CN108453565A - 盘式磁流变抛光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盘式磁流变抛光装置，该装置包括公转驱动组件、抛光盘组件、磁场组件和磁流变液循环组件，抛光盘组件、磁场组件和磁流变液循环组件均装设在公转驱动组件上，磁流变液循环组件与抛光盘组件配合以在抛光盘组件的抛光盘与加工工件之间形成磁流变液层，磁场组件能产生强磁场以在磁流变液层中形成呈固体状态的磁流变液抛光区。本发明是一种材料去除效率高、抛光表面质量好的盘式磁流变抛光装置。

Description

盘式磁流变抛光装置

技术领域

本发明涉及一种光学零件抛光技术领域，尤其涉及一种盘式磁流变抛光装置。

背景技术

随着科学技术的发展，现代光学系统对光学零件的表面形状精度、表面粗糙度以及亚表面损伤程度的要求越来越高，这对光学制造技术不断提出新的挑战，各种先进的确定性抛光技术也不断涌现。

目前应用较为广泛的抛光技术包括计算机控制光学表面成型（CCOS）抛光和磁流变抛光两种。计算机控制光学表面成型（CCOS）抛光技术，是一种依靠正压力实现材料有效去除的加工方法，典型的CCOS结构是在薄金属板上覆盖沥青，该结构通常也称为“刚性工具”，通过计算机控制每一区域的驻留时间和抛光压力等参数，精确控制光学零件的材料去除量，因此CCOS抛光技术去除效率高，但其去除函数不稳定，收敛效率低。磁流变抛光技术利用磁流变液在梯度磁场中发生流变效应形成柔性抛光模同加工区域发生全面接触，可得到近零亚表面损伤的加工效果，但由于现有的轮式磁流变抛光方向单一，加工较软材料时，会在工件表面产生大量划痕，影响表面质量，并且磁流变抛光斑点小，导致材料去除效率低。

发明内容

本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种材料去除效率高、抛光表面质量高的盘式磁流变抛光装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种盘式磁流变抛光装置，包括公转驱动组件、抛光盘组件、磁场组件和磁流变液循环组件，抛光盘组件、磁场组件和磁流变液循环组件均装设在所述公转驱动组件上，所述磁流变液循环组件与所述抛光盘组件配合以在所述抛光盘组件的抛光盘与加工工件之间形成磁流变液层，所述磁场组件能产生强磁场以在所述磁流变液层中形成呈固体状态的磁流变液抛光区。

作为本发明盘式磁流变抛光装置的进一步改进：

所述抛光盘组件还包括抛光盘自转轴和抛光盘自转驱动件，所述抛光盘自转轴与所述抛光盘自转驱动件连接，所述抛光盘装设在所述抛光盘自转轴上，所述抛光盘的下表面为圆形面。

所述磁流变液循环组件包括外循环输入管道、旋转接头、回收环和外循环回收管道，所述抛光盘自转轴上设有轴向通孔，所述外循环输入管道通过所述旋转接头与所述轴向通孔连通，所述回收环套设在所述抛光盘与加工工件之间的间隙外围以形成所述磁流变液层，所述外循环回收管道与所述磁流变液层连通。

所述磁流变液循环组件还包括弱永磁铁，所述回收环与加工工件靠近的底面上设有环形凹槽，所述弱永磁铁整圆周设置于所述环形凹槽内。

所述磁场组件包括两组以上强永磁铁单元，两组以上所述强永磁铁单元位于所述抛光盘正上方且沿所述抛光盘的周向均匀设置，所述强永磁铁单元的左磁极和右磁极之间具有狭缝且狭缝沿所述抛光盘的径向设置。

所述磁场组件还包括磁场驱动件、回转轴和磁铁安装板，所述强永磁铁单元装设在所述磁铁安装板上，所述磁铁安装板装设在所述回转轴上，所述回转轴与所述磁场驱动件连接上，所述回转轴与所述抛光盘自转轴同轴设置，所述回转轴的转速低于所述抛光盘自转轴的转速。

所述强永磁铁单元还包括纯铁磁臂和磁极固定块，所述左磁极和右磁极均固定装设在所述磁极固定块上，所述左磁极和右磁极的上端通过所述纯铁磁臂连接，所述纯铁磁臂固定在所述磁铁安装板上，所述磁极固定块为不导磁材料。

