一種可組態(tài)重構的磁流變拋光裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于光學元件加工領域，具體涉及一種可對磁流變拋光系統(tǒng)各功能單元進 行組態(tài)重構的拋光裝置，在一臺磁流變拋光機床上實現(xiàn)不同規(guī)格柔性磨頭與傳輸不同類型 拋光液介質快速組合可形成四種不同加工能力的拋光工具軸，適于加工多尺寸規(guī)格、多種 材質光學元件的高精度磁流變拋光。
【背景技術】
[0002] 磁流變拋光技術被譽為光學制造界的革命性技術，它利用磁流變拋光液的可控流 變性實現(xiàn)對工件材料的精確微量去除，能高效率獲得數(shù)十納米以下高精度型面、納米級表 面質量且近無亞表面缺陷，很好地滿足航天、航空和國防等領域的加工要求，有著廣闊的應 用前景。
[0003] 目前的磁流變拋光裝置，磁流變拋光液經由循環(huán)系統(tǒng)及管路、拋光輪帶入拋光區(qū) 域，在區(qū)域梯度磁場作用下，成為具有粘塑性的Bingham介質，形成具有一定形狀的柔性凸 起拋光緞帶，該緞帶流經工件在工件表面產生的剪切力，實現(xiàn)對工件表面材料的去除。
[0004] 根據(jù)相關文獻和專利可知，目前國內開發(fā)的磁流變拋光裝置，主要配置單柔性 磨頭。發(fā)明名稱為"用于大口徑非球面光學零件的磁流變拋光裝置"的中國專利（公布號 CN101318294A)文獻，公開了配置一個較大規(guī)格柔性磨頭的磁流變拋光裝置，生成的去除函 數(shù)形態(tài)較大，無法滿足CPP的加工要求；發(fā)明名稱為"用于高陡度光學零件的磁流變拋光裝 置"的中國專利（公布號：CN101323098A)文獻和發(fā)明名稱為"一種小口徑非球面永磁式磁流 變拋光機床"的中國專利（公布號：CN103072047A)文獻，分別公開了僅配置一個小規(guī)格柔性 磨頭的磁流變拋光裝置，但不具備大口徑光學元件的加工能力。發(fā)明名稱為"雙柔性磨頭磁 流變拋光裝置"的中國專利（公布號：CN102632435A)文獻，公開了一種配置大小柔性磨頭、 可傳輸不同類型磁流變拋光液介質的大小流量循環(huán)系統(tǒng)的磁流變拋光裝置，同時滿足大口 徑平面類和位相類元件的加工，但該裝置的磨頭系統(tǒng)與循環(huán)系統(tǒng)是一一對應、固定組合，無 法實現(xiàn)大小柔性磨頭與傳輸不同類型磁流變拋光介質的循環(huán)系統(tǒng)之間的靈活組合使用，限 制了該磁流變拋光裝置的加工能力和加工效率。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明提供一種大小柔性磨頭和傳輸不同類型磁流變拋光液介質的循環(huán)單元間 進行組態(tài)重構的磁流變拋光裝置，通過大小柔性磨頭分別與循環(huán)單元I、循環(huán)單元II間的 不同組態(tài)和系統(tǒng)重構，可形成"大柔性磨頭+循環(huán)單元I "、"大柔性磨頭+循環(huán)單元II "、"小 柔性磨頭+循環(huán)單元I "、"小柔性磨頭+循環(huán)單元II "四種具有不同加工能力的工具軸，并 且這四種工具軸在同一磁流變拋光裝置中可快速組合和切換，從而實現(xiàn)磁流變拋光裝置對 被加工零件材質、加工尺度、加工精度和加工效率的廣泛適應性。
[0006] 本發(fā)明的目的，通過如下技術方案來實現(xiàn)： 本發(fā)明所述的一種可組態(tài)重構的磁流變拋光裝置，包括大小兩套柔性磨頭單元、傳輸 不同拋光液介質的兩套循環(huán)單元和PLC控制單元。
[0007] 柔性磨頭單元包括拋光輪、磁場、噴嘴、傳感檢測器件及流體傳輸管路等，柔性磨 頭單元將經由循環(huán)單元的磁流變拋光液由拋光輪帶入拋光區(qū)域，形成具有拋光能力的柔性 凸起拋光緞帶，實現(xiàn)對工件表面材料的去除，并將拋光區(qū)域的拋光緞帶由拋光輪帶回回收 器。
