本发明属于超精密加工领域，具体涉及基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化装置及方法。
背景技术：
1、刀具作为金属加工过程中的关键工具，是机架的“牙齿”，对机械行业的发展有着重要意义。影响刀具切削性能和刀具寿命的因素，一般包括刀具材料、刀具结构、切削用量优化、刀具刃口的状况等。在实际应用中，即使经过了一系列的刃磨处理工艺，刀具刃口也并不是理想的切削刃状态，刃口仍然存在各种微观缺陷，如豁牙、裂纹、锯齿、毛刺等；这些细微残缺的遗留，很容易在未来复杂的工作环境下出现扩展或延伸，导致刃口抗压强度及抗弯强度大幅下降，加剧刀具的磨损和破环，影响刀具的使用寿命和切削性能，进而影响到工件表面的加工质量。因此需要对刀具刃口进行钝化处理。大量研究表明，钝化后的刀具刃口具有强度更高、表面摩擦力更小、涂层附着性更强、加工过程稳定性更好、切削寿命显著提高等优点；而且合理的刃口钝化处理还可以减少刀具切削过程中的磨损和破碎，改善刀具刃口在切削过程中的机械载荷，提高刀具寿命以及被加工零件的表面质量。
2、传统的刀具刃口钝化是通过毛刷、喷砂、拖拽等特殊的工艺方法，消除刃口处的微观缺陷，获得合适刃口微观几何形状，减低刀面粗糙度。但是，针对某些特殊刀具刃口，例如材料硬度高、刃口形状复杂、整体尺寸微小等，使用传统的刀具刃口钝化方式进行钝化处理时，还存在材料去除率低、钝化效果不明显、刃口一致性差等问题。
技术实现思路
1、为了克服现有技术中存在的上述问题，本技术提供了一种基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化装置；该钝化装置利用抛光液与刀具的相对运动，形成力流变效应，在刀具刃口处产生“柔性固着磨具”；同时通过轴式音圈电机的振动作用，优化抛光液磨粒分布状态，提高其剪切增稠强度，使“柔性固着磨具”与刀具刃口充分切削接触，提高抛光钝化效率和抛光钝化效果，而且该钝化装置中还设有位于刀具外的引流套，在对刀具进行抛光钝化时，转动的引流套通过其内部的螺旋引流板使抛光液在引流套内存在轴向流动(引流套旋转时，螺旋引流板对抛光液具有输送作用)，提高抛光液的剪切增稠效果，从而进一步提高了对刀具刃口的抛光钝化效率，实现对刀具刃口的高效率、高质量抛光钝化。对应的，本技术还提供了一种基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化方法。
2、对于装置而言，本技术的技术方案为：
3、基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化装置，包括机架；所述机架上设有机械臂、抛光盘和刀具驱动机构；所述刀具驱动机构包括a伺服电机，以及由a伺服电机驱动转动的传动轴；所述a伺服电机固定于机械臂的端部；所述传动轴上设有轴式音圈电机和集流环；所述轴式音圈电机的电源线与集流环相连接；所述轴式音圈电机的振动杆上固定有夹具，用于夹持待加工的刀具；所述夹具的外侧设有引流套；所述引流套与轴式音圈电机固定连接，其内侧壁上设有螺旋引流板；所述抛光盘内装有非牛顿流体抛光液，且抛光盘与b伺服电机传动连接，由b伺服电机驱动转动。
4、与现有技术相比，本技术的基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化装置设备简单可靠，抛光自动化程度高，降低了人工劳动力以及对人工经验的依赖，避免了人为操作过程中的各类不确定因素；该钝化装置包括机械臂、伺服电机、抛光盘、轴式音圈电机、夹具等，对刀具刃口进行抛光钝化时，在抛光盘内装入非牛顿流体抛光液，并通过抛光液与刀具的相对运动，形成力流变效应，在刀具刃口处产生“柔性固着磨具”；同时利用轴式音圈电机的振动作用，减少对抛光盘转速的依赖，降低抛光液飞溅和磨粒堆积沉降现象，优化抛光液磨粒分布状态，提高其剪切增稠强度，使“柔性固着磨具”与刀具刃口充分切削接触，提高抛光钝化效率和抛光钝化效果，而且该钝化装置中还在夹具外设置有引流套，在对刀具进行抛光钝化时，转动的引流套通过其内部的螺旋引流板使抛光液在引流套内存在轴向流动，提高抛光液的剪切增稠效果，从而进一步提高了对刀具刃口的抛光钝化效率，实现对刀具刃口的高效率、高质量抛光钝化。