两组以上所述强永磁铁单元的外围设有磁流变液保护罩，所述磁流变液保护罩的下端与所述抛光盘上表面接触且外侧面与所述回收环的内侧面配合。

所述公转驱动组件包括公转驱动件、公转轴、滑块、导轨和公转驱动轴，所述公转轴与所述公转驱动件连接，所述导轨固定装设在所述公转轴的下端，所述滑块可滑动地装设在所述导轨上，所述公转驱动轴的上端与所述滑块固定连接，所述抛光盘组件、磁场组件和磁流变液循环组件形成公转部分并与所述公转驱动轴连接。

所述盘式磁流变抛光装置还包括防自转组件，所述防自转组件包括固定板、框架、第一导轨滑块单元和第二导轨滑块，所述框架外侧面通过第一导轨滑块单元与所述固定板连接，所述公转部分位于所述框架内且与所述框架通过第二导轨滑块连接。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的盘式磁流变抛光装置，磁流变液循环组件与抛光盘组件配合以在抛光盘组件与加工工件之间形成磁流变液层，磁场组件产生强磁场使得处于强磁场区的磁流变液形成固体状态的磁流变液抛光区，由于摩擦力作用，磁流变液抛光区在抛光盘的带动下转动，实现对材料的去除，磁流变液循环组件用于实现磁流变液层内的磁流变液的内外循环，保证新的磁流变液不断进入磁流变液层，处于强磁场区之外的磁流变液呈液体状态，磁流变液可以流动更新，磁流变液在抛光盘的旋转带动下，交替经过强弱磁场区，实现形成磁流变液抛光区的磁流变液的更新，从而具有良好的抛光性能，采用抛光盘，增大了磁流变液与被加工工件之间的接触面积，提高了材料去除效率，同时，抛光盘组件、磁场组件和磁流变液循环组件均装设在公转驱动组件上实现公转，同时抛光盘组件的抛光盘还具有自转运动使抛光轨迹更乱，提高了抛光表面质量。

附图说明

图1为本发明盘式磁流变抛光装置的立体图。

图2为本发明盘式磁流变抛光装置的磁流变液循环组件的立体图。

图3为图2的A-A剖面图。

图4为本发明盘式磁流变抛光装置的抛光自转组件的立体图。

图5为图4的B-B剖面图。

图6为本发明盘式磁流变抛光装置的磁场组件的立体图。

图7为图6的C-C剖面图。

图8为本发明盘式磁流变抛光装置的强永磁铁的立体图。

图9为图8的正视图。

图10为本发明盘式磁流变抛光装置的公转驱动组件的俯视图。

图11为图10的D-D剖面图。

图例说明

1、公转驱动组件；11、公转驱动件；12、公转轴；13、滑块；14、导轨；15、公转驱动轴；

2、抛光盘组件；21、抛光盘；22、抛光盘自转轴；221、轴向通孔；23、抛光盘自转驱动件；

3、磁场组件；31、强永磁铁单元；311、左磁极；312、右磁极；313、纯铁磁臂；314、磁极固定块；32、磁场驱动件；33、回转轴；34、磁铁安装板；35、磁流变液保护罩；

