CN112157485A - 三维驱动下的球工具磁流变研抛装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种三维驱动下的球工具磁流变研抛装置，包括机架、磁流变液循环供给机构和可旋转的球形工具，所述磁流变液循环供给机构可旋转地置于机架上，所述球形工具置于所述机架下方，所述球形工具包括刚性的球壳体和置于所述球壳体内的弧形磁极，所述弧形磁极保持于旋转中的球壳体的底部；所述磁流变液循环供给机构包括输出通路和回收通路，所述输出通路和所述回收通路延伸至靠近所述球壳体并且分布在所述弧形磁极的两端，利用磁流变液在磁场作用下的流变特性对磨料进行约束和控制,利用磁性抛光球(球形工具)和磁流变液循环供给装置实现了对工件的非接触式研抛，提高了装置的刚度和稳定性，能够获得更高的加工精度。

Description

三维驱动下的球工具磁流变研抛装置

技术领域

本发明涉及研磨与抛光加工技术领域，尤其是一种三维驱动下的球工具磁流变研抛装置。

背景技术

在精密研磨与抛光加工中，加工痕迹是研究的重点方向之一，如何形成无规则、平整、均一的理想加工痕迹是目前的研究难点。球体作为一种三维对称体，表面处处相同，相较于传统的圆形端面加工工具，三自由度自由旋转的球体工具不会形成规则的加工痕迹。

公开号CN108637874B公开了一种三自由度球体自转式研抛装置，该装置采用实心橡胶球和抛光垫进行接触式研抛。由于在接触式研抛中抛光工具需要一定的柔性来保证工件表面的加工精度，但刚度的降低导致了这种方案的研抛稳定性较差。因此，如何在加强装置整体刚度的条件下，保持较高的加工精度，是需要解决的问题。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提出了一种三维驱动下的球工具磁流变研抛装置，解决了在保证球形工具刚度的前提下提高研抛时加工精度且无规则的加工痕迹和亚表面无损伤的技术问题。

三维驱动下的球工具磁流变研抛装置，包括机架、磁流变液循环供给机构和可旋转的球形工具，所述磁流变液循环供给机构可旋转地置于机架上，所述球形工具置于所述机架下方，所述球形工具包括刚性的球壳体和置于所述球壳体内的弧形磁极，所述弧形磁极保持于旋转中的球壳体的底部；所述磁流变液循环供给机构包括输出通路和回收通路，所述输出通路和所述回收通路延伸至靠近所述球壳体并且分布在所述弧形磁极的两端。通过弧形磁极的加入将球形工具变为磁性球形工具，再加入磁流变液循环供给机构，实现对工件的非接触式研抛。

进一步的，所述磁流变液循环供给机构包括旋转台、磁流变液容器、离心泵、蠕动泵和导管，所述旋转台旋转地设置在机架上，所述磁流变液容器设置于所述旋转台上，所述离心泵和所述蠕动泵设置于所述磁流变液容器的两侧以输出和回收磁流变液，所述离心泵和所述蠕动泵均连接一根导管以形成磁流变液的输出通路和回收通路，所述导管从所述机架两侧向下延伸设置至靠近所述球壳体。离心泵和蠕动泵的设置提供了供液的基础，再利用磁流变液在磁场作用下的流变特性对磨料进行约束和控制，并且能在非接触的情况下完成加工并保证高的表面质量。

进一步的，所述球形工具还包括旋转轴、旋转关节和连接杆，所述旋转轴经过所述球壳体的球心并且与所述球壳体上两处可旋转地连接，所述旋转关节包括套设于所述旋转轴中部的关节一部、与所述关节一部旋转连接的关节二部，所述连接杆一端与所述关节二部连接，一端与所述弧形磁极连接。旋转轴沿球心设置并且在球壳体内转动，配合旋转关节以满足弧形磁极不受球壳绕旋转轴转动的影响。

进一步的，所述旋转轴在球壳体内倾斜设置并且伸出所述球壳体，且所述旋转轴与竖直方向之间的夹角为锐角。即保持旋转轴和竖直方向维持一定的角度，以确保在加工过程中不会因为旋转轴角度改变和摩擦齿盘或者保持架产生干涉。

进一步的，所述球形工具还包括限位机构，所述限位机构套设于所述旋转轴的一侧，并且与所述弧形磁极连接，以限制所述弧形磁极与所述旋转轴之间的角度范围。

进一步的，所述限位机构包括连杆、导轨、导轨架和连接块，所述导轨架套设于所述旋转轴的一侧，所述导轨架中设置导轨，并且所述导轨与所述旋转轴平行，所述连接块套设于所述导轨与所述旋转轴上，并且可沿所述导轨与所述旋转轴滑动，所述连杆一端可旋转地连接所述连接块，一端可旋转地连接所述弧形磁极。更进一步的保持弧形磁极位于球壳体的底部，并且不随球壳体的转动而产生运动。

