CN112296862A - 一种磁流变抛光装置、抛光加工方法、应用 - Google Patents

Abstract

本发明涉及超精密加工技术领域，具体公开了一种磁流变抛光装置、抛光加工方法、应用，磁流变抛光装置包括工作台、位置调节组件、抛光组件、磁流变液循环机构与水平限位组件，通过位置调节组件驱动夹持的待加工工件进行旋转，磁流变液在磁场作用下形成大面积且均匀的抛光垫，可在抛光盘进行旋转时将待加工工件进行磁流变抛光；通过水平限位组件可在抛光盘进行旋转的同时使所述抛光盘进行往复直线运动，提高了待加工工件与磁流变液的接触时间，增加了抛光轨迹的复杂性，使抛光过程中材料去除的更加均匀，工件的表面粗糙度更小，面形精度更高，解决了现有磁流变抛光装置存在无法使抛光盘在自转的同时能够同步实现直线摆动的问题。

Description

一种磁流变抛光装置、抛光加工方法、应用

技术领域

本发明涉及超精密加工技术领域，具体是一种磁流变抛光装置、抛光加工方法、应用。

背景技术

随着信息电子化的社会发展，光学元件透镜、反射镜作为光学器件的核心元件之一，要达到良好的光学性能，其表面精度则需要达到超光滑程度，面形精度也有较高的要求，且无损伤和缺陷。无论是光学平面元件还是半导体基片，均需要进行平坦化加工，其传统工艺主要是高效研磨、超精密抛光、化学机械抛光和磁流变抛光，因此，半导体材料的制造越来越依赖研磨抛光技术来满足其生产要求。

在半导体材料的加工中，磁流变抛光技术(Magnetorheological finishing,MRF)是20世纪90年代由KORDONSKI及其合作者将电磁学、流体动力学、分析化学、加工工艺学等相结合而提出的一种新型的光学表面加工方法，具有抛光效果好、不产生次表面损伤、适合复杂表面加工等传统抛光所不具备的优点。但是上述的技术方案在实际使用时还存在以下不足：现有的磁流变抛光装置属于柔性加工技术，存在无法使抛光盘在自转的同时能够同步实现直线摆动的问题，加工效率不高。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种磁流变抛光装置，以解决上述背景技术中提出的现有磁流变抛光装置存在无法使抛光盘在自转的同时能够同步实现直线摆动的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种磁流变抛光装置，包括工作台以及设置在所述工作台上的位置调节组件，所述位置调节组件用于夹持并调节待加工工件的位置以及驱动待加工工件进行旋转，所述磁流变抛光装置还包括：

抛光组件，设置在所述工作台的轴心处，所述抛光组件包括底座以及用于将待加工工件进行磁流变抛光的抛光盘，所述底座外侧设置有至少一个用于驱动所述抛光盘进行旋转的第五驱动机构，所述抛光盘朝向所述工作台的一侧伸出所述工作台上开设的开口，以在第五驱动机构的驱动下带动抛光盘进行旋转；

磁流变液循环机构，设置在所述工作台上，用于将磁流变液输送至所述抛光盘，所述抛光盘内设置有用于提供工作磁场的励磁机构，所述励磁机构用于使所述磁流变液在磁场的作用下形成均匀的抛光垫，以在抛光盘进行旋转时将待加工工件进行磁流变抛光；以及

水平限位组件，设置在所述抛光盘与所述底座之间，用于在抛光盘进行旋转的同时使所述抛光盘进行往复直线运动，以提高待加工工件与磁流变液的接触时间。

在本发明的另一个实施例中，还提供了一种抛光加工方法，采用上述的磁流变抛光装置，所述抛光加工方法具体包括以下步骤：将待加工工件安装于位置调节组件上，待加工工件下表面与抛光盘上表面平行，通过位置调节组件调节待加工工件的位置，将磁流变液通过磁流变液循环机构添加到抛光盘上，以在励磁机构提供的磁场的作用下形成均匀的抛光垫，通过第五驱动机构带动抛光盘旋转，同时在水平限位组件作用下使所述抛光盘同步进行往复直线运动，然后通过启动机床主轴电机带动工件夹具以及待加工工件进行旋转以完成磁流变抛光。

