CN104308672A - 一种旋转磁流变抛光磨轮装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种旋转磁流变抛光磨轮装置，主要包括磨轮、磁芯、线圈、磁刷、驱动机构，所述磨轮包括至少一个磁极结构，每一所述磁极结构包括一圈内磁极、一圈外磁极、内磁极和外磁极之间设有分隔内磁极和外磁极的非导磁材料填充物。所述内磁极沿周向分割成多个间隔设置的内磁极块，所述外磁极对应沿周向分割成多个间隔设置的外磁极块，所述内磁极块和外磁极块一一相对，从俯视方向看，相对的内磁极块和外磁极块之间最上端的距离最短，当磁极结构通电产生磁场时，磁流变液被磁化形成断续的宾汉体。本发明利用磁流变液向强磁场部分聚集的特性，大大地提高了加工效率，采用多个磁极结构阵列排布，可以实现大面积抛光。

Description

一种旋转磁流变抛光磨轮装置

技术领域

本发明涉及光学零件表面超光滑加工技术领域，具体涉及一种旋转磁流变抛光磨轮装置。

背景技术

磁流变抛光技术是利用磁流变液在磁场中的流变性进行抛光，即在强磁场的作用下，梯度磁场中发生流变而形成的具有黏塑性的柔性磨轮，表现为类似固体的性质，去掉磁场时又恢复其流动特性的现象。该技术实现零件表面的抛光要求零件与磨轮之间有相对运动，在添加抛光液后会形成剪切力，达到去除目的，实现零件表面的高质量抛光。在磁流变抛光过程中，剪切力的大小决定抛光效率的快慢，而剪切力大小又与磁场强度，相对运动速度等多种因素决定。

在公开的磁流变抛光技术中，有各种形状的磁流变磨轮结构以及产生相对运动的方式，如：

中国专利ZL96198445.7公开的是美国罗切斯基大学发明的磁流变抛光方法，采用一个点接触式加工工具，加工过程中，加工工具保持固定不动，其通过带轮带动磁流变液进去抛光区域，工件旋转产生大剪切力形成抛光。中国专利ZL03153996.3还公开了一种电磁方式磁流变抛光头，磨头在加工过程中形成一个线状具有黏塑性的柔性磨轮，通过磨轮的旋转产生相对运动来实现工件的抛光。中国专利ZL200910052609.2公开了高效率可控多磨头磁流变抛光装置，采用单环或多环的圆周磁极结构，同时采用阵列排布以实现不同用途工件的加工。中国专利ZL200820228337.8公开了一种环带旋转式磁流变抛光头，该技术在采用环带磁极结构，在加工过程中通过环带磁极结构的旋转，进而达到工件表面抛光的目的。

上述磁流变抛光磨头装置都能够实现工件的表面抛光，具有一定的新颖性，但是在这些技术中忽略了一个关键问题，实现磁流变抛光的关键需要形成剪切力，剪切力越大，其抛光的效率越高，现有的技术依靠增大磁场强度和提高相对运动速度来实现，相对运动速度增加能让剪切力增加，但只有部分的剪切力起到抛光作用，由于这些技术采用的是连续磁极结构，在剪切力大于磁流变液与磨轮之间的摩擦力时，磁流变液会沿着磁场分布方向滑动，因此现有磁流变抛光过程中剪切力的大小实际是受到磁流变液和磁极之间的摩擦力的限制。而要增大剪切力，就必须增大摩擦力，常用的方法是增大磁场强度，即增加磁流变液和磁极之间的吸引力，一般摩擦力近似等于吸引力乘以摩擦系数，摩擦系数必须小于等于1，一般实际应用小于0.5，因此通过增大磁场强度的方法是很难增加有效的剪切力。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是在于提供一种提高有效剪切力，提高加工效率，实现大面积抛光的旋转磁流变抛光磨轮装置。

为实现上述目的，本发明可以通过以下技术方案予以实现：

一种旋转磁流变抛光磨轮装置，包括磨轮、磁芯、线圈、磁刷、驱动机构，所述磨轮包括至少一个磁极结构，每一所述磁极结构包括一圈内磁极、一圈外磁极、内磁极和外磁极之间设有分隔内磁极和外磁极的非导磁材料填充物，每一所述磁极结构的内磁极与外磁极的极性相反，所述磨轮固定在磁芯上，所述线圈绕设在磁芯上，所述磁刷给线圈供电，所述驱动机构驱动磨轮、磁芯和线圈旋转。所述内磁极沿周向分割成多个间隔设置的内磁极块，所述外磁极对应沿周向分割成多个间隔设置的外磁极块，所述内磁极块和外磁极块一一相对，从俯视方向看，相对的内磁极块和外磁极块之间最上端的距离最短，当磁极结构通电产生磁场时，磁流变液被磁化形成断续的宾汉体。

