一种磁场遥操纵工具定向抛光装置及抛光方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种磁场遥操纵工具定向抛光装置及抛光方法，属于超精密制造领域。工件装夹装置中的容器固定在z向升降台上，z向升降台固定在z向旋转台上，z向旋转台固定连接在基座上，磁场发生装置分为左、右两部分，分别位于工件装夹装置的两侧，磁场发生装置两部分的底部分别与一组x向调节装置滑动连接，该一组x向调节装置固定连接在基座上，工件位于工件装夹装置，抛光工具位于工件中。优点是：空间对称的电磁铁布置方式，能准确的计算得到遥操纵抛光工具所需的电磁铁输入电流，通过遥操纵方法控制抛光工具，对工件表面进行抛光，避免了传统抛光方法中，工件与抛光工具进给系统干涉的问题，可以抛光任意结构复杂工件内腔表面。

Directional polishing device and polishing method for magnetic field remote control tool

The invention relates to a directional polishing device for magnetic field remote control tools and a polishing method, belonging to the field of ultra precision manufacturing. The container in the clamping device of the workpiece is fixed on the Z to the lifting platform, and the Z is fixed on the Z to the rotary table, and the Z is fixed to the base of the rotary table. The magnetic field generator is divided into two parts, left and right, respectively, on both sides of the workpiece clamping device, and the bottom of the two part of the magnetic field generator is slid with a group of X to the adjusting device respectively. The set of X is fixedly connected to the base on the adjusting device, and the workpiece is located in the workpiece clamping device, and the polishing tool is located in the workpiece. The advantage is: the layout of the space symmetric electromagnet can accurately calculate the input current of the electromagnet required by the telemanipulation polishing tool. The polishing tool is controlled by the remote control method and the surface of the workpiece is polished. The interference of the workpiece and the polishing tool feed system in the traditional polishing method can be avoided. The surface of the inner cavity of an arbitrary structure is complex.