在本发明的另一个实施例中，还提供了一种如上述的抛光加工方法在金属材料和/或非金属材料的表面加工中的应用。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明实施例提供的磁流变抛光装置，包括工作台、位置调节组件、抛光组件、磁流变液循环机构以及水平限位组件，通过位置调节组件将待加工工件进行夹持并调节加工位置，然后通过磁流变液循环机构将磁流变液输送至抛光盘，使磁流变液在磁场的作用下形成均匀的抛光垫，通过位置调节组件驱动待加工工件进行旋转，以在抛光盘进行旋转时将待加工工件进行磁流变抛光；而且，由于设置了水平限位组件，可以在抛光盘进行旋转的同时使所述抛光盘进行往复直线运动，进而提高了待加工工件与磁流变液的接触时间，增加了抛光轨迹的复杂性，使抛光过程中材料去除的更加均匀，工件的表面粗糙度更小，面形精度更高，提高了抛光效率，解决了现有磁流变抛光装置存在无法使抛光盘在自转的同时能够同步实现直线摆动的问题，具有广阔的市场前景。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的磁流变抛光装置的装配轴测图。

图2为本发明一实施例提供的磁流变抛光装置的装配侧视图。

图3为本发明一实施例提供的磁流变抛光装置中抛光组件的装配剖视图。

图4为本发明一实施例提供的磁流变抛光装置中抛光组件的装配前视图。

图5为本发明另一实施例提供的磁流变抛光装置中抛光组件的装配仰视图。

图6为本发明另一实施例提供的磁流变抛光装置中励磁机构的结构示意图。

图中：1-抛光组件；2-工作台；3-丝杠；4-第一驱动机构；5-蠕动泵；6-磁流变冷却搅拌箱；7-第二驱动机构；8-控制面板；9-回收槽；10-机床主轴电机；11-第三驱动机构；12-位置调节组件；13-第四驱动机构；14-工件夹具；15-第五驱动机构；16-磁流变液喷头；101-抛光盘；102-励磁机构；103-第一连接件；104-底座；105-第一套筒；106-第一轴承；107-第二连接件；108-第一安装架；109-凸轮轴；110-第一带轮；111-第二轴承；112-第二套筒；113-第二安装架；114-第三连接件；115-第一端盖；116-第四连接件；117-第二端盖；118-弹簧；119-第一水平直线导轨；120-第二水平直线导轨；121-第二带轮；122-第一皮带；123-第二皮带；1021-永磁铁；1022-磁铁安装盘。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细地说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。为了使本发明的技术方案更加清楚，本领域熟知的工艺步骤及器件结构在此省略。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。

如图1-4所示，为本发明一个实施例提供的一种磁流变抛光装置的结构图，所述磁流变抛光装置包括工作台2以及设置在工作台2上的用于夹持并调节待加工工件的位置以及驱动待加工工件进行旋转的位置调节组件12(具体可以采用现有的龙门机床)，所述磁流变抛光装置还包括：

抛光组件1，设置在所述工作台2的轴心处，所述抛光组件1包括底座104以及用于将待加工工件进行磁流变抛光的抛光盘101，所述底座104外侧设置有至少一个用于驱动所述抛光盘101进行旋转的第五驱动机构15，所述抛光盘101朝向所述工作台2的一侧伸出所述工作台2上开设的开口，以在第五驱动机构15的驱动下带动抛光盘101进行旋转；

磁流变液循环机构，设置在所述工作台2上，用于将磁流变液输送至所述抛光盘101，所述抛光盘101内设置有用于提供工作磁场的励磁机构102，所述励磁机构102用于使所述磁流变液在磁场的作用下形成大面积且均匀的抛光垫，以在抛光盘101进行旋转时将待加工工件进行磁流变抛光；以及

水平限位组件，设置在所述抛光盘101与所述底座104之间，用于在抛光盘101进行旋转的同时使所述抛光盘101进行往复直线运动，以提高待加工工件与磁流变液的接触时间。

