本發明專利技術公開了一種恒壓式超聲波輔助磁流變拋光方法及裝置，本方法包括以下步驟：(1)將工件安裝在雙回轉工作臺上；(2)調整微小球磨頭和工件距離，使二者間形成間隙，通過控制系統設定安裝在微小球磨頭上方的電磁線圈鐵芯伸出處測力傳感器的閾值P1和P2；(3)啟動主軸帶動微小球磨頭旋轉，并同時啟動超聲波振動裝置，帶動微小球磨頭做超聲振動，在微小球磨頭和工件形成的間隙中通過輸出管道噴射磁流變液；(4)分別根據被加工工件的表面形狀，反復對工件進行拋光直至完成對工件的加工。本方法對工件表面能夠精確點去除。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及硬脆材料復雜型面高效精密加工
，具體涉及一種通過控制磁流變液的流量及電磁場強度，分階段實現復雜型面的智能式恒壓高效精密拋光方法。
技術介紹
在光學及相關科學技術迅速發展的今天，隨著以自由曲面、非球面等光學元器件為代表的硬脆材料復雜型面元件的應用越來越廣泛，對硬脆材料復雜型面超精密加工技術也提出越來越高的要求，制造的光學元器件除了被要求要具有較高的面型精度，極好的表面粗糙度以外，還需要盡量少的亞表面破壞層。磁流變拋光為拋光區域可控的柔性拋光，被認為是最適用于硬脆材料復雜型面，尤其是光學元器件的高效超精密加工方法之一。Rabinow J于1948年首先提出了磁流變液的概念。把微米級尺寸的磁性顆粒(羰基鐵粉等)分散于非磁性液體(礦物油、硅油、水等)中形成懸浮液，在零磁場的環境下，磁流變液的表觀粘度很小，具有良好的流動性能。但是在強磁場的作用下，其表觀粘度會在極短時間(毫秒級)內增加兩個數量級以上，并會呈現出類固體特性，而且這種變化是連續的、可逆的，即去掉磁場后磁流變液又在極短時間內恢復到原來的狀態。然而，從50年代到80年代期間，由于科學家們沒有認識到它的剪切應力的潛在性以及一直存在的懸浮性、腐蝕性等問題，磁流變液的發展非常緩慢。進人90年代，隨著制備技術的提高，磁流變液的研究得到廣泛的重視，成為當前智能材料研究領域一個備受關注的重要分支。美國精密光學制造協會倡議成立的位于美國羅切斯特大學的光學制造中心(COM)對磁流變拋光技術的發展起到了極大的促進作用。在Kordonsk1、Golini等人的努力下,建立了材料去除理論模型，并在非球面加工過程中利用磁流變拋光技術成功得到表面粗糙度小于Inm的表面。通過對磁流變拋光光學玻璃的去除率關系以及拋光區特性的研究，其商業化的公司QED生產出了磁流變拋光機床Q22系列，實現了磁流變拋光的商業化。近年來德國、白俄羅斯、日本等國家的相關學者也相繼開展了磁流變拋光方法的研究工作。但是現有的磁流變拋光方法由于加工過程中磁流變液的不穩定性(粘度、顆粒分布等)，造成了加工區域壓力不斷在發生變化，難以形成對材料去除率、工件表面質量的穩定控制。并且傳統磁流變拋光方法由于存在著加工過程中磨頭、工件運動軌跡單一以及磁流變液的回收等問題，無法真正的完成凹面拋光以及完全自由曲面的拋光。
技術實現思路
本專利技術的目的是在于克服已有技術的缺陷，提供一種能夠實現對硬脆材料復雜型面元器件的高效、高精度生產加工，對工件表面精確點去除的一種恒壓式超聲波輔助磁流變拋光方法及裝置。本專利技術的一種恒壓式超聲波輔助磁流變拋光方法，它包括以下步驟(I)將工件安裝在雙回轉工作臺上，由雙回轉工作臺帶動工件實現A、C軸回轉；(2)調整微小球磨頭和工件距離，使二者間形成間隙，通過控制系統設定安裝在微小球磨頭上方的電磁線圈鐵芯伸出處測力傳感器的閾值P1和P2，其中P1 < P2jP1和P2為加工過程中磁流變液對工件的作用力；(3)啟動主軸帶動微小球磨頭旋轉,并同時啟動超聲波振動裝置,帶動微小球磨頭做超聲振動，在微小球磨頭和工件形成的間隙中通過輸出管道噴射混入了磨料并經攪拌裝置攪拌均勻的磁流變液，接通電磁線圈開關以在微小球磨頭和工件最小間隙處形成最強磁場，根據測力傳感器的實時測量結果，控制系統向Z軸驅動裝置的動力源輸出進給量控制信號，調整微小球磨頭沿Z軸移動距離，直到使測力傳感器的測量結果滿足P^Pa2 ;在所述的磁流變液流出加工區域處設置回收管道，利用回收管道上的回收泵產生的負壓作用，將從加工區域流出的磁流變液回收到磁流變容器中，經攪拌后重新通過輸出泵經輸出管道輸出到加工區域循環利用；(4)分別根據被加工工件的表面形狀，控制系統向X、Y、Z軸驅動裝置的動力源輸出進給量控制信號從而控制微小球磨頭沿X、Y、Z軸方向進給，控制系統向A、C軸驅動裝置的動力源輸出旋轉角度控制信號從而控制工件沿A、C軸轉動，實現微小球磨頭沿X、Y、Z軸方向進給以及工件沿A、C軸轉動的聯動控制以對工件進行拋光，反復對工件進行拋光直至完成對工件的加工，在對工件進行加工的同時根據測力傳感器的實時測量結果，通過控制系統控制主軸帶動微小球磨頭進給調整微小球磨頭和工件間的最小間隙，或者控制輸出泵的輸出量，或者調整電磁線圈的電流強度，來調節加工區域內磁流變液對工件的作用力值，使其在加工過程中始終滿足Pi〈P < P2的要求，以保證加工過程中加工區域內磁流變液對工件的作用力值的穩定，從而實現對工件表面均勻穩定的材料去除。本專利技術的一種恒壓式超聲波輔助磁流變拋光裝置，它包括微小球磨頭，所述的微小球磨頭安裝在電磁線圈的鐵芯伸出的端部，所述的電磁線圈的另一端和超聲波振動裝置的變幅桿一端聯結在一起，所述變幅桿的另一端聯結在超聲波發生器上，所述的超聲波發生器安裝在豎直設置的主軸上，所述的主軸與主軸動力源相連，在電磁線圈和主軸連接的部位設置有電磁絕緣板，所述 的主軸與能夠實現X、Y、Z軸方向驅動的X、Y、Z軸驅動裝置相連并且所述的主軸能夠在X、Y、Z軸驅動裝置的驅動下與沿X、Y、Z軸方向設置的導軌滑動配合，所述的沿Y軸設置的導軌安裝在基座的頂部，在所述的基座上連接有與A、c軸驅動裝置相連的雙回轉工作臺，所述的雙回轉工作臺能夠在A、C軸驅動裝置的驅動下沿A、C軸旋轉，所述的雙回轉工作臺安裝在微小球磨頭的下方，微小球磨頭上方的電磁線圈鐵芯伸出處安裝有測力傳感器，一個磁流變容器安裝在基座上，在所述的磁流變容器上安裝有攪拌機，其上安裝有回收泵的回收管道一端設置在微小球磨頭和工件形成的間隙中并且其另一端與磁流變容器的進口相連，其上安裝有輸出泵的輸出管道一端設置在與回收管道的一端相對設置的微小球磨頭和工件形成的間隙中并且其另一端與所述的磁流變容器的出口相連，一臺控制系統分別與攪拌機電機、X、Y、Z軸驅動裝置的動力源、A、C軸驅動裝置的動力源、回收泵的電機、輸出泵的電機、主軸的動力源、電磁線圈以及測力傳感器相連，所述的控制系統用于讀取測力傳感器輸出的作用力信號并根據所述的作用力信號向攪拌機電機、X、Y、Z軸驅動裝置的動力源、A、C軸驅動裝置的動力源、回收泵的電機、輸出泵的電機、主軸的動力源以及電磁線圈輸出控制信號。本專利技術的優點本專利技術將高頻超聲波振動應用于磁流變拋光過程，并根據在線檢測的作用力自動實現對加工區域的壓力進行調整，結合五軸聯動控制實現智能恒壓式超聲輔助磁流變拋光，解決現有磁流變拋光方法在加工過程中，由于磁流變液的粘度、顆粒分布的不均勻變化造成的加工區域壓力不穩定，無法形成對材料去除率、工件表面質量的穩定控制，難以形成超光滑表面以及超精密復雜面型，以及磨頭、工件運動軌跡單一導致的無法真正的完成凹面拋光以及完全自由曲面的拋光等問題。本專利技術的有益效果具體有以下幾個方面(I)本專利技術將微小球磨頭安裝在電磁線圈上，電磁線圈安裝在超聲波振動裝置的變幅桿上，當磁流變液進入微小球磨頭和工件表面間形成的間隙中時，一方面在電磁場的作用下能夠在最小間隙處實現最強粘度和剪切屈服強度，因此能夠實現對工件表面的精確點去除方式，實現更精密面型精度的加工。