CN101972996B - 可控变磁场小磨头抛光轮 - Google Patents

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Abstract

可控变磁场小磨头抛光轮，涉及一种抛光工具。提供一种可实现对光学元件的超精密抛光，结构简单且实用的可控变磁场小磨头抛光轮。设有螺栓、抛光盘、线圈、螺钉、导座、支座、支撑轴、电刷和单片机。支撑轴为中空式，单片机固定在支撑轴内表面，信号线、接地线和电源引线通过电刷接单片机输入端口，单片机控制信号输出端口接各个磁体的线圈电流线；抛光盘为顶部薄两侧厚的中空壳体，抛光盘与支撑轴连接；导座上设有至少2个磁芯，磁芯由两块球状磁体正对放置组成，两块磁体之间有空隙，各个磁芯外部设有隔磁片，各个磁芯下端固定在各个支座上，各个支座与导座相连；线圈沿轴向设于磁芯内；导座与支撑轴连接，支撑轴设有轴肩，支撑轴外接机床部件。

Description

可控变磁场小磨头抛光轮
技术领域
本发明涉及一种抛光工具，尤其是涉及超精密球面、非球面、平面、V型槽加工工具的可控变磁场小磨头抛光轮。
背景技术
随着现代科学技术的发展，光学元件在未来的国防、航空、航天和信息等诸多领域发挥着越来越重要的作用，于是对应用于各种光学系统中的光学元件提出了越来越高的要求。通常情况下，要求最终生产的光学元件具有高的面形精度、好的表面质量及尽量减少亚表面破坏层。要获得高精度、高质量的加工表面有多种加工方法，其中一种新型的抛光技术一磁流变抛光(Magnetorheological finishing，MRF)技术不仅可以加工出超光滑的表面，而且几乎没有变质层，因而越来越受到各国研究人员的广泛关注。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，在抛光表面不会产生亚表面破坏层，获得纳米级的粗糙度，能够很好的满足航天、航空和国防等领域的加工要求，有着广阔的应用前景。它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，二是配制出具有良好流变性的磁流变抛光液(J.A.Tichy.Hydrodynamic lubrication theory for theBinhham plastic flow model.[J].Rheol，1991，35(4)：477-496)。
发明内容
本发明的目的在于针对磁流变抛光技术能顺利进行的需要提供适合于磁流变抛光的梯度磁场的条件，提供一种可实现对光学元件的超精密抛光，结构简单且实用的可控变磁场小磨头抛光轮。
本发明设有螺栓、抛光盘、线圈、螺钉、导座、支座、支撑轴、电刷和单片机。
支撑轴为中空式，单片机固定在支撑轴内表面，外部信号线、接地线和电源引线通过电刷接单片机输入端口，由单片机将输入的信号转换成相应各个磁芯中线圈电流的控制信号，单片机的控制信号输出端口接各个磁体的线圈电流线；抛光盘为顶部薄，两侧厚的中空壳体结构，抛光盘与支撑轴连接；导座上设有至少2个磁芯，所有磁芯由两块球状磁体正对放置组成，两块磁体之间有空隙，各个磁芯外部设有隔磁片，各个磁芯下端固定在各个支座上，各个支座与导座相连；线圈沿轴向设于磁芯内；导座与支撑轴连接，支撑轴设有用于定位导座的轴肩，支撑轴外接机床部件。
所述单片机的控制信号输出端口接各个磁体的线圈电流线，最好是单片机的控制信号输出端口通过设于支座上的导线通孔接各个磁体的线圈电流线。
所述抛光盘与支撑轴连接，最好是抛光盘与支撑轴之间通过螺栓连接。
所述磁体可采用软磁体材料制成。
所述各个支座与导座相连，最好是各个支座与导座通过螺钉相连。所述导座与支撑轴连接，最好是导座与支撑轴通过螺栓连接。
抛光前首先将抛光轮内部磁芯和支撑轴间的相对位置以及各磁体的气隙(空隙)大小调整好，抛光中抛光轮内部结构保持固定，利用控制系统输出的不同幅值的直流电对线圈通电，磁流变体附着在磁芯气隙上方的抛光盘的外壳上，通过有效信号频率的改变使抛光盘相对旋转，由抛光盘带着磁流变体进行抛光。本发明提供的磁流变抛光功能强大，可提供更灵活的抛光需要。与现有的抛光轮相比，本发明具有以下突出特点：
1.抛光参数可调。本发明通过直流电对线圈通电，在磁芯气隙处产生高强磁场，磁流变液在高强磁场作用下受力压向运动盘，转变成宾汉(Bingham)介质，形成单一稳定的缎带突起(即磨头)，当此磨头随同抛光盘进入工件和抛光轮形成的汇集间隙时，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。通过调整线圈电流的强弱和磨头类型以实现对抛光磨头大小和形状的有效控制，从而满足不同形状，不同尺寸光学元件抛光的需要。
2.抛光精度高。是一中抛光区域可控的柔性抛光，在抛光表面不会产生亚表面破坏层，可获得纳米级的表面粗糙度。
3.加工稳定性高。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。
4.操作简单。易于与机床配合，容易操作。
由此可见，利用本发明对高精度球面、平面、V型槽表面进行抛光，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为本发明实施例的球型小磨头抛光轮基本结构剖面示意图。
图2为本发明实施例的球型小磨头抛光轮基本结构示意图的俯视图。
图3为本发明实施例的平面性小磨头抛光轮基本结构剖面示意图。
图4为本发明实施例的V型槽小磨头抛光轮基本结构剖面示意图。
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1～3，本发明实施例设有螺栓1、抛光盘2、隔磁片3、磁芯4、线圈5、固定螺钉6、支座7、导线通孔8、导座9、螺栓10、支撑轴11、电刷12和单片机13。支撑轴11为中空式结构，单片机13固定在支撑轴11内表面，外接电源线、接地线和信号线通过电刷12引入单片机13，各个磁体的线圈电流线通过支座7上的导线通孔8与单片机13相连；抛光盘2为顶部薄，两侧厚的中空壳体结构，其顶部的厚度约为2mm，选用不导磁的材料组成，抛光中磁流变体附着其上，两侧较厚，约为5mm，采用磁屏蔽材料组成。抛光盘2和支撑轴11通过螺栓1连接。磁芯4由两块球状磁体正对放置组成，两块磁体之间有空隙，磁体采用软磁体材料制成，各个磁芯外部连有隔磁片3，磁芯下端固定在各个导座上，导座9通过固定螺钉6与支座7相连；线圈5沿轴向设于磁芯4内；支座7与支撑轴11通过螺栓10连接，通过轴肩定位，支撑轴外接机床部件。
工作时，控制信号输入抛光轮的控制系统，单片机12将输入的控制信号S转换成相应各个磁芯中控制线圈电流的信号，转换后的各个磁芯中控制线圈电流的信号通过支座7上的导线通孔8引入各个磁体，通过控制各个磁芯中线圈电流的大小、有无、频率等参数来实现不同点处磁力线的强弱和有无的控制，从而最终实现不同形状、不同尺寸光学元件的抛光。