进一步的，所述多个内磁极块的底端连在一起，所述多个外磁极块的底端端连在一起，内磁极和外磁极各自为一个整体，便于磁极通电产生磁场。

进一步的，所述磨轮包含多个磁极结构，多个磁极结构由内至外依次设置，每个磁极结构的内磁极块和外磁极块的数量相同，相邻的两个磁极结构之间的磁极块位置相对应，相邻的两个磁极结构相对的磁极块连接在一起，相邻的两个磁极结构相连的磁极块极性相同。采用这种结构可以形成多个断续的宾汉体，适用于大口径平面光学零件的加工。

进一步的，所述驱动机构包括电机、轴承、皮带轮Ⅰ、皮带轮Ⅱ、皮带和机座，所述磁芯固定在轴承的内圈上，所述轴承的内圈与皮带轮Ⅰ固定连接，所述轴承的外圈和电机固定在机座上，所述电机的旋转轴上设有皮带轮Ⅱ，所述皮带轮Ⅰ和皮带轮Ⅱ通过皮带连接起来。

进一步的，所述内磁极和外磁极的磁极块顶端端面平齐，使所产生的宾汉体线条流畅。所述内磁极和外磁极的磁极块底端端面平齐，有利于磁极安装在磁芯上。

进一步的，所述磁芯为W形。

进一步的，所述磨轮包含三个磁极结构。

本发明采用断续状的磁极结构，可形成断续状的宾汉体，利用磁流变液向强磁场部分聚集的特性，在磨轮旋转的情况下，有效的剪切力的大小就等于磁极对磁流变液吸引力加上摩擦力，磁流变抛光过程中的剪切力能够成倍的增加，大大地提高了加工效率，采用多个磁极结构阵列排布，可以实现大面积抛光。

本发明的单个磁极结构的磨轮装置适用于球面和平面光学零件的加工。

本发明的多个磁极结构的磨轮装置适用于大口径平面光学零件的加工。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的包含一个磁极结构的磨轮的结构示意图；

图3是本发明的包含三个磁极结构的磨轮的结构示意图；

图4是本发明所形成宾汉体的受力分析示意图；

图中：1-磨轮、11-磁极结构、111-内磁极、112-外磁极、113-非导磁材料填充物、114-内磁极块、115-外磁极块、12-第一磁极结构、13-第二磁极结构、14-第三磁极结构、2-宾汉体、3-磁芯、4-线圈、5-磁刷、6-驱动机构、61-电机、62-轴承、63-皮带轮Ⅰ、64-皮带轮Ⅱ、65-皮带、66-机座、7-工件。

具体实施方式

下面将结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步的说明：

如图1所示，本发明所述的旋转磁流变抛光磨轮装置，主要包括磨轮1、磁芯3、线圈4、磁刷5、驱动机构6，优选的，磁芯3为W形磁芯。磨轮1固定在磁芯3上，确保磁极与磁芯3都能接触到，线圈4绕设在磁芯3上，磁刷5给线圈4供电使磁极产生磁场。驱动机构6包括电机61、轴承62、皮带轮Ⅰ63、皮带轮Ⅱ64、皮带65和机座66。磁芯3固定在轴承62的内圈上，轴承62的内圈与皮带轮Ⅰ63固定连接，轴承62的外圈和电机61分别固定在机座66的两端，电机61的旋转轴上设有皮带轮Ⅱ64，皮带轮Ⅰ63和皮带轮Ⅱ64通过皮带65连接带动。电机61启动，电机旋转轴转动，带动皮带轮Ⅱ64，皮带轮Ⅱ64又通过皮带65带动皮带轮Ⅰ63转动，皮带轮Ⅰ63带动轴承62内圈转动，继而带动磁芯3转动，从而驱动磨轮1顺时针或逆时针旋转。

如图2所示，磨轮1包含一个磁极结构11，磁极结构11包括一圈内磁极111、一圈外磁极112、内磁极111和外磁极112之间设置了非导磁材料填充物113，非导磁材料填充物113分隔内磁极111和外磁极112，内磁极111与外磁极112的极性相反。内磁极111用胶粘或者螺钉的连接方式与非导磁材料填充物113固连，同时保证两者之间密封，外磁极112也用胶粘或者螺钉的连接方式与非导磁材料填充物113固连，同时保证两者之间密封，这样设计能够保证三者同时运动。内磁极111沿周向被均匀地分割成多个间隔设置的内磁极块114，外磁极112对应的也沿周向被均匀地分割成多个间隔设置的外磁极块115，内磁极块114和外磁极块115一一相对。所有内磁极块114的底端连在一起，使内磁极111成为一个整体；所有外磁极块115的底端也连在一起，使外磁极112成为一个整体。内磁极111和外磁极112的磁极块顶端和底端的端面均平齐，磁极块的宽度尽量小，从俯视方向看，相对的内磁极块114和外磁极块115之间的最上端的距离最短，以保证确定性磁流变加工效果，不出现磁流变液打滑的现象。当磁极结构11通电产生磁场时，磁流变液被磁化形成断续的宾汉体2。

