一種超精密研磨頭裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種超精密研磨頭裝置，包括研磨頭(1)和勵磁裝置(2)，研磨頭(1)與勵磁裝置(2)連接，勵磁裝置(2)帶動研磨頭(1)轉(zhuǎn)動并將磁性傳遞給研磨頭(1)；勵磁裝置(2)內(nèi)部設(shè)置有氣體通道(3)，氣體通道(3)與研磨頭(1)相連通，氣體通道(3)內(nèi)的氣流經(jīng)過研磨頭(1)從研磨頭(1)外表面噴出。本發(fā)明解決了磁性流體難以有效更換的問題，提供一種超精密研磨頭裝置。
【專利說明】
一種超精密研磨頭裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超精密研磨頭裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微小非球面光學(xué)零件的口徑一般在數(shù)毫米到數(shù)十毫米范圍之內(nèi)，是一種非常重要的光學(xué)零件。在軍用方面，激光制導(dǎo)系統(tǒng)、雷達測距系統(tǒng)、航空、航天望遠攝像系統(tǒng)、紅外熱成像工程等光電儀器的光學(xué)系統(tǒng)都廣泛的應(yīng)用到各種光學(xué)材料微小口徑非球面鏡。而在民用方面更為廣泛，攝像鏡頭、紅外遠程監(jiān)視鏡、錄像機鏡頭、激光視盤裝置、醫(yī)療診斷用的X光鏡頭、間接眼底鏡、內(nèi)窺鏡、漸進鏡片、數(shù)碼相機、CCD攝像鏡頭等光電產(chǎn)品，這些都需要大量的微小口徑非球面光學(xué)零件，隨著光學(xué)工程、通訊工程、國防、航空航天、計量檢測、生物醫(yī)學(xué)，汽車產(chǎn)業(yè)等多領(lǐng)域的迅速發(fā)展，對超精密微小非球面光學(xué)零件的加工需求日益迫切，各種超精密非球面的加工技術(shù)正受到國內(nèi)外企業(yè)與研究機構(gòu)越來越多的重視。
[0003]隨著微小非球面光學(xué)零件市場的日益擴大，客戶對其制造精度的要求越來越高，如何同時獲得小型高性能的光學(xué)透鏡成為光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計和制造的重點和難點。雖然各種非球面加工技術(shù)不斷的出現(xiàn)和發(fā)展，目前為止已經(jīng)出現(xiàn)了多種超精密非球面加工技術(shù)，例如超精密車削、磨削技術(shù)、拋光技術(shù)，復(fù)制成型技術(shù)以及延伸一些特種加工技術(shù)等等，但是如何能高效率的獲得高精度的表面質(zhì)量及形狀精度是目前制約微小口徑非球面光學(xué)零件應(yīng)用的最大瓶頸，如何獲得高質(zhì)量、高精度的非球面光學(xué)零件仍是各個國家和地區(qū)研究的熱點。特別以光學(xué)玻璃，碳化硅，碳化鎢，結(jié)晶硅等硬脆材料為代表的微小非球面光學(xué)元器件對光學(xué)加工技術(shù)提出了更為嚴(yán)格的要求。在硬脆材料的微小非球面透鏡及其模具的制造技術(shù)中，最為有效的高形狀精度和高表面質(zhì)量創(chuàng)成的手段是采用微粉砂輪的超精密鏡面磨削。它能夠高效率地獲得亞微米級的形狀精度、納米級的表面粗糙度，但在高精度激光光學(xué)系統(tǒng)、短波光源光學(xué)系統(tǒng)中，光學(xué)非球面零件既要有納米級或者納米級以下的非常低的表面粗糙度，又要具有P-VlOOnm量級的高形狀精度，而且要求極低的亞表面損傷。