4、磁流变液循环组件；41、旋转接头；42、回收环；43、弱永磁铁；

5、磁流变液层；

6、加工工件；

7、防自转组件；71、固定板；72、框架；73、第一导轨滑块单元；74、第二导轨滑块单元。

具体实施方式

以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。

图1至图11示出了本发明的盘式磁流变抛光装置的一种实施例，该盘式磁流变抛光装置包括公转驱动组件1、抛光盘组件2、磁场组件3和磁流变液循环组件4，抛光盘组件2、磁场组件3和磁流变液循环组件4均装设在公转驱动组件1上，磁流变液循环组件4与抛光盘组件2配合以在抛光盘组件2与加工工件6之间形成磁流变液层5，磁场组件3能产生强磁场并与抛光盘组件2的抛光盘21同步转动以在磁流变液层5中形成呈固体状态的磁流变液抛光区。磁流变液循环组件4与抛光盘组件2配合以在抛光盘组件2与加工工件6之间形成磁流变液层5，磁场组件3产生强磁场使处于强磁场区的磁流变液形成固体状态的磁流变液抛光区，由于摩擦力作用，磁流变液抛光区在抛光盘21的带动下转动，实现对材料的去除，磁流变液循环组件4用于实现磁流变液层5内的磁流变液的内外循环，保证新的磁流变液不断进入磁流变液层5，处于强磁场区之外的磁流变液呈液体状态，磁流变液可以流动更新，磁流变液在抛光盘21的旋转带动下，交替经过强弱磁场区，实现形成磁流变液抛光区的磁流变液的更新，从而具有良好的抛光性能，采用抛光盘21，增大了磁流变液与被加工工件6之间的接触面积，提高了材料去除效率，同时，抛光盘组件2、磁场组件3和磁流变液循环组件4均装设在公转驱动组件1上实现公转，抛光盘组件2的抛光盘21还具有自转运动使抛光轨迹更乱，抛光表面质量更高。

本实施例中，抛光盘组件2还包括抛光盘自转轴22和抛光盘自转驱动件23，抛光盘自转轴22与抛光盘自转驱动件23连接，抛光盘21装设在抛光盘自转轴22上，抛光盘21的下表面为圆形面。抛光盘自转驱动件23驱动抛光盘自转轴22转动，在抛光盘自转轴22转动时，带动安装在抛光盘自转轴22底端的抛光盘21转动，抛光盘21的下表面为圆形面，增大了抛光模与加工工件6间的接触面积，提高了材料去除效率。

本实施例中，磁流变液循环组件4包括外循环输入管道、旋转接头41、回收环42和外循环回收管道，抛光盘自转轴22上设有轴向通孔221，外循环输入管道通过旋转接头41与轴向通孔221连通，回收环42套设在抛光盘21与加工工件6之间的间隙外围以形成磁流变液层5，外循环回收管道与磁流变液层5连通。磁流变液从外循环输入管道通过旋转接头41流入抛光盘自转轴22的轴向通孔221内，再从抛光盘自转轴22的另一端流出，从抛光盘21的中心流向外围以遍布整个磁流变液层5，回收环42用于将磁流变液回收到外循环回收管道，保证新的磁流变液不断进入磁流变液层5。

磁流变液循环组件4还包括弱永磁铁43，回收环42与加工工件6靠近的底面上设有环形凹槽，弱永磁铁43整圆周设置于环形凹槽内。在回收环42与加工工件6靠近的底面环形凹槽内整圆周安装弱永磁铁43，使得回收环42与加工工件6之间的间隙充满磁流变液缎带，实现磁流变液的密封，可防止磁流变液泄漏到抛光装置外部。本实施例中，弱永磁铁43的表面磁场强度为50-70mT。

磁场组件3包括两组以上强永磁铁单元31，两组以上强永磁铁单元31位于抛光盘21正上方且沿抛光盘21的周向均匀设置，强永磁铁单元31的左磁极311和右磁极312之间具有狭缝且狭缝沿抛光盘21的径向设置。强永磁铁正下方抛光盘表面为强磁场区，处于该强磁场区下的磁流变液呈固体状态，实现对材料的去除，且狭缝沿抛光盘21的径向设置可以使从抛光盘自转轴22轴向通孔221流出的磁流变液更新顺畅，提高抛光效果，本实施例中，沿抛光盘21的周向均匀设置了三组强永磁铁单元31。

本实施例中，磁场组件3还包括磁场驱动件32、回转轴33和磁铁安装板34，强永磁铁单元31装设在磁铁安装板34上，磁铁安装板34装设在回转轴33上，回转轴33与磁场驱动件32连接，回转轴33与抛光盘自转轴22同轴设置，回转轴33的转速低于抛光盘自转轴22的转速。磁场驱动件32驱动回转轴33进行转动，磁铁安装板34通过螺钉与回转轴33连接，强永磁铁单元31通过螺钉固定在磁铁安装板34上，在回转轴33转动时，便实现强永磁铁单元31的自转运动。