Claims (6)

1.可控变磁场小磨头抛光轮，其特征在于设有螺栓、抛光盘、线圈、螺钉、导座、支座、支撑轴、电刷和单片机；
支撑轴为中空式，单片机固定在支撑轴内表面，外部信号线、接地线和电源引线通过电刷接单片机输入端口，由单片机将输入的信号转换成相应各个磁芯中线圈电流的控制信号，单片机的控制信号输出端口接各个磁体的线圈电流线；抛光盘为顶部薄，两侧厚的中空壳体结构，抛光盘与支撑轴连接；导座上设有至少2个磁芯，所有磁芯由两块球状磁体正对放置组成，两块磁体之间有空隙，各个磁芯外部设有隔磁片，各个磁芯下端固定在各个支座上，各个支座与导座相连；线圈沿球状磁体的轴向设于磁芯内；导座与支撑轴连接，支撑轴设有用于定位导座的轴肩，支撑轴外接机床部件。
2.如权利要求1所述的可控变磁场小磨头抛光轮，其特征在于所述单片机的控制信号输出端口接各个磁体的线圈电流线，是单片机的控制信号输出端口通过设于支座上的导线通孔接各个磁体的线圈电流线。
3.如权利要求1所述的可控变磁场小磨头抛光轮，其特征在于所述抛光盘与支撑轴连接，是抛光盘与支撑轴之间通过螺栓连接。
4.如权利要求1所述的可控变磁场小磨头抛光轮，其特征在于所述磁体为软磁体材料磁体。
5.如权利要求1所述的可控变磁场小磨头抛光轮，其特征在于所述各个支座与导座相连，是各个支座与导座通过螺钉相连。
6.如权利要求1所述的可控变磁场小磨头抛光轮，其特征在于所述导座与支撑轴连接，是导座与支撑轴通过螺栓连接。
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