受零件尺寸空間的限制，傳統(tǒng)的彈性拋光頭和手工拋光工藝受加工效率、產(chǎn)量以及精度穩(wěn)定性的限制，除了難以保證均勻的表面粗糙度外，還或多或少的破壞前磨削工序所得到的形狀精度，很難應(yīng)用于微小非球面的自動拋光，已經(jīng)在被慢慢淘汰。特別是對于微小非球面、微小復(fù)雜曲面(如鼻錐體，圓柱體、自由曲面)體、高陡度的凹形光學(xué)零件及其模具等，傳統(tǒng)的研拋工具還會產(chǎn)生機械干涉難以拋光。隨著人們對亞納米級光滑表面形成機理認(rèn)識的深入和超光滑加工以及檢測技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種應(yīng)用化學(xué)、電磁學(xué)、流體力學(xué)和能量場原理加工超光滑表面的新加工方法，但是針對微小非球面透鏡和微細(xì)模具的加工制造，目前國內(nèi)外都缺乏理想的高效率、高精度的自動拋光方法。譬如，計算機控制光學(xué)表面成形(CCOS)技術(shù)與應(yīng)力拋光技術(shù)主要是針對大口徑非球面零件的加工，并且受其加工原理的影響，很難有效的控制復(fù)雜微小口徑非球面零件的形狀精度;傳統(tǒng)的MRF磁流變拋光技術(shù)可以實現(xiàn)大中口徑的非球面零件的加工，但由于受其拋光輪大小的限制，對于微小口徑特別是口徑1mm以下的零件很難實現(xiàn)磁流體的循環(huán)，從而存在一定的加工難度;至于ERF電流變液技術(shù)彈性發(fā)射加工技術(shù)、離子束拋光(簡稱IBF)技術(shù)、等離子體輔助拋光(PACE)技術(shù)等多種特種加工技術(shù)，雖然可以實現(xiàn)微小口徑非球面零件的加工，但受去除效率低下的限制，并且這些特種加工方法需要昂貴的加工成本，并不能廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。
[0004]2009年10月28日公開的申請?zhí)枮?00910043610.9的發(fā)明創(chuàng)造公開了一種磁流變斜軸拋光方法及裝置，該發(fā)明創(chuàng)造利用拋光工具頭外殼較小前端區(qū)域一部分有磁場，另一部分無磁場或弱磁場，便于磁流變液更新。然而，該發(fā)明創(chuàng)造用于微小非球面光學(xué)零件的拋光時，由于工作空間窄小，僅依靠易磁化體的形狀差異來更換磁流變體，還是容易出現(xiàn)磁流變體中的鐵基顆粒包圍拋光頭前端，鐵基顆粒中的磨料難以對工件形成有效的磨削作用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，克服了磁性流體難以有效更換的問題，提供一種超精密研磨頭裝置。
[0006]—種超精密研磨頭裝置，包括研磨頭和勵磁裝置，研磨頭與勵磁裝置連接，勵磁裝置帶動研磨頭轉(zhuǎn)動并將磁性傳遞給研磨頭;勵磁裝置內(nèi)部設(shè)置有氣體通道，氣體通道與研磨頭相連通，氣體通道內(nèi)的氣流經(jīng)過研磨頭從研磨頭外表面噴出。
[0007]作為優(yōu)選，所述研磨頭包括磁芯磨頭和氣孔磨頭，磁芯磨頭前端位于氣孔磨頭內(nèi)，磁芯磨頭前端與氣孔磨頭之間形成有空隙，磁芯磨頭后端與勵磁裝置固定連接，氣孔磨頭與磁芯磨頭同步轉(zhuǎn)動;磁芯磨頭后端設(shè)置有空腔，氣體通道與空腔相連，磁芯磨頭上空腔與空隙之間設(shè)置有通氣孔;氣孔磨頭的工作面上設(shè)置有氣孔。