本实施例中，强永磁铁单元31还包括纯铁磁臂313和磁极固定块314，左磁极311和右磁极312均固定装设在磁极固定块314上，左磁极311和右磁极312的上端通过纯铁磁臂313连接，纯铁磁臂313固定在磁铁安装板34上，磁极固定块314为不导磁材料。纯铁磁臂313具有导磁性能，将左磁极311和右磁极312连接起来，而磁极固定块314则对左磁极311和右磁极312起到固定作用，选用不导磁材料。

本装置的回转轴33和抛光盘自转轴22各自仅由一个双轴承轴承座组件支撑，其悬臂较长，为提高整体的支撑强度和刚度，在回转轴33和抛光盘自转轴22中间安装一个直线轴承。

本实施例中，两组以上强永磁铁单元31的外围设有磁流变液保护罩35，磁流变液保护罩35的下端与抛光盘21上表面接触且外侧面与回收环42的内侧面配合。因强永磁铁单元31的强磁性，为了防止抛光盘21与加工工件6之间的磁流变液被吸附到强永磁铁表面，在两组以上强永磁铁单元31的外围装设磁流变液保护罩35。

本实施例中，公转驱动组件1包括公转驱动件11、公转轴12、滑块13、导轨14和公转驱动轴15，公转轴12与公转驱动件11连接，导轨14固定装设在公转轴12的下端，滑块13可滑动地装设在导轨14上，公转驱动轴15的上端与滑块13固定连接，抛光盘组件2、磁场组件3和磁流变液循环组件4形成公转部分并与公转驱动轴15连接。公转驱动件11驱动公转轴12转动，带动固定装设在公转轴12的下端的导轨14转动，滑块13可以在导轨14上滑动，通过调整滑块13在导轨14上的不同位置，因公转驱动轴15的上端与滑块13固定连接，可调整公转驱动轴15的不同公转半径，实现抛光装置公转驱动轴15的公转运动，抛光盘组件2、磁场组件3和磁流变液循环组件4形成公转部分并与公转驱动轴15连接，因此实现了抛光盘组件2、磁场组件3和磁流变液循环组件4的公转运动。

本实施例中，盘式磁流变抛光装置还包括防自转组件7，防自转组件7包括固定板71、框架72、第一导轨滑块单元73和第二导轨滑块单元74，框架72外侧面通过与固定板71连接，公转部分位于框架72内且与框架72通过第二导轨滑块单元74连接。如图1、图10、图11所示，框架72在第一导轨滑块单元73的作用下只能沿x方向移动，即公转部分可平行于固定板71移动。公转部分位于框架72内且与框架72通过第二导轨滑块单元74连接，第二导轨滑块单元74垂直于第一导轨滑块单元73，位于框架72内的公转部分与框架72一起在第二导轨滑块单元74的作用下公转部分只能沿y方向移动，即公转部分可垂直于固定板71移动。通过防自转组件7限制了公转部分只能在xoy平面内做平移移动而保持自身不旋转。

本实施例中，盘式磁流变抛光装置的工作过程为：

调整回收环42与抛光盘21之间的相对位置，保证回收环42下端面比抛光盘21表面低h-(0.4±0.1)mm，h为抛光盘21表面与被加工工件6之间的距离；调整滑块13在导轨14上的位置，设定抛光盘公转半径；将抛光盘21移向被加工工件6，保证抛光盘21表面与被加工工件6表面之间的距离h为1mm-5mm；开启与磁流变液循环组件4连通的离心泵和蠕动泵，实现磁流变液层5中的磁流变液的更新，启动公转驱动件11、抛光盘自转驱动件23和磁场驱动件32，公转驱动轴15驱动抛光盘组件2和磁场组件3公转，同时抛光盘21自转，强永磁铁单元31在抛光盘21上方转动产生强磁场，形成固体状态的磁流变液抛光区，磁流变液抛光区随抛光盘21转动，实现对加工工件6表面的抛光。

上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种盘式磁流变抛光装置，其特征在于：包括公转驱动组件（1）、抛光盘组件（2）、磁场组件（3）和磁流变液循环组件（4），抛光盘组件（2）、磁场组件（3）和磁流变液循环组件（4）均装设在所述公转驱动组件（1）上，所述磁流变液循环组件（4）与所述抛光盘组件（2）配合以在所述抛光盘组件（2）的抛光盘（21）与加工工件（6）之间形成磁流变液层（5），所述磁场组件（3）能产生强磁场以在所述磁流变液层（5）中形成呈固体状态的磁流变液抛光区。

