一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法技术

本发明专利技术公开了一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，涉及小型回转体零件磁流变抛光工艺的技术领域，解决了使用基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光方法的过程中，由于所需加工参数复杂、操作步骤繁琐，加工前期准备工作耗时较长，导致加工效率低、产量较少的问题，本发明专利技术能够减少操作步骤和前期准备工作时长，提高加工效率，可以实现具有小曲率半径复杂面型的小型回转体零件的高效率、高精度磁流变抛光，能够使零件与磨粒的最大相对速度提高70％～100％，材料去除率最大可提高86％，加工后表面粗糙度Ra可保持在5μm以下，确保零件在超声振动过程中的安全性，避免零件发生不可控的共振，造成零件破碎等不良后果。造成零件破碎等不良后果。造成零件破碎等不良后果。

【技术实现步骤摘要】
一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法


[0001]本专利技术涉及小型回转体零件磁流变抛光工艺的
，尤其涉及一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法。

技术介绍

[0002]随着人类制造技术的不断提升，高精度、高表面质量、非常规材料零件的设计和制造逐渐变得切实可行，这些零件的应用使得装备整体的性能得到大幅提升，在国防、航空航天、微电子、医疗等领域具有巨大的发展前景和应用价值。这些零件要求达到亚微米级的形状精度、纳米级的表面粗糙度和极小的亚表面损伤，需要经过超精密研磨抛光加工，才能满足其精度和表面质量的要求。
[0003]针对具有小曲率半径复杂面型的小型回转体零件，传统的接触式抛光方法无法对小曲率半径的复杂面型处进行有效的抛光，且接触式抛光容易使零件的薄壁结构发生变形甚至破碎。对于一种由光学硬脆材料制成、具有小曲率半径复杂面型的小型回转体零件，需要在超精密磨削后，使用磁流变抛光去除磨削加工产生的亚表面损伤，并获得纳米级的表面粗糙度。在此过程中，磨粒与零件表面的相对运动速度和运动路程是影响抛光去除效率和表面粗糙度的主要因素。进行常规磁流变抛光时，相对运动速度主要由抛光工具的转速决定，运动路程主要由抛光时间决定，由于磁流变液的流体性质，当抛光工具与零件的转速增大到一定程度时，磁流变液将被甩出，无法起到提高相对速度的作用，因此只得采用相对较低的转速、增加抛光时间来达到所期望的材料去除量。由于硬脆材料不易被去除，使抛光时间大大增加。

