[发明专利]一种集群磁流变抛光垫性能测试装置及其方法

权利要求书

1.一种集群磁流变抛光垫性能测试装置，其特征在于包括有CNC机床主轴、压电式传感器、测针、抛光盘、 磁性体、集群磁流变抛光垫，测针安装在微型压电式传感器上，压电式传感器安装在CNC机床主轴上，压电式传感器的受力感应面与抛光盘所测力方向垂直，磁场发生器镶嵌于抛光盘内，抛光盘的抛光面上喷射磁流变抛光工作液，压电式传感器的输出端连接A/D转换器，A/D转换器通过数据线连接到计算机接口。

2.根据权利要求1所述的集群磁流变抛光垫性能测试装置，其特征在于上述使用蠕动泵将磁流变抛光工作液喷射到抛光盘的抛光面上；上述抛光盘是非磁抛光盘；压电式传感器通过装夹工具头安装在CNC机床主轴上，或压电式传感器通过传感器连接杆安装在CNC机床主轴上，其中传感器连接杆安装在CNC机床主轴上，压电式传感器安装在传感器连接杆的一端，测针安装在传感器连接杆的另一端。

3.根据权利要求1所述的集群磁流变抛光垫性能测试装置，其特征在于上述磁场发生器包括有若干个磁性体），若干个磁性体按照阵列方式镶嵌于抛光盘内；上述若干磁性体按照如下阵列方式镶嵌于抛光盘内：若干磁性体按照单环形阵列排布，或若干磁性体按照双环形阵列排布，或者直接将环形永磁体镶嵌在抛光盘内，以形成所需的分布磁场。

4.根据权利要求1所述的集群磁流变抛光垫性能测试装置，其特征在于上述磁性体是采用Nd-Fe-B永磁体阵列构成，或使用电磁铁。

5.根据权利要求1所述的集群磁流变抛光垫性能测试装置，其特征在于上述磁性体是圆柱形磁性体，每个磁性体的直径D为Φ8～30mm。

6.根据权利要求1所述的集群磁流变抛光垫性能测试装置，其特征在于上述测针是不导磁的微细硬铝测针。

7.根据权利要求1所述的集群磁流变抛光垫性能测试装置，其特征在于上述压电式传感器是单向微型压电式传感器，或双向微型压电式传感器，或三向微型压电式传感器，传感器的测力范围为0.01～50N，若压电式传感器是单向微型压电式传感器，测量集群磁流变抛光垫对工件的剪切力时，压电传感器横向安装，使得压电传感器的压电晶片处于竖直方向；若压电式传感器是双向或三向微型压电式传感器，沿X、Y轴的作用力时，则压电式传感器与正常主轴连接垂直放置，使得压电传感器的压电晶片处于水平方向。

8.根据权利要求1所述的集群磁流变抛光垫性能测试装置的测试方法，其特征在于包括如下步骤：

1）将若干个磁性体按照一定阵列方式镶嵌于抛光盘内构成磁场发生器，在抛光盘的盘面形成所需分布的高梯度磁场；

2）将配制好的磁流变抛光工作液注入储存箱，采用搅拌器对磁流变抛光工作液进行搅拌和循环；

3）将测针安装在压电传感器上，压电传感器传感器通过装夹工具头安装在CNC机床主轴上，压电式传感器输出端连接A/D转换器，A/D转换卡通过数据线连接计算机；

4）使用蠕动泵将磁流变抛光工作液喷洒到抛光盘上，在磁场的作用下磁流变工作液产生磁流变效应，以及磁性体集群作用效果在抛光盘面上形成一定厚度的集群磁流变抛光垫；

5）向CNC机床的控制系统中输入测量运动程序，调节抛光盘的转速，设置机床主轴的Z向运动以及X、Y向的进给运动，以自动控制测针与抛光盘之间的相对运动，改变采样点，模拟集群磁流变抛光过程中抛光垫与工件之间的相对作用；

6）调节CNC运动控制程序，测取测针处于集群磁流变抛光垫不同位置的抛光力，得到正压力和剪切力分布场，可以绘制出集群磁流变抛光垫的作用力场分布图。

9.根据权利要求1所述的集群磁流变抛光垫性能测试装置的测试方法，其特征在于上述步骤2）中，将磁流变抛光工作液注入恒温搅拌装置中，搅拌棒以转速100～500 r/min进行搅拌，蠕动泵的流量为800～2200ml/min，磁流变抛光工作液的工作温度控制在室温。

10.根据权利要求1所述的集群磁流变抛光垫性能测试装置的测试方法，其特征在于上述步骤2）中，所用磁流变抛光工作液由羰基铁粉、磨料、去离子水、甘油、分散剂等组成，它们的质量配比是：羰基铁粉（CIPs）30～40 %wt、磨粒2～10 %wt、去离子水50～70 %wt、甘油8 %wt、分散剂8 %wt，根据实际需要配比有所不同；上述步骤5）中，抛光盘的转速为0～180rpm，Z轴方向进给速率不大于0.8 m/min，X、Y轴方向进给速率不大于1.2 m/min；上述步骤6）中，集群磁流变抛光垫性能测试过程中，测针的运动控制通过编辑机床主轴的控制程序，实现测针运动轨迹覆盖集群磁流变抛光垫的整个表面以及不同高度，以获取测针与集群磁流变抛光垫作用的抛光力。