杠秆式磁性液体研磨机构的设计
播雨博播
1前言
磁性液体的研磨是利用磁性液体本身具有的液体流动性和磁性材料的磁性来保持磨料与工件之间产生相对运动，从而达到研磨光整工件的精加工方法。它的特点是：加工精度高，表面质量好，能够保证零件的机械物理性能，这种加工方法不但适用于加工平面，而且适用于球面和其它复杂形状零件表面的研磨加工。本文介绍的磁性液体研磨机构，可以加工手术刀片、餐具、形状复杂的小型零件等。
实现磁性液体研磨的关键是研磨机构的设计。近年来，国内在磁性液体研磨机构的设计方面，发表的资料还不多。
磁性液体研磨机构的设计思路，就是通过电磁场充分调动磁性液体的磨粒，在研磨机构的配合下，使磨粒对被加工的零件表面产生研磨作用。工件的运动可以采用机械式的或电磁式的机构。本文的杠杆式机构贯穿了这种设计思路。
2电磁铁-杠杆式研磨机构
电磁铁-杠杆式研磨机构，是利用流体状磁性磨料，在磁场力作用下对工件表面进行研磨的加工机构。
如图1所示，磨料箱4内装有磁性磨料的流体介质，向电磁线圈1和电磁铁线圈5通入电流，分别使铁心产生极性和电磁铁产生电磁吸力，吸引杠杆的一端。工件3在杠杆的带动下做往复运动。同时电磁线圈1在磨料箱内建立的磁场使磁性磨料磁化，形成沿磁力线方向排列的研磨刷，并随着电流的变化而产生疏密变化。图1电磁铁-杠杆式磁力抛光机构控制电流的大小等技术参数，可使工件形成一定
的研磨速度并受到磨料刷的交变压力，进行抛光和研磨加工。
由于这种加工方法可以得到一定的加工速
度，实现连续研磨，且磨料的移动和自锐性好，所以抛光效率得以提高。
3.凸轮-杠杆式研磨机构
凸轮-杠杆式磁性研磨机构，如图3所示，
磨料箱4内装有流体状的磁性磨料，向
电磁线圈1通入直流电流，使轭铁产生
磁性，同时料箱内的磁场使磨料磁化，
并随着电流的通断而发生疏密变化。图2凸轮-杠杆式磁性研磨机构
杠杆在凸轮6的冲击力作用下克服弹簧力（弹簧未画出）和磨料的阻力做上下运动，带动工件5做往复运动，加工时的通电程序是这样的：工件拔出料箱时通电，插入料箱时断电。选定系统参数使工件按需要的研磨运动进行研磨。
4杠杆式研磨机构的动力学分析
杠杆式研磨机构，可以简化成一个转动型的受迫振动动力学模型，其转动角Ф如下式：
Ф=LFO/[（KL2—Jω2）2+l4C2ω2]1/2（1）
式中：L—为杠杆总长度（OB），l—短杠长度（OA），K—为弹簧刚度，J—为杠杆与工件和夹具一起的转动惯量，C—为系统阻尼，FO—为激振力幅值，可通过通电电流的幅值计算。
A点的振幅A为：
A=Ф·l（2）
工件在加工中的速度由下式求得：
V=ωФlcos（ωt-α）（3）
工件与夹具一起视为质量m，杠杆质量为M，由于加工小零件，设工件与夹具的质量m=0.5kg，为简化计算，令杠杆为均质质量M=1.5kg。工件与夹具长为200mm，重心距杠杆轴线为100mm，杠杆长L=400mm，杠杆比为1：1。
弹簧刚度K在10-130N/cm范围取值，取振动频率f=10、15、20HZ，转动惯量J=0.115N-M2，并设FO=100N；C=100N.S/m；。计算出V、A值，将计算结果画出曲线，如图4所示。
从图4可以看出，各频率下，
速度都有同一个峰值V=120m/min，
这与振幅值的变化规律相一致。
这是因为电磁铁的吸力频率与系统
的固有频率一致时发生的共振
现象。
为了选择弹簧刚度K、加工
速度V和杠杆端点B的振幅B
（本例中OB=2OA），可根据加工要求，
例如在图上画定k≥15，10≤A≤20
的矩形区域，我们就可以在矩形区域
内查出振幅值，从而确定所需要的图3K、f、V、A之间的关系
K、f和V值。
如取K=60，则在图上可得到A=7、f=20、V=60；A=14、f=10、V=53；A=21、f=15、V=119三组参数。根据上面的条件，可取A=14、f=10、V=53这组参数。
5结语
磁性液体研磨机构在电磁场的配合下，充分调动磁性液体的磨粒，使之对被加工的零件表面产生研磨作用，可以产生最佳研磨效果。
磁性液体的研磨技术在我国还刚刚开始，本文设计的杠杆式机构可为研磨装置的开发提供参考，当然，还有其它传动的机构，也可以实现磁性液体研磨，我们期待有更好的研磨机构研制出来并得到应用。
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