技术实现思路

[0004]针对上述产生的使用基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光方法的过程中，由于所需加工参数复杂、操作步骤繁琐，加工前期准备工作耗时较长，导致加工效率低、产量较少的问题，本专利技术的目的在于提供一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采取的技术方案为：
[0006]一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其中，应用于磁流变抛光机床，所述磁流变抛光机床包括：用于夹持抛光工具头的抛光工具主轴、用于夹持零件的超声主轴和磁流变液循环回路，所述抛光工具主轴安装在磨削加工机床的C轴转台上，所述磁流变液循环回路包括：通过硅胶软管依次连接的万向竹节管喷头、供给蠕动泵、搅拌器、回收蠕动泵和磁流变液收集槽；
[0007]所述小球头磁流变抛光工艺方法包括以下步骤：
[0008]S1：通过有限元分析软件对零件10进行谐响应分析，得到最佳的超声振动频率及该超声振动频率所对应的振型；
[0009]S2：将纤维素加入90℃～100℃热水中并搅拌均匀，然后加入20℃～30℃常温水并再次搅拌均匀，再加入氧化铈抛光粉并搅拌均匀，最后加入羰基铁粉，搅拌均匀，得到磁流变液；
[0010]S3：将配制好的磁流变液倒入搅拌器的存储罐中，接通搅拌器电源，在转速为 550rpm～750rpm下搅拌1h～1.5h；
[0011]S4：通过CCD相机和放大镜头观察抛光工具头4的球心位置，调整抛光工具头4的球心位置，使其位于C轴转台1的回转中心线上；
[0012]S5：确定零件10的加工轨迹并编写加工轨迹程序，将加工轨迹程序导入机床控制软件中；
[0013]S6：对零件10进行装夹，调整零件10的位置，使抛光工具头4位于零件10的加工轨迹程序的起点位置；
[0014]S7：调整万向竹节管喷头的位置，使其位于零件10与抛光工具头4之间形成的抛光间隙的上方；
[0015]S8：开启抛光工具主轴2，使抛光工具头4以7000r/min～9000r/min旋转，开启超声主轴 12的超声振动，并使零件以90r/min～120r/min旋转；
[0016]S9：打开搅拌器流出阀门，同时开启供给蠕动泵和回收蠕动泵，向万向竹节管喷头下方的零件10与抛光工具头4之间的抛光间隙位置持续泵入磁流变液；
[0017]S10：执行加工程序，零件10按照加工轨迹运动，抛光工具头4对零件10进行抛光。
[0018]上述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其中，S1所述的谐响应分析包括以下步骤：
[0019]C1：通过计算机的三维建模软件，建立零件10的三维实体模型并将其导入有限元分析软件中；
[0020]C2：在有限元分析软件中设定三维实体模型的材料参数并对三维实体模型建立约束，并通过有限元分析软件分别计算三维实体模型的前20阶固有频率以及每个固有频率下所对应的模态振型；
[0021]C3：在有限元软件中，以零件的回转轴线为参考轴线，在零件被装夹端的端面上施加一个沿轴线方向、大小为10N的简谐作用力，设定简谐力的作用频率为15000Hz～25000Hz，对零件进行谐响应分析，得到零件在不同的简谐力作用频率下的振型；
[0022]C4：选取零件非夹持端的端面圆心点，依据上述分析结果，提取该点在不同作用频率下沿轴线方向的位移量；
[0023]C5：记录位移量最大值所对应的的简谐力作用频率；
[0024]C6：利用数显扭力扳手将实际零件10装夹到超声主轴12上并读取夹紧力，每次装夹的夹紧力需保持在5N
·
m～6N
·
m的范围内；
[0025]C7：使用千分表测量零件10的距离夹头最远位置的径向圆跳动，若径向圆跳动在0～5μm 内则无需重复装夹，若径向圆跳动超过5μm，对零件10进行拆卸并重复C6步骤，对零件10 重新装夹；
[0026]C8：接通超声主轴12的电源，在超声主轴12处于未工作状态下开启超声主轴12水冷循坏设备，水冷温度设定为15℃～20℃；
[0027]C9：通过超声主轴12的控制面板设置目标频率的扫描区间为15000Hz～25000Hz，
使超声主轴12控制器在当前频率区间内自动扫描，得到一个超声主轴与零件达到谐振状态后振幅最大的目标频率，将扫描所得目标频率与C5步骤中记录的固有频率进行对比，若二者数值相差超过10％，则需重复本步骤，重新进行频率扫描；
