CN110421412A - 一种小型磁流变平面抛光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种小型磁流变平面抛光装置，包括回转工作台、抛光盘、三轴联动工作滑台、实验平台、磁场产生装置和电机。电机的输出端通过第一联轴器与回转工作台轴的一端连接；回转工作台轴可转动地安装于磁场产生装置和实验平台上，其另一端固定有回转工作台；抛光盘与回转工作台可拆卸式固定连接；三轴联动工作滑台安装于实验平台上，末端安装有工件，带动工件实现xyz轴三向运动；磁场发生装置安装于实验平台底部，与抛光盘正对；磁场发生装置通电后产生磁场，磁场使得抛光盘中的磁流变液变为类固体状态，加工工件；断电后磁场消失，磁流变液恢复流动性。本装置实现了设备小型化，便于实验室人员对磁流变平面抛光某种设想的简单验证。
Description
技术领域
本发明涉及超精密加工领域，具体是一种小型磁流变平面抛光装置。
背景技术
具有超光滑表面的光电器件在诸多高新技术领域及重大产业市场都有着大量的应用。这些光电零件都要求具有超精密、超光滑的表面，粗糙度Ra要求小于1nm，面形精度要求控制在微米级，且无表面及亚表面损伤层与变质层。这就需要超精密加工技术的支持。
目前抛光技术大致分为直接接触抛光、界面反应抛光(准接触抛光)和非接触抛光，这些抛光技术在成本、效率以及抛光精度上都存在或多或少的缺陷。而磁流变抛光已被证明是一种极其有效的超光滑、低损伤的加工技术。磁流变抛光技术是一种利用磁流变抛光液在磁场中的流变特性对工件进行抛光的技术。在外加磁场的作用下，磁流变液的粘性瞬间增大，形成具有一定塑性的类固态Bingham体(即磁流变抛光模)，均匀混合在液体中的磨料在磁场作用下以半固着的形式分布于磁流变抛光模表层，在相对工件运动时产生一定的剪切力，对材料表面进行抛光。
90年代初，Kordonski与美国罗彻斯特大学光学制造中心的Jacobs等人合作，将磁流变抛光应用于非球面确定性抛光。后与QED公司开发了一种载液轮式的磁流变加工方法，该方法使用一个具有弧形气隙的电磁铁作为励磁装置，磁流变液随载液轮通过气隙上方，在磁场作用下，硬化成弧形磁流变缎带，加工时，工件与缎带顶部区域接触，形成面积较小的抛光斑。利用该方法进行确定性面形修整加工，可获得很高的面形精度(PV<λ/20)和很好的表面质量(Ra<1nm)，适合面形精度要求极为严苛的高附加值的超光滑光学元件加工。但载液轮式的磁流变加工效率较低。
研究者们还将射流抛光技术与磁流变抛光技术相结合，发明了一种新的抛光方法，磁流变射流抛光，这种加工方式可以有效解决深凹面或内腔的抛光加工。后续陆续出现了超声波磁流变复合抛光、超声电解复合抛光、超声电火花复合抛光等，都从不同程度上提高了抛光的效率和质量。但现有的磁流变抛光装置都是比较大型的设备，价格高昂。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种小型磁流变平面抛光装置。
本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种小型磁流变平面抛光装置，其特征在于该装置包括回转工作台、抛光盘、三轴联动工作滑台、实验平台、磁场产生装置和电机；
所述电机的输出端通过第一联轴器与回转工作台轴的一端连接；回转工作台轴依次穿过磁场产生装置和实验平台并可转动地安装于磁场产生装置和实验平台上，其另一端固定有回转工作台；所述抛光盘与回转工作台可拆卸式固定连接；三轴联动工作滑台安装于实验平台上，末端安装有工件，带动工件实现xyz轴三向运动，进而调整工件与磁流变抛光液的相对位置；所述磁场发生装置安装于实验平台底部，与抛光盘正对；磁场发生装置通电后产生磁场，磁场使得抛光盘中的磁流变液变为塑性类固体状态，进而加工工件；断电后磁场消失，磁流变液恢复流动性。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)本装置是一种用于实验室的小型磁流变平面抛光模拟装置，成本低，结构简单，能够实现磁流变抛光装置的小型化，便于实验室人员对磁流变平面抛光某种设想的简单验证。