2.根据权利要求1所述的盘式磁流变抛光装置，其特征在于：所述抛光盘组件（2）还包括抛光盘自转轴（22）和抛光盘自转驱动件（23），所述抛光盘自转轴（22）与所述抛光盘自转驱动件（23）连接，所述抛光盘（21）装设在所述抛光盘自转轴（22）上，所述抛光盘（21）的下表面为圆形面。

3.根据权利要求1或2所述的盘式磁流变抛光装置，其特征在于：所述磁流变液循环组件（4）包括外循环输入管道、旋转接头（41）、回收环（42）和外循环回收管道，所述抛光盘自转轴（22）上设有轴向通孔（221），所述外循环输入管道通过所述旋转接头（41）与所述轴向通孔（221）连通，所述回收环（42）套设在所述抛光盘（21）与加工工件（6）之间的间隙外围以形成所述磁流变液层（5），所述外循环回收管道与所述磁流变液层（5）连通。

4.根据权利要求3所述的盘式磁流变抛光装置，其特征在于：所述磁流变液循环组件（4）还包括弱永磁铁（43），所述回收环（42）与加工工件（6）靠近的底面上设有环形凹槽，所述弱永磁铁（43）整圆周设置于所述环形凹槽内。

5.根据权利要求3所述的盘式磁流变抛光装置，其特征在于：所述磁场组件（3）包括两组以上强永磁铁单元（31），两组以上所述强永磁铁单元（31）位于所述抛光盘（21）正上方且沿所述抛光盘（21）的周向均匀设置，所述强永磁铁单元（31）的左磁极（311）和右磁极（312）之间具有狭缝且狭缝沿所述抛光盘（21）的径向设置。

6.根据权利要求5所述的盘式磁流变抛光装置，其特征在于：所述磁场组件（3）还包括磁场驱动件（32）、回转轴（33）和磁铁安装板（34），所述强永磁铁单元（31）装设在所述磁铁安装板（34）上，所述磁铁安装板（34）装设在所述回转轴（33）上，所述回转轴（33）与所述磁场驱动件（32）连接，所述回转轴（33）与所述抛光盘自转轴（22）同轴设置，所述回转轴（33）的转速低于所述抛光盘自转轴（22）的转速。

7.根据权利要求6所述的盘式磁流变抛光装置，其特征在于：所述强永磁铁单元（31）还包括纯铁磁臂（313）和磁极固定块（314），所述左磁极（311）和右磁极（312）均固定装设在所述磁极固定块（314）上，所述左磁极（311）和右磁极（312）的上端通过所述纯铁磁臂（313）连接，所述纯铁磁臂（313）固定在所述磁铁安装板（34）上，所述磁极固定块（314）为不导磁材料。

8.根据权利要求5所述的盘式磁流变抛光装置，其特征在于：两组以上所述强永磁铁单元（31）的外围设有磁流变液保护罩（35），所述磁流变液保护罩（35）的下端与所述抛光盘（21）上表面接触且外侧面与所述回收环（42）的内侧面配合。

9.根据权利要求1或2所述的盘式磁流变抛光装置，其特征在于：所述公转驱动组件（1）包括公转驱动件（11）、公转轴（12）、滑块（13）、导轨（14）和公转驱动轴（15），所述公转轴（12）与所述公转驱动件（11）连接，所述导轨（14）固定装设在所述公转轴（12）的下端，所述滑块（13）可滑动地装设在所述导轨（14）上，所述公转驱动轴（15）的上端与所述滑块（13）固定连接，所述抛光盘组件（2）、磁场组件（3）和磁流变液循环组件（4）形成公转部分并与所述公转驱动轴（15）连接。

10.根据权利要求9所述的盘式磁流变抛光装置，其特征在于：所述盘式磁流变抛光装置还包括防自转组件（7），所述防自转组件（7）包括固定板（71）、框架（72）、第一导轨滑块单元（73）和第二导轨滑块单元（74），所述框架（72）外侧面通过第一导轨滑块单元（73）与所述固定板（71）连接，所述公转部分位于所述框架（72）内且与所述框架（72）通过第二导轨滑块单元（74）连接。