[0008]作為優(yōu)選，所述勵磁裝置包括電磁鐵芯軸、線圈隔熱套筒和線圈，線圈纏繞在線圈隔熱套筒上，線圈隔熱套筒套在電磁鐵芯軸上，電磁鐵芯軸與研磨頭固定連接，氣體通道設(shè)置在電磁鐵芯軸內(nèi)部。
[0009]作為優(yōu)選，所述氣體通道中心線與電磁鐵芯軸中心線重合;所述電磁鐵芯軸上設(shè)置有氣道，氣道連通氣體通道和電磁鐵芯軸外表面，氣道位于線圈和電磁鐵芯軸之間。
[0010]作為優(yōu)選，所述氣孔磨頭表面的氣孔直徑為亞微米級。
[0011]作為優(yōu)選，所述氣孔磨頭表面的氣孔直徑為納米級。
[0012]作為優(yōu)選，所述氣孔在氣孔磨頭表面均勻布置;通氣孔相對于磁芯磨頭的中心線對稱布置。
[0013]作為優(yōu)選，所述磁芯磨頭的中心線和氣孔磨頭的中心線重合。
[0014]作為優(yōu)選，磁芯磨頭的材質(zhì)是軟鐵或者硅鋼材料。
[0015]本發(fā)明的有益效果:
[0016](I)本發(fā)明利用氣流通過氣孔磨頭上的微小氣孔對吸附到氣孔磨頭上的磁性流體進行更新，可以在工作過程中實現(xiàn)磁性流體的有效更新，避免磁性流體中僅鐵基顆粒包圍磨頭而使磨料難以對工件形成有效的磨削作用的現(xiàn)象;此外本發(fā)明利用氣流實現(xiàn)磁性流體的更換還起到一個難以預(yù)料的效果，即:利用磁場和氣流對磁性流體的復(fù)合作用來拋光非球面工件，使得研磨效果更佳，氣流可以提高研磨時的研磨壓力，而且利用氣體提高研磨壓力還可以減小研磨過程中的殘留磨痕。
[0017](2)本發(fā)明可以通過電磁鐵芯軸上的氣道以及各部件相互配合時自然形成的間隙利用氣體對發(fā)熱部件進行冷卻，提高設(shè)備使用壽命的同時降低了安全隱患。
[0018](3)本發(fā)明可以實現(xiàn)微小非球面拋光(尺寸在10毫米以下)的自動化，得到亞微米級的形狀精度和納米級的表面粗糙度，得到極小的表面損傷，同時可以有效回收價格不菲的金剛石粉末等研磨材料，提高了材料的利用率和回收率，與常規(guī)的磁力研磨機相比，能有效的提高加工效率，而且制造，裝配簡單，所述裝置無須專用磁力研磨設(shè)備，可以直接利用已有立式銑床等普通機加工設(shè)備來實現(xiàn)磁力研磨加工，易于工業(yè)化實施。
[0019](4)本發(fā)明磁芯磨頭隨氣孔磨頭一起轉(zhuǎn)動除了可以簡化設(shè)備結(jié)構(gòu)，合理安排動力傳動，方便氣流輸送之外還有著難以預(yù)料的效果，即:如果磁芯磨頭不隨氣孔磨頭一起轉(zhuǎn)動，磁性流體被吸附在氣孔磨頭上僅僅在磁芯流體和氣孔磨頭之間的摩擦力作用下隨氣孔磨頭轉(zhuǎn)動，而且在此過程中需要克服離心力作用；而當(dāng)磁芯磨頭隨氣孔磨頭一起轉(zhuǎn)動時磁性流體的隨氣孔磨頭的轉(zhuǎn)動除了依靠摩擦力外更多的是依賴磁性流體和磁芯磨頭之間的吸附力，吸附效果更好，磁性流體更有效地隨氣孔磨頭一起轉(zhuǎn)動，不但可以更好地對工件形成研磨的作用，還更利于磁性流體的更新。
【附圖說明】
[0020]為了更清楚的說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0021 ]圖1為超精密研磨頭裝置的示意圖。
[0022]圖2為圖1中A的局部放大示意圖。
