一種磁流變拋光設(shè)備的磁場(chǎng)發(fā)生裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于磁流變拋光裝置，具體涉及一種磁流變拋光設(shè)備的磁場(chǎng)發(fā)生裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代信息電子技術(shù)、光學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，在IT、電子行業(yè)，超光滑元件應(yīng)用 越來(lái)越多，如藍(lán)寶石襯底、單晶硅表面、手機(jī)后蓋等，這類元件的加工批量大，其表面要滿足 超光滑，光澤度高，色澤均勻，無(wú)劃傷等要求。目前，市場(chǎng)上的研磨拋光機(jī)都是采用平面互研 原理，工件卡在游心輪中，在上下拋光盤的研磨作用下實(shí)現(xiàn)拋光。這種拋光方式的局限性就 是只能加工平面，不能加工弧面等曲面。
[0003] 磁流變液是一種智能材料，是由高導(dǎo)磁率、低磁滯性的微小軟磁性顆粒和非導(dǎo)磁 性液體混合而成的懸浮體。它在常態(tài)下是液體，當(dāng)加載磁場(chǎng)時(shí)，發(fā)生液一固相變，當(dāng)去除磁 場(chǎng)時(shí)，又發(fā)生固一液相變。在一定磁場(chǎng)強(qiáng)度范圍內(nèi)，磁流變液的表現(xiàn)粘度和磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)， 這種現(xiàn)象稱為磁流變效應(yīng)。利用磁流變液的磁流變效應(yīng)，可以將磨粒聚集于拋光區(qū)域形成 柔性磨頭，具有磨頭硬度可調(diào)，磨粒自銳，面型貼合好等優(yōu)點(diǎn)，用于拋光加工性能優(yōu)良。
[0004] 現(xiàn)有的磁流變拋光裝置拋光作業(yè)時(shí)可以通過(guò)改變磁場(chǎng)強(qiáng)度改變磨頭的硬度，由于 磁場(chǎng)發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)的局限性，磁場(chǎng)有效拋光區(qū)域較小，整個(gè)拋光區(qū)域的材料去除模型是固 定的，無(wú)法完成復(fù)雜曲面的拋光。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種磁場(chǎng)分布均勻，磁場(chǎng)有效拋光區(qū)域較大，適合于多自由 度運(yùn)動(dòng)工件復(fù)雜曲面拋光的磁流變拋光設(shè)備的磁場(chǎng)發(fā)生裝置。
[0006] 本發(fā)明提供的磁流變拋光設(shè)備的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，包括多個(gè)可產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的由極 性相反的兩個(gè)電磁極組成的電磁極組，構(gòu)成所述多個(gè)電磁極組的電磁極采用成環(huán)形布置且 兩相鄰磁極的極性相反的三角狀磁極。
[0007] 所述磁極包括三角形磁芯、安裝在磁芯上的三角環(huán)形極頭、纏繞磁芯上的磁芯線 圈，磁芯和磁芯線圈整體安裝在一塊底板上面。
[0008] 所述相鄰兩磁極間設(shè)有間距為10 - 20mm的氣隙。
[0009] 本發(fā)明的有益效果：
[0010] 1、本發(fā)明相鄰兩磁極間留有一定間距（10 - 20mm)的氣隙，通電后相鄰兩磁極極 性相反，磁極會(huì)在氣隙部位形成一個(gè)梯度磁場(chǎng)，這樣整個(gè)磁場(chǎng)會(huì)在圓周方向形成一個(gè)均勾 的梯度磁場(chǎng)。
[0011] 2、由于該磁場(chǎng)每個(gè)磁芯比較大，每個(gè)磁芯表面纏繞的線圈匝數(shù)較多，因此單個(gè)線 圈的安匝數(shù)較高，產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度比較大。
[0012] 3、由于兩相鄰的磁極氣隙為條狀間隙，氣隙部位為拋光主要區(qū)域，因此，本發(fā)明形 成的磁場(chǎng)有效拋光區(qū)域比較大，這樣拋光效率也比較高。
[0013] 4、分析工件運(yùn)動(dòng)軌跡可知，工件運(yùn)動(dòng)軌跡總是沿著剪切磁力線的方向，由磁流變 拋光原理，工件表面拋光主要是依靠磁流變液的剪切力去除工件表面，因此，本發(fā)明的拋光 去除效率較高。