在本发明实施例中，具体的，通过位置调节组件12将待加工工件进行夹持并调节加工位置，然后通过磁流变液循环机构将磁流变液输送至抛光盘101，通过第五驱动机构15驱动所述抛光盘101进行旋转，同时，励磁机构102提供工作磁场，使所述磁流变液在磁场的作用下形成均匀的抛光垫，通过位置调节组件12驱动待加工工件进行旋转，以在抛光盘101进行旋转时将待加工工件进行磁流变抛光；而且，由于设置了水平限位组件，可以在抛光盘101进行旋转的同时使所述抛光盘101进行往复直线运动，进而提高了待加工工件与磁流变液的接触时间，通过使抛光盘101在自转的同时能够同步实现抛光盘101的直线摆动，相较于抛光盘101只能在X方向和Y方向进行直线运动，增加了抛光轨迹的复杂性，使抛光过程中材料去除的更加均匀，工件的表面粗糙度更小，面形精度更高，提高了抛光效率，解决了现有磁流变抛光装置存在无法使抛光盘在自转的同时能够同步实现直线摆动的问题。

进一步的，作为本发明的一种优选实施例，所述水平限位组件包括设置在所述抛光盘101朝向所述底座104一侧的第一水平直线导轨119，所述底座104朝向所述抛光盘101的一侧对应设置有用于与所述第一水平直线导轨119相适配的第二水平直线导轨120，所述底座104内部轴心处设置有可转动的凸轮轴109，所述凸轮轴109与所述第五驱动机构15输出端连接，所述底座104内侧还设置有多组弹簧118，所述弹簧118的另一端与所述励磁机构102朝向所述底座104的一侧连接，以在所述第五驱动机构15的驱动下带动凸轮轴109的旋转，进而推动励磁机构102使所述弹簧118进行压缩和拉伸，以在所述第一水平直线导轨119与第二水平直线导轨120的限位作用下带动所述励磁机构102的往复直线摆动。

在本发明实施例中，所述第五驱动机构15共设置有两个，通过其中一个第五驱动机构15驱动凸轮轴109进行转动，通过另外一个第五驱动机构15带动抛光盘101旋转，同时在水平限位组件作用下使所述抛光盘101同步进行往复直线运动，通过带动抛光组件1及其内的励磁机构102进行转动，进而通过位置调节组件12将待加工工件进行夹持并调节加工位置，然后通过磁流变液循环机构将磁流变液输送至抛光盘101，通过励磁机构102提供工作磁场，使所述磁流变液在磁场的作用下形成均匀的抛光垫，以在抛光盘101进行旋转时将待加工工件进行磁流变抛光；同时，在所述第五驱动机构15的驱动下，带动凸轮轴109旋转，进而推动励磁机构102使所述弹簧118进行压缩和拉伸，以在所述第一水平直线导轨119与第二水平直线导轨120的限位作用下带动所述励磁机构102的往复直线摆动，进而提高了待加工工件与磁流变液的接触时间，通过使抛光盘101在自转的同时能够同步实现抛光盘101的直线摆动，增加了抛光轨迹的复杂性，使抛光过程中材料去除的更加均匀，工件的表面粗糙度更小，面形精度更高，提高了抛光效率，解决了现有磁流变抛光装置存在无法使抛光盘在自转的同时能够同步实现直线摆动的问题。

进一步的，作为本发明的一种优选实施例，所述磁流变液循环机构包括磁流变冷却搅拌箱6、蠕动泵5、第二驱动机构7与磁流变液喷头16，所述磁流变冷却搅拌箱6设置在所述工作台2上，用于储存磁流变液，所述第二驱动机构7设置在所述磁流变冷却搅拌箱6上，且所述第二驱动机构7的输出端与设置在所述磁流变冷却搅拌箱6的搅拌叶片(图中未示出，可以采用现有产品，这里并不作赘述)连接，用于驱动搅拌叶片进行转动，以将储存的磁流变液进行搅拌，所述蠕动泵5设置在所述工作台2上，所述蠕动泵5的输入端与所述磁流变冷却搅拌箱6连通，所述蠕动泵5的输出端与所述磁流变液喷头16连通，以将储存的磁流变液抽出并喷洒至抛光盘101进行磁流变抛光。

