專利名稱：軸對(duì)稱可變磁場(chǎng)拋光輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拋光工具，尤其是涉及一種超精密非球面加工工具的參數(shù)可調(diào)式 軸對(duì)稱可變磁場(chǎng)拋光輪。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，尖端產(chǎn)品和現(xiàn)代化武器對(duì)光學(xué)元件質(zhì)量要求越來越高，非球面 光學(xué)元件因性能優(yōu)良而應(yīng)用越來越廣泛，需求越來越迫切。其表面精度和表面品質(zhì)的提高 離不開超光滑表面拋光技術(shù)的支持。對(duì)一個(gè)非球面光學(xué)零件的加工一般要經(jīng)過粗磨成形、 精磨和拋光等幾個(gè)階段，最終光學(xué)的表面品質(zhì)由拋光決定，因此拋光是最重要的工序。使用 磁流變拋光技術(shù)進(jìn)行非球面光學(xué)元件的加工，具有不產(chǎn)生光學(xué)亞表面破壞層，消除加工邊 緣效應(yīng)，誤差控制效率高等優(yōu)點(diǎn)，成為當(dāng)前的一個(gè)研究熱點(diǎn)。磁流變拋光技術(shù)是一項(xiàng)為適應(yīng) 高精度加工而發(fā)展起來的新技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是拋光區(qū)域?yàn)榭煽氐娜嵝話伖?，獲得納米級(jí)的表 面粗糙度，能夠很好地滿足航天、航空和國(guó)防等領(lǐng)域的加工要求，有著廣闊的應(yīng)用前景。磁流變拋光技術(shù)能夠順利進(jìn)行的兩個(gè)前提條件一是提供適合于磁流變拋光 的梯度磁場(chǎng)，二是配置出具有良好流變性的磁流變拋光液(J. A. Tichy. Hydrodynamic lubrication theory for theBinham plastic flow model. [J]. Rheol,1991,35(4) 477-496)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且實(shí)用，基于磁流變拋光技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)非球 面光學(xué)元件超精密拋光的軸對(duì)稱可變磁場(chǎng)拋光輪。本發(fā)明設(shè)有拋光盤、磁芯、線圈、轉(zhuǎn)動(dòng)盤、導(dǎo)座、絲桿組、第1電機(jī)和第2電機(jī)。拋光盤固定在主軸上，拋光盤與工件成反方向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)拋光工作。拋光盤為空殼 體結(jié)構(gòu)。第1電機(jī)固定在導(dǎo)座上，第1電機(jī)引線引出外接電源，第1電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿實(shí)現(xiàn)對(duì) 相應(yīng)的各塊磁體空隙的調(diào)整；第2電機(jī)控制轉(zhuǎn)動(dòng)盤，通過帶動(dòng)磁芯圓周運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)方向 360°的調(diào)整；導(dǎo)座置于轉(zhuǎn)動(dòng)盤上，轉(zhuǎn)動(dòng)盤固定在拋光盤空殼體內(nèi)壁；拋光盤引出控制線外 接線圈磁流變控制裝置，控制拋光盤內(nèi)所有線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和磁場(chǎng)方向；每片拋光區(qū)域的 磁芯由2塊磁體正對(duì)放置組成，2塊磁體之間留有空隙，2塊磁體通過絲桿調(diào)整2塊磁體之 間空隙；磁芯內(nèi)沿軸向設(shè)有至少4個(gè)線圈，至少4個(gè)線圈在拋光盤每片拋光區(qū)域內(nèi)排列成矩 形。所述2塊磁體、第1電機(jī)、第2電機(jī)和絲桿可設(shè)有7套，7套2塊磁體、第1電機(jī)、第 2電機(jī)和絲桿分別置于拋光盤7片磁流變拋光區(qū)域，1片磁流變拋光區(qū)域置于拋光盤圓心區(qū) 域；其余6片磁流變拋光區(qū)域在拋光盤盤面上成相隔60°排置，彼此相交排列，兩兩成軸對(duì) 稱分布；7片磁流變拋光區(qū)域在拋光盤旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠覆蓋整個(gè)工件。所述磁體可為矩形磁體，所述磁體最好采用軟磁材料磁體。拋光中拋光輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)保持固定，利用直流電對(duì)線圈通電，磁流變體附著在磁芯空隙上方拋光盤的7片磁流變拋光區(qū)域的矩形范圍內(nèi)，外部電機(jī)驅(qū)動(dòng)主軸轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)拋光盤 旋轉(zhuǎn)，由拋光盤附著磁流變體進(jìn)行拋光。本發(fā)明提供的磁流變拋光功能強(qiáng)大，可提供靈活的拋光需要。