CN109396968A - 一种半封闭扩展式磁流变抛光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种半封闭扩展式磁流变抛光装置，该抛光装置主要包括抛光部分、传动装置、支撑架(11)三部分。所述抛光部分包括抛光轮(9)，通过抛光轮轴(14)与支撑架(11)转动连接；所述抛光轮(9)为半封闭中空圆柱壳；所述抛光轮(9)还包括励磁装置(25)和隔磁片(15)；所述括励磁装置(25)包括至少两个磁极组和一片导磁片(20)。在所述抛光部分抛光端会形成高强度的梯度磁场，当磁流变液流经该磁场区域时会形成多条“柔性抛光缎带”，用该“柔性抛光缎带”对工件表面进行抛光。与现有技术相比，本发明的抛光装置能根据需求设计抛光区域大小，提高工作效率；装置体积小，产热少；抛光轮易于更换。

Description

一种半封闭扩展式磁流变抛光装置

技术领域

本发明涉及机械及光学加工技术领域，尤其是一种半封闭扩展式磁流变抛光装置。

背景技术

现代光学系统对光学元件的加工质量要求不断提升，特别是在提升面形精度和降低表面损伤等方面。随着现代光学系统中的光学元件口径越来越大，传统加工由于加工周期长、加工效率低等缺陷，不能很好的应用于大口径光学元件的加工，因此急需一种抛光效率高、损伤低的加工方法。

针对传统加工方法存在的固有弊端，出现了诸如：射流抛光、浮法抛光和弹性发射抛光等在内的多种现代抛光技术。这些技术能实现光学元件的高精度、低损伤加工，但自身存在不同程度的缺点，如：射流抛光、浮法抛光和弹性发射抛光等加工方法效率较低。因此，在实际抛光时，需要选择合适的加工方法，以满足光学元件的加工指标。

现代磁流变抛光较其他加工方法，加工效率较高，但传统磁流变抛光装置大多使用电磁铁，导致抛光装置体积大，且在工作过程中产热多，使装置需要配备另外的散热装置来使用；其次，传统磁流变抛光装置能够形成的“柔性抛光缎带”较窄且数量很有限，减小了装置的抛光区域；此外，传统的磁流变抛光装置抛光轮不易拆卸，使抛光轮更换困难。随着元件口径的不断增大，大口径元件需加工面积大，传统磁流变装置为开放式电磁铁型单一缎带装置，加工时间长效率低，传统磁流变抛光的加工过程已经不再适应现代加工的需求。

发明内容

本发明提供一种半封闭扩展式磁流变抛光装置，用于克服现有技术中抛光装置抛光区域有限、工作效率低、体积大、产热多等缺陷，实现了抛光装置抛光区域可根据需求设计大小，大大提高了工作效率；装置体积较小，且产热少，不需配备散热装置；半封闭的抛光轮设计，使得抛光轮易于拆卸，更换方便，同时便于随时根据需要增加或减少磁极组。

为实现上述目的，本发明提出一种半封闭扩展式磁流变抛光装置，所述抛光装置主要包括抛光部分、传动装置、支撑架11三部分；

所述抛光部分包括抛光轮9，通过抛光轮轴14与支撑架11转动连接；所述抛光轮9包括由中空金属圆柱筒和一侧半径与所述圆柱筒径向同尺寸的金属圆形面板所构成的半封闭中空圆柱壳；所述抛光轮9还包括励磁装置25和隔磁片15；

所述励磁装置25包括至少两个磁极组和一片导磁片21，所述磁极组包括两片在水平方向上叠置的永磁体磁极19和位于两所述永磁体磁极19之间的连接柱20；所述永磁体磁极19竖直方向上端与所述连接柱20通过连接件固定连接；所述连接柱20竖直方向下端位于两片所述永磁体磁极19内，并与两片所述永磁体磁极19共同围设成一个在水平方向上尺寸自竖直方向上端至竖直方向下端逐渐变小的开口空腔，所述空腔开口为所述永磁体磁极组内两永磁体磁极(1)竖直方向下端圆弧最低点水平方向间隙，在9～10mm之间；所述永磁体磁极19竖直方向下端呈圆弧形，所述永磁体磁极19近空腔内侧有一倾斜边沿，所述倾斜边沿与竖直方向呈14.5～15.5度倾斜，所述倾斜边沿在与竖直方向呈14.5～15.5度倾斜方向上的长度在34～36mm之间；所述永磁体磁极19的纵向宽度在145～150mm之间；相邻两所述磁极组在水平方向上叠置且两磁极组之间通过导磁片21连接，所述两磁极组与所述导磁片21通过连接件固定连接；所述导磁片21水平厚度在9～11mm之间；