在本实施例中，为了使磁流变液冷却效果更好，防止产生沉淀，所述的磁流变液循环机构通过蠕动泵5、第二驱动机构7使磁流变液在循环过程中不断搅拌，不易沉淀。

进一步的，作为本发明的一种优选实施例，所述工作台2上还设置有用于回收磁流变液的回收槽9，所述回收槽9上安装有管道通入所述磁流变冷却搅拌箱6中，所述蠕动泵5通过管道与所述磁流变冷却搅拌箱6相连。

进一步的，作为本发明的一种优选实施例，所述抛光盘101、工作台2、回收槽9以及抛光组件1的主体部分均由抗磁材料制成。

在本发明实施例中，具体的，为了能够尽量避免部件材料磁化，影响运动精度，本发明所述的抛光盘101、工作台2、回收槽9以及抛光组件1的主体部分均由抗磁材料制成，优选的，所述抗磁材料为不锈钢，目的在于防止被磁化影响磁场分布。

进一步的，作为本发明的一种优选实施例，所述抛光盘101的端面开设有V型槽，且V型槽的高度是0.5-2mm，用于增加抛光过程中流体动压力。

在本发明的一个实例中，优选的，所述V型槽的高度约是1mm，具体的，为了提高抛光效率，改善抛光的均匀程度，本发明所述抛光盘101的表面沿圆周方向设有若干个V型槽，且所述V型槽高度为1mm，可以均匀且快速地抛光去除待加工工件表面的材料，实现高效快速抛光。

进一步的，如图3-6所示，作为本发明的一种优选实施例，所述凸轮轴109远离所述抛光盘101的一端设置有第一带轮110，所述底座104远离所述抛光盘101的一端内部设置有第二带轮121，所述第二带轮121与所述第五驱动机构15的输出端连接，所述第二带轮121还通过第一皮带122与所述第一带轮110连接，以在所述第五驱动机构15的驱动下带动凸轮轴109进行旋转。

进一步的，作为本发明的一种优选实施例，所述励磁机构102包括磁铁安装盘1022，所述磁铁安装盘1022表面安装有多个正六边形的永磁铁1021，且永磁铁1021端面产生的磁场强度大于2000Gs。

在本发明的一个实例中，为了获得更好的表面均匀度和抛光效率，按照规则镶嵌正六边形的永磁铁1021来排列成大正六边形，为磁流变抛光提供稳定且均匀的磁场，永磁铁具有结构简单，磁场稳定，不需要额外辅助装置，占据空间小的优点，永磁铁1021端面的磁场强度大于2000Gs，这样设计的好处在于采用正六边形排布的多个永磁铁1021形成电磁体组，产生的磁场强度更加均匀。

进一步的，作为本发明的一种优选实施例，所述位置调节组件12(具体可以是龙门机床)包括设置在工作台2上的机床主轴以及设置在机床主轴上的机床主轴电机10，所述机床主轴电机10上设置有用于夹持待加工工件的工件夹具14，所述机床主轴电机10用于驱动工件夹具14夹持固定待加工工件。

进一步的，作为本发明的一种优选实施例，所述工作台2外侧还设置有第一驱动机构4，所述第一驱动机构4的输出端通过丝杠3与设置在位置调节组件12端部的第四驱动机构13相连，所述位置调节组件12上还设置有第三驱动机构11。

在本发明实施例中，所述位置调节组件12具体可以是龙门机床，其上设有机床主轴电机10、第三驱动机构11、第四驱动机构13，同时，配合第一驱动机构4、丝杠3可以实现龙门机床的三坐标移动，进而带动夹持的待加工工件沿着工作台2的边线方向进行移动(具体是三坐标移动)，进而可以实现待加工工件的位置调节。