5、作为优化，前述的基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化装置中，所述引流套通过连杆与固定套相连接；固定套套设于轴式音圈电机壳体的端部，并通过螺栓固定。此时，装配方便、易于实施。
6、作为优化，前述的基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化装置中，所述抛光盘的底部设有旋转底座；所述旋转底座穿过机架顶部的通孔，并与b伺服电机的输出轴相连接。从而，可以防止抛光盘在工作中出现松动、异响，同时有效传递b伺服电机的转速。进一步的，所述机架包括柜体和柜门；所述柜门通过铰链与柜体铰接；所述b伺服电机固定于所述柜体内部的隔板上。此时，方便对抛光盘与b伺服电机进行安装。
7、作为优化，前述的基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化装置中，所述轴式音圈电机的振动频率范围为0-150hz，振幅范围为0-2mm，持续推力为35-111n，顶峰推力为113-262n。
8、作为优化，前述的基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化装置中，所述a伺服电机的输出轴通过联轴器与传动轴相连接。使用联轴器连接，使得a伺服电机的输出轴和传动轴可以各自平稳转动，保证了传动性能，而且安装比较容易。
9、对于方法而言，本技术的技术方案为：
10、基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化方法，该方法使用前述的本技术的基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化装置对刀具的刃口进行钝化处理；具体过程如下：第一步，将待加工的刀具安装于夹具上；启动机械臂，调整a伺服电机的位置及角度，使刀具的刃口处于需要的工作区域和方位；第二步，将抛光液倒入抛光盘中；启动b伺服电机，驱动抛光盘转动，转速为20-30r/min，使抛光液流动起来，浸没刀具；第三步，启动a伺服电机，并将a伺服电机和b伺服电机的转速逐渐调整到抛光过程中所需要的工作转速；第四步，启动轴式音圈电机，并将振动频率逐步增加到40-80hz，将振幅逐步增加到0.2-1mm，对刀具刃口进行抛光钝化处理，此过程中，转动的引流套通过内部的螺旋引流板使抛光液在引流套内存在轴向流动。
11、与现有技术相比，本技术的基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化方法先通过机械臂调整待加工刀具的位置，使其处于工作区域内，再将特定的抛光液倒入抛光盘中，并驱动抛光盘和刀具旋转，使抛光液与刀具产生相对运动，形成力流变效应，从而可以在刀具刃口处产生“柔性固着磨具”；同时利用轴式音圈电机的振动作用以及引流套对抛光液的引流输送作用，减少对抛光盘转速的依赖，降低抛光液飞溅和磨粒堆积沉降现象，优化抛光液磨粒分布状态，提高其剪切增稠效果，使抛光液处于更有利于抛光钝化的状态，在刀具刃口处产生更优的“柔性固着磨具”，与刀具刃口充分切削接触，实现对刀具刃口的高效率、高质量抛光钝化。
12、作为优化，前述的基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化方法中，所述非牛顿流体抛光液包括基液、添加剂和磨粒；所述磨粒为二氧化硅、氧化铝、氧化铈、金刚石的一种或多种混合，浓度可以为2wt.％-20wt.％；所述添加剂为防腐剂、抗沉剂或表面活性剂；所述基液包括固相粒子和去离子水；所述固相粒子为多羟基聚合物，浓度可以为35wt.％-58wt.％，粒径范围可以为5-35μm。
13、作为优化，前述的基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化方法中，所述第三步中，若刀具为多齿、多刃口刀具，则a伺服电机的工作转速为10-20r/min，b伺服电机的工作转速为60-90r/min；从而，使各个齿及刃口都能均匀且充分地接触抛光液，保证各刃口抛光钝化效果的一致性；若刀具为单刃口刀具，则拆除引流套，且a伺服电机不转动，b伺服电机的工作转速为60-90r/min；即刃口所处抛光位置始终保持不变，使抛光液集中冲击该刃口，保证刃口与抛光液的接触效果。
