一种柔性抛光工具、抛光方法及其抛光磁囊的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种柔性抛光工具、抛光方法及其抛光磁囊的制造方法，柔性抛光工具包括电磁铁和该抛光磁囊，抛光磁囊为采用磁流变弹性体制成的内部压力恒定的壁厚不均匀的磁囊，抛光方法则是采用该柔性抛光工具对待抛工件进行抛光，并在抛光过程中改变磁场强度和抛光角度。采用该抛光方法对待抛工件进行抛光，可以令抛光设备在控制柔性抛光工具走常规简易路径的情况下，降低抛光产生的中频误差，因此抛光设备无需运行随机路径，其不易抖动或损坏。而采用该抛光磁囊制造方法，可以根据现实使用的各种性能不同的抛光设备的参数，制造出与之相匹配的柔性抛光工具，使不同性能的抛光设备可以在各自的能力范围内使用前述的抛光方法对待抛工件进行抛光。对待抛工件进行抛光。对待抛工件进行抛光。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性抛光工具、抛光方法及其抛光磁囊的制造方法


[0001]本专利技术涉及工件抛光
，具体涉及一种柔性抛光工具、抛光方法及其抛光磁囊的制造方法。

技术介绍

[0002]现有的抛光技术中，柔性抛光工具由于其抛光效率高、能够与待抛工件的表面随型贴合等优点，因此通常采用柔性抛光工具进行精密抛光。柔性抛光工具在抛光的过程中，一般实施常规简易路径进行抛光，例如光栅路径，但其由于抛光斑大小相同因此不可避免地会产生中频误差。为此，在现有技术中采取的技术手段是控制柔性抛光工具实施随机路径，令柔性抛光工具产生急转和急停等动作，从而分散均摊抛光后产生的表面波纹进而降低中频误差。但是运行随机路径对抛光设备的性能要求严格，并且容易造成抛光设备的抖动甚至损坏。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服
技术介绍
中存在的上述缺陷或问题，提供一种柔性抛光工具、抛光方法及其抛光磁囊的制造方法，采用该柔性抛光工具以该抛光方法对待抛工件进行抛光，可以令抛光设备在控制柔性抛光工具走常规简易路径的情况下，降低抛光产生的中频误差，因此抛光设备无需运行随机路径，其不易抖动或损坏。而采用该抛光磁囊制造方法，可以根据现实使用的各种性能不同的抛光设备的参数，制造出与之相匹配的柔性抛光工具，使不同性能的抛光设备可以在各自的能力范围内使用前述的抛光方法对待抛工件进行抛光。
[0004]为达成上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]第一技术方案涉及一种柔性抛光工具，其中，包括：基座，其适于固接于抛光设备的加工主轴；抛光磁囊，其固接于所述基座；所述抛光磁囊由磁流变弹性体制成，其设有厚度不均匀的壳体和由所述壳体围合形成的内腔，所述内腔内填充有气体或微纳米径的无磁性粉末，从而支撑所述壳体并使内腔内的压力恒定以供抛光；电磁铁，其固接于所述基座，其适于连接于外部数控设备以在所述壳体的体积范围内产生线性可调的匀强磁场。
[0006]第二技术方案基于第一技术方案，其中，所述壳体的外表面为带有缺口的球面，所述球面对应的内表面为波纹面，所述匀强磁场的磁场方向垂直于所述缺口所在的平面。
[0007]第三技术方案基于第一技术方案，其中，所述壳体的外表面与内表面均为带有缺口的球面且球心不重合，所述匀强磁场的磁场方向垂直于所述缺口所在的平面。
[0008]第四技术方案基于第一至第三中任一技术方案，其中，还包括抛光垫，所述抛光垫贴设于所述壳体的外表面。
