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磁流变抛光设备的磁场发生装置
申请号	CN201510502796.5	申请日	2015-08-17	公开(公告)号	CN105014484A	公开(公告)日	2015-11-04
申请人	宇环数控机床股份有限公司;			发明人	许亮; 陈永福; 许君; 李智; 危峰;
摘要	本发明公开了一种磁流变抛光设备的磁场发生装置，包括至少一个可产生梯度磁场的由极性相反的两个电磁极组成的电磁极组，构成所述电磁极组的电磁极采用至少两个同心圆设置且两相邻磁极的极性相反的环状磁极。本发明用于磁流变液加工多自由度运动的工件，能够在一次装夹下，同时对一个或多个工件的外表面进行抛光加工，其外表面可以是平面、弧面或复杂曲面。本发明通过试用证明：可以很有效的解决复杂形面难以抛光的难题，可减少工件加工的工序，有效提高抛光效率。
权利要求	1.一种磁流变抛光设备的磁场发生装置，其特征是包括至少一个可产生梯度磁场的由极性相反的两个电磁极组成的电磁极组，构成所述电磁极组的电磁极采用至少两个同心圆设置且两相邻磁极的极性相反的环状磁极。 2.根据权利要求1所述的磁流变抛光设备的磁场发生装置，其特征是所述环状磁极包括环状磁芯、缠绕在环状磁芯外表面上的磁芯线圈，环状磁芯和磁芯线圈固定在底板上。 3.根据权利要求1或2所述的磁流变抛光设备的磁场发生装置，其特征是所述磁场发生装置设在圆桶形的抛光液槽下面，在所述抛光液槽外周边设有外线圈，所述外线圈的下平面和所述环状磁极的上平面齐平。
说明书全文	磁流变抛光设备的磁场发生装置技术领域 [0001] 本发明属于磁流变抛光装置，具体涉及一种磁流变抛光设备的磁场发生装置。背景技术 [0002] 随着现代信息电子技术、光学技术的不断进步，在IT、电子行业，超光滑元件应用越来越多，如蓝宝石衬底、单晶硅表面、手机后盖等，这类元件的加工批量大，其表面要满足超光滑，光泽度高，色泽均匀，无划伤等要求。目前，市场上的研磨抛光机都是采用平面互研原理，工件卡在游心轮中，在上下抛光盘的研磨作用下实现抛光。这种抛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] 磁流变液是一种智能材料，是由高导磁率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁性液体混合而成的悬浮体。它在常态下是液体，当加载磁场时，发生液—固相变，当去除磁场时，又发生固—液相变。在一定磁场强度范围内，磁流变液的表现粘度和磁场强度有关，这种现象称为磁流变效应。利用磁流变液的磁流变效应，可以将磨粒聚集于抛光区域形成柔性磨头，具有磨头硬度可调，磨粒自锐，面型贴合好等优点，用于抛光加工性能优良。 [0004] 现有的磁流变抛光装置抛光作业时可以通过改变磁场强度改变磨头的硬度，由于磁场发生装置结构的局限性，磁场有效抛光区域较小，整个抛光区域的材料去除模型是固定的，无法完成复杂曲面的抛光。发明内容 [0005] 本发明的目的是提供一种磁场分布均匀，磁场有效抛光区域较大，适合于多自由度运动工件复杂曲面抛光的磁流变抛光设备的磁场发生装置。 [0006] 本发明提供的磁流变抛光设备的磁场发生装置，包括至少一个可产生梯度磁场的由极性相反的两个电磁极组成的电磁极组，构成所述电磁极组的电磁极采用至少两个同心圆设置且两相邻磁极的极性相反的环状磁极。 [0007] 所述环状磁极包括环状磁芯、缠绕在环状磁芯外表面上的磁芯线圈，环状磁芯和磁芯线圈固定在底板上。 [0008] 所述磁场发生装置设在圆桶形的抛光液槽下面，在所述抛光液槽外周边设有外线圈，所述外线圈的下平面和所述环状磁极的上平面齐平。 [0009] 本发明的有益效果： [0010] 本发明结构简单，通过改变电流大小可实现磁力线方向的调节。由于每个线圈中的铁芯是连续的，因此单个线圈通电后形成的环形磁极，其磁场在环向是连续的，磁流变液会沿着环向均匀分布，而且工件旋转方向与磁力线方向垂直，工件表面受到的剪切力比较大。 [0011] 本发明用于磁流变液加工多自由度运动的工件，能够在一次装夹下，同时对一个或多个工件的外表面进行抛光加工，其外表面可以是平面、弧面或复杂曲面。本发明通过试用证明：可以很有效的解决复杂形面难以抛光的难题，可减少工件加工的工序，有效提高抛光效率。 [0012] 下面结合附图进一步说明本发明的技术方案。附图说明 [0013] 图1是本发明的结构示意图。 [0014] 图2是图1的俯视图。 [0015] 图3是本发明的磁力线示意图。 [0016] 图4是本发明用于加工工件平面的示意图。 [0017] 图5是本发明用于加工工件曲面的示意图。具体实施方式 [0018] 见图1—图3，本发明提供的磁场发生装置6设在圆桶形的抛光液槽5下面，包括两个(或者多个)同心圆设置且两相邻磁极的极性相反的环状磁极，每两个极性相反的环状磁极组成一个电磁极组A，每个环状磁极包括环状磁芯602、缠绕在环状磁芯602外表面上的磁芯线圈603，环状磁芯602和磁芯线圈603固定在底板604上，在最外环状磁极的外面设有保护环606，同时在抛光液槽5外周边设有外线圈605，外线圈605的下平面和环状磁极的上平面齐平。 [0019] 磁芯线圈603和外线圈605的通电方向相反，通电后可形成两个极性相反的磁极，在两线圈中形成梯度磁场。外线圈605通电后，磁芯线圈603的磁感应强度B会矢量叠加，因此，改变外线圈605的电流可以调节磁极磁力线的方向(参见图3)，可实现加工平面和加工曲面时所需的不同磁场的要求。当然本发明也可不设外线圈605，同样可以起到在磁流变液中产生磁场的作用，只是效果不如设外线圈605的好。 [0020] 本发明的磁场发生装置6可用于对多自由度运动的工件包括平面和曲面等多个复杂表面进行抛光加工。应用本发明的抛光设备如图4所示，包括设在机架上的磁流变液箱5、设在磁流变液箱5上方的公转大盘1、设在公转大盘1上的工件运动架2和通过转轴3安装在工件运动架2上的工件4，本发明磁场发生装置6设置在磁流变液箱5的底部。 [0021] 通电后,磁场发生装置6在磁流变液箱5内产生梯度磁场，磁流变液在梯度磁场的作用下，会沿着磁力线方向形成磁链，相当于一个个小磁性磨头。当工件驱动机构驱动工件4在磁流变液中做多自由度运动时，工件4与磁流变液做相对运动，磁流变液会对工件表面产生去除作用，从而实现抛光。 [0022] 由磁路定理，两个极性相反的磁极会在间隙处漏磁，因此漏磁处会产生一个梯度磁场。由于铁磁材料的磁导率μ很大，铁芯有使磁感应通量集中到自己内部的作用。一个没有铁芯的载流线圈产生的磁感应线是弥散在整个空间的；若把同样的线圈绕在一个闭合的铁芯上时，则不仅磁通量的数值大大增加，而且磁感应线几乎是沿着铁芯的。由安培环路定理，式中N和I0分别是线圈匝数和通电电流，Bi为磁感应强度，li为磁路长度，μi为相对磁导率，μ0为空气磁导率。因此改变线圈的通电电流和磁路长度可改变磁感应强度B的大小。 [0023] 另外通电导线会在其内部和周围产生磁场，依据毕奥-萨伐尔定律，磁感应强度B是各个电流元Idl产生的元磁感应强度的矢量叠加。因此，磁流变抛光磁场的磁感应强度是每个极头产生的磁感应强度矢量叠加，即改变磁场电流的大小可改变磁感应强度的方向，从而实现磁感应强度的方向可调节。 [0024] 按毕奥—萨法尔定律，磁感应强度是电流元和径矢的叉乘，是轴矢量，改变径矢的可以改变磁感应强度的方向。在每个极头倒角可以改变径矢，从而可以改变磁感应强度的方向。 [0025] 本实施例可通过控制不同的伺服电机，实现工件不同自由度的运动，公转、自转、摇摆运动之间可以任意两个联动，也可以单独运动，也可以三个运动同时联动。如图4所示，当公转大盘1公转与工件运动架2驱动转轴3自转联动时可加工工件4的平面；如图5所示，当公转大盘1公转与工件运动架2摇摆(或工件运动架2摇摆、转轴3自转)联动时可加工工件4的曲面。 [0026] 由此可见，工件与磁流变液发生相对运动时，工件的自转运动可以实现平面的抛光，工件的摇摆运动可以实现曲面或立面的抛光，工件轴的公转运动可以实现抛光的均匀性。

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