[发明专利]一种集群磁流变高效抛光加工高精度球的装置及抛光方法

权利要求书

1.一种集群磁流变高效抛光加工高精度球的装置，其特征在于：包括集群磁极偏心自转机构、上抛光盘公转机构和压力调节机构；所述集群磁极偏心自转机构包括有底板(1)，所述底板(1)上设有大齿轮轴电机(38)，所述大齿轮轴电机(38)的输出轴连接有大齿轮轴(42)，所述大齿轮轴(42)的上端连接大齿轮(27)，所述大齿轮(27)与若干小齿轮轴(13)上的齿轮啮合，所述小齿轮轴(13)上设有偏心距调节环(14)，所述偏心距调节环(14)设有永磁体(15)；所述下抛光盘公转机构包括设置在所述底板(1)上的空心轴电机(4)，所述空心轴电机(4)的输出轴连接皮带轮(6)，所述皮带轮(6)通过同步带(7)与空心轴(33)连接，所述空心轴(33)的上端连接有小齿轮轴安装板(10)，所述小齿轮轴安装板(10)的上设有支撑环(28)，所述支撑环(28)上端连接有下抛光盘(16)，所述下抛光盘(16)上加工有若干V型槽(18)；所述下抛光盘(16)上方设有上抛光盘(19)，所述上抛光盘(19)连接有压力调节机构。

2.根据权利要求1所述的一种集群磁流变高效抛光加工高精度球的装置，其特征在于：所述压力调节机构包括上压板(20)、配重块(21)、连接法兰(22)、导向长键(23)、弹簧(24)、限位块(25)；所述上压板(20)通过螺栓与所述上抛光盘(19)连接，所述上压板(20)顶部设有导向长键(23)，连接法兰(22)上开有对应键槽；在连接法兰(22)和上压板(20)的连接处安装弹簧(24)，便于配重减轻时连接法兰(22)和上压板(20)及时复位。

3.根据权利要求1所述的一种集群磁流变高效抛光加工高精度球的装置，其特征在于：所述集群磁极偏心自转机构还包括若干偏心距调节环(14)、大齿轮轴(42)、大齿轮轴皮带轮(40)；所述小齿轮轴(13)安装在小齿轮轴安装板(10)上，在每个小齿轮轴(13)的上端偏心安装有偏心距调节环(14)，所述偏心距调节环(14)内部套有永磁体(15)，通过齿轮的相互啮合，所述小齿轮轴(13)和永磁体(21)围绕小齿轮轴(13)轴线做自转运动同时围绕大齿轮轴(42)轴线作公转运动。

4.根据权利要求1所述的一种集群磁流变高效抛光加工高精度球的装置，其特征在于：所述空心轴电机(4)的输出轴还连接有键(5)。

5.根据权利要求1所述的一种集群磁流变高效抛光加工高精度球的装置，其特征在于：所述小齿轮(13)外围设有小齿轮轴轴承(8)、小齿轮轴套筒(9)，所述小齿轮轴轴承(8)上端设有小齿轮轴轴承端盖(11)。

6.根据权利要求1所述的一种集群磁流变高效抛光加工高精度球的装置，其特征在于：所述空心轴(33)的内部安装有大齿轮轴(42)、大齿轮轴轴承(37)和大齿轮轴套筒(36)，所述空心轴(33)的外围套设有空心轴轴套(34)和大弹簧垫圈(35)；所述大齿轮轴(42)的下端和上端分别设有小圆螺母(43)和大圆螺母(26)，所述大齿轮轴(42)还通过长键(41)连接空心轴皮带轮(40)，所述大齿轮轴(42)的外围还设有大齿轮轴套筒(36)和大齿轮轴轴承(37)；所述大齿轮轴轴承(37)上端设有大齿轮轴承端盖(29)。

7.根据权利要求1所述的一种集群磁流变高效抛光加工高精度球的装置，其特征在于：压力调节机构通过连接法兰(22)连接在数控铣床的主轴上。

8.根据权利要求1所述的一种集群磁流变高效抛光加工高精度球的装置，其特征在于：所述底板(1)通过螺钉(2)连接有底座(2)，所述底座(2)上端设有推力球轴承座(31)，所述推力球轴承座(31)上设有推力球轴承(30)。

9.根据权利要求1所述的一种集群磁流变高效抛光加工高精度球的抛光方法，特征在于：包括如下步骤：

1)根据被加工陶瓷球的特点，选择合适直径和磁场强度的永磁体(15)安装于下抛光盘公转机构中小齿轮轴(13)的上方的偏心距调节环内，根据需求调整偏心距调整环(14)的角度，使各磁铁的转动偏心距一致；

2)将下抛光盘公转机构通过螺母固定在数控铣床的移动工作台上，上抛光盘(19)及压力调节装置通过上端的法兰盘与数控铣床的主轴连接。

3)调整数控铣床主轴的转速和Z轴的位置，调节上抛光盘(19)的转速及上下抛光盘(16)的相对位置，使得上抛光盘(19)位于下抛光盘(16)V型槽的正上方，上下抛光盘的磁极相对，调节上抛光盘(19)的下表面与陶瓷球(17)之间的间隙为0.3mm-5mm；

4)在去离子水中加入浓度为3％～10％的纳米级磨料、浓度为2％～15％的亚微米级羰基铁粉、浓度为3％～10％的分散剂和浓度为1％～6％的防锈剂，充分搅拌后通过超声波震动5～30分钟，形成磁流变液(18)；

5)将待加工的陶瓷球放入到下抛光盘的V形槽内，抛光盘里面注入磁流变液(18)，待其稳定后形成若个大小相同的柔性抛光垫；若形成的柔性抛光垫大小和高度有较大差异，可以用玻璃棒或者用低转速转动偏心磁极使之均匀；

6)操作数控机床，将上抛光盘(19)下降到即将接触到陶瓷球(17)的位置，在上抛光盘(19)加入适当的配重，使得上抛光盘(19)压紧于陶瓷球(17)的上表面；操作数控铣床，使得上抛光盘(19)转速为ω₁；启动空心轴电机，使得抛光盘(16)以与上抛光盘(19)相反的方向旋转，转速为ω₂；启动大齿轮轴电机(38)，使集群磁极同步偏心自转机构中的永磁体(15)做偏心自转，转速为ω₂的磁流变液(18)在磁场作用下一起作偏心摆动，这样可以使磨粒在柔性抛光垫内均匀分布，同时还可以使得被压平的柔性抛光垫在极短的时间内恢复形貌；

7)陶瓷球在上下抛光盘的共同作用下，在V形槽内自转并公转，由于陶瓷球被V形槽内的柔性抛光垫包覆，均布于柔性抛光垫中的金刚石磨粒将对陶瓷球的表面进行高效率超光滑均匀研磨抛光加工,最终获得高精度、超光滑的陶瓷球。