[0009]第五技术方案基于第一技术方案，其中，所述磁流变弹性体由硅胶混合磁性粉末制成，其中硅胶与磁性粉末的比例为6：4。
[0010]第六技术方案涉及一种基于技术方案1
‑
5任一项所述的柔性抛光工具的抛光方
法，其中，包括如下步骤：S1：将柔性抛光工具安装在抛光设备的加工主轴上；S2:抛光设备的加工主轴带动所述抛光磁囊高速旋转，按照设定的抛光角度和由直线路径构成的简易路径对待抛工件进行抛光，在抛光的过程中，通过调控磁场强度控制抛光磁囊的弹性模量，继而调控抛光磁囊与待抛工件接触区域的压力。
[0011]第七技术方案基于第六技术方案，其中，所述简易路径中，相邻的直线路径下，抛光角度不同。
[0012]第八技术方案涉及一种制造如第一至第五任一技术方案所述的柔性抛光工具的抛光磁囊的方法，其中，包括如下步骤：确定待抛工件的加工区域后，将壁厚均匀且气压恒定的气囊抛光工具安装至抛光设备的加工主轴，抛光设备的加工主轴带动气囊抛光工具按照设定的抛光角度和由直线路径构成的简易路径对待抛工件进行抛光，获得各个直线路径下的气囊抛光工具与待抛工件之间的当前压力分布曲线；根据抛光设备的性能，设计各个直线路径下，抛光磁囊壳体与待抛工件之间的目标压力分布曲线，通过计算得到抛光磁囊壳体的临时壁厚函数；根据临时壁厚函数，设定抛光磁囊内腔的临时内腔填充压力和抛光磁囊的体积磁化率后，进行有限元仿真模拟，对临时壁厚函数和临时内腔填充压力进行微调使模拟结果符合目标压力分布曲线，得到最终壁厚函数和最终内腔填充压力；所述抛光磁囊的体积磁化率为所述磁流变弹性体的体积磁化率；根据最终壁厚函数和最终内腔填充压力，采用磁流变弹性体制造抛光磁囊。
[0013]第九技术方案基于第八技术方案，其中，所述简易路径中，相邻的直线路径下，抛光角度和设计的目标压力分布曲线不同。
[0014]第十技术方案基于第八技术方案，其中，通过计算得到抛光磁囊壳体的临时壁厚函数包括如下步骤：
[0015]R为抛光磁囊壳体的半径，设定其圆心位于(0，R)，则有圆方程：
[0016](x
‑
0)2+(z
‑
R)2＝R2[0017]根据受力平衡，则有：
[0018][0019]其中，为任一直线路径下对应的抛光角度，F
当
(x)为该直线路径下的当前压力分布曲线，F
目
(x)为该直线路径下的目标压力分布曲线，F
磁
(x)为该直线路径下在设定的磁场下抛光磁囊壳体受到的磁力曲线；
[0020]根据磁性粉末颗粒的体积公式，则有：
[0021][0022]其中，r为抛光磁囊中磁性粉末颗粒的半径，V为抛光磁囊中磁性粉末颗粒的体积；
[0023]根据磁场中的受力，则有：
[0024]F
单磁
(x)＝μ*k*V*H*gradH
[0025][0026]其中，F
单磁
(x)为抛光磁囊中单个磁性粉末颗粒在设定的磁场强度下受到的磁力，μ为真空导磁率，k为磁性粉末颗粒的体积磁化率，l为磁场方向，H为设定的磁场强度，gradH为磁场梯度；
[0027]假设磁性粉末颗粒在抛光磁囊中紧密排列，则其为体心立方排列，则有：
[0028]F
磁
(x)＝F
单磁
(x)*0.68*D(x)/1
[0029]其中，D(x)为抛光磁囊壳体沿z轴方向的厚度，0.68为体心立方晶胞的致密度，1表示单位长度，联立上式可得：
[0030][0031]其中：
[0032][0033][0034]根据前述圆方程可得：
[0035][0036]则抛光磁囊壳体内表面任一点的坐标可表示为：
[0037][0038]则根据勾股定理，该点到圆心的距离为：