在本发明的一个实例中，通过第一驱动机构4带动丝杠3转动，进而可以带动第四驱动机构13以及位置调节组件12进行沿丝杠3进行直线移动，同时，通过第四驱动机构13可带动位置调节组件12进行转动，进而可以实现待加工工件的转动，还可以通过第三驱动机构11带动机床主轴电机10以及工件夹具14沿着与丝杠3垂直的方向进行移动，进而可以实现待加工工件的位置调节。

在本发明的又一个实例中，所述工作台2上还设置有控制面板8，所述控制面板8可以采用现有的电子控制设备，例如计算机、单片机、触摸屏等，所述控制面板8用于与所述磁流变抛光装置中的所有用电设备(例如第二驱动机构7、第三驱动机构11、第四驱动机构13、蠕动泵5等)进行电性连接，以控制所有用电设备的工作。

在本发明的又一个实例中，所述第一驱动机构4、第二驱动机构7、机床主轴电机10、第三驱动机构11、第四驱动机构13、第五驱动机构15均可以采用现有的伺服电机，具体型号根据需求进行选择，这里并不作限定，只要可以实现正常的转动即可。

进一步的，作为本发明的一种优选实施例，所述抛光组件1还包括分别位于所述底座104内部空间内的上下两部分的第二安装架113与第一安装架108，所述第一安装架108安装在底座104内壁上，所述第二安装架113与第一安装架108之间通过多个第二连接件107进行可拆装连接，所述第一水平直线导轨119安装在所述第二安装架113上，所述第二水平直线导轨120安装在所述磁铁安装盘1022下方，所述第一水平直线导轨119与第二水平直线导轨120相配合，所述的第一安装架108可在第五驱动机构15的带动下驱动所述第一安装架108、第二安装架113和磁铁安装盘1022的旋转运动。

在本发明的一个实例中，所述第二安装架113和第一安装架108通过第一轴承106(大轴承)安装在底座104上，所述第五驱动机构15和第二带轮121(小带轮)安装于所述底座104上，所述第五驱动机构15通过第二皮带123(大皮带)带动所述第一安装架108进行旋转，所述第一安装架108通过第二连接件107和第二安装架113固定连接在一起，所述第五驱动机构15通过第一皮带122(小皮带)带动所述凸轮轴109旋转，所述凸轮轴109通过第二轴承111(小轴承)安装在第一安装架108上，第一水平直线导轨119固定在磁铁安装盘1022上，第二水平直线导轨120固定在第二安装架113上，实现磁铁安装盘1022能够在弹簧作用下往复运动和在直线导轨作用下随第二安装架113进行旋转。

在本发明的又一个实例中，所述抛光盘101与励磁机构102之间通过多个第一连接件103进行可拆装连接，所述第二安装架113外侧的底座104内部空间内套设有第一套筒105，所述第二安装架113内部的空间内设置有套设在凸轮轴109外部的第二套筒112，所述第二套筒112可相对于第一套筒105进行转动，所述第二套筒112上端通过多个第三连接件114与第一端盖115连接，所述第一端盖115轴心处设置有用于供凸轮轴109转动的开口，所述底座104上端开口处通过多个第四连接件116安装有第二端盖117，所述第二端盖117轴心处设置有用于供凸轮轴109伸出并与抛光盘101连接以驱动抛光盘101进行转动的开口。

在本发明的又一个实例中，所述第一连接件103、第二连接件107、第三连接件114、第四连接件116均用于实现可拆装连接固定，具体可以采用螺栓、螺母与螺栓的配合、卡扣、螺杆等方式，本实例中，优选的，所述第一连接件103、第二连接件107、第三连接件114、第四连接件116均为螺栓。

进一步的，作为本发明的一种优选实施例，所述凸轮轴109的旋转推动所述磁铁安装盘1022，使所述弹簧18压缩和拉伸，在所述第一水平直线导轨119和第二水平直线导轨120的作用下，实现所述磁铁安装盘1022的往复摆动。

在本发明的一个实例中，所述弹簧18共有两个，构成弹簧组，分别与第二安装架113和磁铁安装盘1022相连，通过所述凸轮轴109的旋转推动所述磁铁安装盘1022，使所述弹簧18压缩和拉伸，在所述第一水平直线导轨119和第二水平直线导轨120的作用下，实现所述磁铁安装盘1022的往复摆动。

