CN102975124A

CN102975124A - 异形喷头旋转式磁射流抛光装置

Info

Publication number: CN102975124A
Application number: CN2012105497524A
Authority: CN
Inventors: 程灏波; 王谭; 陈永
Original assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Current assignee: Beijing Institute of Technology BIT
Priority date: 2012-12-17
Filing date: 2012-12-17
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2032-12-17
Also published as: CN102975124B

Abstract

本发明公开了属于精密光学表面加工领域的一种抛光工具。包括支架、套筒、外壳、电机、电机架、转接件、转轴、轴承组件、密封组件、喷头、喷头螺母、线圈架、线圈和隔磁组件等。支架内固定有套筒；转轴通过轴承组件转动安装在套筒内，并通过密封组件与套筒实现旋转密封；利用转接件将转轴与电机转子固定，电机通过电机架固定在套筒上；利用喷头螺母将喷头固定在转轴下端；隔磁腔与腔盖配合卡紧线圈，整体通过线圈支架固定于套筒下端；外壳与套筒固定。工作时，电机驱动喷头转圈，液体通过设备内部通路经喷头喷出，再经过通电线圈产生的磁场后，抛光工件。本发明利用异形喷头旋转喷射获得比喷孔面积大的抛光斑，有效的提高了磁射流加工效率。

Description

异形喷头旋转式磁射流抛光装置

技术领域

本发明涉及一种磁射流抛光工具头，尤其是涉及对光学元件加工的异形喷头旋转式磁射流抛光装置，属于超精密光学表面加工领域。

背景技术

随着对光学零件的形状和质量要求的提高，传统的研磨抛光在实际应用中受到了很大的限制，从而驱使各种新型抛光技术蓬勃发展。20世纪80年代，计算机控制光学表面成型技术(computer control optical surfacing)的出现有效的提高了光学表面修整的效率，但是由于磨头的磨损变形、容易产生高频误差和机械干涉等原因，限制了其对光学零件加工的范畴。20世纪90年代后期磁流变抛光技术(magnetorheological finishing)被应用到光学加工中，实现了工具头无磨损抛光和柔性超光滑加工，但是由于磁场发生装置体积的影响使得抛光工具头整体体积受到了限制，进而限制了其在大梯度光学凹面加工中的应用，例如对共形元件的抛光。随着磁射流抛光技术(magnetorheological jet polishing)的提出，这一技术难题得到了有效的解决。

磁射流技术是一项由磨料水射流和磁流变技术发展而来的综合性抛光技术。主要是混合有磨料的磁流变液射流束在轴向磁场的作用下磁化，从而增加射流束表面的稳定性，形成集束性、保形性及准直性优良的半硬化射流束，实现较远距离精确的柔性抛光。因此其在光学加工领域占有重要的地位。

目前已有的磁射流抛光装置有单束静喷射方式的磁射流设备和圆柱状单束旋转喷射方式的磁射流设备。对于单束静喷射抛光方式，虽然结构简单，但是其去除函数呈倒‘W’状、面积较小，而且类型单一，因此限制了抛光加工的效率；对于圆柱状单束旋转抛光方式，虽然通过调节偏心距有效地解决了去除函数类型单一的问题，但是对增加去除函数面积的效果并不明显。本发明采用异形喷头旋转喷射方式的磁射流抛光装置，能够实现利用较小喷孔面积获得较大抛光斑面积和多样性的去除函数分布。

发明内容

本发明针对传统磁射流抛光装置的抛光斑面积小和去除函数单一导致抛光效率低的问题，提供一种异形喷头旋转式磁射流抛光装置。该装置能够在不增加系统压力的情况下利用较小的喷射面实现较大的抛光斑面积，而且可以通过选择不同形式的异形喷嘴获得不同的去除函数分布，从而实现多样性的加工。

本发明解决的技术问题所采用的技术方案是：

本发明是一种异形喷头旋转式磁射流抛光装置，包括支架、套筒、上下密封组件、上下轴承组件、转轴、转接件、电机架、电机、上外壳、密封圈、喷头、喷头螺母、线圈架、垫圈、腔盖、线圈、隔磁腔和下外壳。

所述的套筒固定在支架内；转轴通过上下轴承组件转动安装在套筒内；上下密封组件固定在套筒内，并分布于转轴侧面开口处的上下两侧；转轴上端通过转接件与电机转子固定，电机通过电机架固定安装在套筒上表面；喷头安装在转轴的下端，用喷头螺母固定，并在喷头和转轴底部之间放置密封圈；线圈架通过螺钉固定在套筒的下表面；在腔盖上表面和线圈架下表面之间垫入垫圈，并间接将腔盖固定在线圈架上；线圈装入隔磁腔内并通过隔磁腔和腔盖卡紧，整体和腔盖固定；上、下外壳分别安装在套筒的上方和下方。

