CN101497177B - 一种探针状电流变抛光工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于电流变效应的探针状电流变抛光工具。电机经由联轴器驱动工具中心轴自转，中心轴穿过锥套的中心通孔并垂直向下形成探针状凸出端，锥套由三个呈正三角分布的接线柱通过三根支撑杆定位保证与中心轴的同轴度。中心轴接地作阴极，锥套通过接线柱与电源阳极连接，二者形成环状电极，电极间隙保持0.3毫米，极间安装绝缘套。加工过程中，施加2000伏特/毫米至5000伏特/毫米的电场，利用电流变液体特有的Winslow效应，即电场作用下表观粘度显著增强特性，携带具有抛光能力的散粒磨料，在中心轴探针状凸出端聚集形成环状链式结构，并通过与工件间的相对运动，实现工件表面材料的去除。本发明适用于小口径光学异型曲面的抛光加工。

Description

一种探针状电流变抛光工具

技术领域

本发明涉及一种基于电流变效应的探针式抛光工具。属于光学表面加工工具领域。

背景技术

现代光学系统中采用非球面等光学曲面元件进行像差校正、像质改善，可以大大简化光学系统及结构的设计方案。相对于应用在大型空间遥感或地面观测仪器中的大口径甚至超大口径非球面元件(口径达到800毫米以上)而言，满足光数字通讯设备、现代照明和成像系统等小型化、高集成度技术进展需求的小口径至微小口径光学曲面元件(口径仅为10毫米～0.8毫米)的高质量快速光学加工是与我们的日常生活联系更为紧密的一类先进光学制造技术。

进入二十一世纪，以计算机控制光学表面成形(Computer ControlledOptical Surfacing，CCOS)、单点金刚石车削(Single Point Diamond Turning，SPDT)、金刚石砂轮磨削(Diamond Wheel Grinding)、热复制(Hot Replication)和模压成形技术为代表的先进制造技术的蓬勃发展态势愈演愈烈。这一发展态势使光学元件的设计与制造有了更大的自由度和灵活性——光学系统向着光轴折叠、折反射组合、非对称、微小化、多元化元件系统一体化(System inElements)方向发展，其中的小口径至微小口径关键光学元件的高质量制造与大口径光学元件有很大的不同，由于待加工的区域小，要求工具与工件间点对点的对应关系更加确定，其技术进步的目标是实现光学元件表面残余误差的确定性(Deterministic)去除。

电流体抛光技术是一项革命性的技术，它使得高质量光学非球面元件的确定性抛光加工成为可能。电流体是一种液固两相悬浮体混合物，选择无机非金属粒子、有机半导体材料粒子或复合材料粒子作为分散相固体粒子，利用分散介质在零电场作用下良好的流动性构成固体粒子的载体。由于电流体具有极化性能，通过控制外电场可以控制电流体的粘度和局部的形状，并根据抛光的需要在电流体中混合抛光磨料实现抛光。借助于电场施加方式的灵活性，设计结构精巧的电流体抛光工具，通过外电场对电流体的硬度和形状实时控制，创造一个更小接触区域的压力斑点，也就是一个能够与被加工光学表面相吻合的“柔性抛光斑”。电流体抛光不再需要特殊复杂结构的沥青抛光模，并且由于抛光斑点尺寸更小，从而提供了一种可以准确控制去除量的确定性抛光策略方法的可能性，同时保证低粗糙度的加工表面质量。技术实现关键之一是：适于抛光加工的化学、物理性能稳定的电流体抛光液的配制；关键之二是工具装置的精巧设计，充分考虑外电场施加方式、电场强度矢量等参数的优化匹配。

发明内容

本发明的目的是为了设计一种点接触式、集成阴阳电极于一体的确定性抛光工具，解决电流变抛光技术中存在的工具设计难度大、安全性低、难于实现可控的电流变效应的问题，提供一种结构精巧、集成度高、工作区域小型化、实现确定性抛光的专用工具。

本发明的目的是由下述技术方案实现的：

本发明的一种探针状电流变抛光工具是由整体支架、支撑杆、中心轴、接线柱、锥套、绝缘套和绝缘帽组成。电机通过定位槽及螺母安装于整体支架上；中心轴与电机通过联轴器联接，中心轴接地连接作为阴极；三根支撑杆按照空间正三角均匀分布并通过螺纹与整体支架固定；三个接线柱按照平面正三角均匀分布，分别与三根支撑杆的下端通孔位置对应并穿过通孔与锥套联接；锥套中心开设通孔并通过接线柱与电源阳极连接；中心轴通过锥套中心通孔并垂直向下形成探针状凸出端；绝缘套开设通孔，安装于中心轴与锥套中心通孔之间形成的阴阳极间；绝缘帽过盈安装于三个接线柱的外侧裸露部分。

所述中心轴和锥套由奥氏体不锈钢制成，中心轴作为阴极、锥套作为阳极使用。

为保证工具整体的绝缘性，所述支撑杆和绝缘套由可加工陶瓷制成，所述绝缘帽由聚四氟乙烯制成。

所述中心轴一端为圆柱体状，另一端为探针状圆锥体。

所述锥套开设中心通孔，与中心轴形成松散配合。

所述中心轴穿过锥套中心通孔，接线柱通过支撑杆定位并调节锥套与中心轴间同轴度一致。

加工中，电机驱动中心轴自转运动，借助于阴阳极之间形成的高压电场，促使电流变液体发生流变效应并携带附着于其中的散粒抛光磨料作用于被加工工件表面，实现工件表面材料的微量去除。

