[发明专利]一种柔性抛光工具、抛光方法及其抛光磁囊的制造方法

权利要求书

1.一种柔性抛光工具，其特征在于，包括：

基座(8)，其适于固接于抛光设备的加工主轴；

抛光磁囊(4)，其固接于所述基座(8)；所述抛光磁囊(4)由磁流变弹性体制成，其设有厚度不均匀的壳体(9)和由所述壳体(9)围合形成的内腔，所述内腔内填充有气体或微纳米径的无磁性粉末，从而支撑所述壳体(9)并使内腔内的压力恒定以供抛光；

电磁铁(7)，其固接于所述基座(8)，其适于连接于外部数控设备以在所述壳体(9)的体积范围内产生线性可调的匀强磁场。

2.如权利要求1所述的一种柔性抛光工具，其特征在于，所述壳体(9)的外表面为带有缺口的球面，所述球面对应的内表面为波纹面，所述匀强磁场的磁场方向垂直于所述缺口所在的平面。

3.如权利要求1所述的一种柔性抛光工具，其特征在于，所述壳体(9)的外表面与内表面均为带有缺口的球面且球心不重合，所述匀强磁场的磁场方向垂直于所述缺口所在的平面。

4.如权利要求1-3任一项所述的一种柔性抛光工具，其特征在于，还包括抛光垫(1)，所述抛光垫(1)贴设于所述壳体(9)的外表面。

5.如权利要求1所述的一种柔性抛光工具，其特征在于，所述磁流变弹性体由硅胶混合磁性粉末制成，其中硅胶与磁性粉末的比例为6：4。

6.一种基于权利要求1-5任一项所述的柔性抛光工具的抛光方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：将柔性抛光工具安装在抛光设备的加工主轴上；

S2:抛光设备的加工主轴带动所述抛光磁囊(4)高速旋转，按照设定的抛光角度和由直线路径构成的简易路径对待抛工件进行抛光，在抛光的过程中，通过调控磁场强度控制抛光磁囊(4)的弹性模量，继而调控抛光磁囊(4)与待抛工件接触区域的压力。

7.如权利要求6所述的一种抛光方法，其特征在于，所述简易路径中，相邻的直线路径下，抛光角度不同。

8.一种制造如权利要求1-5任一项所述的柔性抛光工具的抛光磁囊的方法，其特征在于，包括如下步骤：

确定待抛工件的加工区域后，将壁厚均匀且气压恒定的气囊抛光工具安装至抛光设备的加工主轴，抛光设备的加工主轴带动气囊抛光工具按照设定的抛光角度和由直线路径构成的简易路径对待抛工件进行抛光，获得各个直线路径下的气囊抛光工具与待抛工件之间的当前压力分布曲线；

根据抛光设备的性能，设计各个直线路径下，抛光磁囊(4)壳体(9)与待抛工件之间的目标压力分布曲线，通过计算得到抛光磁囊(4)壳体(9)的临时壁厚函数；

根据临时壁厚函数，设定抛光磁囊(4)内腔的临时内腔填充压力和抛光磁囊(4)的体积磁化率后，进行有限元仿真模拟，对临时壁厚函数和临时内腔填充压力进行微调使模拟结果符合目标压力分布曲线，得到最终壁厚函数和最终内腔填充压力；所述抛光磁囊(4)的体积磁化率为所述磁流变弹性体的体积磁化率；

根据最终壁厚函数和最终内腔填充压力，采用磁流变弹性体制造抛光磁囊(4)。

9.如权利要求8所述的一种制造如权利要求1-5任一项所述的柔性抛光工具的抛光磁囊的方法，其特征在于，所述简易路径中，相邻的直线路径下，抛光角度和设计的目标压力分布曲线不同。

10.如权利要求8所述的一种制造如权利要求1-5任一项所述的柔性抛光工具的抛光磁囊的方法，其特征在于，通过计算得到抛光磁囊(4)壳体(9)的临时壁厚函数包括如下步骤：

R为抛光磁囊(4)壳体(9)的半径，设定其圆心位于(0，R)，则有圆方程：

(x-0)²+(z-R)²＝R²

根据受力平衡，则有：

其中，为任一直线路径下对应的抛光角度，F_当(x)为该直线路径下的当前压力分布曲线，F_目(x)为该直线路径下的目标压力分布曲线，F_磁(x)为该直线路径下在设定的磁场下抛光磁囊(4)壳体(9)受到的磁力曲线；

根据磁性粉末颗粒的体积公式，则有：

其中，r为抛光磁囊(4)中磁性粉末颗粒的半径，V为抛光磁囊(4)中磁性粉末颗粒的体积；

根据磁场中的受力，则有：

F_单磁(x)＝μ*k*V*H*gradH

其中，F_单磁(x)为抛光磁囊(4)中单个磁性粉末颗粒在设定的磁场强度下受到的磁力，μ为真空导磁率，k为磁性粉末颗粒的体积磁化率，l为磁场方向，H为设定的磁场强度，gradH为磁场梯度；

假设磁性粉末颗粒在抛光磁囊(4)中紧密排列，则其为体心立方排列，则有：

F_磁(x)＝F_单磁(x)*0.68*D(x)/1

其中，D(x)为抛光磁囊(4)壳体(9)沿z轴方向的厚度，0.68为体心立方晶胞的致密度，1表示单位长度，联立上式可得：

其中：

根据前述圆方程可得：

则抛光磁囊(4)壳体(9)内表面任一点的坐标可表示为：

则根据勾股定理，该点到圆心的距离为：

则可得抛光磁囊(4)壳体(9)的临时壁厚函数L_临(x)：

。