[0028]C10：调整轴向激光位移传感器5的位置，使轴向激光位移传感器5射出的激光光束与零件10的回转轴线相平行，并照射在零件10的末端端面上，调整轴向激光位移传感器5与零件10的末端端面的距离，直至轴向激光位移传感器5的信号强度状态指示灯显示为绿色；调整侧表面法向激光位移传感器8的位置，使侧表面法向激光位移传感器8射出的激光光束与回转轴线相垂直，并照射在零件10最靠近末端端面的侧表面上，调整侧表面法向激光位移传感器8与零件10的侧表面的距离，直至侧表面法向激光位移传感器8的信号强度状态指示灯显示为绿色。
[0029]C11：设定轴向激光位移传感器5的采样频率392kHz、采集点数量1200000个，设定侧表面法向激光位移传感器8的采样频率392kHz、采集点数量1200000个；
[0030]C12：调整超本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其特征在于，应用于磁流变抛光机床，所述磁流变抛光机床包括：用于夹持抛光工具头的抛光工具主轴、用于夹持零件的超声主轴和磁流变液循环回路，所述抛光工具主轴安装在磨削加工机床的C轴转台上，所述磁流变液循环回路包括：通过硅胶软管依次连接的万向竹节管喷头、供给蠕动泵、搅拌器、回收蠕动泵和磁流变液收集槽；所述小球头磁流变抛光工艺方法包括以下步骤：S1：通过有限元分析软件对零件进行谐响应分析，得到最佳的超声振动频率及该超声振动频率所对应的振型；S2：将纤维素加入90℃～100℃热水中并搅拌均匀，然后加入20℃～30℃常温水并再次搅拌均匀，再加入氧化铈抛光粉并搅拌均匀，最后加入羰基铁粉，搅拌均匀，得到磁流变液；S3：将配制好的磁流变液倒入搅拌器的存储罐中，接通搅拌器电源，在转速为550rpm～750rpm下搅拌1h～1.5h；S4：通过CCD相机和放大镜头观察抛光工具头的球心位置，调整抛光工具头的球心位置，使其位于C轴转台的回转中心线上；S5：确定零件的加工轨迹并编写加工轨迹程序，将加工轨迹程序导入机床控制软件中；S6：对零件进行装夹，调整零件的位置，使抛光工具头位于零件的加工轨迹程序的起点位置；S7：调整万向竹节管喷头的位置，使其位于零件与抛光工具头之间形成的抛光间隙的上方；S8：开启抛光工具主轴，使抛光工具头以7000r/min～9000r/min旋转，开启超声主轴的超声振动，并使零件以90r/min～120r/min旋转；S9：打开搅拌器流出阀门，同时开启供给蠕动泵和回收蠕动泵，向万向竹节管喷头下方的零件与抛光工具头之间的抛光间隙位置持续泵入磁流变液；S10：执行加工程序，零件按照加工轨迹运动，抛光工具头对零件进行抛光。2.根据权利要求1所述的基于小型回转体零件旋转超声振动的小球头磁流变抛光工艺方法，其特征在于，S1所述的谐响应分析包括以下步骤：C1：通过计算机的三维建模软件，建立零件的三维实体模型并将其导入有限元分析软件中；C2：在有限元分析软件中设定三维实体模型的材料参数并对三维实体模型建立约束，并通过有限元分析软件分别计算三维实体模型的前20阶固有频率以及每个固有频率下所对应的模态振型；C3：在有限元软件中，以零件的回转轴线为参考轴线，在零件被装夹端的端面上施加一个沿轴线方向、大小为10N的简谐作用力，设定简谐力的作用频率为15000Hz～25000Hz，对零件进行谐响应分析，得到零件在不同的简谐力作用频率下的振型；C4：选取零件非夹持端的端面圆心点，依据上述分析结果，提取该点在不同作用频率下沿轴线方向的位移量；C5：记录位移量最大值所对应的的简谐力作用频率；C6：利用数显扭力扳手将实际零件装夹到超声主轴上并读取夹紧力，每次装夹的夹紧力需保持在5N
·
m～6N
·
m的范围内；
C7：使用千分表测量零件的距离夹头最远位置的径向圆跳动，若径向圆跳动在0～5μm内则无需重复装夹，若径向圆跳动超过5μm，对零件进行拆卸并重复C6步骤，对零件重新装夹；C8：接通超声主轴的电源，在超声主轴处于未工作状态下开启超声主轴水冷循坏设备，水冷温度设定为15℃～20℃；C9：通过超声主轴的控制面板设置目标频率的扫描区间为15000Hz～25000Hz，使超声主轴控制器在当前频率区间内自动扫描，得到一个超声主轴与零件达到谐振状态后振幅最大的目标频率，将扫描所得目标频率与C5步骤中记录的固有频率进行对比，若二者数值相差超过10％，则需重复本步骤，重新进行频率扫描；C10：调整轴向激光位移传感器的位置，使轴向激光位移传感器射出的激光光束与零件的回转轴线相平行，并照射在零件的末端端面上，调整轴向激光位移传感器与零件的末端端面的距离，直至轴向激光位移传感器的信号强度状态指示灯显示为绿色；调整侧表面法向激光位移传感器的位置...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈明君，田金川，刘赫男，程健，吴春亚，孙雅洲，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：