【技术实现步骤摘要】
一种磁场遥操纵工具定向抛光装置及抛光方法
本专利技术属于超精密制造领域，尤其涉及一种磁场遥操纵抛光工具定向抛光装置，用于腔体类工件内部表面的抛光。
技术介绍
各领域对内腔结构复杂曲面的表面质量要求不断提高，内腔复杂曲面超精密抛光技术成为一道难题。目前应用于内腔表面抛光方法主要有磁流变抛光、磁性磨粒抛光、化学抛光等技术。印度塔帕尔大学的等应用磁流变抛光技术加工圆柱形工件内表面。在100分钟内，铁磁圆柱形工件的内表面粗糙度由360nm减小到90nm。但磁流变抛光技术加工工件内表面时，只能加工非封闭的圆柱形内腔工件，无法加工封闭复杂内腔的工件。南开大学的等应用磁性磨粒抛光技术加工回转体工件的内部，抛光后的工件内部表面粗糙度达到0.2μm～0.6μm。佛罗里达大学的等应用磁性磨粒抛光技术加工管状零件内壁。抛光后管内壁表面粗糙度可以达到0.037μm，但磁性磨粒抛光技术加工工件内表面时，只能抛光管状等内腔为回转体结构的工件。宇都宫大学的等利用化学抛光结合磁力磨粒抛光的方法，对Si3N4陶瓷元件内表面进行抛光处理。Cr2O3研磨粒与磁性颗粒混合的抛光磨粒与Si3N4陶瓷元件内表面接触，永磁体旋转带动抛光磨粒旋转与工件产生相对运动，Cr2O3研磨粒于Si3N4陶瓷元件内表面在蒸馏水湿处理的条件下产生化学反应，对Si3N4陶瓷元件内表面抛光，表面粗糙度可以达到0.01μm。但化学抛光只能用来加工特定材料的工件，反应机理复杂，反应参数多，涉及到表面工程技术、材料学、化学等多个学科，理论尚不成熟。
技术实现思路
本专利技术提供一种磁场遥操纵工具定向抛光装置及抛光方法，以解决现有抛光方法不适合腔体类工件内表面的抛光的问题。本专利技术采取的技术方案是：一种磁场遥操纵工具定向抛光装置，包括磁场发生装置、工件装夹装置、z向升降台、z向旋转台、抛光工具、工件、x向调节装置、基座，其中工件装夹装置中的容器固定在z向升降台上，z向升降台固定在z向旋转台上，z向旋转台固定连接在基座上，磁场发生装置分为左、右两部分，分别位于工件装夹装置的两侧，磁场发生装置两部分的底部分别与一组x向调节装置滑动连接，该一组x向调节装置固定连接在基座上，工件位于工件装夹装置，抛光工具位于工件中。所述磁场发生装置的左部分和右部分结构相同，其中磁场发生装置的左部分包括左电磁铁框架及n个由铜导线绕制的电磁铁，n≥3，每个电磁铁的轴线与空间坐标系中平面yOz的夹角γ均为45°，每个电磁铁关于x轴均布放置，其轴线在平面yOz上的投影之间的夹角为θ，θ＝(360/n)°，每个磁场发生装置左部分中任一电磁铁均与磁场发生装置右部分中相应的一电磁铁轴线重合，2n个电磁铁的轴线相交于工作空间坐标系原点O，且每个电磁铁与原点O的距离为d。所述抛光工具由抛光工具球套和永磁体组成，永磁体固定在抛光工具球套内。所述工件装夹装置包括容器和紧定螺钉。一种磁场遥操纵工具定向抛光方法，包括下列步骤：步骤1：将工件定位、装夹在容器中，向容器内倒入抛光液，液面高度略高于工件；步骤2：调节z向升降台使工件装夹装置沿z轴运动，使工件处于工件抛光域；调节x向调节装置控制磁场发生装置的左、右部分沿x向位移使其处于工作位置；步骤3：打开电源，确定工作环境，放置抛光工具于空间位置L处，输入2n个电磁铁的电流信号I，抛光工具将于空间位置L处旋转，同时带动其周围抛光液中微小抛光磨粒，以v的抛光运动速度，以FN2的抛光压力，对工件待加工腔内表面L处进行抛光：其中，I为由磁场发生装置中2n个电磁铁的电流所组成的电流矩阵，A(LM)为磁场发生装置的磁场驱动矩阵，Tm为抛光工具中磁偶极矩为M的永磁体位于空间位置L处所受的磁力矩，Fm为抛光工具中磁偶极矩为M的永磁体位于空间位置L处所受的磁力，L为抛光工具相对于空间坐标系O点的位置；式(1)中电流矩阵I：I＝[I101I102…I10nI101'I102'…I10n']T(2)其中，I为由磁场发生装置中2n个电磁铁的电流所组成的电流矩阵，I101为磁场发生装置左部分中电磁铁左一的电流，I102为电磁铁左二的电流…