CN101972952A - 轴对称可变磁场抛光轮 - Google Patents

Abstract

轴对称可变磁场抛光轮，涉及一种抛光工具。提供一种结构简单且实用，基于磁流变抛光技术，可实现非球面光学元件超精密抛光的轴对称可变磁场抛光轮。设有抛光盘、磁芯、线圈、转动盘、导座、丝杆组和电机。抛光盘固定在主轴上。抛光盘为空壳体结构。第1电机固定在导座上，第1电机驱动丝杆；第2电机控制转动盘；导座置于转动盘上，转动盘固定在抛光盘空壳体内壁；控制抛光盘内所有线圈的磁场强弱和磁场方向；每片抛光区域的磁芯由2块磁体正对放置组成，2块磁体之间留有空隙，2块磁体通过丝杆调整2块磁体之间空隙；磁芯内沿轴向设有至少4个线圈，至少4个线圈在抛光盘每片抛光区域内排列成矩形。

Description

轴对称可变磁场抛光轮

技术领域

本发明涉及一种抛光工具，尤其是涉及一种超精密非球面加工工具的参数可调式轴对称可变磁场抛光轮。

背景技术

随着科技的发展，尖端产品和现代化武器对光学元件质量要求越来越高，非球面光学元件因性能优良而应用越来越广泛，需求越来越迫切。其表面精度和表面品质的提高离不开超光滑表面抛光技术的支持。对一个非球面光学零件的加工一般要经过粗磨成形、精磨和抛光等几个阶段，最终光学的表面品质由抛光决定，因此抛光是最重要的工序。使用磁流变抛光技术进行非球面光学元件的加工，具有不产生光学亚表面破坏层，消除加工边缘效应，误差控制效率高等优点，成为当前的一个研究热点。磁流变抛光技术是一项为适应高精度加工而发展起来的新技术，其优点是抛光区域为可控的柔性抛光，获得纳米级的表面粗糙度，能够很好地满足航天、航空和国防等领域的加工要求，有着广阔的应用前景。

磁流变抛光技术能够顺利进行的两个前提条件：一是提供适合于磁流变抛光的梯度磁场，二是配置出具有良好流变性的磁流变抛光液(J.A.Tichy.Hydrodynamic lubrication theory for theBinham plastic flow model.[J].Rheol，1991，35(4)：477-496)。

发明内容

本发明的目的在于提供一种结构简单且实用，基于磁流变抛光技术，可实现非球面光学元件超精密抛光的轴对称可变磁场抛光轮。

本发明设有抛光盘、磁芯、线圈、转动盘、导座、丝杆组、第1电机和第2电机。

抛光盘固定在主轴上，抛光盘与工件成反方向旋转，实现抛光工作。抛光盘为空壳体结构。第1电机固定在导座上，第1电机引线引出外接电源，第1电机驱动丝杆实现对相应的各块磁体空隙的调整；第2电机控制转动盘，通过带动磁芯圆周运动，实现磁场方向360°的调整；导座置于转动盘上，转动盘固定在抛光盘空壳体内壁；抛光盘引出控制线外接线圈磁流变控制装置，控制抛光盘内所有线圈的磁场强弱和磁场方向；每片抛光区域的磁芯由2块磁体正对放置组成，2块磁体之间留有空隙，2块磁体通过丝杆调整2块磁体之间空隙；磁芯内沿轴向设有至少4个线圈，至少4个线圈在抛光盘每片抛光区域内排列成矩形。

所述2块磁体、第1电机、第2电机和丝杆可设有7套，7套2块磁体、第1电机、第2电机和丝杆分别置于抛光盘7片磁流变抛光区域，1片磁流变抛光区域置于抛光盘圆心区域；其余6片磁流变抛光区域在抛光盘盘面上成相隔60°排置，彼此相交排列，两两成轴对称分布；7片磁流变抛光区域在抛光盘旋转时能够覆盖整个工件。

所述磁体可为矩形磁体，所述磁体最好采用软磁材料磁体。

抛光中抛光轮内部结构保持固定，利用直流电对线圈通电，磁流变体附着在磁芯空隙上方抛光盘的7片磁流变抛光区域的矩形范围内，外部电机驱动主轴转动带动抛光盘旋转，由抛光盘附着磁流变体进行抛光。

本发明提供的磁流变抛光功能强大，可提供灵活的抛光需要。与现有的抛光轮相比，具有以下突出特点：

1)加工效率高。本发明采用抛光盘，在加工前加工为与非球面工件外形相配合的形状，便于加工作业，提高加工效率。

2)抛光参数可调。本发明的抛光盘上设有7片抛光区域，每片内置N个线圈。通过调整线圈电流的强弱以及各个磁芯气隙处的大小，利用转动盘360°方向可调可控性，对磁场方向完全可根据需要自由设置，实现了对抛光磨头大小和形状更有效的控制。片内线圈排列成矩形，便于磁流变控制上的计算工作。7片抛光区域相交相错排列，可对其进行分别设置，使抛光盘成不同磁场强弱，进行精度各异的不同阶段抛光。更好地满足了不同尺寸光学元件抛光的需要。