进一步的，还包括球形工具旋转机构，所述球形工具旋转机构包括保持架和定位球，所述保持架悬挂于所述机架的下方，所述保持架具有一环形部，所述定位球分布在所述环形部上以定位所述球形工具。对球形工具起定位支撑作用，防止其掉落。

进一步的，所述球形工具旋转机构还包括三个在所述机架下方周向分布的电机和安装在电机上的摩擦齿盘，三个电机的轴线两两垂直，所述摩擦齿盘驱动所述球形工具旋转。摩擦齿盘与定位球配合夹紧所述球形工具，并且在这样的几何位置关系下，每个电机所造成的球形工具的自转运动互相垂直，对应空间中立体的三个旋转自由度，实现球形工具的360°自由旋转。

进一步的，所述摩擦齿盘驱动所述球壳体围绕所述旋转轴转动的同时驱动所述球壳体围绕经过球心竖直中线旋转，旋转的复合形成不规则的研抛轨迹。

进一步的，所述弧形磁极的重量满足弧形磁极通过自重保持位置在旋转地球壳体的底部。

本申请利用磁流变液在磁场作用下的流变特性对磨料进行约束和控制, 利用磁性抛光球(球形工具)和磁流变液循环供给装置实现了对工件的非接触式研抛，提高了装置的刚度和稳定性，能够获得更高的加工精度。

附图说明

包括附图以提供对实施例的进一步理解并且附图被并入本说明书中并且构成本说明书的一部分。附图图示了实施例并且与描述一起用于解释本发明的原理。将容易认识到其它实施例和实施例的很多预期优点，因为通过引用以下详细描述，它们变得被更好地理解。通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1是根据发明的一个实施例的结构示意图；

图2是根据发明的一个具体的实施例的球形工具的局部结构示意图；

图3是根据发明的一个具体的实施例的位置调节机构一实施例结构示意图；

图4是是根据发明的一个具体的实施例的位置调节机构另一实施例结构示意图。

图5是根据发明的一个具体的实施例的磁流变液供给回收示意图。

图中标号：

1-机架；2-电机；3-摩擦齿盘；4-保持架；5-定位球；6-球形工具；7- 旋转台；8-磁流变液容器；9-离心泵；10-蠕动泵；11-上球壳；12-下球壳； 13-旋转轴；14-旋转关节；15-弧形磁极；16-导管；17-螺母；18-导轨；19- 连杆；20-导轨架。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，本发明一种三维驱动下的球工具磁流变研抛装置的结构图。具体的，一种三维驱动下的球工具磁流变研抛装置，包括机架1、磁流变液循环供给机构、可旋转的球形工具6和球形工具旋转机构，其中，磁流变液循环供给机构包括旋转台7、磁流变液容器8、离心泵9、蠕动泵10和导管 16，旋转台7旋转地设置在机架1上，磁流变液容器8内装磁流变液且设置于旋转台7上，离心泵9和蠕动泵10设置于磁流变液容器8的两侧以输出和回收磁流变液，离心泵9和蠕动泵10各连接一根导管16以形成磁流变液的输出通路和回收通路，导管16从机架1两侧向下延伸设置至靠近所述球壳体。

在实施例中，球形工具旋转机构包括保持架4、定位球5、三个在所述机架下方周向分布的电机2和安装在电机上的摩擦齿盘3，保持架4悬挂于机架1的下方，保持架1具有一环形部，定位球5分布在环形部上以定位球形工具6，防止其掉落。三个电机2的轴线两两垂直，摩擦齿盘3驱动球形工具6旋转。摩擦齿盘3驱动球形工具6的转动可分解为：可驱动球形工具6围绕旋转轴13旋转，和可驱动球形工具6围绕过球心的竖直中线方向的轴旋转，两者复合形成不规则的研抛轨迹。摩擦齿盘与定位球配合夹紧所述球形工具，并且在这样的几何位置关系下，每个电机所造成的球形工具的自转运动互相垂直，对应空间中立体的三个旋转自由度，实现球形工具的360°自由旋转。

进一步的，如图2所示，球形工具的局部结构示意图，球壳体包括上球壳11和下球壳12，上球壳11和下球壳12组成球形工具的球壳体，即工作面。

再结合图2、图3，球形工具包括旋转轴13、旋转关节14、连接杆和弧形磁极15，旋转轴13在球壳体内倾斜设置并且伸出球壳体，同时经过球壳体的球心与球壳体上两处可旋转地连接，在本实施例中，旋转轴13分别与上球壳11和下球壳12旋转地连接，球壳体可围绕旋转轴13转动。旋转关节14包括套设于旋转轴13中部的关节一部、与关节一部旋转连接的关节二部，连接杆一端与关节二部连接，一端与弧形磁极15连接，弧形磁极15的重量满足弧形磁极15通过自重保持位置在旋转地球壳体的底部。旋转轴13、球壳体和旋转关节14之间通过轴承连接，保证弧形磁极15不受球壳体绕旋转轴13转动的影响，始终位于球壳体底部。