所述喷头为高磁导率耐磨材料，其出口处喷孔具有多种形式，例如特定分布的多孔形式和条形孔形式等，特别的对于定分布的多孔形式的喷头，分布在不同同心圆上的喷孔数量和大小根据实际需要可不同。

所述旋转轴下端出口和喷头实现间隙配合，特别是紧密配合状态。

所述垫圈为低磁导率材料，腔盖和隔磁腔为高磁导率材料。

所述密封组件和密封圈采用特殊耐磨抗压材料制成，能够实现对一定转速和压力系统的密封。

所述喷头的旋转速度可由电机驱动控制，旋转最大线速度要远远小于喷射速度，电机转子、转轴和喷头能够同轴无偏摆旋转，喷头和线圈同轴，液体通路实现无阻碍密封。

本发明所述异形喷头旋转式磁射流抛光装置的抛光过程如下：根据具体要求，安装相应的喷头，通过数控机床控制装置运动到指定的位置；电机通过转轴驱动喷头旋转；电磁线圈通电后产生局部轴向磁场；具有一定压力的抛光液，经过由支架和套筒的侧面通孔、套筒和转轴之间的腔、转轴上通道和喷头组成的内部通路后喷出，再通过由线圈产生的轴向磁场磁化后形成稳定且准直的射流束，最终喷射到工件表面，对工件表面产生去除。

有益效果:

本发明目的是为了解决由于传统磁射流抛光斑面积小和去除函数单一导致抛光效率低的问题。该装置通过喷头旋转的方式实现了利用较小喷孔面积获得大面积的去除斑；由于有效的喷孔面积的减小，从而有效的降低了喷射所需要的压力以及对整个系统抗压性能的要求，进而降低了系统的造价；通过选取不同形式的异形喷头，可以获得多样性的去除函数分布，从而提高了加工效率；该装置通过采用电机直趋方式，使结构简单紧促、工作稳定且拆装方便。

附图说明

图1为本发明的异形喷头旋转式磁射流抛光装置的中心剖面结构示意图；

图2为本发明装置的转轴的剖面和三维图；

图3为本发明装置的喷头；

图4为本发明装置的垫圈；

图5为本发明装置的加工方式；

其中：1-支架，2-套筒，3-上下密封组件，4-上下轴承组件，5-转轴，6-转接件，7-电机架，8-电机，9-上外壳，10-密封圈，11-喷头，12-喷头螺母，13-线圈架，14-垫圈，15-腔盖，16-线圈，17-隔磁腔，18-下外壳，19-轴上入口，20-轴内管路，21-轴内出口，22-轴出口外螺纹，23-喷头入口外壁，24-圆形喷孔，25-喷头底面，26-喷孔，27-射流束，28-工件。

具体实施方案

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细说明。如图1，为本发明的异形喷头旋转式磁射流抛光装置的中心剖面结构示意图，包括支架1、套筒2、上下密封组件3、上下轴承组件4、转轴5、转接件6、电机架7、电机8、上外壳9、密封圈10、喷头11、喷头螺母12、线圈架13、垫圈14、腔盖15、线圈16、隔磁腔17和下外壳18。

其中，通过支架1将整体机构固定在精密机床上实现喷头的整体运动；套筒2固定安装在支架1内，套筒2的侧面开口和支架1的侧面开口同轴导通；上下密封组件3固定在套筒2内腔；转轴5通过上下轴承组件4旋转安装在套筒2内，实现相对于套筒2的无偏摆旋转；电机8的转子和转轴5的顶部通过转接件6固定；电机8通过电机架7固定在套筒2上表面；密封圈10垫在喷头11入口处；喷头11安装在转轴5的下端出口处，并通过喷头螺母12将喷头11和转轴5固定；线圈架13通过螺钉固定在套筒2的底面；垫圈14放置在腔盖15和线圈架13之间，并通过螺钉将腔盖15和垫圈14固定在线圈架13上；线圈16安装在隔磁腔17内，并通过隔磁腔17和腔盖15固定；上外壳9和下外壳18分别固定在套筒2的上、下侧面。

如图2，为本发明转轴5的剖面和三维图。该转轴5通过上下轴承组件4旋转安装在套筒2上，并利用上下密封组件3和套筒2之间形成旋转密封结构；转轴5顶部通过转接件6和电机8的转子固定，喷头11通过喷头螺母12固定在转轴5的轴出口外螺纹22处；轴上入口19和轴内出口21分别为转轴5的轴上液体入口、出口；轴内管路20为转轴5的轴内通路；液体从轴上入口19进入转轴5，通过轴内管路20从轴内出口21流出进入喷头11。

