[发明专利]一种小口径非球面永磁式磁流变抛光加工机床

说明书

技术领域

本发明涉及一种抛光加工机床，属于研抛加工技术领域。

背景技术

随着现代科学技术的日益发展，在国防、航空航天及电子行业、生物医疗等领域，需要各种高精度高表面质量的零件，这些高精度零件其面型要求达到亚微米级的形状精度、纳米级的表面粗糙度和极小的亚表层损伤。这类零件在经过直接成形或采用单点金刚石切削、超精密磨削之后，还需对其表面进行超精密研抛加工，以进一步提高其加工精度和零件使用性能。

对于一些形状较为简单、尺度较大零件的加工，目前常采用磁流变抛光的方法对其实现超精密抛光加工，其磁流变抛光原理主要是通过抛光轮带动含有磨料的磁流变液在电磁铁产生的梯度磁场环境下形成柔性缎带，来对工件进行确定性抛光去除加工。磁流变抛光不会有工具磨损，磁流体的流动对工件形状的适应性好，加工热量会及时被带走，并且能达到纳米级的加工表面质量。但是对于一些小口径非球面零件，通常其结构形状较为复杂，如一种Ψ形元件，其待加工表面包括中心支撑杆和内、外球壳表面，并且曲面过渡部分曲率半径较小，其最小曲率半径要求小到2mm左右。现阶段，常规的磁流变抛光采用“抛光轮、电磁铁”抛光形式来制备抛光头工具，由于其制作的抛光头形状受抛光轮直径的限制不能小至一定程度，无法接触到异形零件如Ψ形待加工小口径非球曲面的各个位置，因而不能满足加工零件对其形状和尺度精度的要求。对于这类零件的加工，需要采用小尺寸的特殊研抛工具头，并设计相应结构形式的抛光加工机床，使其满足抛光加工所需的位置和运动关系条件。

发明内容

本发明为了解决利用现有的抛光加工设备在加工工件时无法接触到待加工小口径非球曲面的各个位置，因而不能满足加工零件的形状和尺度精度要求的问题，进而提供了一种小口径非球面永磁式磁流变抛光加工机床。

本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是：

本发明所述的一种小口径非球面永磁式磁流变抛光加工机床包括超精密加工用工件轴数控运动平台装置和垂直轴转台倒挂式斜轴磁流变研抛装置；超精密加工用工件轴数控运动平台装置包括XY精密移动平台、机床底座、盖板、风琴防护罩、工作台、工件主轴支架、工件主轴、CCD对刀装置和回液槽；XY精密移动平台含有X轴直线单元和Y轴直线单元，X轴直线单元置于Y轴直线单元上；机床底座上设有用于容纳XY精密移动平台的容腔，XY精密移动平台置于机床底座的容腔内，工作台安装在XY精密移动平台的X轴直线单元的上端面上，容腔的四周设有盖板，工作台的边缘与盖板之间设有风琴防护罩，容腔的上部敞口通过工作台、工作台四周的盖板以及工作台与盖板之间的风琴防护罩盖住，将所述XY精密移动平台封装在容腔内；工件主轴通过工件主轴支架安装在工作台上，且工件主轴的轴线与X轴直线单元的运动轴线平行，回液槽设置在工作台上用于回收磁流变液；CCD对刀装置安装在盖板上；垂直轴转台倒挂式斜轴磁流变研抛装置包括龙门架、Z轴直线单元、直角连接架、转台、二维精密微调位移台、抛光头主轴、抛光头主轴支架和抛光工具；抛光工具由永磁式抛光头和抛光头连接杆组成；Z轴直线单元安装在龙门架上，转台通过直角连接架安装在Z轴直线单元上，转台内的转动轴的轴端通过二维精密微调位移台与抛光头主轴支架连接，抛光头主轴支架具有一定倾角使安装在抛光头主轴支架上的抛光头主轴与水平面的夹角为40度至45度，抛光头连接杆的一端安装在抛光头主轴的夹头上，抛光头连接杆的另一端与永磁式抛光头连接；Z轴直线单元与XY精密移动平台构成三维坐标系；龙门架安装在机床底座上；利用二维精密微调位移台和CCD对刀装置调整永磁式抛光头的空间位置，使永磁式抛光头的球心位于转台的回转轴线上，CCD对刀装置用于观测永磁式抛光头相对于工件的加工位置并通过Z轴直线单元、XY精密移动平台时实调整二者的相对位置，完成工件加工前的对刀。

本发明的有益效果是：

本发明针对现有磁流变抛光技术存在的不足，提供一种小口径非球面磁流变抛光加工机床，该机床的垂直轴为转台倒挂式斜轴磁流变研抛装置，其抛光工具采用小直径永磁体球形抛光头，水平轴为精密二维运动平台装置。利用高精度的多轴运动控制器可以实现其四轴联动，完成抛光加工所需的位置和运动关系条件，有效避免抛光工具头和工件各加工表面间的干涉。并结合高分辨率的CCD摄像头对刀装置，可有效完成加工前的高精度对刀操作。特别适用于高精度小口径非球面零件的超精密抛光加工、高效制造与稳定生产。