(2)采用磁励线圈产生磁场，通过控制磁励线圈的通断电实现控制磁场的有无，通过改变线圈匝数等参数可以控制磁场的强弱，便于在实验中控制参数。
(3)抛光盘与回转工作台之间通过螺栓连接，为可拆卸装置，便于更换磁流变液和清洗抛光盘。
(4)在无磁场状态下搅拌磁流变液，实现磁流变抛光液中抛光磨粒的更新，避免了使用复杂的磁流变液循环装置，操作简单。
(5)通过三轴联动工作滑台在xyz三个方向的协调运动，可以更加灵活便捷的控制工件，实现工件的快速定位，提高加工精度。
附图说明
图1为本发明的整体结构轴测示意图；
图2为本发明的整体结构主视示意图；
图3为本发明的抛光盘的结构示意图；
图4为本发明的工作滑台的立体示意图；
图5为本发明的工作滑台的内部结构示意图；
图6为本发明的磁场发生装置的结构示意图。
图中：1、回转工作台；2、抛光盘；3、工作滑台支架；4、x轴工作滑台；5、z轴工作滑台；6、y轴工作滑台；7、工件装夹台；8、实验平台；9、磁场产生装置；10、第二联轴器；11、连接轴；12、第一联轴器；13、电机；14、电机支架；15、丝杠电机；16、第三联轴器；17、挡板；18、滑块；19、丝杠滑台底座；20、丝杠；21、丝杠轴承；22、线圈外壳；23、线圈底座；24、磁励线圈；25、回转工作台轴。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种小型磁流变平面抛光装置(简称装置)，其特征在于该装置包括回转工作台1、抛光盘2、三轴联动工作滑台、实验平台8、磁场产生装置9和电机13；
所述电机13通过电机支架14固定在地面上，其输出端通过第一联轴器12与回转工作台轴25的一端连接；回转工作台轴25依次穿过磁场产生装置9和实验平台8并通过轴承可转动地安装于磁场产生装置9和实验平台8上，其另一端固定有回转工作台1；所述抛光盘2与回转工作台1可拆卸式固定连接，用于盛放磁流变液，可拆卸式安装便于更换磁流变液和清洗抛光盘2；在电机13的带动下，回转工作台1与抛光盘2一起旋转；三轴联动工作滑台安装于实验平台8上，末端安装有工件，带动工件实现xyz轴三向运动，进而调整工件与磁流变抛光液的相对位置；所述磁场发生装置9安装于实验平台8底部，与抛光盘2正对；磁场发生装置9通电后产生磁场，磁场使得抛光盘2中的磁流变液的性质发生改变，变为具有一定塑性的类固体状态，进而加工工件；断电后磁场消失，磁流变液恢复流动性，在无磁场状态下通过搅拌可使磁流变液中的磨粒重新排布，实现抛光磨粒的更新。
该装置还包括连接轴11；连接轴11的一端与电机13的输出轴通过第一联轴器12连接，另一端通过第二联轴器10与回转工作台轴25的一端连接；在电机13的带动下，回转工作台1与抛光盘2一起随连接轴11旋转；
所述磁场产生装置9包括线圈外壳22、线圈底座23和磁励线圈24；磁励线圈24嵌套在回转工作台轴25上并通过螺母固定在线圈底座23上，防止磁励线圈24在实验中由于位置变化出现的相互缠绕或松脱现象；线圈底座23固定于线圈外壳22内；线圈外壳22通过螺钉固定在实验平台8上来保护磁励线圈24；回转工作台轴25通过轴承可转动地安装于线圈外壳22上。磁励线圈24通电后产生磁场，磁场使得抛光盘2中的磁流变液的性质发生改变，变为具有一定塑性的类固体状态，进而加工工件；断电后磁场消失，磁流变液恢复流动性，通过搅拌可使磁流变液中的磨粒重新排布，实现抛光磨粒的更新。因此可以通过控制磁励线圈24的通断电实现控制磁场的有无，通过改变线圈匝数等参数可以控制磁场的强弱。
所述三轴联动工作滑台包括工作滑台支架3、x轴工作滑台4、z轴工作滑台5、y轴工作滑台6和工件装夹台7；所述工作滑台支架3固定于实验平台8上；x轴工作滑台4、z轴工作滑台5、y轴工作滑台6中的一个安装于工作滑台支架3上，剩下的依次连接，实现xyz轴三向运动；工件装夹台7安装于三轴联动工作滑台的末端，工件通过夹具装夹在工件装夹台7的侧向；工件装夹台7的侧向固定选好的夹具，夹具固定待抛光工件，然后进行加工；
所述x轴工作滑台4、z轴工作滑台5和y轴工作滑台6的结构相同，均包括丝杠电机15、挡板17、滑块18、丝杠滑台底座19和丝杠20；丝杠电机15的输出端通过第三联轴器16与丝杠20连接；丝杠20的两端分别通过丝杠轴承21可转动地安装于丝杠滑台底座19上；两个挡板17分别固定于丝杠滑台底座19的两侧，两个挡板17之间的空隙形成滑道；滑块18安装于丝杠20上，位于滑道内部且能够沿滑道移动；滑块18内部具有螺纹，与丝杠20配合实现移动；