所述励磁装置25位于所述抛光轮9中空圆柱形空间内且其水平方向沿所述抛光轮9轴向设置，永磁体磁极19竖直方向下端圆弧形端部的圆弧弧度与抛光轮9弧度一致，且距抛光轮内壁1mm；

所述隔磁片15置于抛光轮9开放端，呈与抛光轮9开放端端面同心的圆形，径向尺寸比抛光轮9开放端端面径向尺寸小0.1～0.5mm；所述隔磁片15近抛光轮9封闭端侧与所述励磁装置25通过连接件固定连接；所述隔磁片15与抛光端中空端侧通过连接件固定在支撑架11上；

所述传动装置位于所述抛光轮9封闭端，通过伺服电机18带动抛光轮轴14转动。

与现有技术相比，本发明的有益效果有：

1、本发明提供了一种半封闭扩展式磁流变抛光装置，所述抛光装置的励磁装置25主要包括至少两个磁极组和一片导磁片21，它们的连接通过连接件实现，结构简单，易于组装与拆卸；其次，所述励磁装置25的磁极结构有利于形成高强度梯度磁场，从而有利于“柔性抛光缎带”的形成，该“柔性抛光缎带”的硬度低，用该“柔性抛光缎带”对工件表面进行抛光不会对工件形成二次损伤，可实现工件表面的高精度、高质量加工；再次，所述励磁装置25的磁极组数可根据需要增加，使得所述“柔性抛光缎带”数增加，从而使抛光区域得到扩展，显著提高磁流变抛光效率。

2、本发明提供了一种半封闭扩展式磁流变抛光装置，所述抛光装置的抛光轮呈半封闭状态，使得抛光轮易于拆卸，便于更换，同时便于随时根据需要增加或减少磁极组。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为半封闭扩展式磁流变抛光装置正视图；

图2为半封闭扩展式磁流变抛光装置侧视图；

图3为半封闭扩展式磁流变抛光装置后视图；

图4为半封闭扩展式磁流变抛光装置抛光轮结构图；

图5为半封闭扩展式磁流变抛光装置励磁装置正视图与侧视图；

图6为半封闭扩展式磁流变抛光装置回收器正视图；

图7为半封闭扩展式磁流变抛光装置回收器仰视图。

附图标号说明：1：主动轮；2：主动轮轴；3：张紧轮；4：传动带；5：被动轮轴；6：被动轮；7：联轴器；8：轴承；9：抛光轮；10：磁流变液回收器；11：支撑架；12：喷嘴；13：张紧轮固定模块；14：抛光轮轴；15：隔磁片；16：喷嘴固定模块；17：回收器固定模块；18：伺服电机；19：永磁体磁极；20：连接柱；21：导磁片。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

请参照图1至图3，本发明提供一种半封闭扩展式磁流变抛光装置，所述抛光装置主要包括抛光部分、传动装置、支撑架11三部分；

所述抛光部分包括抛光轮9，如图4所示，所述抛光轮9通过抛光轮轴14与支撑架11转动连接；所述抛光轮9包括由中空金属圆柱筒和一侧半径与所述圆柱筒径向同尺寸的金属圆形面板所构成的半封闭中空圆柱壳；所述抛光轮9还包括励磁装置25和隔磁片15。

