CN107457681A - 一种回转式磁流变抛光头装置及其抛光方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及磁流变抛光技术领域，具体涉及一种回转式磁流变抛光头装置及其抛光方法，该装置包括磁力旋转轮、电磁铁、石墨棒、张紧轮、中空主轴、轴承、轴承座和电机，所述中空主轴通过轴承与轴承座固定连接，所述中空主轴与所述磁力旋转轮相连，在所述磁力旋转轮的外缘上设有导电滑环，所述磁力旋转轮的中部设有电磁铁，所述电磁铁通过导线与所述导电滑环连接，所述石墨棒与电源相连接，所述石墨棒能够与所述导电滑环接触，形成闭合回路；所述电机通过所述张紧轮驱动所述磁力旋转轮旋转，所述磁力旋转轮带动所述电磁铁旋转形成高速旋转的磁场。本发明解决了传统人工及机械方法在光纤预制棒抛光过程中抛光表面精度低、不稳定、效率不高的技术问题。
Description
技术领域
本发明涉及磁流变抛光技术领域，特别是涉及一种回转式磁流变抛光头装置及其抛光方法。
背景技术
光纤制造的核心是光纤制造技术。目前，常见的光纤加工方法主要有沉积法和机械法，所述沉积法包括化学汽相，管外汽相，等离子体汽相等。现阶段的工艺为先制造预制棒芯棒,然后在芯棒外采用不同技术制造外包层。与沉积法相比，机械法前期投资少，适用于特种光纤的批量加工。机械法的主要实施流程为原始光纤玻璃制备，预制棒毛坯加工，预制棒内外表面研磨抛光加工及预制棒拉丝等过程。
光纤预制棒的表面质量与光纤质量密切相关。为了获得镜面级的内外表面，后续的抛光整形加工方法与技术成为必不可少的重要工艺；目前预制棒的内孔及外圆的抛光主要由手工操作和机械抛光完成，不仅抛光效率低，劳动强度大，而且难于获得稳定的形面精度及抛光品质。因此，研究针对陶瓷管内孔抛光的高效、高表面质量批量抛光方法及装置，对于提高光纤预制棒乃至光纤的制造效率和质量具有重要的意义。
常见的抛光方法主要有化学抛光、磁力抛光、火焰抛光及浮动抛光等。受限于光纤预制棒的机械属性（脆性大，表面易划伤等）、形状（内外圆柱面）、尺寸（长度：150mm、直径：20mm、内径为：3-8mm）及设备投入等，使得抛光方法的选择存在较大的局限性。
磁流变抛光技术主要利用磁流变液在磁场中的流变特性进行抛光，即在强磁场下，磁流变液体的磁性成分可以通过流变作用，表现出类似固体的性质而形成具有黏塑性的柔性磨轮特征，当磁场消失时其又恢复其流动特性。该技术的实现需要零件表面与磁流变抛光液之间有相对运动，在添加磁场之后，抛光液与零件表面间会形成剪切力，实现零件表面的高质量抛光。在磁流变抛光过程中，抛光效率主要取决于接触面间的剪切力的大小，具体为磁场强度，相对运动速度等多种因素决定。
实践证明:磁流变技术具有优异的磨削抛光性能。专利ZL96198445.7公开了磁流变流体精密加工零件表面的方法，在磁场中，被磁化后的磁流变液通过柔性抛光轮进入工件和柔性抛光轮的间隙，与工件部分表面接触并抛除与之接触的工件材料。专利ZL03124557.9公开了一种可喷射磁流变液并使其形成射流的外设磁场装置，该装置通过控制喷嘴周围磁场的大小，方向及工件的位置来控制磁流变液的变性，实现工件的抛光。专利200410044076.0公开了一种超声波磁流变复合抛光装置的回转工具头，其内部通入磁流变液，在磁场的作用下，通过精密控制系统控制工具头运动轨迹进而形成高精度的光学表面。
本发明的目的是为了克服传统的人工及机械方法在光纤预制棒的抛光过程中的精度较低、效率不高、质量不稳定、自动化程度低的缺点，提供一种利用磁流变原理对光纤预制棒内外表面进行抛光的一种新型磁力抛光头装置，实现光纤预制棒的高效及高质量加工。
发明内容