I10n电磁铁左n的电流，I101'为磁场发生装置右部分中电磁铁右一的电流，I102'为电磁铁右二的电流…I10n'电磁铁右n的电流；式(1)中磁场驱动矩阵A(LM)：其中，A(LM)为磁场驱动矩阵，S(M)为永磁体反对称矩阵，B(L)单位电流磁场矩阵，为单位电流磁力矩阵；式(3)中永磁体反对称矩阵S(M)：其中，mx为抛光工具中永磁体磁偶极矩沿x轴分量、my为抛光工具中永磁体磁偶极矩沿y轴分量、mz为抛光工具中永磁体磁偶极矩沿z轴分量；式(3)中单位电流磁场矩阵B(L)：其中，Bx101(L)、By101(L)、Bz101(L)分别为磁场发生装置左部分中电磁铁左一输入单位电流信号，即I101＝1(A)时，在空间位置L处产生的磁场强度沿x轴、y轴、z轴的分量；Bx102(L)、By102(L)、Bz102(L)分别为磁场发生装置左部分中电磁铁左二输入单位电流信号，即I102＝1(A)时，在空间位置L处产生的磁场强度沿x轴、y轴、z轴的分量；Bx10n(L)、By10n(L)、Bz10n(L)分别为磁场发生装置左部分中电磁铁左n输入单位电流信号，即I10n＝1(A)时，在空间位置L处产生的磁场强度沿x轴、y轴、z轴的分量；Bx101'(L)、By101'(L)、Bz101'(L)分别为磁场发生装置右部分中电磁铁右一输入单位电流信号，即I101'＝1(A)时，在空间位置L处产生的磁场强度沿x轴、y轴、z轴的分量；Bx102'(L)、By102'(L)、Bz102'(L)分别为磁场发生装置右部分中电磁铁右二输入单位电流信号，即I102'＝1(A)时，在空间位置L处产生的磁场强度沿x轴、y轴、z轴的分量；Bx10n'(L)、By10n'(L)、Bz10n'(L)分别为磁场发生装置右部分中电磁铁右n输入单位电流信号，即I10n'＝1(A)时，在空间位置L处产生的磁场强度沿x轴、y轴、z轴的分量；式(3)中单位电流磁力矩阵其中，为抛光工具中磁偶极矩为M的永磁体位于空间位置L处，在磁场发生装置左部分中电磁铁左一输入单位电流信号，即I101＝1(A)时，所受磁力分别沿x轴、y轴及z轴的分量；为抛光工具中磁偶极矩为M的永磁体位于空间位置L处，在磁场发生装置左部分中电磁铁左二输入单位电流信号，即I102＝1(A)时，所受磁力分别沿x轴、y轴及z轴的分量；为抛光工具中磁偶极矩为M的永磁体位于空间位置L处，在磁场发生装置左部分中电磁铁左n输入单位电流信号，即I10n＝1(A)时，所受磁力分别沿x轴、y轴及z轴的分量；为抛光工具中磁偶极矩为M的永磁体位于空间位置L处，在磁场发生装置右部分中电磁铁右一输入单位电流信号，即I101'＝1(A)时，所受磁力分别沿x轴、y轴及z轴的分量；为抛光工具中磁偶极矩为M的永磁体位于空间位置L处，在磁场发生装置右部分中电磁铁右n输入单位电流信号，即I10n'＝1(A)时，所受磁力分别沿x轴、y轴及z轴的分量；式(6)中抛光工具中磁偶极矩为M的永磁体位于空间位置L处，在磁场发生装置左部分中电磁铁左n输入单位电流信号，即I10n＝1(A)时，所受磁力分别沿x轴、y轴本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种磁场遥操纵工具定向抛光装置，其特征在于：包括磁场发生装置、工件装夹装置、z向升降台、z向旋转台、抛光工具、工件、x向调节装置、基座，其中工件装夹装置中的容器固定在z向升降台上，z向升降台固定在z向旋转台上，z向旋转台固定连接在基座上，磁场发生装置分为左、右两部分，分别位于工件装夹装置的两侧，磁场发生装置两部分的底部分别与一组x向调节装置滑动连接，该一组x向调节装置固定连接在基座上，工件位于工件装夹装置，抛光工具位于工件中。

【技术特征摘要】