如图5所示，其中x轴方向表示纵向；y轴方向表示水平方向；z轴表示竖直方向；所述励磁装置25包括至少两个磁极组和一片导磁片21，所述磁极组包括两片在水平方向上叠置的永磁体磁极19和位于两所述永磁体磁极19之间的连接柱20；所述永磁体磁极19竖直方向上端与所述连接柱20通过连接件固定连接；所述连接柱20竖直方向下端位于两片所述永磁体磁极19内，并与两片所述永磁体磁极19共同围设成一个在水平方向上尺寸自竖直方向上端至竖直方向下端逐渐变小的开口空腔，所述空腔开口为所述永磁体磁极组内两永磁体磁极1竖直方向下端圆弧最低点水平方向间隙，在8.5～9.5mm之间，该结构的空腔有利于磁场在永磁体磁极组竖直方向下端形成，且所述磁场为梯度磁场，磁流变液在该梯度磁场中会形成“柔性抛光缎带”；所述永磁体磁极19竖直方向下端呈圆弧形，所述永磁体磁极19近空腔内侧有一倾斜边沿，所述倾斜边沿与竖直方向呈14.5～15.5度倾斜，所述倾斜边沿在与竖直方向呈14.5～15.5度倾斜方向上的长度在34～36mm之间；所述永磁体磁极19的纵向宽度在145～150mm之间；相邻两所述磁极组在水平方向上叠置且两磁极组之间通过导磁片21连接，所述两磁极组与所述导磁片21通过连接件固定连接；所述导磁片21水平厚度在9～11mm之间。

所述励磁装置25位于所述抛光轮9中空圆柱形空间内且其水平方向沿所述抛光轮9轴向设置，永磁体磁极19竖直方向下端圆弧形端部的圆弧弧度与抛光轮9弧度一致，且距抛光轮内壁1mm，从而使远励磁装置25竖直方向下端的磁场强度维持在较低水平，利于磁流变液从固态到液态转变。

所述永磁体磁极19和导磁片21均采用先成型，后充磁的方式加工而成，采用所述加工方式能实现对磁体磁性方向的控制。

所述励磁装置25，其磁极结构设计有利于形成高强度的剃度磁场，该高强度的剃度磁场在其竖直方向下端形成，该端为抛光端，该端所处的区域为抛光区域，将待加工的工件安装在该区域即可完成抛光。伺服电机18通过传动装置带动抛光轮9转动，在抛光轮9转动过程中将磁流变液带入抛光区高强度的梯度磁场中，磁流变液不断变硬，变成具有粘塑性的Bingham(宾汉)介质，形成的“柔性抛光缎带”对工件材料产生去除作用。半封闭的抛光轮在转动过程中，再将磁流变液带出抛光区，由于磁流变液的流变特性，再由“柔性抛光缎带”变为原始状态，回收到磁流变液回收器10中。所述磁流变液由铁粉、抛光液、分散剂按质量比150～225：45～55：1混合而成。

所述隔磁片15置于抛光轮9开放端，呈与抛光轮9开放端端面同心的圆形，径向尺寸比抛光轮9开放端端面径向尺寸小0.1～0.5mm，便于抛光轮9的转动；所述隔磁片15近抛光轮9封闭端侧与所述励磁装置25通过连接件固定连接；所述隔磁片15与抛光端中空端侧通过连接件固定在支撑架11上。所述隔磁片15是为了防止磁场从抛光轮9的开放端泄露，从而引起周围磁场变化。

所述传动装置位于所述抛光轮9封闭端，通过伺服电机18带动抛光轮轴14转动。

整个装置较为简单，半闭式的设计，使得抛光轮易于拆卸，便于更换，同时便于随时根据需要增加或减少磁极组；整个装置工作时产热较少，不需要额外的额降温装置。

优选地，为了使抛光区域形成更多更宽厚的“柔性抛光缎带”，同时为了有效地回收磁流变液，所述抛光部分还包括至少一个磁流变液回收器10和至少一个喷嘴12。所述喷嘴12的数量可根据需要增加，使得有更多的磁流变液进入抛光区；所述磁流变液回收器10的数量随着所述喷嘴12的数量增加而增加。

如图6至图7所示，所述磁流变液回收器10包括中空的半封闭容器和中空连接柱，所述半封闭容器远开放端与中空连接柱连接，中空连接柱通过回收器固定模块17与支撑架11固定连接。

所述喷嘴12的喷液口朝向抛光轮9的外圆环表面，且在抛光轮9转动方向上位于所述磁流变液回收器10前面；所述喷嘴12通过喷嘴固定模块16与支撑架11固定连接。

优选地，所述磁流变液回收器10半封闭容器的开放端在平行抛光轮9轴向上与抛光轮9远励磁装置25端贴合，所述开放端在抛光轮9转动方向上的前侧与抛光轮9为完全贴合，后侧与抛光轮9之间为留有间隙的贴合，磁流变液能够顺利的经过所述间隙(受到前侧的阻止)进入所述磁流变液回收器10内部，经连接管道回收；所述磁流变液回收器10半封闭容器在永磁体磁极19水平方向上的尺寸与抛光轮9轴长一致。