[0039][0040]则可得抛光磁囊壳体的临时壁厚函数L
临
(x)：
[0041][0042]。
[0043]由上述对本专利技术的描述可知，相对于现有技术，本专利技术具有的如下有益效果：
[0044]1、本专利技术提供的柔性抛光工具由于其用于抛光的抛光磁囊的壁厚不均匀，因此其与待抛工件接触区域内的压力分布形式不再是类高斯型，而是与壁厚设计相关的形状，并且可以通过调整抛光磁囊与待抛工件之间的抛光角度，从而获得不同的压力分布。因此在抛光磁囊的旋转速度不变的情况下，可以获得形状不同的抛光斑。故其在走简易路径的情况下，同样可以分散均本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柔性抛光工具，其特征在于，包括：基座(8)，其适于固接于抛光设备的加工主轴；抛光磁囊(4)，其固接于所述基座(8)；所述抛光磁囊(4)由磁流变弹性体制成，其设有厚度不均匀的壳体(9)和由所述壳体(9)围合形成的内腔，所述内腔内填充有气体或微纳米径的无磁性粉末，从而支撑所述壳体(9)并使内腔内的压力恒定以供抛光；电磁铁(7)，其固接于所述基座(8)，其适于连接于外部数控设备以在所述壳体(9)的体积范围内产生线性可调的匀强磁场。2.如权利要求1所述的一种柔性抛光工具，其特征在于，所述壳体(9)的外表面为带有缺口的球面，所述球面对应的内表面为波纹面，所述匀强磁场的磁场方向垂直于所述缺口所在的平面。3.如权利要求1所述的一种柔性抛光工具，其特征在于，所述壳体(9)的外表面与内表面均为带有缺口的球面且球心不重合，所述匀强磁场的磁场方向垂直于所述缺口所在的平面。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的一种柔性抛光工具，其特征在于，还包括抛光垫(1)，所述抛光垫(1)贴设于所述壳体(9)的外表面。5.如权利要求1所述的一种柔性抛光工具，其特征在于，所述磁流变弹性体由硅胶混合磁性粉末制成，其中硅胶与磁性粉末的比例为6：4。6.一种基于权利要求1
‑
5任一项所述的柔性抛光工具的抛光方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：将柔性抛光工具安装在抛光设备的加工主轴上；S2:抛光设备的加工主轴带动所述抛光磁囊(4)高速旋转，按照设定的抛光角度和由直线路径构成的简易路径对待抛工件进行抛光，在抛光的过程中，通过调控磁场强度控制抛光磁囊(4)的弹性模量，继而调控抛光磁囊(4)与待抛工件接触区域的压力。7.如权利要求6所述的一种抛光方法，其特征在于，所述简易路径中，相邻的直线路径下，抛光角度不同。8.一种制造如权利要求1
‑
5任一项所述的柔性抛光工具的抛光磁囊的方法，其特征在于，包括如下步骤：确定待抛工件的加工区域后，将壁厚均匀且气压恒定的气囊抛光工具安装至抛光设备的加工主轴，抛光设备的加工主轴带动气囊抛光工具按照设定的抛光角度和由直线路径构成的简易路径对待抛工件进行抛光，获得各个直线路径下的气囊抛光工具与待抛工件之间的当前压力分布曲线；根据抛光设备的性能，设计各个直线路径下，抛光磁囊(4)壳体(9)与待抛工件之间的目标压力分布曲线，通过计算得到抛光磁囊(4)壳体(9)的临时壁厚函数；根据临时壁厚函数，设定抛光磁囊(4)内腔的临时内腔填充压力和抛光...

【专利技术属性】
技术研发人员：施晨淳，叶文彬，陆淼明，李锦棒，于爱兵，卓鑫，林晨阳，
申请(专利权)人：宁波大学，
类型：发明
国别省市：