【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及表面超光滑加工，尤其涉及一种磨抛一体磁流变加工装置及方法。
技术介绍
1、在it、电子行业、航空航天中超光滑表面器件的需求量越来越大，要求加工件表面粗糙度需达到纳米级，面形精度达到微米级，且无表面和亚表面损伤。磁流变液抛光技术是利用磁流变液在磁场中的流变特性对器件表面进行抛光的一种新兴的超精密加工技术，将磨粒和磁流变液混合在一起在可控磁场下可实现对加工件打磨抛光过程的精准控制。
2、磁流变液是一种智能材料，由高导磁率、低磁滞性的微米大小的磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。在磁场作用下，磁性颗粒定向排成链，使磁流变液在瞬间成为类固态，当撤去磁场时，又瞬间转换为液态，这种变化是快速、可逆、连续的。由于磁流变液这种性质，使其可以被运用于智能控制领域。
3、磁流变液与磨粒混合形成磁流变磨料，经研究证实，磁流变磨料对工件的打磨抛光是基于其在磁场下形成各向异性微观结构，其磁饱和感应强度、剪切屈服应力与相对运动速度共同决定材料去除效率与加工精度。
4、专利cn105458839a公开了一种磁流变抛光方法及装置，其技术特征为：在具有磁场的磁流变抛光液中，使工件做多个自由度的运动。由于使工件做多个自由度的机构相对复杂，增加了制造成本，工作效率也比较低。
5、专利cn103612162a公开了一种磁流变液曲面的抛光系统，该磁流变液曲面抛光系统主要由磁场发生装置、抛光工件、抛光池、抛光轴、两坐标控制装置组成，该专利技术可利用材料磁流变特性对各种内外曲面进行抛光，但必须针对不同的工件，
技术实现思路
1、本专利技术的目的是克服现有技术不足，提供一种磨抛一体磁流变加工装置与方法，能同时保证微米级面形精度与纳米表面粗糙度的加工要求，磨抛一体的设计也大大提高工作效率。
2、为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：
3、本专利技术提供一种磨抛一体磁流变加工装置，包括下部运动组件和上部运动组件，下部运动组件包括下电机、下线圈、极靴、加工件，上部运动组件包括磁流变磨料、打磨头、连接杆、上线圈、上电机；所述的下极靴与所述的下电机连接且其轴线与所述的线圈重合；所述的连接杆上端与所述的上电机连接，所述的打磨头固定在所述的连接杆下端，所述的连接杆、打磨头、上线圈轴线重合。
4、所述的打磨头采用高磁导率的金属泡沫材料制作，如泡沫铁、泡沫镍，泡沫平均空隙大于所述的磁流变液中磁性颗粒平均直径，且小于磨料的平均直径，便于磁流变液的流动及磨料吸附在打磨头表面。
5、所述上部运动组件可上下移动，根据加工件的高度调节打磨头到达合适的位置。
6、所述的磁流变磨料为磨粒与磁流变液混合物，磨粒为磁性磨粒在磁场作用下吸附在打磨头表面。磁流变液为由微米大小的磁性颗粒分散在绝缘的非胶态悬浮体，在磁场下磁性颗粒因被磁极化而排列，使磁流变液变为柔性自适应的类固体，表现出宾汉姆流体特性，作用于工件表面起到抛光作用，撤去磁场后，磁流变液表现出低粘度的牛顿流体特性。
7、所述的上、下线圈和极靴构成电磁铁，可实现通电后产生磁场，断电时磁场瞬间消失，为本装置工作时提供所需磁场，上线圈单独通电时将磁流变液吸附到打磨头的网状结构中，上电机带动打磨头转动使磨粒对加工件进行磨削作用；上下线圈同时通电可使磁流变液流动与磨粒混合，可用电位器调节线圈电流大小控制磁场强度，在不同磁场强度作用下，形成磁饱和感应强度及剪切屈服强度可调的柔性自适应类固体，作用于工件表面，柔性类固体可根据工件表面不同形貌，接触到工件每个角落进行相同强度的打磨抛光。
8、所述的上电机的作用是带动打磨头转动，下电机的作用是带动极靴和加工件的转动，且转动速度可调。
9、根据本专利技术提供的一种磨抛一体的加工方法，包括以下步骤：s1：上线圈单独通电，上部运动组件整体垂直向下运动至打磨头产生一定的弹性压缩变形，控制上电机带动连接杆、打磨头产生绕轴线的旋转运动，磨粒对加工件的上表面产生磨削作用；s2：将所述的上部运动组件整体垂直向上抬起一定距离，上线圈和下线圈同时通电，部分磁流变液从打磨头孔隙中流入到打磨头与加工件间隙，控制上电机带动连接杆、打磨头产生绕轴线的旋转运动，磁流变液中磁性颗粒组成的柱状结构夹持磨粒对加工件的上表面产生抛光作用；s3：上线圈和下线圈同时通电，上电机停止转动，下电机带动极靴、加工件开始转动，磁流变液中柱状结构破坏，游离的磨粒对加工件上表面产生流体抛光作用；s4：撤去磁场，将上部运动组件垂直向上移动，取下加工件。