1.一种磁场遥操纵工具定向抛光装置，其特征在于：包括磁场发生装置、工件装夹装置、z向升降台、z向旋转台、抛光工具、工件、x向调节装置、基座，其中工件装夹装置中的容器固定在z向升降台上，z向升降台固定在z向旋转台上，z向旋转台固定连接在基座上，磁场发生装置分为左、右两部分，分别位于工件装夹装置的两侧，磁场发生装置两部分的底部分别与一组x向调节装置滑动连接，该一组x向调节装置固定连接在基座上，工件位于工件装夹装置，抛光工具位于工件中。2.根据权利要求1所述的一种磁场遥操纵工具定向抛光装置，其特征在于：所述磁场发生装置的左部分和右部分结构相同，其中磁场发生装置的左部分包括左电磁铁框架及n个由铜导线绕制的电磁铁，n≥3，每个电磁铁的轴线与空间坐标系中平面yOz的夹角γ均为45°，每个电磁铁关于x轴均布放置，其轴线在平面yOz上的投影之间的夹角为θ，θ＝(360/n)°，每个磁场发生装置左部分中任一电磁铁均与磁场发生装置右部分中相应的一电磁铁轴线重合，2n个电磁铁的轴线相交于工作空间坐标系原点O，且每个电磁铁与原点O的距离为d。3.根据权利要求2所述的一种磁场遥操纵工具定向抛光装置，其特征在于：所述抛光工具由抛光工具球套和永磁体组成，永磁体固定在抛光工具球套内。4.根据权利要求1所述的一种磁场遥操纵工具定向抛光装置，其特征在于：所述工件装夹装置包括容器和紧定螺钉。5.采用如权利要求1所述的磁场遥操纵工具定向抛光装置的一种磁场遥操纵工具定向抛光方法，其特征在于：包括下列步骤：步骤1：将工件定位、装夹在容器中，向容器内倒入抛光液，液面高度略高于工件；步骤2：调节z向升降台使工件装夹装置沿z轴运动，使工件处于工件抛光域；调节x向调节装置控制磁场发生装置的左、右部分沿x向位移使其处于工作位置；步骤3：打开电源，确定工作环境，放置抛光工具于空间位置L处，输入2n个电磁铁的电流信号I，抛光工具将于空间位置L处旋转，同时带动其周围抛光液中微小抛光磨粒，以v的抛光运动速度，以FN2的抛光压力，对工件待加工腔内表面L处进行抛光：其中，I为由磁场发生装置中2n个电磁铁的电流所组成的电流矩阵，A(LM)为磁场发生装置的磁场驱动矩阵，Tm为抛光工具中磁偶极矩为M的永磁体位于空间位置L处所受的磁力矩，Fm为抛光工具中磁偶极矩为M的永磁体位于空间位置L处所受的磁力，L为抛光工具相对于空间坐标系O点的位置；式(1)中电流矩阵I：I＝[I101I102…I10nI101'I102'…I10n']T(2)其中，I为由磁场发生装置中2n个电磁铁的电流所组成的电流矩阵，I101为磁场发生装置左部分中电磁铁左一的电流，I102为电磁铁左二的电流…I10n电磁铁左n的电流，I101'为磁场发生装置右部分中电磁铁右一的电流，I102'为电磁铁右二的电流…I10n'电磁铁右n的电流；式(1)中磁场驱动矩阵A(LM)：其中，A(LM)为磁场驱动矩阵，S(M)为永磁体反对称矩阵，B(L)单位电流磁场矩阵，为单位电流磁力矩阵；式(3)中永磁体反对称矩阵S(M)：其中，mx为抛光工具中永磁体磁偶极矩沿x轴分量、my为抛光工具中永磁体磁偶极矩沿y轴分量、mz为抛光工具中永磁体磁偶极矩沿z轴分量；式(3)中单位电流磁场矩阵B(L)：其中，Bx101(L)、By101(L)、Bz101(L)分别为磁场发生装置左部分中电磁铁左一输入单位电流信号，即I101＝1(A)时，在空间位置L处产生的磁场强度沿x轴、y轴、z轴的分量；Bx102(L)、By102(L)、Bz102(L)分别为磁场发生装置左部分中电磁铁左二输入单位电流信号，即I102＝1(A)时，在空间位置L处产生的磁场强度沿x轴、y轴、z轴的分量；Bx10n(L)、By10n(L)、Bz10n(L)分别为磁场发生装置左部分中电磁铁左n输入单位电流信号，即I10n＝1(A)时，在空间位置L处产生的磁场强度沿x轴、y轴、z轴的分量；Bx101'(L)、By101'(L)、Bz101'(L)分别为磁场发生装置右部分中电磁铁右一输入单位电流信号，即I101'＝1(A)时，在空间位置L处产生的磁场强度沿x轴、y轴、z轴的分量；Bx102'(L)、By102'(L)、Bz102'(L)分别为磁场发生装置右部分中电磁铁右二输入...

【专利技术属性】
技术研发人员：周晓勤，吴晓炀，王一霏，王荣奇，姜姗，刘强，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22