[0014] 本發(fā)明用于磁流變液加工多自由度運(yùn)動(dòng)的工件，能夠在一次裝夾下，同時(shí)對(duì)一個(gè) 或多個(gè)工件的外表面進(jìn)行拋光加工，其外表面可以是平面、弧面或復(fù)雜曲面。本發(fā)明通過(guò)試 用證明：可以很有效的解決復(fù)雜形面難以拋光的難題，可減少工件加工的工序，有效提高拋 光效率。
[0015] 下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017] 圖2是圖1的俯視圖。
[0018] 圖3是本發(fā)明用于加工工件平面的示意圖。
[0019] 圖4是本發(fā)明用于加工工件曲面的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 見(jiàn)圖1、圖2,本發(fā)明提供的磁場(chǎng)發(fā)生裝置6采用多個(gè)可產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的電磁極 組A，構(gòu)成所述多個(gè)電磁極組A的電磁極采用成環(huán)形布置且兩相鄰磁極的極性相反的三角 狀磁極，每一個(gè)電磁極組A由兩個(gè)極性相反的磁極組成，每個(gè)磁極包括三角形磁芯602、安 裝在磁芯602上的三角環(huán)形極頭601、纏繞磁芯602上的磁芯線圈603,磁芯602和磁芯線 圈603整體安裝在一塊底板604上面，相鄰兩磁極間設(shè)有間距為10 - 20mm的氣隙，優(yōu)選為 15mm的氣隙。
[0021] 本發(fā)明的磁場(chǎng)發(fā)生裝置6可用于對(duì)多自由度運(yùn)動(dòng)的工件包括平面和曲面等多個(gè) 復(fù)雜表面進(jìn)行拋光加工。應(yīng)用本發(fā)明的拋光設(shè)備如圖3所示，包括設(shè)在機(jī)架上的磁流變液 箱5、設(shè)在磁流變液箱5上方的公轉(zhuǎn)大盤1、設(shè)在公轉(zhuǎn)大盤1上的工件運(yùn)動(dòng)架2和通過(guò)轉(zhuǎn)軸 3安裝在工件運(yùn)動(dòng)架2上的工件4,本發(fā)明磁場(chǎng)發(fā)生裝置6設(shè)置在磁流變液箱5的底部。
[0022] 通電后，磁場(chǎng)發(fā)生裝置6在磁流變液箱5內(nèi)產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)，磁流變液在梯度磁場(chǎng) 的作用下，會(huì)沿著磁力線方向形成磁鏈，相當(dāng)于一個(gè)個(gè)小磁性磨頭。當(dāng)工件驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)工 件4在磁流變液中做多自由度運(yùn)動(dòng)時(shí)，工件4與磁流變液做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，磁流變液會(huì)對(duì)工件表 面產(chǎn)生去除作用，從而實(shí)現(xiàn)拋光。
[0023] 由磁路定理，兩個(gè)極性相反的磁極會(huì)在間隙處漏磁，因此漏磁處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)梯度 磁場(chǎng)。由于鐵磁材料的磁導(dǎo)率μ很大，鐵芯有使磁感應(yīng)通量集中到自己內(nèi)部的作用。一個(gè) 沒(méi)有鐵芯的載流線圈產(chǎn)生的磁感應(yīng)線是彌散在整個(gè)空間的；若把同樣的線圈繞在一個(gè)閉合 的鐵芯上時(shí)，則不僅磁通量的數(shù)值大大增加，而且磁感應(yīng)線幾乎是沿著鐵芯的。由安培環(huán)路 定理
式中N和I。分別是線圈匝數(shù)和通電電流，B i為磁 感應(yīng)強(qiáng)度，I1為磁路長(zhǎng)度，μ 相對(duì)磁導(dǎo)率，μ。為空氣磁導(dǎo)率。因此改變線圈的通電電流 和磁路長(zhǎng)度可改變磁感應(yīng)強(qiáng)度B的大小。
[0024] 另外通電導(dǎo)線會(huì)在其內(nèi)部和周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，依據(jù)畢奧-薩伐爾定律，
?磁感應(yīng)強(qiáng)度B是各個(gè)電流元Idl產(chǎn)生的元磁感應(yīng)強(qiáng)度
的矢量疊加。因此，磁流變拋光磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度是每個(gè)極頭產(chǎn)生的磁感應(yīng)強(qiáng)度#矢量疊 加，即
，改變磁場(chǎng)電流的大小可改變磁感應(yīng)強(qiáng)度g的方向，從而實(shí)現(xiàn)磁感應(yīng)強(qiáng)度 3的方向可調(diào)節(jié)。
