CN113910004A - 一种新型光学加压无研具抛光装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种新型光学加压无研具抛光装置，主要包括电机驱动模块、密封罐模块、加压模块，本发明主要用于对光学零件进行抛光加工，其通过抛光液与被加工件之间的稳定相对运动达到抛光效果；具体的，被加工件在电机驱动下相对于抛光液同时做公转与自转运动，而通过对密封罐体内的具有磁流变性质的抛光液施加压力与磁场，使抛光液形成“软性磨盘”，从而产生可控、稳定且强烈的抛光作用；其优点在于不需要传统的抛光盘等研具，且可以适应任何形状的表面，而利用加压和磁场条件下被加工件相对于“软性磨盘”稳定运动产生的自收敛作用完成抛光，可对工件产生全覆盖与超光滑的加工效果，且不存在表面损伤，具有高效可控的特点。
Description
技术领域
本发明属于机械加工技术领域，具体涉及一种新型光学加压无研具抛光装置。
背景技术
抛光是指利用抛光工具和磨料颗粒或其他抛光介质对工件表面进行的修饰加工，其通过机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整的表面。机械零件往往需要达到一定的表面粗糙度，对于光学元件而言更是如此。传统的光学抛光过程大都需要抛光盘，而对于不同形状和尺寸的被加工件就需要定制不同的抛光盘，这无疑增加了抛光的时间和成本。同时，一台抛光设备往往只能在同一时刻对某一工件进行加工，而抛光盘也大都无法对工件产生全覆盖的加工效果，这无疑降低了抛光加工的效率。且传统抛光过程易在抛光盘处产生应力集中和局部高温，对工件表面和亚表面产生损伤。
稳定流动的河水里的鹅卵石往往拥有光滑的表面，含沙水流的抛光作用是其光滑表面形成的重要原因之一。同样的，如果抛光液与被加工件之间也产生类似的相对运动，被加工件的表面也将发生抛光作用，从而获得光滑的表面。但为了将该原理应用于生产实践，还需要进一步提高抛光效率和抛光质量。
发明内容
为了克服现有抛光装置需要定制抛光盘等研具以及损伤工件还有效率不高等问题，并结合自然界中鹅卵石等事物获得光滑表面的过程，本发明提出了一种在加压条件下利用抛光液相对被加工件稳定流动产生的高点去除作用进行抛光加工的装置。
本发明是采用以下技术方案实现的：
一种新型光学加压无研具抛光装置，其特征在于，包括电机驱动模块、密封罐模块、加压模块，所述加压模块通过软管与所述密封罐模块相连接；
所述电机驱动模块包括电机、磁力耦合器、旋转盘、旋转支架、工件安装盘以及保形填平板，所述电机驱动模块用于驱动被加工件相对于所述密封罐模块做旋转运动；
所述电机包括一个公转电机和至少一个自转电机，所述磁力耦合器包括一个公转磁力耦合器和至少一个自转磁力耦合器，所述公转电机与所述公转磁力耦合器下半部分对应连接，所述自转电机与所述自转磁力耦合器的下半部分一一对应连接；
所述公转磁力耦合器的下半部分固定安装在所述旋转盘的中心，所述公转磁力耦合器上半部分的转子与所述旋转支架相连接，所述公转磁力耦合器上半部分的定子固定安装于所述密封罐体底部；
所述自转磁力耦合器上半部分的转子与所述工件安装盘相连接，所述自转磁力耦合器上半部分的定子固定安装于所述旋转支架上；
所述保形填平板固定安装于所述旋转支架上，用于抑制所述抛光液在被加工件表面产生乱流运动；
所述密封罐模块包括密封罐体、密封盖、止流板、磁场生成装置、过滤器以及密封罐体内部的抛光液，所述抛光液为具有磁流变性质的抛光液；
所述磁场生成装置与所述过滤器均安装于所述密封罐体上，对被加工件的抛光加工发生在所述密封罐模块内；
所述止流板安装于所述密封盖内侧，所述止流板用于抑制所述抛光液相对于所述密封罐体的流动；
所述加压模块包括软管、压力生成器，所述软管的两端分别于与所述压力生成器以及所述密封盖上的进气装置相连接，所述加压模块为所述密封罐模块提供所需压力。
进一步地，所述自转电机分布在所述旋转盘外围，并通过自转电机固定板与所述旋转盘保持相对固定。
进一步地，所述公转磁力耦合器以及所述自转磁力耦合器的上下部分均位于同一轴线上，且均不穿过所述密封罐体的底部，并与所述密封罐体的底部保持微小的间隙。
进一步地，所述磁场生成装置沿轴向分段安装在所述密封罐体上，用于控制所述密封罐体内的磁场分布和磁场强度。
进一步地，所述公转电机固定安装于底板上，所述底板通过支架与密封罐模块保持相对固定。
进一步地，所述保形填平板的外形同被加工件与所述工件安装盘形成的高低落差和空隙相适应，用于对所述高低落差和空隙进行填充。
与现有技术相比，本发明的有益效果有：
一种新型光学加压无研具抛光装置，利用被加工件相对于抛光液的稳定运动产生的高点去除自收敛效果完成对被加工件的抛光加工，并通过对密封罐体内的抛光液的加压加剧抛光作用从而极大缩短抛光时间，而通过对具有磁流变性质的抛光液施加磁场，能够精准提高抛光液的粘度和改变抛光颗粒的局部浓度，从而获得稳定的运动与恰当的抛光液粒度，进而提高抛光质量；相较于传统装置，本发明无需抛光盘等研具，能够全覆盖加工，抛光液具有的流动性使得工件表面受到的压力极其均匀，因此不存在应力集中的问题，且由于是浸液加工，也不会发生温度过高的情况，因此不存在表面和亚表面损伤，并可同时完成对多个工件的加工，本发明创新地通过使用具有磁流变性质的抛光液再配合磁场形成“软性磨盘”，具有一定流动性的“软性磨盘”可以适应任何形状的表面，通过控制磁场的强弱以及磁场的分布等参数能够控制“软性磨盘”自身的强弱，而通过控制压力又能够控制“软性磨盘”对工件被加工面的压力大小，进而提升抛光的可控性与稳定性，从而获得高质量的光滑表面，因此具有高效率高质量和适应面广的特点。