在具体实施例中，旋转轴13与竖直方向之间的夹角为锐角。即保持旋转轴和竖直方向维持一定的角度，以确保在加工过程中不会因为旋转轴角度改变和摩擦齿盘或者保持架产生干涉。从另一个角度来阐述，在研抛过程中需要控制球形工具的旋转，使旋转轴和竖直方向保持一定的角度不变，此时在加工过程中不会因为旋转轴角度改变而和摩擦齿盘或者保持架产生干涉。

更进一步的，结合图4所示，导轨架20套设于旋转轴13的一侧，导轨架20中设置导轨18，导轨18与旋转轴13平行设置，连接块17套设于导轨 18与旋转轴13上，并且可沿导轨18与旋转轴13在导轨架20范围内滑动，连杆19一端可旋转地与连接块17连接，一端可旋转地连接弧形磁极15。通过连接19限制了旋转轴13与弧形磁极15之间的角度的变化范围，更进一步的保持弧形磁极位于球壳体的底部，并且不随球壳体的转动而产生运动。

如图5所示，使用本装置进行加工时，磁流变液从磁流变液容器8中通过离心泵9排出，经过导管16喷射在球壳体上，吸附于弧形磁极15首端，随着球形工具6转动，磁性流体在弧形磁极15方向形成磁性抛光带，并在弧形磁极15末端通过导管16被蠕动泵10吸收入磁流变液容器8中，形成供液循环。

以上描述仅为本发明的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本发明中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离上述发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本发明中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.三维驱动下的球工具磁流变研抛装置，其特征在于，包括机架、磁流变液循环供给机构和可旋转的球形工具，所述磁流变液循环供给机构可旋转地置于机架上，所述球形工具置于所述机架下方，所述球形工具包括刚性的球壳体和置于所述球壳体内的弧形磁极，所述弧形磁极保持于旋转中的球壳体的底部；所述磁流变液循环供给机构包括输出通路和回收通路，所述输出通路和所述回收通路延伸至靠近所述球壳体并且分布在所述弧形磁极的两端。

2.根据权利要求1所述的三维驱动下的球工具磁流变研抛装置，其特征在于，所述磁流变液循环供给机构包括旋转台、磁流变液容器、离心泵、蠕动泵和导管，所述旋转台旋转地设置在机架上，所述磁流变液容器设置于所述旋转台上，所述离心泵和所述蠕动泵设置于所述磁流变液容器的两侧以输出和回收磁流变液，所述离心泵和所述蠕动泵均连接一根导管以形成磁流变液的输出通路和回收通路，所述导管从所述机架两侧向下延伸设置至靠近所述球壳体。

3.根据权利要求1所述的三维驱动下的球工具磁流变研抛装置，其特征在于，所述球形工具还包括旋转轴、旋转关节和连接杆，所述旋转轴经过所述球壳体的球心并且与所述球壳体上两处可旋转地连接，所述旋转关节包括套设于所述旋转轴中部的关节一部、与所述关节一部旋转连接的关节二部，所述连接杆一端与所述关节二部连接，一端与所述弧形磁极连接。

4.根据权利要求3所述的三维驱动下的球工具磁流变研抛装置，其特征在于，所述旋转轴在球壳体内倾斜设置并且伸出所述球壳体，且所述旋转轴与竖直方向之间的夹角为锐角。

5.根据权利要求3所述的三维驱动下的球工具磁流变研抛装置，其特征在于，所述球形工具还包括限位机构，所述限位机构套设于所述旋转轴的一侧，并且与所述弧形磁极连接，以限制所述弧形磁极与所述旋转轴之间的角度范围。

6.根据权利要求5所述的三维驱动下的球工具磁流变研抛装置，其特征在于，所述限位机构包括连杆、导轨、导轨架和连接块，所述导轨架套设于所述旋转轴的一侧，所述导轨架中设置导轨，并且所述导轨与所述旋转轴平行，所述连接块套设于所述导轨与所述旋转轴上，并且可沿所述导轨与所述旋转轴滑动，所述连杆一端可旋转地连接所述连接块，一端可旋转地连接所述弧形磁极。

7.根据权利要求1所述的三维驱动下的球工具磁流变研抛装置，其特征在于，还包括球形工具旋转机构，所述球形工具旋转机构包括保持架和定位球，所述保持架悬挂于所述机架的下方，所述保持架具有一环形部，所述定位球分布在所述环形部上以定位所述球形工具。

8.根据权利要求1所述的三维驱动下的球工具磁流变研抛装置，其特征在于，所述球形工具旋转机构还包括三个在所述机架下方周向分布的电机和安装在电机上的摩擦齿盘，三个电机的轴线两两垂直，所述摩擦齿盘驱动所述球形工具旋转。

9.根据权利要求8所述的三维驱动下的球工具磁流变研抛装置，其特征在于，所述摩擦齿盘驱动所述球壳体围绕所述旋转轴转动的同时驱动所述球壳体围绕经过球心竖直中线旋转。

10.根据权利要求1所述的三维驱动下的球工具磁流变研抛装置，其特征在于，所述弧形磁极的重量满足弧形磁极通过自重保持位置在旋转地球壳体的底部。

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