[0025] 按畢奧一薩法爾定律，磁感應(yīng)強(qiáng)度是電流元和徑矢的叉乘，是軸矢量，改變徑矢的 可以改變磁感應(yīng)強(qiáng)度的方向。在每個(gè)極頭倒角可以改變徑矢，從而可以改變磁感應(yīng)強(qiáng)度的 方向。
[0026] 本實(shí)施例可通過(guò)控制不同的伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)工件不同自由度的運(yùn)動(dòng)，公轉(zhuǎn)、自轉(zhuǎn)、 搖擺運(yùn)動(dòng)之間可以任意兩個(gè)聯(lián)動(dòng)，也可以單獨(dú)運(yùn)動(dòng)，也可以三個(gè)運(yùn)動(dòng)同時(shí)聯(lián)動(dòng)。如圖3所 示，當(dāng)公轉(zhuǎn)大盤1公轉(zhuǎn)與工件運(yùn)動(dòng)架2驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸3自轉(zhuǎn)聯(lián)動(dòng)時(shí)可加工工件4的平面；如圖4 所示，當(dāng)公轉(zhuǎn)大盤1公轉(zhuǎn)與工件運(yùn)動(dòng)架2搖擺（或工件運(yùn)動(dòng)架2搖擺、轉(zhuǎn)軸3自轉(zhuǎn)）聯(lián)動(dòng)時(shí) 可加工工件4的曲面。
[0027] 由此可見(jiàn)，工件與磁流變液發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，工件的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)平面的拋 光，工件的搖擺運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)曲面或立面的拋光，工件軸的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)可以實(shí)現(xiàn)拋光的均勻 性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種磁流變拋光設(shè)備的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征是包括多個(gè)可產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的由極性 相反的兩個(gè)電磁極組成的電磁極組，構(gòu)成所述多個(gè)電磁極組的電磁極采用成環(huán)形布置且兩 相鄰磁極的極性相反的三角狀磁極。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁流變拋光設(shè)備的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征是所述磁極包括三 角形磁芯、安裝在磁芯上的三角環(huán)形極頭、纏繞磁芯上的磁芯線圈，磁芯和磁芯線圈整體安 裝在一塊底板上面。3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的磁流變拋光設(shè)備的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，其特征是所述相鄰兩 磁極間設(shè)有間距為10 - 20mm的氣隙。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種磁流變拋光設(shè)備的磁場(chǎng)發(fā)生裝置，包括多個(gè)可產(chǎn)生梯度磁場(chǎng)的由極性相反的兩個(gè)電磁極組成的電磁極組，構(gòu)成所述多個(gè)電磁極組的電磁極采用成環(huán)形布置且兩相鄰磁極的極性相反的三角狀磁極。本發(fā)明用于磁流變液加工多自由度運(yùn)動(dòng)的工件，能夠在一次裝夾下，同時(shí)對(duì)一個(gè)或多個(gè)工件的外表面進(jìn)行拋光加工，其外表面可以是平面、弧面或復(fù)雜曲面。本發(fā)明通過(guò)試用證明：可以很有效的解決復(fù)雜形面難以拋光的難題，可減少工件加工的工序，有效提高拋光效率。
【IPC分類】H01F7/00, B24B1/00
【公開(kāi)號(hào)】CN104999344
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510502499
【發(fā)明人】許亮, 陳永福, 許君, 李智, 危峰
【申請(qǐng)人】宇環(huán)數(shù)控機(jī)床股份有限公司
【公開(kāi)日】2015年10月28日
【申請(qǐng)日】2015年8月17日