CN109746814A - 一种磁流变抛光加工系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供的磁流变抛光加工系统，包括机械臂，磁流变抛光轮与机械臂相连，磁流变循环系统与循环系统支撑机构相连，工件(如光学元件)固定在工作台上，磁流变循环系统通过循环供给回路与磁流变抛光轮连接，磁流变抛光轮在运动程序控制下由机械臂带动，利用磁流变工作原理，对工作台上的工件进行加工，同时，在循环系统支撑机构的支撑下，磁流变循环系统实现对磁流变抛光轮的液体供给与循环支持，保证磁流变系统正常工作，通过利用机械臂的空间六自由度、速度、和加速度优势，结合磁流变抛光模块本身的运动特性要求，使得加工过程更佳高效和高速，也进一步提升了打磨抛光的整体效率。

Description

一种磁流变抛光加工系统

技术领域

本发明涉及光学精密加工领域，特别涉及一种磁流变抛光加工系统。

背景技术

随着现代科学技术的发展,对应用于各种光学系统中的光学元件提出了越来越高的要求。通常情况下要求最终生产的光学元件具有高的面形精度、好的表面质量及尽量减少亚表面破坏层。高的面形精度可以保证好的成像质量,平滑的表面可以减少散射,较低的亚表面破坏层可以避免在高能应用中的破坏。因而光学元件的性能在很大程度上取决于制造过程。已经研究出多种加工方法可以获得高精度的加工表面,其中典型的加工方法有塑性研磨、化学抛光、浮法抛光、弹性发射加工、粒子束抛光、射流抛光等等。这些加工方法或者抛光效率太低,或者产生较大的亚表面破坏层,或者抛光不易控制,各自存在一定的缺陷。

磁流变液是将微米尺寸的磁性颗粒分散于绝缘载液中形成的具有可控流变行为的悬浮液体,其流变特性随外加磁场变化而变化。磁流变液在未加磁场时流变特性与普通牛顿流体相似,当受到一定强度磁场作用时,在磁场的作用下能产生明显的磁流变效应,其表观粘度系数增加2个数量级以上,会变成类似固体的状态,一旦去掉磁场后,又变成可以流动的液体。在磁场作用下的磁流变效应,使磁流变液体在液态和固态之间发生转换,具有可逆、可控、反应迅速的优点。磁流变液的剪切屈服应力比电流变液大一个数量级而且磁流变液具有良好的动力学和温度稳定性,因此应用范围更广泛。

现有磁流变抛光加工中心主要是将磁流变抛光模块集成于摇篮式数控机床上。但由于数控机床普遍由直线轴实现运动进给，在运动速度、加速度和自由度方面存在诸多限制。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种磁流变抛光加工系统，通过利用机械臂的空间六自由度、速度和加速度优势，结合磁流变抛光轮的本身的运动特性要求，使得加工过程更佳高效和高速，也进一步提升了打磨抛光的整体效率。

一种磁流变抛光加工系统，包括机械臂、安装在所述机械臂一端的磁流变抛光轮、用于提供磁流变液的磁流变循环系统、用于安装所述磁流变循环系统的循环系统支撑机构、用于放置工件的工作台以及与所述磁流变循环系统的出口连通用于输送所述磁流变液的循环供给回路，所述循环供给回路与所述磁流变抛光轮连接。

可选地，所述机械臂为具有六自由度的机械臂。

可选地，所述循环系统支撑机构包括第一支撑杆、第二支撑杆及横梁，所述第一支撑杆、所述横梁及所述第二支撑杆围成“门”型，所述循环系统支撑机构架设在所述工作台上方，所述横梁与所述工作台的台面平行。

可选地，所述磁流变循环系统安装在所述横梁的中间位置上。

可选地，所述磁流变循环系统包括储液罐、设置在所述储液罐中的搅拌器、输送泵及回收泵，所述循环供给回路包括与所述储液罐连通的注液管及回收管、设置在所述注液管末端的喷嘴及设置在所述回收管末端的收集器，所述输送泵设置在所述注液管上在所述注液管上，所述回收泵设置在所述回收管上，所述喷嘴和所述收集器分别对称设置在所述磁流变抛光轮的两侧的机械臂上。

