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随着科技的日新月异,高尖端仪器设备对高精度小型且结构复杂零件的需求越来越大。这些形状小、结构复杂的零件作为核心零部件在航空航天、军事等领域有着重要作用。针对深腔薄壁结构、无亚表面损伤等加工要求的半球谐振子这类小型异形零件,目前搭建了直径4mm的小工具头磁流变抛光实验样机,由于该实验样机的抛光头形状、磁场分布、加工间隙、抛光斑点形貌等均与传统轮式磁流变抛光装置不同,故需要对其抛光机理、材料去除函数、抛光工艺等展开研究,以获得较高的小工具头磁流变抛光去除率,降低工件表面粗糙度,提高工件面型精度。首先,在润滑脂滑动轴承Bingham介质分析方法的基础上,构建小工具头磁流变流体动力学模型。通过差分法和松弛迭代法对数学模型进行求解,经仿真结果与实际抛光斑点形貌对比,可知磁流变抛光过程中主要以剪切力去除为主,由此根据由剪切力构成的修正Preston方程,建立去除函数模型。通过小直径抛光头磁流变定点抛光熔石英平面工件的实验,确定去除函数中Preston方程系数K的平均值为8.93×10-13 m2/N,在边缘处存在一定误差。其次,利用自研小工具头磁流变抛光实验样机对熔石英玻璃棒的磁流变抛光工艺进行研究。为了研究工艺参数对材料去除率的影响,进行单因素定点抛光实验,结果表明:抛光间隙越小、主轴转速和摆角越大时,材料去除率越高;驻留时间与材料去除量的线性度达0.994,说明加工时间对磁流变抛光去除率影响不大,进而可通过控制工件表面各点的加工时间实现确定性加工。正交实验结果表明:影响工件表面粗糙度和材料去除率的因素主次顺序都为:抛光粉粒度>主轴转速>最小加工间隙>主轴摆角;以去除率和工件表面粗糙度综合指标为实验指标,可获得最优工艺参数组合(最小加工间隙0.08mm,主轴转速6000r/min,主轴摆角40°,抛光粉粒度16μm)。去除函数稳定性实验结果表明:270min内抛光的9个斑点的矩形面积波动小于6.43%,相对峰值波动小于5.87%,从而验证小工具头磁流变抛光去除函数的良好稳定性。最后,基于矩阵形式的驻留算法,根据原始工件面型数据和去除函数,获得各驻留点的驻留时间,通过计算机控制磁流变抛光轨迹,完成对回转对称工件的成型抛光;经过两次迭代加工,在工件中心Φ16mm范围内,加工表面粗糙度达2.4nm,面型精度由0.81μm提高到0.14μm。