【具體實施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地說明。
[0024]實施例
[0025]圖1為超精密研磨頭裝置的不意圖、圖2為圖1中A的局部放大不意圖。如圖1、圖2所示，一種超精密研磨頭裝置，包括研磨頭I和勵磁裝置2，研磨頭I與勵磁裝置2連接，勵磁裝置2帶動研磨頭I轉(zhuǎn)動并將磁性傳遞給研磨頭I;勵磁裝置2內(nèi)部設(shè)置有氣體通道3，氣體通道3與研磨頭I相連通，氣體通道3內(nèi)的氣流經(jīng)過研磨頭I從研磨頭I夕卜表面噴出；所述研磨頭I包括磁芯磨頭11和氣孔磨頭12，磁芯磨頭11前端位于氣孔磨頭12內(nèi)，磁芯磨頭11前端與氣孔磨頭12之間形成有空隙4，磁芯磨頭11后端與勵磁裝置2固定連接，氣孔磨頭12與磁芯磨頭11同步轉(zhuǎn)動;磁芯磨頭11后端設(shè)置有空腔1101，氣體通道3與空腔1101相連，磁芯磨頭11上空腔1101與空隙4之間設(shè)置有通氣孔5;氣孔磨頭12的工作面上設(shè)置有氣孔6;所述勵磁裝置2包括電磁鐵芯軸21、線圈隔熱套筒22和線圈23，線圈23纏繞在線圈隔熱套筒22上，線圈隔熱套筒22套在電磁鐵芯軸21上，電磁鐵芯軸21與研磨頭I固定連接，氣體通道3設(shè)置在電磁鐵芯軸21內(nèi)部;所述氣體通道3中心線與電磁鐵芯軸21中心線重合;所述電磁鐵芯軸21上設(shè)置有氣道7，氣道7連通氣體通道3和電磁鐵芯軸21外表面，氣道7位于線圈23和電磁鐵芯軸21之間；所述氣孔磨頭12表面的氣孔6直徑為亞微米級;所述氣孔磨頭12表面的氣孔6直徑為納米級;所述氣孔6在氣孔磨頭12表面均勻布置;通氣孔5相對于磁芯磨頭11的中心線對稱布置;所述磁芯磨頭11的中心線和氣孔磨頭12的中心線重合;磁芯磨頭11的材質(zhì)是軟鐵或者硅鋼材料，值得說明的是所述氣孔磨頭12上的氣孔6可以由亞微米/納米級微孔透氣材料替代。
[0026]本發(fā)明的工作過程:電磁鐵芯軸在外部動力作用下轉(zhuǎn)動，電磁鐵芯軸一方面帶動磁芯磨頭轉(zhuǎn)動，另一方面通過連接部件帶動氣孔磨頭同步轉(zhuǎn)動;氣流由高速旋轉(zhuǎn)接頭通入電磁鐵芯軸的氣體通道，大部分氣體沿氣體通道涌到磁芯磨頭，再通過通氣孔進入氣孔磨頭，從氣孔排到外面，吹去吸附在磨頭上的鐵粉和金剛石粉末，使其更新，減少殘留，具體來講，氣流從研磨頭內(nèi)部通過氣孔磨頭的亞微米/納米級微氣孔中滲出，在氣孔磨頭與工件的狹小研磨間隙中形成穩(wěn)定的氣膜使研磨更加均勻并顯著提高研磨效果，同時利用磁場和氣流對磁性流體的復(fù)合作用來拋光非球面工件，也使得研磨效果更佳，而且由于磁芯磨頭和氣孔磨頭一起轉(zhuǎn)動，使得磁性流體更有效地隨氣孔磨頭一起轉(zhuǎn)動，除了可以依靠離心力對磁性流體進行攪拌和更新外，還可以對工件形成更好的研磨作用;此外，還更利于磁性流體的更新，這是由于:在研磨頭的非加工表層，通過氣流的作用將吸附在氣孔磨頭的上磁性流體吹落，可達到磨粒自動循環(huán)更新的目的。還有一部分氣體通過電磁鐵芯軸上的氣道對線圈進行冷卻，另外利用各部件連接時自然形成的空隙使氣體對線圈及發(fā)熱部件進行冷卻；線圈接通電源對電磁鐵芯軸進行勵磁，并將磁性傳遞給磁性磨頭，磁性磨頭吸附鐵粉并將夾在鐵粉中的金剛石粉末一起吸附在氣孔磨頭上，使鐵粉和金剛石粉末充滿氣孔磨頭和工件的接觸面;鐵粉和金剛石粉末組成的磁性流體在磁場的作用下在氣孔磨頭外部形成磨粒刷對工件進行研磨，研磨頭內(nèi)部設(shè)置氣流通路并在氣孔磨頭上采用亞微米/納米級微孔透氣材料，氣流從微孔透氣材料中噴出可以提高研磨壓力，有效促進磨料更新，而且在氣孔磨頭轉(zhuǎn)動時形成的的非工作面上氣流可將磁性材料全部吹落徹底更新磁性磨料;通過線圈的通斷電來控制磁芯磨頭的磁性，斷電時可以消除磁性從而使磁性流體達到及時更新的效果，為了更好地傳遞并控制磁芯磨頭的磁性，磁芯磨頭采用消磁較快的金屬材料，可以是軟鐵或者娃鋼材料。