與現(xiàn)有的拋光輪相 比，具有以下突出特點(diǎn)1)加工效率高。本發(fā)明采用拋光盤，在加工前加工為與非球面工件外形相配合的 形狀，便于加工作業(yè)，提高加工效率。2)拋光參數(shù)可調(diào)。本發(fā)明的拋光盤上設(shè)有7片拋光區(qū)域，每片內(nèi)置N個(gè)線圈。通 過調(diào)整線圈電流的強(qiáng)弱以及各個(gè)磁芯氣隙處的大小，利用轉(zhuǎn)動(dòng)盤360°方向可調(diào)可控性，對(duì) 磁場(chǎng)方向完全可根據(jù)需要自由設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了對(duì)拋光磨頭大小和形狀更有效的控制。片內(nèi)線 圈排列成矩形，便于磁流變控制上的計(jì)算工作。7片拋光區(qū)域相交相錯(cuò)排列，可對(duì)其進(jìn)行分 別設(shè)置，使拋光盤成不同磁場(chǎng)強(qiáng)弱，進(jìn)行精度各異的不同階段拋光。更好地滿足了不同尺寸 光學(xué)元件拋光的需要。3)加工穩(wěn)定性高，精度高。因采用直流電對(duì)線圈通電，故不會(huì)產(chǎn)生磁滯損耗和渦流 損耗，可以保持恒定的磁場(chǎng)；同時(shí)，拋光中只有拋光盤帶動(dòng)磁流變體旋轉(zhuǎn)拋光，而內(nèi)部結(jié)構(gòu) 保持固定，從而確保加工中比較高的穩(wěn)定性。拋光區(qū)域可控柔性拋光，在拋光表面不會(huì)產(chǎn)生 亞表面破壞層，獲得納米級(jí)的表面粗糙度。4)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、易于操作，便于拆裝和維護(hù)。由此可見，利用本發(fā)明對(duì)高精度非球面表面進(jìn)行拋光，能夠有效加工出超光滑的 表面，具有很大的研究?jī)r(jià)值和可行性。


圖1為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)剖面示意圖。圖2為本發(fā)明實(shí)施例的拋光盤磁流變拋光區(qū)域的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。參見圖1和2，本發(fā)明實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)主要由轉(zhuǎn)動(dòng)盤2、第2電機(jī)3、導(dǎo)座4、第1 電機(jī)5、拋光盤6、絲桿7、磁芯8、小線圈9組成。拋光使用的拋光盤6，為根據(jù)非球面工件 加工成，能與工件外形配合的空殼體結(jié)構(gòu)；拋光盤6固定在主軸1上。拋光盤6引出控制線 外接線圈磁流變控制裝置，控制拋光盤內(nèi)所有線圈9的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和磁場(chǎng)方向。轉(zhuǎn)動(dòng)盤2固 定在拋光盤6內(nèi)部殼體內(nèi)壁；第2電機(jī)3控制轉(zhuǎn)動(dòng)盤2旋轉(zhuǎn)，可帶動(dòng)磁芯8圓周運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn) 磁場(chǎng)方向按需調(diào)整，范圍可達(dá)360°。磁芯8下端內(nèi)部分別穿有絲桿7并固定在各個(gè)導(dǎo)座4 上，各個(gè)絲桿7在對(duì)應(yīng)的第1電機(jī)5驅(qū)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)的各塊磁體空隙的調(diào)整。組成磁芯 8的磁體、第1電機(jī)5、第2電機(jī)3和絲桿7的數(shù)目為7套，構(gòu)成7片磁流變拋光區(qū)域。磁流變拋光區(qū)域1片置于拋光盤6圓心區(qū)域；其余6片在盤面上成相隔60°的扇 形區(qū)域內(nèi)排置。其中，磁流變拋光區(qū)域11與磁流變拋光區(qū)域12相切，磁流變拋光區(qū)域12、 磁流變拋光區(qū)域13、磁流變拋光區(qū)域14在各自的60°扇形區(qū)域內(nèi)相交拋光盤面上由內(nèi)向 外擴(kuò)的3組同心圓，在離圓心距離相同位置上兩片拋光區(qū)域成軸對(duì)稱分布，形成覆蓋圈，構(gòu) 成在拋光盤6旋轉(zhuǎn)的時(shí)候能夠覆蓋整個(gè)工件10加工表面的磁流變拋光區(qū)域。每片磁流變
4拋光區(qū)域在拋光盤的控制下，成360°方向任意旋轉(zhuǎn)，選擇所需要的磁場(chǎng)方向。絲桿7對(duì)應(yīng) 地實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)的各塊磁體空隙的調(diào)整，控制磁流變拋光區(qū)域上外露磁場(chǎng)的范圍。每個(gè)磁芯8內(nèi)所設(shè)線圈數(shù)N > 4，每片磁流變拋光區(qū)域的小線圈9排列成矩形；拋 光盤6內(nèi)設(shè)有磁芯8的空殼體內(nèi)非工作區(qū)域面上采用磁屏蔽材料制成。