14、作为优化，前述的基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化方法中，所述夹具的端部设有外螺纹；所述第一步中，将待加工的刀具套设于夹具的端部，并通过自锁螺母锁紧固定。此时，装配简单，且连接牢固度高，可以防止抛光过程中刀具松动甚至脱落。
1.基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化装置，其特征在于：包括机架(1)；所述机架(1)上设有机械臂(2)、抛光盘(3)和刀具驱动机构；所述刀具驱动机构包括a伺服电机(4)，以及由a伺服电机(4)驱动转动的传动轴(5)；所述a伺服电机(4)固定于机械臂(2)的端部；所述传动轴(5)上设有轴式音圈电机(6)和集流环(7)；所述轴式音圈电机(6)的电源线与集流环(7)相连接；所述轴式音圈电机(6)的振动杆上固定有夹具(8)，用于夹持待加工的刀具(13)；所述夹具(8)的外侧设有引流套(9)；所述引流套(9)与轴式音圈电机(6)固定连接，其内侧壁上设有螺旋引流板(901)；所述抛光盘(3)与b伺服电机(10)传动连接，由b伺服电机(10)驱动转动。
2.根据权利要求1所述的基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化装置，其特征在于：所述引流套(9)通过连杆(11)与固定套(12)相连接；所述固定套(12)套设于轴式音圈电机(6)壳体的端部，并通过螺栓固定。
3.根据权利要求1所述的基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化装置，其特征在于：所述抛光盘(3)的底部设有旋转底座(301)；所述旋转底座(301)穿过机架(1)顶部的通孔，并与b伺服电机(10)的输出轴相连接。
4.根据权利要求3所述的基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化装置，其特征在于：所述机架(1)包括柜体(101)和柜门(102)；所述柜门(102)通过铰链与柜体(101)铰接；所述b伺服电机(10)固定于所述柜体(101)内部的隔板(103)上。
5.根据权利要求1所述的基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化装置，其特征在于：所述轴式音圈电机(6)的振动频率范围为0-150hz，振幅范围为0-2mm，持续推力为35-111n，顶峰推力为113-262n。
6.根据权利要求1所述的基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化装置，其特征在于：所述a伺服电机(4)的输出轴通过联轴器与传动轴(5)相连接。
7.基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化方法，其特征在于：该方法使用权利要求1所述的基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化装置对刀具的刃口进行钝化处理；具体过程如下：
8.根据权利要求7所述的基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化方法，其特征在于：所述非牛顿流体抛光液包括基液、添加剂和磨粒；所述磨粒为二氧化硅、氧化铝、氧化铈、金刚石的一种或多种混合，浓度为2wt.％-20wt.％；所述添加剂为防腐剂、抗沉剂或表面活性剂；所述基液包括固相粒子和去离子水，所述固相粒子为多羟基聚合物。
9.根据权利要求7所述的基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化方法，其特征在于：所述第三步中，若刀具(13)为多齿、多刃口刀具，则a伺服电机(4)的工作转速为10-20r/min，b伺服电机(10)的工作转速为60-90r/min；若刀具(13)为单刃口刀具，则拆除引流套(9)，且a伺服电机(4)不转动，b伺服电机(10)的工作转速为60-90r/min。
10.根据权利要求7所述的基于振动辅助力流变抛光技术的刀具刃口钝化方法，其特征在于：所述夹具(8)的端部设有外螺纹；所述第一步中，将待加工的刀具(13)套设于夹具(8)的端部，并通过自锁螺母锁紧固定。