进一步的，作为本发明的一种优选实施例，在所述磁流变抛光装置中，所述抛光盘101固定在所述磁铁安装盘1022上，所述磁铁安装盘1022与所述第一水平直线导轨119相连，下端与所述弹簧118相连。所述回收槽9安装在所述抛光盘101外，固定于所述工作台2上。所述的第一安装架108的下端固定一个第一带轮110，通过皮带与第五驱动机构15上的第二带轮121联动，实现第一安装架108的旋转。所述的凸轮轴109与第一带轮110固连，在第五驱动机构15的第二带轮121作用下旋转，所述凸轮轴109转动过程中会推动磁铁安装盘1022运动，在弹簧组和第一水平直线导轨119与第二水平直线导轨120的作用下实现往复运动，将旋转运动转换为直线运动。

因此，所述磁流变抛光装置是旋转和往复直线同步的抛光装置，采用齿轮组和圆柱凸轮机构来实现抛光盘在旋转过程中同步实现往复直线运动，同时采用永磁体集群排布，使抛光膜更加均匀，抛光面积更大。通过磁流变液循环机构可以提供磁流变液，并防止磁流变液产生沉淀影响加工效果，而且可以使加工轨迹更加复杂，材料去除更加均匀，并且抛光垫均匀性好，抛光精度高，加工效率高，适合大直径光学元件的平面和曲面的高效率超光滑均匀抛光加工。

本发明的一个实施例还提供的一种抛光加工方法，采用上述的磁流变抛光装置，所述抛光加工方法具体包括以下步骤：

将待加工工件安装于位置调节组件12上(具体是安装在工件夹具14上)，待加工工件下表面与抛光盘101上表面平行，通过位置调节组件12调节待加工工件的位置(具体是通过龙门机床的机床主轴调节待加工工件下表面与抛光盘101之间的间隙)，将磁流变液通过磁流变液循环机构添加到抛光盘101上以在励磁机构102提供的磁场的作用下形成均匀的抛光垫(具体是启动蠕动泵5，将磁流变液添加到抛光盘上，磁场能够形成更加均匀的抛光垫，磁流变液在磁场的作用下形成均匀的抛光垫)，通过启动第五驱动机构15带动抛光盘101旋转，在水平限位组件作用下使所述抛光盘101同步进行往复直线运动(具体是在弹簧组和水平导轨机构的作用下实现抛光盘101的直线摆动)，通过启动机床主轴电机10带动工件夹具14以及待加工工件进行高速旋转，实现高效率的磁流变抛光。

进一步的，作为本发明的一种优选实施例，根据加工工件的特点和加工要求，所述磁流变液的制备方法是在去离子水中加入浓度为5wt％的磨料、浓度为15wt％的微米级羰基铁粉(符合GB/T 24532-2009的要求)以及及加入浓度为3wt％的分散剂和浓度为1wt％的防锈剂，通过充分搅拌震动5至30分钟，形成磁流变液。

进一步的，作为本发明的一种优选实施例，一种如上述的抛光加工方法在金属材料和/或非金属材料的平面和/或曲面的加工中的应用。

具体的，所述抛光加工方法尤其是可以用于电子半导体平面和/或光学元件平面的平坦化加工中，是一种新型往复磁流变装置及其加工方法，可以广泛应用于大型光学元件、半导体晶片、LED基板、液晶显示面板等的最后加工工序。