10、本专利技术的有益效果是：本专利技术为磨抛一体的磁流变加工装置，充分利用了磁流变液在可控磁场作用下形成的柔性的类固体的特性；适用于各类材质、各种曲面工件的打磨抛光；通过本装置打磨抛光工件可使工件表面粗糙度达到纳米级，面型精度达到微米级，加工过程易控制，加工过程不会带来新的损伤等；此装置不需要配置使工件多个自由度运动的机构，降低了制造成本，在一个工作台上可完成先打磨后抛光的工作，提高了工作效率。
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1.一种磨抛一体磁流变加工装置，其特征在于，包括下部运动组件和上部运动组件，所述的下部运动组件包括下电机(1)、下线圈(2)、极靴(3)、加工件(4)，上部运动组件包括磁流变磨料(5)、打磨头(6)、连接杆(7)、上线圈(8)、上电机(9)；所述的极靴(3)与所述的下电机(1)连接且其轴线与所述的下线圈(2)轴线重合；所述的连接杆(7)上端与所述的上电机(9)连接，所述的打磨头(6)固定在所述的连接杆(7)下端，所述的连接杆(7)、打磨头(6)、上线圈(8)轴线重合。
2.根据权利要求1所述的磨抛一体磁流变加工装置，其特征在于，所述的磁流变磨料(5)为磨粒与磁流变液。
3.根据权利要求1所述的磨抛一体磁流变加工装置，其特征在于，所述的打磨头(6)采用高磁导率的金属泡沫材料制作，如泡沫铁、泡沫镍，泡沫平均孔隙大于所述的磁流变液中磁性颗粒平均粒径，且小于磨粒平均粒径。
4.根据权利要求1所述的磨抛一体磁流变加工装置，其特征在于所述的极靴(3)、连接杆(7)均采用高磁导率的软磁材料制作。
5.根据权利要求1所述的磨抛一体的磁流变加工装置，
6.根据权利要求5所述的磨抛一体磁流变加工，其特征在于步骤S1中，控制上线圈(8)通电电流，利用磁流变效应调节打磨头(6)刚度，达到调控材料去除效率的目的。
7.根据权利要求5所述的磨抛一体磁流变加工，其特征在于步骤S2中，同时控制上线圈(8)、下线圈(2)通电电流，调节磁性颗粒形成柱状结构的强度，进一步调控磨粒所受法向力。
8.根据权利要求5所述的磨抛一体磁流变加工，其特征在于步骤S3中，同时调控下电机(1)转速与下线圈(2)电流，调节磨粒对加工表面的流体抛光作用强弱，进一步调控加工表面最终表面粗糙度。
9.根据权利要求1至9所述的磨抛一体磁流变加工装置及加工方法，其特征在于，可应用于电子元器件加工与航空航天零部件加工领域，如晶圆的打磨抛光与发动机扇叶的打磨抛光。
...【技术特征摘要】
1.一种磨抛一体磁流变加工装置，其特征在于，包括下部运动组件和上部运动组件，所述的下部运动组件包括下电机(1)、下线圈(2)、极靴(3)、加工件(4)，上部运动组件包括磁流变磨料(5)、打磨头(6)、连接杆(7)、上线圈(8)、上电机(9)；所述的极靴(3)与所述的下电机(1)连接且其轴线与所述的下线圈(2)轴线重合；所述的连接杆(7)上端与所述的上电机(9)连接，所述的打磨头(6)固定在所述的连接杆(7)下端，所述的连接杆(7)、打磨头(6)、上线圈(8)轴线重合。
2.根据权利要求1所述的磨抛一体磁流变加工装置，其特征在于，所述的磁流变磨料(5)为磨粒与磁流变液。
3.根据权利要求1所述的磨抛一体磁流变加工装置，其特征在于，所述的打磨头(6)采用高磁导率的金属泡沫材料制作，如泡沫铁、泡沫镍，泡沫平均孔隙大于所述的磁流变液中磁性颗粒平均粒径，且小于磨粒平均粒径。
4.根据权利要求1所述的磨抛一体磁流变加工装置，其特征在于所述的极靴(3)、连...
【专利技术属性】
技术研发人员：李振坤，裴亚男，董珈皓，郭乙飞，张翰明，李遥，
申请(专利权)人：北京交通大学，
类型：发明
国别省市：
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