力间隙，通过控制电磁流变磨削液中电磁流变纳米颗粒的分布以及运动状态，并在微小曲面零件表面压力的协同作用下，实现球形微磨具的在线修整，同时，实现微小曲面零件表面预处理。本发明通过对球形微磨具的在线修整/修锐，不仅能够解决在微小曲面零件加工前，由于球形微磨具与微小曲面零件接触面积小而导致的微磨具损耗严重和加工表面质量差的问题，而且能够避免微磨具由于钝化需要离线修整而导致的重复安装误差，此外，每次修整只需使用少量磨削液，节能环保。

技术领域

本发明属于磨削加工中的微细磨具修整技术领域，具体涉及一种基于电磁流变效应的球形微磨具在线柔性修整方法。

背景技术

微细磨削技术具有精度好、成本低、柔性强等优势，能够实现微小复杂形状/结构零件的加工。但是应用于微细磨削加工的微磨具尺寸较小(1mm)，制造十分困难，尤其是在微磨具的制造过程中，很难保证磨粒的分布均匀性和出刃高度，且微刀具磨损后难以精确修型。此外，用于微小曲面零件加工的球形微磨具与微小曲面零件表面曲率存在差异，使得球形微磨具与微小曲面零件表面往往为点接触。在加工初期，球形微磨具往往只有少量磨粒参与实际切削加工，从而加剧了磨粒的损耗，甚至会破坏微小曲面零件表面完整性。因此，在微小曲面加工之前进行微磨具的修型/修锐十分重要。

国内外研究人员发现电磁流变液作为一种新型的智能材料，能够在电磁场的作用下发生流变效应，从而实现硬脆材料的高效抛光和微量去除，电磁流变液作为一种可控液体，不受加工区域、尺寸的限制，因此，电磁流变液常作为抛光介质对微小曲面零件进行局部微抛光和微细加工，以提高微小光学元件的面形精度和微器件的三维结构加工质量，但以流变液直接作为工具进行加工，一方面难以对流变液进行量化控制，只能进行表面抛光等定性加工，另一方面，流变液需要不断更换，以保持有效磨粒的数量，电磁流变液消耗巨大。

公告号为CN205438026U的一种自修整磁流变柔性抛光砂轮，公开了一种利用磁流变效应实现在加工过程中砂轮快磨料自动更新和砂轮快形状实时修复的技术，但其所使用砂轮为普通砂轮，砂轮和磨粒的尺寸较大，且由于磁流变液的黏变特性，无法精确控制其中的磁性磨粒的分布和运动特征，需要通过使磁极旋转的方式来改变磁极磁力线变化从而实现砂轮的修锐，其不适用于尺寸微小的微磨具的在线修整。

发明内容

本发明为解决由于球头微磨具与微小曲面零件接触面较小而导致的磨具损耗较快等难题。围绕微磨具的修整/修锐问题，提出一种经济高效，节能环保，且适用于球头微磨具的在线柔性修整方法，该方法不仅可以根据微小曲面零件曲率实现球形微磨具的在线修型/修锐，同时，可以对零件表面进行优化处理。

为解决上述技术问题，本发明采取如下技术方案：一种基于电磁流变效应的球形微磨具在线柔性修整方法，其特征在于：该在线柔性修整方法通过以下方式实现：

依据待修整球形微磨具尺寸、磨粒粒度及微小曲面零件曲面曲率，确定所需磨削液的磨粒构成成分及比例，电磁场施加方式及大小、修整时间；将电磁流变磨削液装入磨削液储存器，磨削液储存器与水泵、流量控制阀通过管路连接，液体流量通过流量控制阀控制调节，以实现定量、定速输出，电磁流变磨削液通过水泵经喷嘴流入到球形微磨具与微小曲面零件之间的区域；

微小曲面零件安装在中心，水平磁场辅助装置由4个弧形磁极组成，所述4个弧形磁极通过接头连接变频控制单元，依靠变频控制单元的4通道独立控制，以产生不同方向、大小和作用频率的水平磁场。

在4个弧形磁极所产生的具有一定作用频率的水平磁场作用下，电磁流变磨削液中的电磁流变纳米颗粒水平铺开并环绕微磨具中心作旋转运动；

在主轴线圈产生的垂直磁场与电源输出电流产生的垂直电场的协同作用下，电磁流变磨削液发生粘变固化其他微细磨粒被束缚在这些链状结构之间，由于球形微磨具端部电磁场强度最大，会形成较大电磁场梯度，电磁力线以球形微磨具端部为中心形成放射状分布。