本发明的有益效果是基于电流变效应的探针状抛光工具可以按照设定的运动方式，结合多自由度数控机床，实现对微小工件表面材料的确定性去除。在分散粒子悬浮态电流变液中加入游离态磨料作为抛光液施加于工具与工件之间，借助于阴极工具中心轴的自转以及阴阳极之间施加的2000伏特/毫米至5000伏特/毫米的电场，抛光液在工具中心轴凸出尖端区域形成环状链式结构，作用于工件表面实现材料的去除，并在这一过程中，通过工具与工件之间运动轨迹的控制，达到对工件全口径范围的确定性抛光加工将加工中产生的热量进行充分释放。达到抛光效果。实际使用结果表明，本发明的探针状电流变抛光工具对改善小口径工件表面微观质量达到优良的效果。

附图说明

图1为探针状电流变抛光工具整体结构三维图；

图2为探针状电流变抛光工具尖端局部剖视图；

图3为探针状电流变抛光工具尖端电场分布有限元分析图；

图中：1-电机  2-支架  3-中心轴  4-5-支撑杆  6-接线柱  7-锥套  8-绝缘套  9-绝缘帽。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

实施例

本发明的一种探针状电流变抛光工具如图1和图2所示，所述的电机1通过定位槽及螺母安装于整体支架2上；中心轴3与电机1通过联轴器4联接，中心轴3接地连接作为阴极；三根支撑杆5按照空间正三角均匀分布并通过螺纹与整体支架2固定；三个接线柱6按照平面正三角均匀分布，分别与三根支撑杆5的下端通孔位置对应并穿过通孔与锥套7联接；锥套7中心开设通孔并通过接线柱6与电源阳极连接；中心轴3通过锥套7中心通孔并垂直向下形成探针状凸出端；绝缘套8开设通孔，安装于中心轴3与锥套7中心通孔之间形成的阴阳极间；绝缘帽9过盈安装于三个接线柱6的外侧裸露部分。上述中心轴和锥套由奥氏体不锈钢制成，中心轴作为阴极、锥套作为阳极使用。为保证工具整体的绝缘性，上述支撑杆和绝缘套由可加工陶瓷制成，上述绝缘帽由聚四氟乙烯制成。所述中心轴一端为圆柱体状，另一端为探针状圆锥体。所述锥套开设中心通孔，与中心轴形成松散配合。所述中心轴穿过锥套中心通孔，接线柱通过支撑杆定位并调节锥套与中心轴间同轴度致，阴阳电极间隙保持0.3毫米，所述中心轴凸出端距离锥套底端0.5毫米。

整体支架2固定于数控机床上，中心轴3接地充当工具阴极，三个接线柱6中任意一个接高压电源充当工具阳极。图3为本发明的电场分布特征有限元分析结果，在工具头尖端电力线分布密集，其携带电流变液体的能力最强。加工中，电机1驱动中心轴3自转运动，借助于阴阳极之间形成的高压电场，促使电流变液体发生流变效应并携带附着于其中的散粒抛光磨料作用于被加工工件表面，实现工件表面材料的微量抛光去除。

Claims (7)

1.一种探针状电流变抛光工具，包括电机(1)、整体支架(2)、支撑杆(5)、中心轴(3)、联轴器(4)、接线柱(6)、锥套(7)、绝缘套(8)和绝缘帽(9)，其特征在于：电机(1)通过定位槽及螺栓安装于整体支架(2)上；中心轴(3)与电机(1)通过联轴器(4)联接，中心轴(3)接地连接作为阴极；三根支撑杆(5)按照空间正三角均匀分布并通过螺纹与整体支架(2)固定；三个接线柱(6)按照平面正三角均匀分布，分别与三根支撑杆(5)的下端通孔位置对应并穿过通孔与锥套(7)联接；锥套(7)中心开设通孔并通过接线柱(6)与电源阳极连接；中心轴(3)通过锥套(7)中心通孔并垂直向下形成探针状凸出端；绝缘套(8)开设通孔，安装于中心轴(3)与锥套(7)中心通孔之间形成的电极间隙；绝缘帽(9)过盈安装于三个接线柱(6)的外侧裸露部分。

2.根据权利要求1所述的一种探针状电流变抛光工具，其特征在于：所述中心轴(3)和锥套(7)由奥氏体不锈钢制成。

3.根据权利要求1所述的一种探针状电流变抛光工具，其特征在于：所述支撑杆(5)和绝缘套(8)由可加工陶瓷制成。

4.根据权利要求1所述的一种探针状电流变抛光工具，其特征在于：所述绝缘帽(9)由聚四氟乙烯制成。

5.根据权利要求1或2所述的一种探针状电流变抛光工具，其特征在于：中心轴一端为圆柱体状，另一端为探针状圆锥体。

6.根据权利要求1或2所述的一种探针状电流变抛光工具，其特征在于：所述锥套中心通孔与中心轴形成松散配合。

7.根据权利要求1或2或3所述的一种探针状电流变抛光工具，其特征在于：所述的中心轴穿过锥套中心通孔，接线柱通过支撑杆定位并调节锥套与中心轴间同轴度一致。

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