[0027]以上所述，僅為本發(fā)明較佳的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項】
1.一種超精密研磨頭裝置，其特征在于:包括研磨頭(I)和勵磁裝置(2)，研磨頭(I)與勵磁裝置(2)連接，勵磁裝置(2)帶動研磨頭(I)轉(zhuǎn)動并將磁性傳遞給研磨頭(I);勵磁裝置(2)內(nèi)部設(shè)置有氣體通道(3)，氣體通道(3)與研磨頭(I)相連通，氣體通道(3)內(nèi)的氣流經(jīng)過研磨頭(I)從研磨頭(I)外表面噴出。2.如權(quán)利要求1所述的一種超精密研磨頭裝置，其特征在于:所述研磨頭(I)包括磁芯磨頭(11)和氣孔磨頭(12)，磁芯磨頭(11)前端位于氣孔磨頭(12)內(nèi)，磁芯磨頭(11)前端與氣孔磨頭(12)之間形成有空隙(4)，磁芯磨頭(11)后端與勵磁裝置(2)固定連接，氣孔磨頭(12)與磁芯磨頭(11)同步轉(zhuǎn)動;磁芯磨頭(11)后端設(shè)置有空腔(1101)，氣體通道(3)與空腔(1101)相連，磁芯磨頭(11)上空腔(1101)與空隙(4)之間設(shè)置有通氣孔(5);氣孔磨頭(12)的工作面上設(shè)置有氣孔(6)。3.如權(quán)利要求1所述的一種超精密研磨頭裝置，其特征在于:所述勵磁裝置(2)包括電磁鐵芯軸(21)、線圈隔熱套筒(22)和線圈(23)，線圈(23)纏繞在線圈隔熱套筒(22)上，線圈隔熱套筒(22)套在電磁鐵芯軸(21)上，電磁鐵芯軸(21)與研磨頭(I)固定連接，氣體通道(3)設(shè)置在電磁鐵芯軸(21)內(nèi)部。4.如權(quán)利要求1所述的一種超精密研磨頭裝置，其特征在于:所述氣體通道(3)中心線與電磁鐵芯軸(21)中心線重合;所述電磁鐵芯軸(21)上設(shè)置有氣道(7)，氣道(7)連通氣體通道(3)和電磁鐵芯軸(21)外表面，氣道(7)位于線圈(23)和電磁鐵芯軸(21)之間。5.如權(quán)利要求2所述的一種超精密研磨頭裝置，其特征在于:所述氣孔磨頭(12)表面的氣孔(6)直徑為亞微米級。6.如權(quán)利要求2所述的一種超精密研磨頭裝置，其特征在于:所述氣孔磨頭(12)表面的氣孔(6)直徑為納米級。7.如權(quán)利要求2所述的一種超精密研磨頭裝置，其特征在于:所述氣孔(6)在氣孔磨頭(12)表面均勻布置;通氣孔(5)相對于磁芯磨頭(11)的中心線對稱布置。8.如權(quán)利要求2所述的一種超精密研磨頭裝置，其特征在于:所述磁芯磨頭(11)的中心線和氣孔磨頭(12)的中心線重合。9.如權(quán)利要求2所述的一種超精密研磨頭裝置，其特征在于:磁芯磨頭(11)的材質(zhì)是軟鐵或者娃鋼材料。
【文檔編號】B24B37/11GK105881196SQ201610409178
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月8日
【發(fā)明人】王宇, 曹勝, 李財, 潘小強
【申請人】浙江科技學(xué)院