本发明提供了一种回转式磁流变抛光头装置及其抛光方法，解决了传统人工及机械方法在光纤预制棒抛光过程中抛光表面精度低、不稳定，效率不高的技术问题。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种回转式磁流变抛光头装置，其特征在于，该装置包括磁力旋转轮、电磁铁、石墨棒、张紧轮、中空主轴、轴承、轴承座和伺服电机，所述中空主轴通过轴承与轴承座固定连接，所述中空主轴与所述磁力旋转轮相连，在所述磁力旋转轮的外缘上设有导电滑环，所述磁力旋转轮的中部设有电磁铁，所述电磁铁通过导线与所述导电滑环连接，所述石墨棒与电源相连接，所述石墨棒能够与所述导电滑环接触，形成闭合回路；所述伺服电机通过所述张紧轮驱动所述磁力旋转轮旋转，所述磁力旋转轮带动所述电磁铁旋转形成高速旋转的磁场。
进一步，所述磁力旋转轮的外缘上设有至少一个方形圆环凹槽，所述导电滑环通过方形圆环凹槽与所述磁力旋转轮相连接。
进一步，所述磁力旋转轮上设置通孔，所述通孔与所述磁力旋转轮同轴，所述导电滑环通过所述通孔利用导线与电磁铁相连接。
进一步，所述石墨棒和石墨棒螺钉通过石墨棒导柱设置在所述石墨棒支架上，所述石墨棒支架与所述轴承座相连，所述石墨棒螺钉与所述石墨棒通过石墨棒紧固件相连。
进一步，在所述石墨棒螺钉与所述石墨棒紧固件之间设有微型弹簧。
进一步，所述闭合回路中设有显示灯，通过所述显示灯的亮度变化判断所述闭合回路的电压稳定性。
进一步，所述电源依次通过电压调节器和电压传感器与所述石墨棒相连，所述电压调节器能够根据所述电压传感器检测的电压变化情况来进一步调节所述伺服电机的输出电压，从而达到调节磁场强度的目的。
进一步，所述伺服电机，将所述伺服电机与所述伺服电机调速器相连，利用所述伺服电机调速器调节所述伺服电机的转速，进而实现旋转磁场的转速动态调节。
基于一种回转式磁流变抛光头装置的抛光方法，其特征在于，所述光纤预制棒的内孔抛光方法为：通过磁流变液循环装置将磁流变液引入到光纤预制棒内孔通道，在所述磁力旋转轮的高速旋转下，所述电磁铁和所述导电滑环形成高速旋转的磁场，在所述磁场的磁力作用下，所述磁流变液形成高速旋转的磁力抛光头，利用所述磁力抛光头对光纤预制棒内孔进行抛光。
基于一种回转式磁流变抛光头装置的抛光方法，其特征在于，所述光纤预制棒的外圆抛光方法为：将磁流变液引入石英玻璃导管中，然后将光纤预制棒固定到石英玻璃管内部，在所述磁力旋转轮的高速旋转下，所述电磁铁和所述导电滑环形成高速旋转的磁场，在所述磁场的磁力作用下，所述磁流变液转变成柔性抛光膜并高速旋转，对光纤预制棒外圆进行抛光。
本发明所产生的有益效果如下：
1、本发明结构简单，集成度高，操作安装方便，构造了一种可独立或配套使用的磁流变高速回转抛光头装置。
2、本发明利用石墨棒与导电滑环以及电磁铁组成的闭合回路，通过磁力旋转论的高速旋转来形成高速的磁场，通过在导杆上设置微型弹簧，能够保证石墨棒与导电滑环的充分接触。
3、本发明的磁场强度大小和磁场回转速度分别通过伺服电机调速器和电压调节器，实现了磁力抛光参数的有效动态调节。
4、本发明设置有用于监测磁场强度的电压传感器，并能够利用目视观测显示灯的亮度变化，初步判断磁场强度大小；利用电压传感器测量并记录电磁铁的输入电压的变化，实现磁场强度大小的精确监测。
5、本发明利用集电环的设计思想，实现了电磁铁安装在磁力旋转轮上并可以正常运行的高速回转磁场。
附图说明
图1是光纤预制棒磁流变抛光头内孔抛光原理图；
图2是光纤预制棒磁流变抛光头外圆抛光原理图；
图3是磁流变抛光头的主视图；
图4是磁流变抛光头的侧视图；
图5是磁力旋转轮的正视图；
图6是磁力旋转轮的右视图。
图中：1-磁力旋转轮、2-电磁铁、3-石墨棒、4-张紧轮、5-中空主轴、6-轴承、7-轴承座8-伺服电机、9-导电滑环、10-通孔、11-第一方形圆槽、12-第二方形圆槽、13-石墨棒支架、14-微型弹簧、15-石墨棒螺钉、16-石墨棒紧固件、17-支架、18-电磁铁座、19-张紧轮支座、20-伺服电机调速装置、21-皮带、22-石墨棒导柱、23-光纤预制棒、24-内孔、25-外圆。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例来进一步详细的说明本发明，但本发明的保护范围并不限于此。