可选地，所述喷嘴对准所述磁流变抛光轮的边缘。

可选地，所述喷嘴对准所述磁流变抛光轮的切线方向。

可选地，所述收集器和所述磁流变抛光轮之间贴合或具有间隙。

可选地，所述机械臂的伸缩方向与所述循环系统支撑机构所在平面垂直。

可选地，所述磁流变循环系统还包括压力流量测量装置，所述压力流量测量装置与所述注液管连通。

本发明提供的磁流变抛光加工系统，磁流变抛光轮与机械臂相连，磁流变循环系统与循环系统支撑机构相连，工件(如光学元件)固定在工作台上，循环系统支撑机构安装在在底座上，磁流变循环系统通过循环供给回路与磁流变抛光轮连接，磁流变抛光轮在运动程序控制下由机械臂1带动，利用磁流变工作原理，对工作台上的工件进行加工，同时，在循环系统支撑机构的支撑下，磁流变循环系统实现对磁流变抛光轮的液体供给与循环支持，保证磁流变系统正常工作，通过利用机械臂的空间六自由度、速度和加速度优势，结合磁流变抛光轮的本身的运动特性要求，使得加工过程更佳高效和高速，也进一步提升了打磨抛光的整体效率。

附图说明

图1是本发明实施例中提供的磁流变抛光加工系统的结构示意图。

附图标记：机械臂1，磁流变抛光轮2，磁流变循环系统3，循环系统支撑机构4，工作台5，循环供给回路6，底座7，工件8。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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一部分的实施例，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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的实施例能够以除了在这里图示或描述的内容以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

磁流变抛光液原理：磁流变液是由磁性颗粒、基液和稳定剂组成的悬浮液。磁流变效应，是磁流变液在不加磁场时是可流动的液体，而在强磁场的作用下，其流变特性发生急剧的转变，表现为类似固体的性质，撤掉磁场时又恢复其流动特性的现象。磁流变抛光技术，正是利用磁流变抛光液在梯度磁场中发生流变而形成的具有黏塑行为的柔性“小磨头”与工件之间具有快速的相对运动，使工件表面受到很大的剪切力，从而使工件表面材料被去除。磁流变抛光(MRF)是电磁理论、流体力学、分析化学等应用于光学表面加工而形成的一项综合技术。磁流变液是一种智能材料，其在磁场的作用下，可在1ms的时间内实现固—液两相的可逆转换。

结合图1所示，本发明提供的一种磁流变抛光加工系统，包括机械臂1、安装在机械臂1一端的磁流变抛光轮2、用于提供磁流变液的磁流变循环系统3、用于安装磁流变循环系统3的循环系统支撑机构4、用于放置工件8的工作台5以及与磁流变循环系统3的出口连通用于输送磁流变液的循环供给回路6，循环供给回路6与所述磁流变抛光轮2连接。

在本实施例中，机械臂1用来带动磁流变抛光轮2对工作台5上工件8的加工，为了更好的提供多种加工角度，机械臂1可以采用具有六自由度的机械臂1，当然还可以根据需要选择其他自由度的机械臂1，可以实现控制磁流变抛光轮2的位置自由变化即可。

由于磁流变循环系统3的重量较大，直接安装在机械臂1上在工作时候会产生较大振动影响精细加工，因此本发明中提供了一种门型结构的循环系统支撑机构4，具体地说，循环系统支撑机构4包括第一支撑杆、第二支撑杆及横梁，所述第一支撑杆、所述横梁及所述第二支撑杆围成“门”型，所述循环系统支撑机构4架设在所述工作台5上方，所述横梁与所述工作台5的台面平行，所述磁流变循环系统3可以安装在所述横梁的中间位置上，磁流变循环系统3可以在工作台5上方更好的为抛光轮提供磁流变液，也可以减少机械臂1的振动影响，提高对精细加工场合的适用性。

对于磁流变循环系统3的结构，本发明提供的一种实施例中，磁流变循环系统3包括储液罐、设置在所述储液罐中的搅拌器、输送泵及回收泵，所述循环供给回路6包括与所述储液罐连通的注液管及回收管、设置在所述注液管末端的喷嘴及设置在所述回收管末端的收集器，所述输送泵设置在所述注液管上在所述注液管上，所述回收泵设置在所述回收管上，所述喷嘴和所述收集器分别对称设置在所述磁流变抛光轮2的两侧的机械臂1上，所述收集器和所述抛光轮之间贴合或具有间隙，通过采用这种结构，可以将磁流变液与抛光轮接触并可以进行一定量回收，满足正常精细加工需要，还可以降低磁流变液的损耗量。

需要说明的是，对于注液管及回收管的长度可以根据需要进行选择，在保证避免过长导致的管线长导致与工作台5接触的同时，可以尽量延长注液管及回收管的长度，提高机械臂1对磁流变抛光轮2的移动范围。

