CN204935271U - 一种磁流变抛光设备的磁场发生装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种磁流变抛光设备的磁场发生装置，包括多个可产生梯度磁场的由极性相反的两个电磁极组成的电磁极组，构成所述多个电磁极组的电磁极采用成环形布置且两相邻磁极的极性相反的三角状磁极。本实用新型用于磁流变液加工多自由度运动的工件，能够在一次装夹下，同时对一个或多个工件的外表面进行抛光加工，其外表面可以是平面、弧面或复杂曲面。本实用新型通过试用证明：可以很有效的解决复杂形面难以抛光的难题，可减少工件加工的工序，有效提高抛光效率。

Description

一种磁流变抛光设备的磁场发生装置

技术领域

本实用新型属于磁流变抛光装置，具体涉及一种磁流变抛光设备的磁场发生装置。

背景技术

随着现代信息电子技术、光学技术的不断进步，在IT、电子行业，超光滑元件应用越来越多，如蓝宝石衬底、单晶硅表面、手机后盖等，这类元件的加工批量大，其表面要满足超光滑，光泽度高，色泽均匀，无划伤等要求。目前，市场上的研磨抛光机都是采用平面互研原理，工件卡在游心轮中，在上下抛光盘的研磨作用下实现抛光。这种抛光方式的局限性就是只能加工平面，不能加工弧面等曲面。

磁流变液是一种智能材料，是由高导磁率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。它在常态下是液体，当加载磁场时，发生液—固相变，当去除磁场时，又发生固—液相变。在一定磁场强度范围内，磁流变液的表现粘度和磁场强度有关，这种现象称为磁流变效应。利用磁流变液的磁流变效应，可以将磨粒聚集于抛光区域形成柔性磨头，具有磨头硬度可调，磨粒自锐，面型贴合好等优点，用于抛光加工性能优良。

现有的磁流变抛光装置抛光作业时可以通过改变磁场强度改变磨头的硬度，由于磁场发生装置结构的局限性，磁场有效抛光区域较小，整个抛光区域的材料去除模型是固定的，无法完成复杂曲面的抛光。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种磁场分布均匀，磁场有效抛光区域较大，适合于多自由度运动工件复杂曲面抛光的磁流变抛光设备的磁场发生装置。

本实用新型提供的磁流变抛光设备的磁场发生装置，包括多个可产生梯度磁场的由极性相反的两个电磁极组成的电磁极组，构成所述多个电磁极组的电磁极采用成环形布置且两相邻磁极的极性相反的三角状磁极。

所述磁极包括三角形磁芯、安装在磁芯上的三角环形极头、缠绕磁芯上的磁芯线圈，磁芯和磁芯线圈整体安装在一块底板上面。

所述相邻两磁极间设有间距为10—20mm的气隙。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型相邻两磁极间留有一定间距(10—20mm)的气隙，通电后相邻两磁极极性相反，磁极会在气隙部位形成一个梯度磁场，这样整个磁场会在圆周方向形成一个均匀的梯度磁场。

2、由于该磁场每个磁芯比较大，每个磁芯表面缠绕的线圈匝数较多，因此单个线圈的安匝数较高，产生的磁感应强度比较大。

3、由于两相邻的磁极气隙为条状间隙，气隙部位为抛光主要区域，因此，本实用新型形成的磁场有效抛光区域比较大，这样抛光效率也比较高。

4、分析工件运动轨迹可知，工件运动轨迹总是沿着剪切磁力线的方向，由磁流变抛光原理，工件表面抛光主要是依靠磁流变液的剪切力去除工件表面，因此，本实用新型的抛光去除效率较高。

本实用新型用于磁流变液加工多自由度运动的工件，能够在一次装夹下，同时对一个或多个工件的外表面进行抛光加工，其外表面可以是平面、弧面或复杂曲面。本实用新型通过试用证明：可以很有效的解决复杂形面难以抛光的难题，可减少工件加工的工序，有效提高抛光效率。

下面结合附图进一步说明本实用新型的技术方案。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是图1的俯视图。