如图3，为本发明的喷头11。该喷头11是异形喷头，可具有多种喷射形式，例如特定分布的多孔形式和条形孔形式等。喷头11的喷头入口外壁23安装在转轴5的轴内出口21内，形成紧密配合，并通过喷头螺母12和转轴5固定；图3(a)中的喷头为特定分布的多孔形式，圆形喷孔24为锥柱形的喷射孔，孔分布在喷头底面25不同的同心圆上，且根据需要不同圆上可有不同大小和数量的喷孔；图3(b)为条形孔形式，喷孔26为条形的喷射孔。

如图4，本发明装置的垫圈14。该垫圈14固定于线圈架13和腔盖15之间，用低磁导率材料制成。

如图5，为本发明装置的加工方式。加工时，选取适合的喷头11并安装；电机8的转子带动转轴5旋转，进而带动喷头11旋转；隔磁腔17内的线圈16通电后产生局部的轴向磁场；具有一定压力的抛光液通过由支架1和套筒2侧面的通孔、转轴5和套筒2构成的腔、转轴5内部通道和喷头11构成的液体内部通路后喷出，形成绕套筒2中心轴旋转的射流束27，经过由通电线圈16产生的轴向磁场的磁化作用后，喷射到被加工工件28表面，对工件28进行面型修整。

Claims

1.异形喷头旋转式磁射流抛光装置，包括支架、套筒、上下密封组件、上下轴承组件、转轴、转接件、电机架、电机、上外壳、密封圈、喷头、喷头螺母、线圈架、垫圈、腔盖、线圈、隔磁腔和下外壳；

上述组成部分的连接关系为：

套筒固定在支架内，并实现套筒侧面开口和支架侧面开口同轴导通；转轴通过上下轴承组件转动安装在套筒内，实现转轴相对于套筒的无偏旋转；上下密封组件固定在套筒内，并分布于转轴侧面开口处的上下两侧，在套筒内和转轴之间实现转动密封；转轴上端通过转接件与电机转子固定，电机通过电机架固定安装在套筒上表面；喷头安装在转轴的下端，并用喷头螺母固定；在喷头的入口处通过密封圈与转轴内腔形成密封管路；线圈架通过螺钉固定在套筒的下表面；在腔盖上表面和线圈架下表面之间垫入垫圈，并将腔盖固定在线圈架上；线圈装入隔磁腔内并通过腔盖和隔磁腔卡紧，整体和腔盖固定，实现喷头出口段部分沉入线圈内；上、下外壳分别安装在套筒的上方和下方。整体安装不仅要实现电机转子、转轴、喷头的无偏摆同轴旋转和喷头、线圈之间的同轴，而且要实现液体通路的无阻碍密封。装置整体通过支架固定在精密机床上，以实现喷头整体的精密运动。

本发明的异形喷头旋转式磁射流抛光装置的工作过程如下：

工作时，通过数控机床控制喷头整体以一定的姿态运动到指定的位置；电机通过转轴驱动喷头绕其中轴线做无偏摆旋转运动；电磁线圈通电后产生局部的轴向磁场；具有一定压力的抛光液，经过由支架和套筒的侧面通孔、套筒和转轴之间的腔、转轴内通道和喷头组成的内部通路后喷出，经过由通电线圈产生的局部轴向磁场发生磁流变效应，获得稳定的射流束；当稳定的抛光液柱喷射到工件表面后，对工件表面产生去除，实现精确抛光。

2.根据权利要求1所述的异形喷头旋转式磁射流抛光装置，其特征在于：所述喷头为高磁导率耐磨材料，其出口处喷孔具有多种形式，例如特定分布的多孔形式和条形孔形式等，特别的对于特定分布多孔形式的喷头，分布在不同同心圆上的喷孔数量和大小根据实际需要可不同。

3.根据权利要求1所述的异形喷头旋转式磁射流抛光装置，其特征在于：所述旋转轴下端出口和喷头实现间隙配合，特别是紧密配合状态。

4.根据权利要求1所述的异形喷头旋转式磁射流抛光装置，其特征在于：所述垫圈为低磁导率材料，腔盖和隔磁腔为高磁导率材料。

5.根据权利要求1所述的异形喷头旋转式磁射流抛光装置，其特征在于：所述密封组件和密封圈采用特殊耐磨抗压材料制成，能够实现对一定转速和压力系统的密封。

6.根据权利要求1所述的异形喷头旋转式磁射流抛光装置，其特征在于：所述喷头的旋转速度可由电机驱动控制，旋转最大线速度要远远小于喷射速度，电机转子、转轴和喷头能够同轴无偏摆旋转，喷头和线圈同轴，液体通路实现无阻碍密封。