磁流变循环系统3还包括压力流量测量装置，压力流量测量装置与注液管连通可以测量注液管中的磁流变液的压力流量。

为了更好的便于磁流变液更好的与磁流变抛光轮2接触，喷嘴的喷射方向对准磁流变抛光轮2的边缘，使得喷嘴喷出的磁流变液直接与抛光轮接触，更优选的方案，喷嘴可以对准磁流变抛光轮2的切线方向，需要说明的是，喷嘴的喷射角度可以根据实际需要进行调整，对此不做限定。

机械臂1的伸缩方向与所述循环系统支撑机构4所在平面垂直，机械臂1可以带动磁流变抛光轮2伸入磁流变循环系统3和工作台5之间的空隙中进行操作。磁流变抛光加工系统还具有底座7，机械臂1可以安装在底座7上，循环系统支撑机构4和工作台5也均可设置于底座7上，底座7可为地面或金属板，金属板可以采用铸铁制成，机械臂1的一端与磁流变抛光轮2连接，另一端可与地面或金属板固定连接，提高装置固定的稳定性，当然，底座7也还可采用其他形式，具体不做限定。当然为了提高装置的移动性，还可以在底座7上设置四个万向轮和锁止装置，便于搬运和静置时固定位置，当然，机械臂1的另一端也可与移动平台等载体固定连接，相对地面可移动，本领与普通技术人员应当了解，具体不做限定。

本发明提供的磁流变抛光加工系统，磁流变抛光轮2与机械臂1相连，磁流变循环系统3与循环系统支撑机构4相连，工件8固定在工作台5上，循环系统支撑机构4安装在在底座7上，磁流变循环系统3通过循环供给回路6与磁流变抛光轮2连接，磁流变抛光轮2在运动程序控制下由机械臂1带动，利用磁流变工作原理，对工作台5上的工件8进行加工，尤其对光学元件类的工件8进行加工处理；同时，在循环系统支撑机构4的支撑下，磁流变循环系统3实现对磁流变抛光轮的液体供给与循环支持，保证磁流变系统正常工作，通过利用机械臂的空间六自由度、速度、和加速度优势，结合磁流变抛光模块本身的运动特性要求，使得加工过程更佳高效和高速，也进一步提升了打磨抛光的整体效率。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

以上对本发明所提供的一种磁流变抛光加工系统进行了详细介绍，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种磁流变抛光加工系统，其特征在于，包括机械臂、安装在所述机械臂一端的磁流变抛光轮、用于提供磁流变液的磁流变循环系统、用于安装所述磁流变循环系统的循环系统支撑机构、用于放置工件的工作台以及与所述磁流变循环系统的出口连通用于输送所述磁流变液的循环供给回路，所述循环供给回路与所述磁流变抛光轮连接。

2.根据权利要求1所述的磁流变抛光加工系统，其特征在于，所述机械臂为具有六自由度的机械臂。

3.根据权利要求1所述的磁流变抛光加工系统，其特征在于，所述循环系统支撑机构包括第一支撑杆、第二支撑杆及横梁，所述第一支撑杆、所述横梁及所述第二支撑杆围成“门”型，所述循环系统支撑机构架设在所述工作台上方，所述横梁与所述工作台的台面平行。

4.根据权利要求3所述的磁流变抛光加工系统，其特征在于，所述磁流变循环系统安装在所述横梁的中间位置上。

5.根据权利要求1所述的磁流变抛光加工系统，其特征在于，所述磁流变循环系统包括储液罐、设置在所述储液罐中的搅拌器、输送泵及回收泵，所述循环供给回路包括与所述储液罐连通的注液管及回收管、设置在所述注液管末端的喷嘴及设置在所述回收管末端的收集器，所述输送泵设置在所述注液管上在所述注液管上，所述回收泵设置在所述回收管上，所述喷嘴和所述收集器分别对称设置在所述磁流变抛光轮的两侧的机械臂上。

6.根据权利要求5所述的磁流变抛光加工系统，其特征在于，所述喷嘴对准所述磁流变抛光轮的边缘。

7.根据权利要求6所述的磁流变抛光加工系统，其特征在于，所述喷嘴对准所述磁流变抛光轮的切线方向。

8.根据权利要求5所述的磁流变抛光加工系统，其特征在于，所述收集器和所述磁流变抛光轮之间贴合或具有间隙。

9.根据权利要求2所述的磁流变抛光加工系统，其特征在于，所述机械臂的伸缩方向与所述循环系统支撑机构所在平面垂直。

10.根据权利要求5所述的磁流变抛光加工系统，其特征在于，所述磁流变循环系统还包括压力流量测量装置，所述压力流量测量装置与所述注液管连通。