本实施例中，x轴工作滑台4的丝杠电机15的壳体固定于工作滑台支架3上，x轴工作滑台4的滑块18与z轴工作滑台5的丝杠滑台底座19固定连接；z轴工作滑台5的丝杠电机15的壳体与工作滑台支架3的凹槽配合，能够沿工作滑台支架3的凹槽移动；z轴工作滑台5的滑块18与y轴工作滑台6的丝杠滑台底座19固定连接；y轴工作滑台6的滑块18上固定有工件装夹台7；
所述抛光盘2为顶部开口的空心圆柱形，外部有四个凸起，通过螺钉固定在回转工作台1上，其内部有抛光垫，使得磁场环境下的磁流变液与抛光盘2底部有更好的接触，便于磁流变液随抛光盘2一起运动。
本发明的工作原理和工作流程是：
待加工工件通过夹具装夹后，固定在工件装夹台7的侧向；调整x轴工作滑台4和y轴工作滑台6中滑块18在滑道中的位置，将待加工工件移至抛光盘2的上方，调整z轴工作滑台5中滑块18在滑道的位置，保证待加工工件表面距抛光盘2中的磁流变液1mm-3mm；将磁励线圈24通电，抛光盘2中的磁流变液变为类固体性质，电机13带动回转工作台1和抛光盘2旋转，进而加工工件，实现工件表面的抛光。
本发明未述及之处适用于现有技术。
Claims (7)
1.一种小型磁流变平面抛光装置，其特征在于该装置包括回转工作台、抛光盘、三轴联动工作滑台、实验平台、磁场产生装置和电机；
所述电机的输出端通过第一联轴器与回转工作台轴的一端连接；回转工作台轴依次穿过磁场产生装置和实验平台并可转动地安装于磁场产生装置和实验平台上，其另一端固定有回转工作台；所述抛光盘与回转工作台可拆卸式固定连接；三轴联动工作滑台安装于实验平台上，末端安装有工件，带动工件实现xyz轴三向运动，进而调整工件与磁流变抛光液的相对位置；所述磁场发生装置安装于实验平台底部，与抛光盘正对；磁场发生装置通电后产生磁场，磁场使得抛光盘中的磁流变液变为塑性类固体状态，进而加工工件；断电后磁场消失，磁流变液恢复流动性。
2.根据权利要求1所述的小型磁流变平面抛光装置，其特征在于该装置还包括连接轴；连接轴的一端与电机的输出轴通过第一联轴器连接，另一端通过第二联轴器与回转工作台轴的一端连接。
3.根据权利要求1所述的小型磁流变平面抛光装置，其特征在于所述磁场产生装置包括线圈外壳、线圈底座和磁励线圈；磁励线圈嵌套在回转工作台轴上并固定在线圈底座上；线圈底座固定于线圈外壳内；线圈外壳固定在实验平台上；回转工作台轴通过轴承可转动地安装于线圈外壳上。
4.根据权利要求1所述的小型磁流变平面抛光装置，其特征在于所述三轴联动工作滑台包括工作滑台支架、x轴工作滑台、z轴工作滑台、y轴工作滑台和工件装夹台；所述工作滑台支架固定于实验平台上；x轴工作滑台、z轴工作滑台、y轴工作滑台中的一个安装于工作滑台支架上，剩下的依次连接，实现xyz轴三向运动；工件装夹台安装于三轴联动工作滑台的末端，工件通过夹具装夹在工件装夹台的侧向。
5.根据权利要求4所述的小型磁流变平面抛光装置，其特征在于所述x轴工作滑台、z轴工作滑台和y轴工作滑台的结构相同，均包括丝杠电机、挡板、滑块、丝杠滑台底座和丝杠；丝杠电机的输出端通过第三联轴器与丝杠连接；丝杠的两端分别通过丝杠轴承可转动地安装于丝杠滑台底座上；两个挡板分别固定于丝杠滑台底座的两侧，两个挡板之间的空隙形成滑道；滑块安装于丝杠上，位于滑道内部且能够沿滑道移动。
6.根据权利要求5所述的小型磁流变平面抛光装置，其特征在于x轴工作滑台的丝杠电机的壳体固定于工作滑台支架上，x轴工作滑台的滑块与z轴工作滑台的丝杠滑台底座固定连接；z轴工作滑台的丝杠电机的壳体与工作滑台支架的凹槽配合，能够沿工作滑台支架的凹槽移动；z轴工作滑台的滑块与y轴工作滑台的丝杠滑台底座固定连接；y轴工作滑台的滑块上固定有工件装夹台。
7.根据权利要求1所述的小型磁流变平面抛光装置，其特征在于所述抛光盘为顶部开口的空心圆柱形，其内部有抛光垫，使得磁场环境下的磁流变液与抛光盘有更好的接触，便于磁流变液随抛光盘一起运动。
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