當(dāng)進(jìn)行磁流變拋光時(shí)，每片磁流變拋光區(qū)域內(nèi)第1電機(jī)5驅(qū)動(dòng)絲桿7實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng) 的各塊磁體空隙的調(diào)整，內(nèi)部高強(qiáng)磁場(chǎng)露出，在線圈磁流變控制裝置的控制下，轉(zhuǎn)動(dòng)盤2旋 轉(zhuǎn)一定的角度，確定所需磁場(chǎng)的方向，同時(shí)調(diào)整線圈9電流的強(qiáng)弱，形成7片磁流變拋光區(qū) 域上按不同精度拋光時(shí)所需的磁力線(也可根據(jù)需要另幾片拋光區(qū)域停止工作)，實(shí)現(xiàn)對(duì)7 片磁流變拋光區(qū)域上拋光磨頭(緞帶突起)的不同大小和形狀的有效控制，此時(shí)拋光盤6 與工件，沿不同的方向旋轉(zhuǎn)進(jìn)行拋光。磁流變體在拋光盤6與工件的匯集間隙，形成單一穩(wěn) 定的緞帶突起(即磨頭)，對(duì)工件表面與之接觸的區(qū)域產(chǎn)生很大的剪切力，從而使工件表面 材料被去除，實(shí)現(xiàn)拋光。
權(quán)利要求
軸對(duì)稱可變磁場(chǎng)拋光輪，其特征在于設(shè)有拋光盤、磁芯、線圈、轉(zhuǎn)動(dòng)盤、導(dǎo)座、絲桿組、第1電機(jī)和第2電機(jī)；拋光盤固定在主軸上，拋光盤與工件成反方向旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)拋光工作；拋光盤為空殼體結(jié)構(gòu)；第1電機(jī)固定在導(dǎo)座上，第1電機(jī)引線引出外接電源，第1電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿實(shí)現(xiàn)對(duì)相應(yīng)的各塊磁體空隙的調(diào)整；第2電機(jī)控制轉(zhuǎn)動(dòng)盤，通過帶動(dòng)磁芯圓周運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)磁場(chǎng)方向360°的調(diào)整；導(dǎo)座置于轉(zhuǎn)動(dòng)盤上，轉(zhuǎn)動(dòng)盤固定在拋光盤空殼體內(nèi)壁；拋光盤引出控制線外接線圈磁流變控制裝置，控制拋光盤內(nèi)所有線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和磁場(chǎng)方向；每片拋光區(qū)域的磁芯由2塊磁體正對(duì)放置組成，2塊磁體之間留有空隙，2塊磁體通過絲桿調(diào)整2塊磁體之間空隙；磁芯內(nèi)沿軸向設(shè)有至少4個(gè)線圈，至少4個(gè)線圈在拋光盤每片拋光區(qū)域內(nèi)排列成矩形。
2.如權(quán)利要求1所述的軸對(duì)稱可變磁場(chǎng)拋光輪，其特征在于所述2塊磁體、第1電機(jī)、 第2電機(jī)和絲桿設(shè)有7套，7套2塊磁體、第1電機(jī)、第2電機(jī)和絲桿分別置于拋光盤7片磁 流變拋光區(qū)域，1片磁流變拋光區(qū)域置于拋光盤圓心區(qū)域，其余6片磁流變拋光區(qū)域在拋光 盤盤面上成相隔60°排置，彼此相交排列，兩兩成軸對(duì)稱分布；7片磁流變拋光區(qū)域在拋光 盤旋轉(zhuǎn)時(shí)能夠覆蓋整個(gè)工件。
3.如權(quán)利要求1所述的軸對(duì)稱可變磁場(chǎng)拋光輪，其特征在于所述磁體為矩形磁體。
4.如權(quán)利要求1所述的軸對(duì)稱可變磁場(chǎng)拋光輪，其特征在于所述磁體為軟磁材料磁體。
全文摘要
軸對(duì)稱可變磁場(chǎng)拋光輪，涉及一種拋光工具。提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單且實(shí)用，基于磁流變拋光技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)非球面光學(xué)元件超精密拋光的軸對(duì)稱可變磁場(chǎng)拋光輪。設(shè)有拋光盤、磁芯、線圈、轉(zhuǎn)動(dòng)盤、導(dǎo)座、絲桿組和電機(jī)。拋光盤固定在主軸上。拋光盤為空殼體結(jié)構(gòu)。第1電機(jī)固定在導(dǎo)座上，第1電機(jī)驅(qū)動(dòng)絲桿；第2電機(jī)控制轉(zhuǎn)動(dòng)盤；導(dǎo)座置于轉(zhuǎn)動(dòng)盤上，轉(zhuǎn)動(dòng)盤固定在拋光盤空殼體內(nèi)壁；控制拋光盤內(nèi)所有線圈的磁場(chǎng)強(qiáng)弱和磁場(chǎng)方向；每片拋光區(qū)域的磁芯由2塊磁體正對(duì)放置組成，2塊磁體之間留有空隙，2塊磁體通過絲桿調(diào)整2塊磁體之間空隙；磁芯內(nèi)沿軸向設(shè)有至少4個(gè)線圈，至少4個(gè)線圈在拋光盤每片拋光區(qū)域內(nèi)排列成矩形。
文檔編號(hào)B24B1/00GK101972952SQ20101022789
公開日2011年2月16日 申請(qǐng)日期2010年7月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月13日
發(fā)明者唐旎, 林曉輝, 郭隱彪 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)