3)加工稳定性高，精度高。因采用直流电对线圈通电，故不会产生磁滞损耗和涡流损耗，可以保持恒定的磁场；同时，抛光中只有抛光盘带动磁流变体旋转抛光，而内部结构保持固定，从而确保加工中比较高的稳定性。抛光区域可控柔性抛光，在抛光表面不会产生亚表面破坏层，获得纳米级的表面粗糙度。

4)结构设计简单、易于操作，便于拆装和维护。

由此可见，利用本发明对高精度非球面表面进行抛光，能够有效加工出超光滑的表面，具有很大的研究价值和可行性。

附图说明

图1为本发明实施例的结构剖面示意图。

图2为本发明实施例的抛光盘磁流变抛光区域的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1和2，本发明实施例的基本结构主要由转动盘2、第2电机3、导座4、第1电机5、抛光盘6、丝杆7、磁芯8、小线圈9组成。抛光使用的抛光盘6，为根据非球面工件加工成，能与工件外形配合的空壳体结构；抛光盘6固定在主轴1上。抛光盘6引出控制线外接线圈磁流变控制装置，控制抛光盘内所有线圈9的磁场强弱和磁场方向。转动盘2固定在抛光盘6内部壳体内壁；第2电机3控制转动盘2旋转，可带动磁芯8圆周运动，实现磁场方向按需调整，范围可达360°。磁芯8下端内部分别穿有丝杆7并固定在各个导座4上，各个丝杆7在对应的第1电机5驱动下实现对相应的各块磁体空隙的调整。组成磁芯8的磁体、第1电机5、第2电机3和丝杆7的数目为7套，构成7片磁流变抛光区域。

磁流变抛光区域：1片置于抛光盘6圆心区域；其余6片在盘面上成相隔60°的扇形区域内排置。其中，磁流变抛光区域11与磁流变抛光区域12相切，磁流变抛光区域12、磁流变抛光区域13、磁流变抛光区域14在各自的60°扇形区域内相交抛光盘面上由内向外扩的3组同心圆，在离圆心距离相同位置上两片抛光区域成轴对称分布，形成覆盖圈，构成在抛光盘6旋转的时候能够覆盖整个工件10加工表面的磁流变抛光区域。每片磁流变抛光区域在抛光盘的控制下，成360°方向任意旋转，选择所需要的磁场方向。丝杆7对应地实现对相应的各块磁体空隙的调整，控制磁流变抛光区域上外露磁场的范围。

每个磁芯8内所设线圈数N≥4，每片磁流变抛光区域的小线圈9排列成矩形；抛光盘6内设有磁芯8的空壳体内非工作区域面上采用磁屏蔽材料制成。

当进行磁流变抛光时，每片磁流变抛光区域内第1电机5驱动丝杆7实现对相应的各块磁体空隙的调整，内部高强磁场露出，在线圈磁流变控制装置的控制下，转动盘2旋转一定的角度，确定所需磁场的方向，同时调整线圈9电流的强弱，形成7片磁流变抛光区域上按不同精度抛光时所需的磁力线(也可根据需要另几片抛光区域停止工作)，实现对7片磁流变抛光区域上抛光磨头(缎带突起)的不同大小和形状的有效控制，此时抛光盘6与工件，沿不同的方向旋转进行抛光。磁流变体在抛光盘6与工件的汇集间隙，形成单一稳定的缎带突起(即磨头)，对工件表面与之接触的区域产生很大的剪切力，从而使工件表面材料被去除，实现抛光。

Claims (4)

1.轴对称可变磁场抛光轮，其特征在于设有抛光盘、磁芯、线圈、转动盘、导座、丝杆组、第1电机和第2电机；

抛光盘固定在主轴上，抛光盘与工件成反方向旋转，实现抛光工作；抛光盘为空壳体结构；第1电机固定在导座上，第1电机引线引出外接电源，第1电机驱动丝杆实现对相应的各块磁体空隙的调整；第2电机控制转动盘，通过带动磁芯圆周运动，实现磁场方向360°的调整；导座置于转动盘上，转动盘固定在抛光盘空壳体内壁；抛光盘引出控制线外接线圈磁流变控制装置，控制抛光盘内所有线圈的磁场强弱和磁场方向；每片抛光区域的磁芯由2块磁体正对放置组成，2块磁体之间留有空隙，2块磁体通过丝杆调整2块磁体之间空隙；磁芯内沿轴向设有至少4个线圈，至少4个线圈在抛光盘每片抛光区域内排列成矩形。

2.如权利要求1所述的轴对称可变磁场抛光轮，其特征在于所述2块磁体、第1电机、第2电机和丝杆设有7套，7套2块磁体、第1电机、第2电机和丝杆分别置于抛光盘7片磁流变抛光区域，1片磁流变抛光区域置于抛光盘圆心区域，其余6片磁流变抛光区域在抛光盘盘面上成相隔60°排置，彼此相交排列，两两成轴对称分布；7片磁流变抛光区域在抛光盘旋转时能够覆盖整个工件。

3.如权利要求1所述的轴对称可变磁场抛光轮，其特征在于所述磁体为矩形磁体。

4.如权利要求1所述的轴对称可变磁场抛光轮，其特征在于所述磁体为软磁材料磁体。

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