如图3所示，为磨轮的替换结构，该磨轮1包含三个磁极结构，这三个磁极结构分别为第一磁极结构12、第二磁极结构13和第三磁极结构14，以同心圆的形式由内至外依次设置，每个磁极结构的内磁极块114和外磁极块115的数量相同，相邻的两磁极结构之间的磁极块位置相对应，相邻的两个磁极结构相对的磁极块连接在一起，相邻的两个磁极结构相连的磁极块极性相同。每个磁极结构的结构设计与图2的单个磁极结构的设计一样。其中，第一磁极结构12的外磁极块115与第二磁极结构13的内磁极块114一一相对，并且连接在一起，极性相同。第二磁极结构13的外磁极块115与第三磁极结构14的内磁极块114一一相对，并且连接在一起，极性相同。该磨轮在添加磁流变液，施加磁场后，可以形成三个断续的宾汉体2。

按照上述的设计思想，可以设计N个磁极结构11组成的磨轮1，N大于等于1。在施加磁场，添加磁流变液后能形成多个断续的宾汉体2。

如图4所示，磨轮1的磁极结构产生磁场，磁流变变液被磁化形成环带断续状的宾汉体2，工件7逆时针旋转，磨轮1顺时针旋转，环带断续状的宾汉体2被磨轮1吸附，该吸附力为沿坐标轴z方向向下，同时环带断续状的宾汉体2受到与磨轮1的摩擦力，该力为平行于xoz平面，沿磨轮1的环带方向。同时环带断续状的粘塑性磁流变液给工件7是施加有剪切力，那么工件7给予环带断续状的宾汉体2有一个方向作用力，该力平行于xoz平面，方向与摩擦力相反。当摩擦力小于剪切力时，由于磁流变液有向强磁场聚集的特性，磨轮1的环带部分位置有磁场，部分位置没有磁场，为断续状结构，因此磁流变液被剪切力推离有磁场位置，会使得磁流变液有向强磁场聚集的特性发生作用，形成大于或等于剪切力。同时与剪切力方向相同的吸附力，依然能够保证环带断续状的宾汉体2与吸附磁极点的位置不变，进而可以显著增加剪切力，提高抛光效率。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上技术方案以及构思，做出其他各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变和变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种旋转磁流变抛光磨轮装置，包括磨轮、磁芯、线圈、磁刷、驱动机构，所述磨轮包括至少一个磁极结构，每一所述磁极结构包括一圈内磁极、一圈外磁极、内磁极和外磁极之间设有分隔内磁极和外磁极的非导磁材料填充物，每一所述磁极结构的内磁极与外磁极的极性相反，所述磨轮固定在磁芯上，所述线圈绕设在磁芯上，所述磁刷给线圈供电，所述驱动机构驱动磨轮、磁芯和线圈旋转，其特征在于：所述内磁极沿周向分割成多个间隔设置的内磁极块，所述外磁极对应沿周向分割成多个间隔设置的外磁极块，所述内磁极块和外磁极块一一相对，从俯视方向看，相对的内磁极块和外磁极块之间最上端的距离最短，当磁极结构通电产生磁场时，磁流变液被磁化形成断续的宾汉体。

2.根据权利要求1所述的旋转磁流变抛光磨轮装置，其特征在于：所述多个内磁极块的底端连在一起，所述多个外磁块的底端连在一起。

3.根据权利要求1或2所述的旋转磁流变抛光磨轮装置，其特征在于：所述磨轮包含多个磁极结构，多个磁极结构由内至外依次设置，每个磁极结构的内磁极块和外磁极块的数量相同，相邻的两个磁极结构之间的磁极块位置相对应，相邻的两个磁极结构相对的磁极块连接在一起，相邻的两个磁极结构相连的磁极块极性相同。

4.根据权利要求1所述的旋转磁流变抛光磨轮装置，其特征在于：所述驱动机构包括电机、轴承、皮带轮Ⅰ、皮带轮Ⅱ、皮带和机座，所述磁芯固定在轴承的内圈上，所述轴承的内圈与皮带轮Ⅰ固定连接，所述轴承的外圈和电机固定在机座上，所述电机的旋转轴上设有皮带轮Ⅱ，所述皮带轮Ⅰ和皮带轮Ⅱ通过皮带连接起来。

5.根据权利要求1所述的旋转磁流变抛光磨轮装置，其特征在于：所述内磁极和外磁极的磁极块顶端端面平齐，所述内磁极和外磁极的磁极块底端端面平齐。

6.根据权利要求1所述的旋转磁流变抛光磨轮装置，其特征在于：所述磁芯为W形。

7.根据权利要求3所述的旋转磁流变抛光磨轮装置，其特征在于：所述磨轮包含三个磁极结构。