上述的喷嘴12与抛光轮9的位置关系有利于磁流变液顺利进入抛光区域；上述的喷嘴12与磁流变液回收器10的位置关系、磁流变液回收器10与抛光轮9的位置关系有利于磁流变液的回收。

优选地，所述传动装置包括主动轮1、被动轮6，主动轮1与主动轴2传动连接，主动轴2在伺服电机18作用下带动主动轮1；所述主动轮1和被动轮6通过传动带4连接，带动被动轮6；被动轮6与被动轴5传动连接，带动被动轴5；所述主动轴2与支撑架11转动连接；所述被动轴5通过联轴器7、抛光轮传动轴14通过轴承8与抛光轮9连接，被动轴5转动会带动抛光轮9；所述伺服电机18固定安装在支撑架11上。

优选地，为了使整个装置的传动较为平稳，且精度较高，所述传动装置还包括张紧轮3，位于主动轮1和被动轮6之间，张紧轮3转动连接在张紧轮轴上，所述张紧轮轴通过张紧轮固定模块13固定在支撑架11上；所述张紧轮固定模块13与张紧轮3连接的一侧开设一长形凹槽，其长度方向垂直抛光轮9轴向；所述张紧轮轴能在所述长形凹槽的长度方向上移动，再通过凹槽内设置的卡位装置调节张紧轮3及张紧轮轴在凹槽内的位置。

优选地，所述永磁体磁极19竖直方向上端水平厚度在9.5～10.5mm之间；所述永磁体磁极19竖直方向高度与抛光轮圆形中空内部空间的径向尺寸相匹配；所述连接柱20水平厚度在26～28mm之间；所述连接柱20竖直方向高度为永磁体磁极19竖直方向高度的1/3；所述连接柱20纵向宽度与永磁体磁极19纵向宽度一致；所述导磁片21的形状、竖直方向高度、纵向宽度均与相邻永磁体磁极19远连接柱20侧一致；

所述连接件、隔磁片15、抛光轮9的半封闭中空圆柱形壳均为不导磁材料，如：不锈钢、铜合金，便于清洁和维护，同时由于不锈钢材料不导磁的特性，也大大增加了整个装置运行的平稳性。

所述永磁体磁极19、导磁片21的材料为钕铁硼，具有优异的磁性能；所述连接柱的材料为生铁，具有坚硬、耐磨、铸造性好等优异性能。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (6)

1.一种半封闭扩展式磁流变抛光装置，其特征在于，所述抛光装置主要包括抛光部分、传动装置、支撑架(11)三部分；

所述抛光部分包括抛光轮(9)，通过抛光轮轴(14)与支撑架(11)转动连接；所述抛光轮(9)包括由中空金属圆柱筒和一侧半径与所述圆柱筒径向同尺寸的金属圆形面板所构成的半封闭中空圆柱壳；所述抛光轮(9)还包括励磁装置(25)和隔磁片(15)；

所述励磁装置(25)包括至少两个磁极组和一片导磁片(21)，所述磁极组包括两片在水平方向上叠置的永磁体磁极(19)和位于两所述永磁体磁极(19)之间的连接柱(20)；所述永磁体磁极(19)竖直方向上端与所述连接柱(20)通过连接件固定连接；所述连接柱(20)竖直方向下端位于两片所述永磁体磁极(19)内，并与两片所述永磁体磁极(19)共同围设成一个在水平方向上尺寸自竖直方向上端至竖直方向下端逐渐变小的开口空腔，所述空腔开口为所述永磁体磁极组内两永磁体磁极(1)竖直方向下端圆弧最低点水平方向间隙，在9～10mm之间；所述永磁体磁极(19)竖直方向下端呈圆弧形，所述永磁体磁极(19)近空腔内侧有一倾斜边沿，所述倾斜边沿与竖直方向呈14.5～15.5度倾斜，所述倾斜边沿在与竖直方向呈14.5～15.5度倾斜方向上的长度在34～36mm之间；所述永磁体磁极(19)的纵向宽度在145～150mm之间；相邻两所述磁极组在水平方向上叠置且两磁极组之间通过导磁片(21)连接，所述两磁极组与所述导磁片(21)通过连接件固定连接；所述导磁片(21)水平厚度在9～11mm之间；

