倒置式磁流变抛光装置的设计与研究.pdf

2006年12月航空精密制造技术Dec.2006
第42卷第6期AVIATIONPRECISIONMANUFACTURINGTECHNOLOGYVol.42No.6

倒置式磁流变抛光装置的设计与研究*

胡皓,戴一帆,彭小强
(国防科技大学机电工程与自动化学院机电系,长沙410073)

[摘要]针对大尺寸工件的抛光加工特点,设计了倒置式的磁流变抛光装置。详细阐述了符合磁流变抛光
要求的磁场发生装置的设计原理,并对抛光区域磁场进行了理论分析、软件仿真和优化。
[关键词]磁流变抛光;倒置式;电磁场
[中图分类号]TG580.692+3[文献标识码]A[文章编号]1003-5451(2006)06-0005-04

DesignandResearchoftheInvertedDevicefor
MagnetorheologicalFinishing

HUHao,DAIYi-fan,PENGXiao-qiang
(CollegeofMechanicalEngineeringandAutomation,NationalUniversityofDefenseTechnology,Changsha410073)

[Abstract]Theinverteddeviceforthemagnetorheologicalfinishingwasdesignedaimingatthehugedimensionparts.Thepaper
introducedthestructuresofthepolishingwheelandtheelectromagnet.Themagneticfieldintheshearingzonewasanalyzedwiththe
theoryoftheelectromagneticfieldandemulatedusingthesoftware.
[Keywords]magnetorheologicalfinishing;inversion;electromagneticfield

1前言加工,在配制出适合抛光的磁流变液的基础下,磁流
变抛光装置还应该具有以下功能要求:!"合理的抛
确定性磁流变抛光技术的特点是在可控磁场的光和磁场发生装置结构设计,既能够在加工区域产
作用下,加工区域的磁流变液能够处于类似于“柔性生高梯度磁场使得磁流变液形成单一稳定的缎带突
抛光模”的加工状态,在固定其工艺参数的条件下,起,又要有利于工件的装夹;#"磁流变抛光液的循环
能够对工件进行确定性材料去除,通过控制加工驻使用容易实现。本文立足于这两个要求,设计出了倒
留时间就能够得到较好的面形精度和表面粗糙度。置式的磁流变抛光装置,并对其工作特性进行了实
相对传统抛光加工方法而言,这种技术具有抛光效验验证。
率高、去除函数稳定、边缘效应小等显著的优点。美
国的QED公司已经推出了一系列商品化的磁流变2抛光轮结构设计
抛光机床,而国内现有的研究基本上还处于实验室
阶段,特别是在大型光学零件的可控磁流变抛光加针对大尺寸工件体积大、质量大和难于装夹等
工方面没有很好的解决方法。加工特点,采取抛光轮竖直放置在工件正上方的工
要实现这种技术更好的应用于大型光学零件的作方式。图1为这种装置的原理图,磁场发生装置置

*国家自然科学基金资助项目·5·
倒置式磁流变抛光装置的设计与研究*

于抛光轮的内部空腔中,工件置于抛光轮的正下方。右的磁场。
磁流变液从喷嘴喷出到抛光轮外表面,在流经抛光相对于永磁场磁流变抛光技术,利用电磁铁来
轮与工件形成的工作间隙时,由于磁场的作用会在产生所需磁场具有更大的自由度,在实行计算机控
此处产生一个缎带突起,形成“柔性抛光模”对工件制上难度要小得多。所以,在此处的磁场发生装置采
材料进行剪切去除。采用这种方式具有以下几个方用直流电磁铁,同时由于抛光轮的直径较大,可以在
面的优点:!"由于磁场的产生磁场发生装置实现,所满足磁场强度大小的基础上将电磁铁合理设计,置
以根据磁流变液的流量控制磁场的大小就可以控制于抛光轮中,减小整个装置的体积。
“柔性抛光模”的形状,大小及硬度等特征,可以根据根据磁流变液的特性以及抛光所需的剪切力的
实际情况选择合适的去除函数;#"磁流变液的循环大小,初步确定所要设计的电磁铁在间隙处产生的
实现之后,利用回收装置将从抛光区域出来的磁流磁场强度不低于200kA/m,同时磁力线的分布形状
变液回收进行处理,能够始终保证磁流变液的成分要有利于形成缎带突起。又由于流经线圈的电流较
均匀,为去除函数的稳定提供了前提条件;$"工件装大,积聚的热量不容易扩散,所以长时间加工条件下
夹方便,大尺寸工件可直接置于工作台上,而不需设线圈的温升较大会导致工作条件的变化,所以设计
计专门的夹具使得工件悬空于抛