在本发明实施例中，所述抛光加工方法涉及到各种金属材料及非金属材料的平面和曲面的加工，尤其涉及用于电子半导体及光学元件的平面平坦化加工。

需要说明的是，本发明克服了现有抛光技术的不足，提供一种抛光轨迹更加复杂均匀、加工性能更好、效率高的新型磁流变抛光装置。通过采用磁流变抛光技术，利用磁流变(抛光)液在梯度场中发生流变表现为类似固体的性质而形成的具有黏塑行为的柔性小磨头，当与工件之间具有快速的相对运动时，工件表面受到很大的剪切力，从而使工件表面材料被去除。磁流变抛光加工后的工件可以获得很好的光学表面精度，而且易于通过计算机进行控制，从而获得面型比较复杂的工件；在抛光过程中没有刀具磨损；去除材料的同时不会引入亚表面损伤实现纳米级别的抛光精度。但是磁流变抛光属于柔性加工，抛光时一般为点接触材料去除率低，磁流变抛光设备成本高，结构复杂，本发明在借鉴之前的研究基础上，提出了一种旋转和往复直线同步的抛光组件及抛光方法，使抛光盘在自转的同时能够同步实现抛光盘的直线摆动，相较于抛光盘只能在X方向和Y方向直线运动，增加了抛光轨迹的复杂性，使抛光过程中材料去除的更加均匀，工件的表面粗糙度更小，面形精度更高。

本发明上述实施例中提供了一种磁流变抛光装置，包括工作台2、位置调节组件12、抛光组件1、磁流变液循环机构以及水平限位组件，所述抛光组件1，设置在所述工作台2的轴心处，所述抛光组件1包括底座104以及用于将待加工工件进行磁流变抛光的抛光盘101，所述底座104外侧设置有至少一个用于驱动所述抛光盘101进行旋转的第五驱动机构15，所述抛光盘101朝向所述工作台2的一侧伸出所述工作台2上开设的开口，以在第五驱动机构15的驱动下带动抛光盘101进行旋转；所述水平限位组件设置在所述抛光盘101与所述底座104之间，用于在抛光盘101进行旋转的同时使所述抛光盘101进行往复直线运动，以提高待加工工件与磁流变液的接触时间。并基于该磁流变抛光装置提供了抛光加工方法，与现有技术相比，本发明还具有以下优点：

(1)本发明所提供的磁流变抛光装置控制简单，通过使用的弹簧组，具有可实现往复快、可靠性高优点，通过一个驱动机构实现抛光盘在旋转时的直线摆动。

(2)本发明所提供的磁流变抛光装置的抛光盘能在旋转过程中同步摆动，能够大大提高工件轨迹复杂性，提高工件与磁流变液的接触时间。

(3)本发明所提供的磁流变抛光装置中的抛光盘利用了流体动压力，提高了磁流变液的压力，进而增强了材料去除效率。

该文中出现的电器均可与外界的主控器及220V市电连接，并且主控器可为计算机等起到控制的常规已知设备。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

上面对本发明的较佳实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述的实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种磁流变抛光装置，包括工作台以及设置在所述工作台上的位置调节组件，所述位置调节组件用于夹持并调节待加工工件的位置以及驱动待加工工件进行旋转，其特征在于，所述磁流变抛光装置还包括：

抛光组件，设置在所述工作台的轴心处，所述抛光组件包括底座以及用于将待加工工件进行磁流变抛光的抛光盘，所述底座外侧设置有至少一个用于驱动所述抛光盘进行旋转的第五驱动机构，所述抛光盘朝向所述工作台的一侧伸出所述工作台上开设的开口，以在第五驱动机构的驱动下带动抛光盘进行旋转；

磁流变液循环机构，设置在所述工作台上，用于将磁流变液输送至所述抛光盘，所述抛光盘内设置有用于提供工作磁场的励磁机构，所述励磁机构用于使所述磁流变液在磁场的作用下形成均匀的抛光垫，以在抛光盘进行旋转时将待加工工件进行磁流变抛光；以及

水平限位组件，设置在所述抛光盘与所述底座之间，用于在抛光盘进行旋转的同时使所述抛光盘进行往复直线运动，以提高待加工工件与磁流变液的接触时间。

2.根据权利要求1所述的磁流变抛光装置，其特征在于，所述水平限位组件包括设置在所述抛光盘朝向所述底座一侧的第一水平直线导轨，所述底座朝向所述抛光盘的一侧对应设置有用于与所述第一水平直线导轨相适配的第二水平直线导轨，所述底座内部轴心处设置有可转动的凸轮轴，所述凸轮轴与所述第五驱动机构输出端连接，所述底座内侧还设置有多组弹簧，所述弹簧的另一端与所述励磁机构朝向所述底座的一侧连接，以在所述第五驱动机构的驱动下带动凸轮轴的旋转，进而推动励磁机构使所述弹簧进行压缩和拉伸，以在所述第一水平直线导轨与第二水平直线导轨的限位作用下带动所述励磁机构进行往复直线摆动。