所述励磁装置(25)位于所述抛光轮(9)中空圆柱形空间内且其水平方向沿所述抛光轮(9)轴向设置，永磁体磁极(19)竖直方向下端圆弧形端部的圆弧弧度与抛光轮(9)弧度一致，且距抛光轮内壁1mm；

所述隔磁片(15)置于抛光轮(9)开放端，呈与抛光轮(9)开放端端面同心的圆形，径向尺寸比抛光轮(9)开放端端面径向尺寸小0.1～0.3mm；所述隔磁片(15)近抛光轮(9)封闭端侧与所述励磁装置(25)通过连接件固定连接；所述隔磁片(15)与抛光端中空端侧通过连接件固定在支撑架(11)上；

所述传动装置位于所述抛光轮(9)封闭端，通过伺服电机(18)带动抛光轮轴(14)转动。

2.如权利要求1所述的一种半封闭扩展式磁流变抛光装置，其特征在于，所述抛光部分还包括至少一个磁流变液回收器(10)和至少一个喷嘴(12)；所述磁流变液回收器(10)包括中空的半封闭容器和中空连接柱，所述半封闭容器远开放端与中空连接柱连接，中空连接柱通过回收器固定模块(17)与支撑架(11)固定连接；

所述喷嘴(12)的喷液口朝向抛光轮(9)的外圆环表面，且在抛光轮(9)转动方向上位于所述磁流变液回收器(10)前面；所述喷嘴(12)通过喷嘴固定模块(16)与支撑架(11)固定连接。

3.如权利要求2所述的一种半封闭扩展式磁流变抛光装置，其特征在于，所述磁流变液回收器(10)半封闭容器的开放端在平行抛光轮(9)轴向上与抛光轮(9)远励磁装置(25)端贴合，所述开放端在抛光轮(9)转动方向上的前侧与抛光轮(9)为完全贴合，后侧与抛光轮(9)之间为留有间隙的贴合；所述磁流变液回收器(10)半封闭容器在永磁体磁极(19)水平方向上的尺寸与抛光轮(9)轴长一致。

4.如权利要求1所述的一种半封闭扩展式磁流变抛光装置，其特征在于，所述传动装置包括主动轮(1)、被动轮(6)，主动轮(1)与主动轴(2)传动连接，被动轮(6)与被动轴(5)传动连接；所述主动轮(1)和被动轮(6)通过传动带(4)连接；所述主动轴(2)与支撑架(11)转动连接；所述被动轴(5)通过联轴器(7)、抛光轮传动轴(14)通过轴承(8)与抛光轮(9)连接；所述伺服电机(18)固定安装在支撑架(11)上。

5.如权利要求4所述的一种半封闭扩展式磁流变抛光装置，其特征在于，所述传动装置还包括张紧轮(3)，位于主动轮(1)和被动轮(6)之间，张紧轮(3)转动连接在张紧轮轴上，所述张紧轮轴通过张紧轮固定模块(13)固定在支撑架(11)上；所述张紧轮固定模块(13)与张紧轮(3)连接的一侧开设一长形凹槽，其长度方向垂直抛光轮9轴向；所述张紧轮轴能在所述长形凹槽的长度方向上移动，再通过凹槽内设置的卡位装置调节张紧轮3及张紧轮轴在凹槽内的位置。

6.如权利要求1～5所述的一种半封闭扩展式磁流变抛光装置，其特征在于，所述永磁体磁极(19)竖直方向上端水平厚度在9.5～10.5mm之间；所述永磁体磁极(19)竖直方向高度与抛光轮圆形中空内部空间的径向尺寸相匹配；所述连接柱(20)水平厚度在26～28mm之间；所述连接柱(20)竖直方向高度为永磁体磁极(19)竖直方向高度的1/3；所述连接柱(20)纵向宽度与永磁体磁极(19)纵向宽度一致；所述导磁片(21)的形状、竖直方向高度、纵向宽度均与相邻永磁体磁极(19)远连接柱(20)侧一致；所述连接件为不导磁材料。