如图3~6所示，一种回转式磁流变抛光头装置，该装置包括磁力旋转轮1、电磁铁2、石墨棒3、张紧轮4、中空主轴5、轴承6、轴承座7和伺服电机8，所述中空主轴5通过轴承6与轴承座7固定连接，所述轴承为加宽系列深沟球轴承，所述轴承6的外圈与轴承座7相配合，所述轴承6的内圈与中空主轴5相配合，而轴承座7通过螺钉固定在支架17上。所述中空主轴5通过螺钉与所述磁力旋转轮1相连，安装在中空主轴5上的轴承6通过轴承调节螺母紧固位置，另中空主轴5的内孔直径应大于30mm。在所述磁力旋转轮1的外缘上嵌套有导电滑环9，所述磁力旋转轮1的中部安装有电磁铁2，所述电磁铁2通过导线与所述导电滑环9连接，所述石墨棒3与220V电源相连接，所述石墨棒3能够与所述导电滑环9接触，形成闭合回路。通过导线将所述导电滑环9与电磁铁2相连接，这样实现了电磁铁2的正常电压供应。所述磁力旋转轮1通过螺钉与所述中空主轴5相连接。所述伺服电机8上安装有电机轮，所述电机轮通过皮带21与磁力旋转轮1连接。所述伺服电机8通过所述张紧轮4驱动所述磁力旋转轮1旋转，所述磁力旋转轮1带动所述电磁铁2旋转形成高速旋转的磁场，进而完成磁场的旋转运动。
优选的，所述轴承座7设置在支架17上，所述支架17通过螺钉与所述伺服电机8固定连接。所述张紧轮4通过张紧轮支座19在于所述支架17相连接。
优选的，所述电磁铁2通过电磁铁座18安装在所述磁力旋转轮1上。
优选的，所述磁力旋转轮1的外缘上设有两个方形圆环凹槽，所述导电滑环9通过方形圆环凹槽与所述磁力旋转轮1相连接。具体的，在磁力旋转轮1的外缘上以磁力旋转轮1的回转轴线为原点，铣出两个方形圆槽：第一方形圆槽11和第二方形圆槽12；方形圆槽嵌套导电滑环9，并利用胶水粘结在一起。
优选的，在所述第一方形圆槽11和第二方形圆槽12下的磁力旋转轮1上设置通孔10，所述通孔10与所述磁力旋转轮1同轴设置，所述导电滑环9通过所述通孔10利用导线与电磁铁2相连接。
优选的，所述石墨棒3通过石墨棒支架13与所述轴承座7相连；所述石墨棒3固定在石墨棒支架13上，石墨棒支架13通过螺钉与轴承座7连接。
优选的，所述石墨棒支架13上设有石墨棒导柱22，在所述石磨棒导柱24上设有石墨棒3和石墨棒螺钉15，所述石墨棒螺钉15与所述石墨棒3通过石墨棒紧固件16相连。
优选的，为保证石墨棒3与导电滑环9的充分接触，所述石墨棒螺钉15高于所述石墨棒紧固件16的部分设有微型弹簧14。
优选的，为实时监测电磁场强度及磁场转速，保证抛光质量，在该装置上设置伺服电机调速装置20、显示装置和电压监测装置中的一种或者多种。
伺服电机调速装置20，将所述伺服电机8与所述伺服电机调速装置20相连，利用所述伺服电机调速装置20调节所述伺服电机8的转速，进而实现旋转磁场的转速动态调节。
在所述电磁铁回路中串联所述显示灯，用于根据显示灯是否稳定工作来判断电磁铁2电路的电压是否稳定。当电压稳定工作正常时，显示灯正常发光；当电压不稳定或者断电时，显示灯的亮度将发生变化。根据观察显示灯的状况即可判断该电路的电压的情况，简单方便。
为了提高监测效果，在所述回路中设置电压监测装置，所述电源依次通过电压调节器和电压传感器与所述石墨棒相连，利用电压传感器检测回路中的电压信号，进而准确判断磁场强度的变化情况；通过电压调节器调节伺服电机的输出电压，从而达到调节磁场的强度的目的。