3.根据权利要求1所述的磁流变抛光装置，其特征在于，所述磁流变液循环机构包括磁流变冷却搅拌箱、蠕动泵、第二驱动机构与磁流变液喷头，所述磁流变冷却搅拌箱设置在所述工作台上，用于储存磁流变液，所述第二驱动机构设置在所述磁流变冷却搅拌箱上，且所述第二驱动机构的输出端与设置在所述磁流变冷却搅拌箱的搅拌叶片连接，用于驱动搅拌叶片进行转动，以将储存的磁流变液进行搅拌，所述蠕动泵设置在所述工作台上，所述蠕动泵的输入端与所述磁流变冷却搅拌箱连通，所述蠕动泵的输出端与所述磁流变液喷头连通，以将储存的磁流变液抽出并喷洒至抛光盘进行磁流变抛光。

4.根据权利要求2所述的磁流变抛光装置，其特征在于，所述抛光盘的端面开设有V型槽，所述凸轮轴远离所述抛光盘的一端设置有第一带轮，所述底座远离所述抛光盘的一端内部设置有第二带轮，所述第二带轮与所述第五驱动机构的输出端连接，所述第二带轮还通过第一皮带与所述第一带轮连接，以在所述第五驱动机构的驱动下带动凸轮轴进行旋转。

5.根据权利要求2所述的磁流变抛光装置，其特征在于，所述励磁机构包括磁铁安装盘，所述磁铁安装盘表面安装有多个正六边形的永磁铁。

6.根据权利要求3所述的磁流变抛光装置，其特征在于，所述工作台上还设置有用于回收磁流变液的回收槽，所述回收槽上安装有管道以使所述回收槽通入所述磁流变冷却搅拌箱中，所述蠕动泵通过管道与所述磁流变冷却搅拌箱相连。

7.根据权利要求1所述的磁流变抛光装置，其特征在于，所述位置调节组件包括设置在工作台上的机床主轴以及设置在机床主轴上的机床主轴电机，所述机床主轴电机上设置有用于夹持待加工工件的工件夹具，所述机床主轴电机用于驱动工件夹具夹持固定待加工工件并进行旋转；所述工作台外侧还设置有第一驱动机构，所述第一驱动机构的输出端通过丝杠与设置在所述位置调节组件端部的第四驱动机构相连，所述位置调节组件上还设置有第三驱动机构。

8.根据权利要求5所述的磁流变抛光装置，其特征在于，所述抛光组件还包括分别位于所述底座内部空间内的第二安装架与第一安装架，所述第一安装架安装在底座内壁上，所述第二安装架与第一安装架之间通过多个第二连接件进行可拆装连接，所述第一水平直线导轨安装在所述第二安装架上，所述第二水平直线导轨安装在所述磁铁安装盘下方，所述的第一安装架可在第五驱动机构的带动下驱动所述第一安装架、第二安装架和磁铁安装盘进行旋转运动。

9.一种抛光加工方法，其特征在于，采用如权利要求1-8任一所述的磁流变抛光装置，所述抛光加工方法具体包括以下步骤：

将待加工工件安装于位置调节组件上，待加工工件下表面与抛光盘上表面平行，通过位置调节组件调节待加工工件的位置，将磁流变液通过磁流变液循环机构添加到抛光盘上，以在励磁机构提供的磁场的作用下形成均匀的抛光垫，通过第五驱动机构带动抛光盘旋转，同时在水平限位组件作用下使所述抛光盘同步进行往复直线运动，然后通过启动机床主轴电机带动工件夹具以及待加工工件进行旋转以完成磁流变抛光。

10.一种如权利要求9所述的抛光加工方法在金属材料和/或非金属材料的表面加工中的应用。

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