[0008] 循環(huán)單元包括離心泵、攪拌器、磁流閥、流量計、管路流體狀態(tài)在線檢測裝置、回收 器、回收泵、載液罐、微量泵、拋光液儲存罐及流體傳輸管路和回收管路等。拋光液在拋光液 儲存罐中經攪拌器勻化，并通過離心泵泵入傳輸管路、并通過離心泵的轉速調節(jié)快速調節(jié) 管路流量；然后拋光液通過磁流閥調控其流量、流量計將管路實際流量值反饋回PLC控制 器，通過閉環(huán)回路實現(xiàn)對流量的精確調控；然后通過噴嘴傳輸至柔性磨頭單元；管路流體 狀態(tài)在線檢測裝置對管路流體成分的檢測值反饋回PLC控制器單元，并通過微量泵補液調 控拋光液成分維持穩(wěn)定；然后拋光液經由回收器、回收泵和回收管路回到拋光液儲存罐中， 從而實現(xiàn)對拋光液介質的傳輸與回收、流量和壓力調節(jié)、拋光液介質的勻化與更新等。在循 環(huán)管路和回收管路中，通過三通電磁閥實現(xiàn)管路輸入流體的選擇和管路輸出流體的控制。
[0009] PLC控制單元主要由過程控制器、磁流閥恒流源、磁場恒流源、離心泵驅動器、回收 泵驅動器、拋光輪驅動器、傳感儀表等，實現(xiàn)對磁流變拋光系統(tǒng)參數(shù)的配置、各功能單元的 監(jiān)測與控制、系統(tǒng)的磁流變拋光工藝過程控制和邏輯控制。
[0010] 本發(fā)明的特點是：構成磁流變拋光裝置的各功能單元模塊化，可靈活組態(tài)重構，一 方面可以形成具有四種不同加工能力的工具軸，滿足被加工零件材質、加工尺度、加工精度 的不同應用需求，擴展了磁流變裝置的加工能力和加工效率；另一方面，提高了設備功能單 元的重用性，當某一功能部件存在故障時候，通過重新組態(tài)重構，確保拋光裝置有一套磁流 變拋光系統(tǒng)能夠正常工作，實現(xiàn)在不影響裝置工作的情況下，更換功能部件。
【附圖說明】
[0011] 圖1是可組態(tài)重構的磁流變拋光裝置結構示意圖； 圖2是本發(fā)明的磁流變拋光控制流程圖。
【具體實施方式】
[0012] 下面結合附圖對本發(fā)明的作詳細說明。
[0013] 圖1中，1.拋光液儲存罐，2.離心泵I，3. -進二出電磁閥I 1，4.二進一出電 磁閥I 2,5.磁流閥I，6. -進二出電磁閥I 3,7.二進一出電磁閥I 4,8.流量計，9.管 路流體狀態(tài)在線檢測裝置I，10. -進二出電磁閥I 5,11.二進一出電磁閥I 6,12.噴嘴 I，13.拋光輪I和磁場，14. PLC控制器，15.回收器I，16. -進二出電磁閥I 7,17.二 進一出電磁閥I 8,18.回收泵I，19. 一進二出電磁閥I 9,20.二進一出電磁閥I 10,21. 載液罐I，22.微量泵I，23.攪拌器I，24.二進一出電磁閥II 6,25. -進二出電磁閥 II5,26.管路流體狀態(tài)在線檢測裝置II，27.流量計II，28.二進一出電磁閥II4,29. - 進二出電磁閥II 3，30.磁流閥II，31.二進一出電磁閥II 2,32. -進二出電磁閥III， 33.離心泵II，34.噴嘴II，35.拋光輪II件含磁場，36.回收器II，37. -進二出電磁閥 117,38.二進一出電磁閥118,39.回收泵11，40.-進二出電磁閥119,41.二進一出電 磁閥Π 10,42.載液罐II，43.攪拌器II，44.微量泵II，45.磁場I，46.磁場II。
[0014] 本發(fā)明的可組態(tài)重構的磁流變拋光裝置，其系統(tǒng)組態(tài)方法如下。