图3是本实用新型用于加工工件平面的示意图。

图4是本实用新型用于加工工件曲面的示意图。

具体实施方式

见图1、图2，本实用新型提供的磁场发生装置6采用多个可产生梯度磁场的电磁极组A，构成所述多个电磁极组A的电磁极采用成环形布置且两相邻磁极的极性相反的三角状磁极，每一个电磁极组A由两个极性相反的磁极组成，每个磁极包括三角形磁芯602、安装在磁芯602上的三角环形极头601、缠绕磁芯602上的磁芯线圈603，磁芯602和磁芯线圈603整体安装在一块底板604上面，相邻两磁极间设有间距为10—20mm的气隙，优选为15mm的气隙。

本实用新型的磁场发生装置6可用于对多自由度运动的工件包括平面和曲面等多个复杂表面进行抛光加工。应用本实用新型的抛光设备如图3所示，包括设在机架上的磁流变液箱5、设在磁流变液箱5上方的公转大盘1、设在公转大盘1上的工件运动架2和通过转轴3安装在工件运动架2上的工件4，本实用新型磁场发生装置6设置在磁流变液箱5的底部。

通电后,磁场发生装置6在磁流变液箱5内产生梯度磁场，磁流变液在梯度磁场的作用下，会沿着磁力线方向形成磁链，相当于一个个小磁性磨头。当工件驱动机构驱动工件4在磁流变液中做多自由度运动时，工件4与磁流变液做相对运动，磁流变液会对工件表面产生去除作用，从而实现抛光。

由磁路定理，两个极性相反的磁极会在间隙处漏磁，因此漏磁处会产生一个梯度磁场。由于铁磁材料的磁导率μ很大，铁芯有使磁感应通量集中到自己内部的作用。一个没有铁芯的载流线圈产生的磁感应线是弥散在整个空间的；若把同样的线圈绕在一个闭合的铁芯上时，则不仅磁通量的数值大大增加，而且磁感应线几乎是沿着铁芯的。由安培环路定理，式中N和I₀分别是线圈匝数和通电电流，B_i为磁感应强度，l_i为磁路长度，μ_i为相对磁导率，μ₀为空气磁导率。因此改变线圈的通电电流和磁路长度可改变磁感应强度B的大小。

另外通电导线会在其内部和周围产生磁场，依据毕奥-萨伐尔定律，磁感应强度B是各个电流元Idl产生的元磁感应强度的矢量叠加。因此，磁流变抛光磁场的磁感应强度是每个极头产生的磁感应强度矢量叠加，即改变磁场电流的大小可改变磁感应强度的方向，从而实现磁感应强度的方向可调节。

按毕奥—萨法尔定律，磁感应强度是电流元和径矢的叉乘，是轴矢量，改变径矢的可以改变磁感应强度的方向。在每个极头倒角可以改变径矢，从而可以改变磁感应强度的方向。

本实施例可通过控制不同的伺服电机，实现工件不同自由度的运动，公转、自转、摇摆运动之间可以任意两个联动，也可以单独运动，也可以三个运动同时联动。如图3所示，当公转大盘1公转与工件运动架2驱动转轴3自转联动时可加工工件4的平面；如图4所示，当公转大盘1公转与工件运动架2摇摆(或工件运动架2摇摆、转轴3自转)联动时可加工工件4的曲面。

由此可见，工件与磁流变液发生相对运动时，工件的自转运动可以实现平面的抛光，工件的摇摆运动可以实现曲面或立面的抛光，工件轴的公转运动可以实现抛光的均匀性。

Claims (3)

1.一种磁流变抛光设备的磁场发生装置，其特征是包括多个可产生梯度磁场的由极性相反的两个电磁极组成的电磁极组，构成所述多个电磁极组的电磁极采用成环形布置且两相邻磁极的极性相反的三角状磁极。

2.根据权利要求1所述的磁流变抛光设备的磁场发生装置，其特征是所述磁极包括三角形磁芯、安装在磁芯上的三角环形极头、缠绕磁芯上的磁芯线圈，磁芯和磁芯线圈整体安装在一块底板上面。

3.根据权利要求1或2所述的磁流变抛光设备的磁场发生装置，其特征是所述相邻两磁极间设有间距为10—20mm的气隙。