图1所示，基于一种回转式磁流变抛光头装置的抛光方法，其特征在于，所述光纤预制棒23的内孔24抛光方法为：将磁流变液引入到横截面为圆形的光纤预制棒23的内孔24的通道内，所述内孔24为以所述预制棒轴线为圆心的圆形通孔，在所述磁力旋转轮1的高速旋转下，所述电磁铁2和所述导电滑环9形成高速旋转的磁场，在所述磁场的磁力作用下，所述磁流变液形成高速旋转的磁力抛光头，利用所述磁力抛光头对光纤预制棒23的内孔24进行抛光。
图2所示，基于一种回转式磁流变抛光头装置的抛光方法，其特征在于，所述光纤预制棒23的外圆25抛光方法为：将磁流变液引入石英玻璃导管中，然后将光纤预制棒23固定到石英玻璃管内部，在所述磁力旋转轮1的高速旋转下，所述电磁铁2和所述导电滑环9形成高速旋转的磁场，在所述磁场的磁力作用下，所述磁流变液转变成柔性抛光膜并高速旋转，对光纤预制棒23的外圆25进行抛光。
要说明的是，上述实施例是对本发明技术方案的说明而非限制，所属技术领域普通技术人员的等同替换或者根据现有技术而做的其它修改，只要没超出本发明技术方案的思路和范围，均应包含在本发明所要求的权利范围之内。
Claims (10)
1.一种回转式磁流变抛光头装置，其特征在于，该装置包括磁力旋转轮、电磁铁、石墨棒、张紧轮、中空主轴、轴承、轴承座和电机，所述中空主轴通过轴承与轴承座固定连接，所述中空主轴与所述磁力旋转轮相连，在所述磁力旋转轮的外缘上设有导电滑环，所述磁力旋转轮的中部设有电磁铁，所述电磁铁通过导线与所述导电滑环连接，所述石墨棒与电源相连接，所述石墨棒能够与所述导电滑环接触，形成闭合回路；所述电机通过所述张紧轮驱动所述磁力旋转轮旋转，所述磁力旋转轮带动所述电磁铁旋转形成高速旋转的磁场。
2.根据权利要求1所述的一种回转式磁流变抛光头装置，其特征在于，所述磁力旋转轮的外缘上设有至少一个方形圆环凹槽，所述导电滑环通过方形圆环凹槽与所述磁力旋转轮相连接。
3.根据权利要求1所述的一种回转式磁流变抛光头装置，其特征在于，所述磁力旋转轮上设置通孔，所述通孔与所述磁力旋转轮同轴，所述导电滑环通过所述通孔利用导线与电磁铁相连接。
4.根据权利要求1所述的一种回转式磁流变抛光头装置，其特征在于，所述石墨棒和石墨棒螺钉通过石墨棒导柱设置在所述石墨棒支架上，所述石墨棒支架与所述轴承座相连，所述石墨棒螺钉与所述石墨棒通过石墨棒紧固件相连。
5.根据权利要求4所述的一种回转式磁流变抛光头装置，其特征在于，所述石墨棒螺钉与所述石墨棒紧固件之间设有微型弹簧。
6.根据权利要求1所述的一种回转式磁流变抛光头装置，其特征在于，所述闭合回路中设有显示灯，通过所述显示灯的亮度变化判断所述闭合回路的电压稳定性。
7.根据权利要求1所述的一种回转式磁流变抛光头装置，其特征在于，所述电源依次通过电压调节器和电压传感器与所述石墨棒相连，所述电压调节器能够根据所述电压传感器检测的电压变化情况来进一步调节所述伺服电机的输出电压，从而达到调节磁场强度的目的。
8.根据权利要求1所述的一种回转式磁流变抛光头装置，其特征在于，所述电机与电机调速器相连，利用所述电机调速器调节所述电机的转速，进而实现旋转磁场的转速动态调节。
9.根据权利要求1~8所述的一种回转式磁流变抛光头装置的抛光方法，其特征在于，所述光纤预制棒的内孔抛光方法为：将磁流变液引入到光纤预制棒内孔通道，在所述磁力旋转轮的高速旋转下，所述电磁铁和所述导电滑环形成高速旋转的磁场，在所述磁场的磁力作用下，所述磁流变液形成高速旋转的磁力抛光头，利用所述磁力抛光头对光纤预制棒内孔进行抛光。
10.根据权利要求1~8所述的一种回转式磁流变抛光头装置的抛光方法，其特征在于，所述光纤预制棒的外圆抛光方法为：将磁流变液引入石英玻璃导管中，然后将光纤预制棒固定到石英玻璃管内部，在所述磁力旋转轮的高速旋转下，所述电磁铁和所述导电滑环形成高速旋转的磁场，在所述磁场的磁力作用下，所述磁流变液转变成柔性抛光膜并高速旋转，对光纤预制棒外圆进行抛光。
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