[0015] 在磁流變拋光裝置組態(tài)時，以拋光輪為核心部件和基準部件，即：大磨頭磁流變 拋光系統(tǒng)以拋光輪I件13、小磨頭磁流變拋光系統(tǒng)以拋光輪II件35為基準部件，電磁激勵 的磁場I件45內置于拋光輪I件13,永磁激勵的磁場II件46內置于拋光輪II件35 ;按照 表一所示，大磨頭磁流變拋光系統(tǒng)和小磨頭磁流變拋光系統(tǒng)對離心泵、磁流閥、流量計、回 收泵進行選擇，控制系統(tǒng)程序將各單元的I/O物理地址映射至對應的大磨頭磁流變拋光系 統(tǒng)或小磨頭磁流變拋光系統(tǒng)的邏輯地址，以此建立邏輯中的器件與實際物理器件間的關聯(lián) 與對應；下位軟件通過控制電磁閥I 1件3、電磁閥I 2件4、電磁閥I 3件6、電磁閥I 4 件7、電磁閥I 5件10、電磁閥I 6件11、電磁閥I 7件16、電磁閥I 8件17、電磁閥I 9件 19、電磁閥I 10件20、電磁閥II 1件32、電磁閥II 2件31、電磁閥II 3件29、電磁閥II 4件 28、電磁閥II 5件25、電磁閥II 6件24、電磁閥II 7件37、電磁閥II 8件38、電磁閥II 9件 40、電磁閥II 10件41的通電與否邏輯，配置循環(huán)管路的正確連接，并通過控制電磁閥I 9 件19、電磁閥I 10件20、電磁閥II 9件40、電磁閥II 10件41的邏輯，實現(xiàn)磁流變拋光液回 收對應其傳輸均為同一拋光液儲存罐，從而實現(xiàn)組態(tài)配置生效。
[0016] 表一
【主權項】
1. 一種可組態(tài)重構的磁流變拋光裝置，其特征在于：所述的拋光裝置包括模塊化的大 柔性磨頭單元、小柔性磨頭單元、循環(huán)單元I、循環(huán)單元II、PLC控制單元，所述循環(huán)單元I 和循環(huán)單元II具有磁流變液循環(huán)管路，連接循環(huán)單元I、循環(huán)單元II、大柔性磨頭單元、小 柔性磨頭單元，形成磁流變液循環(huán)閉合回路；PLC控制單元控制循環(huán)單元I和循環(huán)單元II 循環(huán)管路中的電磁閥，將"循環(huán)單元I和大柔性磨頭單元"、"循環(huán)單元I和小柔性磨頭單 元"、"循環(huán)單元II和大柔性磨頭單元"、"循環(huán)單元II和小柔性磨頭單元"形成磁流變液管路 傳輸循環(huán)回路。
2. 根據(jù)權利要求1所述可組態(tài)重構的磁流變拋光裝置，其特征在于：所述大柔性磨頭 單元由拋光輪I (13)和磁場I (45)組成，電磁激勵的磁場I (45)內置于拋光輪I (13)內。
3. 根據(jù)權利要求1所述可組態(tài)重構的磁流變拋光裝置，其特征在于：所述小柔性磨頭 單元由拋光輪II (35)和磁場II (46)組成，永磁激勵的磁場II (46)內置于拋光輪II (35)內。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種可組態(tài)重構的磁流變拋光裝置。本發(fā)明采用模塊組態(tài)重構系統(tǒng)的設計方法設計本裝置，通過大小柔性磨頭與循環(huán)單元Ⅰ和循環(huán)單元Ⅱ的不同組態(tài)和系統(tǒng)重構，形成“大柔性磨頭+循環(huán)單元Ⅰ”、“大柔性磨頭+循環(huán)單元Ⅱ”、“小柔性磨頭+循環(huán)單元Ⅰ”、“小柔性磨頭+循環(huán)單元Ⅱ”四種具有不同加工能力、可快速組合和切換的拋光工具軸，在同一臺磁流變拋光裝置中實現(xiàn)對零件材質、加工尺度、加工精度和加工效率的廣泛適應性，解決了目前單臺磁流變拋光裝置加工能力和加工范圍受局限的問題；同時本裝置通過組態(tài)重構實現(xiàn)設備功能單元的復用，裝置可靠性高。
【IPC分類】B24B1-00, B24B51-00
【公開號】CN104669072
【申請?zhí)枴緾N201510080454
【發(fā)明人】陳華, 黃文 , 吉方, 何建國, 羅清, 唐小會, 陳東生, 張連新, 鄭永成, 張云飛, 魏齊龍, 魚勝利, 劉坤
【申請人】中國工程物理研究院機械制造工藝研究所
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年2月13日