[发明专利]一种磁场辅助的超精密加工装置和方法

说明书

本发明属于超精密加工领域，公开了一种磁场辅助的超精密加工装置和方法。该装置包括机床主体和励磁模块；所述机床主体包括超精密机床主轴和刀架；所述励磁模块包括磁体、固定架、调节板以及磁体夹具；所述调节板通过所述固定架固定于所述机床主体上；两个所述磁体夹具可移动地装设于所述调节板上，两个所述磁体极性为N‑S相对放置，且分别安装于两个所述磁体夹具上，以在两个所述磁体夹具之间形成0～0.3T的磁场；当所述超精密机床主轴装夹工件时，两个所述磁体夹具位于工件两侧，以使工件的加工过程在所述磁场中进行。本发明通过磁场辅助超精密切削，以此来解决难加工材料加工中所遇到的问题，提高加工表面质量和精度，减少刀具磨损。

技术领域

本发明属于超精密加工领域，更具体地，涉及一种磁场辅助的超精密加工装置和方法。

背景技术

近些年来，新型高性能材料，如镍基高温合金、钛合金、高强度钢、复合材料等先进材料由于其优良的性能，在航空航天等领域得到越来越广泛的应用。这些材料在加工中表现出加工硬度大、切削力大、切削温度高、刀具磨损严重、加工效率低、加工质量不理想等加工问题，属于典型的难加工材料。超精密金刚石切削被广泛应用于光学级表面精密零件加工，但直接对上述难加工材料进行超精密加工非常困难，上述材料的导热性差，在进行超精密单点金刚石的车削加工时，刀尖和工件接触区域的材料会因为切削热的累积形成局部的高温，使材料转变成熔融态的粘性流体，粘刀严重，导致加工后工件的表面质量很差，刀具磨损严重。

为了解决这些精密加工存在的问题，引入外加的物理场成为一种趋势，现在外加物理场辅助的加工方法成为了加工技术研究中的一个前沿和热点问题，设计的物理场包含有磁场、超声振动、离子束、等离子注入、激光等，以及将多个物理场结合辅助加工。这种加工方法目的在于通过将外界能量(磁、振动、热、光)输入到加工区域，辅助或直接形成材料去除，改善传统加工后工件表面质量差的难题，如难加工材料的高效去除、脆性材料的塑性去除、黑色金属的金刚石刀具精密切削等。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种磁场辅助的超精密加工装置和方法，其目的在于，通过将超精密车削与外加磁场结合，利用磁场辅助超精密切削，以此来解决上述难加工材料加工中所遇到的问题，提高加工表面质量和精度，减少刀具磨损。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种磁场辅助的超精密加工装置，用于具有顺磁特性的难加工材料的加工，包括机床主体和励磁模块；

所述机床主体包括超精密机床主轴和刀架；

所述励磁模块包括磁体、固定架、调节板以及磁体夹具；

所述调节板通过所述固定架固定于所述机床主体上；两个所述磁体夹具可移动地装设于所述调节板上，两个所述磁体极性为N-S相对放置，且分别安装于两个所述磁体夹具上，以在两个所述磁体夹具之间形成0～0.3T的磁场；

当所述超精密机床主轴装夹工件时，两个所述磁体夹具位于工件两侧，以使工件的加工过程在所述磁场中进行。

进一步地，所述调节板上加工有滑槽，利用螺栓穿过所述滑槽将所述调节板与所述磁体夹具相连，从而通过所述螺栓与所述滑槽的配合，调整两个所述磁体夹具的间距，进而改变工件加工部位的磁场强度。

进一步地，所述磁体为永磁体。

进一步地，所述磁体为电磁铁。

进一步地，调节所述磁体夹具使磁场与工件的轴线夹角为30°～90°，并使工件处于磁场的中心区域。

进一步地，所述调节板上设有两个滚珠丝杠副，两个所述磁体夹具分别固定于两个滚珠丝杠副的动子上，两个滚珠丝杠副通过两个伺服电机分别驱动。

为了实现上述目的，本发明还提供了基于如前任意一项所述的超精密加工装置的超精密加工方法，在超精密机床加工过程中，在工件周围设置0～0.3T的定向磁场。