另一方面在超聲波作用下能夠使加工區域的磁流變液的成分及磨料分布更加均勻，實現對工件表面的均勻去除；(2)本專利技術通過在加工過程中在本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種恒壓式超聲波輔助磁流變拋光方法，其特征在于它包括以下步驟：(1)將工件安裝在雙回轉工作臺上，由雙回轉工作臺帶動工件實現A、C軸回轉；(2)調整微小球磨頭和工件距離，使二者間形成間隙，通過控制系統設定安裝在微小球磨頭上方的電磁線圈鐵芯伸出處測力傳感器的閾值P1和P2，其中P1＜P2，P1和P2為加工過程中磁流變液對工件的作用力；(3)啟動主軸帶動微小球磨頭旋轉，并同時啟動超聲波振動裝置，帶動微小球磨頭做超聲振動，在微小球磨頭和工件形成的間隙中通過輸出管道噴射混入了磨料并經攪拌裝置攪拌均勻的磁流變液，接通電磁線圈開關以在微小球磨頭和工件最小間隙處形成最強磁場，根據測力傳感器的實時測量結果，控制系統向Z軸驅動裝置的動力源輸出進給量控制信號，調整微小球磨頭沿Z軸移動距離，直到使測力傳感器的測量結果P滿足P1從而控制微小球磨頭沿X、Y、Z軸方向進給，控制系統向A、C軸驅動裝置的動力源輸出旋轉角度控制信號從而控制工件沿A、C軸轉動，實現微小球磨頭沿X、Y、Z軸方向進給以及工件沿A、C軸轉動的聯動控制以對工件進行拋光，反復對工件進行拋光直至完成對工件的加工，在對工件進行加工的同時根據測力傳感器的實時測量結果，通過控制系統控制主軸帶動微小球磨頭進給調整微小球磨頭和工件間的最小間隙，或者控制輸出泵的輸出量，或者調整電磁線圈的電流強度，來調節加工區域內磁流變液對工件的作用力值，使其在加工過程中始終滿足P1...
【技術特征摘要】
1.一種恒壓式超聲波輔助磁流變拋光方法，其特征在于它包括以下步驟(1)將工件安裝在雙回轉工作臺上，由雙回轉工作臺帶動工件實現A、C軸回轉；(2)調整微小球磨頭和工件距離，使二者間形成間隙，通過控制系統設定安裝在微小球磨頭上方的電磁線圈鐵芯伸出處測力傳感器的閾值P1和P2，其中P1 < P2jP1和P2為加工過程中磁流變液對工件的作用力；(3)啟動主軸帶動微小球磨頭旋轉,并同時啟動超聲波振動裝置,帶動微小球磨頭做超聲振動，在微小球磨頭和工件形成的間隙中通過輸出管道噴射混入了磨料并經攪拌裝置攪拌均勻的磁流變液，接通電磁線圈開關以在微小球磨頭和工件最小間隙處形成最強磁場，根據測力傳感器的實時測量結果，控制系統向Z軸驅動裝置的動力源輸出進給量控制信號，調整微小球磨頭沿Z軸移動距離，直到使測力傳感器的測量結果P滿足P^Pa2 ;在所述的磁流變液流出加工區域處設置回收管道，利用回收管道上的回收泵產生的負壓作用，將從加工區域流出的磁流變液回收到磁流變容器中，經攪拌后重新通過輸出泵經輸出管道輸出到加工區域循環利用；(4)分別根據被加工工件的表面形狀，控制系統向X、Y、Z軸驅動裝置的動力源輸出進給量控制信號從而控制微小球磨頭沿X、Y、Z軸方向進給，控制系統向A、C軸驅動裝置的動力源輸出旋轉角度控制信號從而控制工件沿A、C軸轉動，實現微小球磨頭沿X、Y、Z軸方向進給以及工件沿A、C軸轉動的聯動控制以對工件進行拋光，反復對工件進行拋光直至完成對工件的加工，在對工件進行加工的同時根據測力傳感器的實時測量結果，通過控制系統控制主軸帶動微小球磨頭進給調整微小球磨頭和工件間的最小間隙，或者控制輸出泵的輸出量，或者調整電磁線圈的電流強度，來調節加工區域內磁流變液對工件的作用力值，使其在加工過程中始終滿Sp^pcp2的要求，以保證加工過程中加工區域內磁流變液對工件的作用力值的穩定，從而實現對工件表面均勻穩定的材料去除。2.根據權利要求1所述的一種恒壓式超聲波輔...
【專利技術屬性】
技術研發人員：仇中軍，高山，鄒大程，房豐洲，
申請(專利權)人：天津大學，
類型：發明
國別省市：
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