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为本发明的系统结构示意图；
图2为本发明系统结构示意图的剖视图；
图3为本发明系统结构示意图去掉密封盖后的俯视图；
图4为本发明密封盖内侧示意图。
附图标号说明：1：密封罐体，2：磁场生成装置，3：旋转盘，4：自转电机，5：支架，6：底板，7：公转电机，8：自转电机固定板，9：压力生成器，10：软管，11：密封盖，12：安全阀，13：止流板，14：过滤器，15：保形填平板，16：自转磁力耦合器，17：公转磁力耦合器，18：旋转支架，19：工件安装盘。
本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本发明一部分实施例，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做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。
需要说明，本发明实施例中所有方向性指示（诸如上、下、左、右、前、后……）仅用于解释在某一特定姿态（如附图所示）下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是物理连接或无线通信连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的仅仅是本发明一部分实施例，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做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。
如图1-4所示，公转电机7固定安装在底板6上，支架5下端与底板6相连接，而支架5上端与密封罐体1相连接，因此密封罐体1与公转电机7的定子保持相对固定；公转电机7的转子输出端与公转磁力耦合器17的下半部分相连接，公转磁力耦合器17的下半部分又与旋转盘3相连接，并起到对旋转盘3的支撑作用，则旋转盘3会在公转电机7的驱动下相对于密封罐体1做旋转运动；公转磁力耦合器17上半部分的定子固定安装在密封罐体1的内壁底部，其转子与旋转支架18相连接，因磁力耦合器实际上是一种非接触式的联轴器，具有传递旋转运动的功能，则旋转支架18便会在公转电机7的驱动下与旋转盘3做同步转动，又因磁力耦合器的非接触传动特点，因此密封罐体1底部不存在通孔，可以避免动密封带来的易泄漏问题，这大大提高了装置的密封可靠性，而公转磁力耦合器17为了能够有效传递扭矩，其上下两部分会尽可能地相互靠近。
自转电机4通过自转电机固定板8安装在旋转盘3上，自转电机4的定子与旋转盘3保持相对固定，并确保不会与公转电机7发生干涉，自转电机4的转子输出端与自转磁力耦合器16的下半部分相连接，自转磁力耦合器16的下半部分穿过旋转盘3上稍大的孔呈自由旋转状态，自转磁力耦合器16上半部分的定子固定安装在旋转支架18上，自转磁力耦合器16上半部分的转子与工件安装盘19相连接，并起到对工件安装盘19的支撑作用；因旋转盘3与旋转支架18在公转电机7的驱动下做同步旋转，故自转磁力耦合器16的上下两部分将始终保持传动状态，则工件安装盘19将在自转电机4的驱动下做旋转运动，由于工件安装盘19分布在旋转支架18的外围，故在公转电机7和自转电机4的共同驱动下工件安装盘19以及其上的被加工件将相对于密封罐体1同时做公转和自转运动；为了避免因高低落差和空隙影响抛光液形成稳定的相对运动，在旋转支架18上安装一可拆卸的保形填平板15，所谓保形即指保形填平板15的外形同被加工件与所述工件安装盘19形成的高低落差和空隙相适应，对高低落差和空隙进行尽可能地填充，但又不会妨碍被加工件的旋转。
密封罐体1内壁安装有至少一个可拆卸的过滤器14，用于对抛光过程中产生的杂质进行过滤；密封盖11安装在密封罐体1上方，并通过锁紧机构实现压紧与密封，密封盖11内侧安装有可拆卸的止流板13，止流板13由多个板子组合而成，其下端与工件安装盘19保持较小间距，但并不影响被加工件的旋转；止流板13用于阻碍抛光液随工件的运动，使抛光液与被加工件始终保持相对运动，密封盖11上还安装有安全阀12，用于调整和卸出密封罐体1内的压力，也可防止密封罐体1内压力过高而发生危险；密封罐体1上还安装有磁场生成装置2，用于在密封罐体1内产生磁场，进而改变具有磁流变性质的抛光液的粘度与抛光液中抛光颗粒的局部浓度，使抛光液能够相对于被加工件产生稳定的运动和可控的抛光作用，为了方便控制磁场的分布，磁场生成装置2应沿密封罐体1的轴向分段布置。
压力生成器9通过软管10与密封盖11上安装的进气装置相连接，从而向密封罐体1内输送压力，为抛光液加压。
整个新型光学加压无研具抛光装置的工作过程为：将被加工件装夹在工件安装盘19上后，向密封罐体1内注入适量抛光液，随后盖紧密封盖11并连接软管10，启动压力生成器9来增加抛光液对被加工件的压力，压力生成器9将根据需要为抛光过程提供稳定持久的压力，也可根据需求在抛光过程中随时改变压力，然后启动磁场生成装置2，根据加工需要增加抛光液的粘度并改变抛光颗粒的局部浓度，最后接通自转电机4和公转电机7的电源，则被加工件便会相对于抛光液做公转和自转运动，经过一段时间后即可完成对被加工件的抛光，待抛光完成后卸掉密封罐体1中的压力，打开密封盖11，取出被加工件即可。
通过调整被加工件的安装位置以及自转电机4和公转电机7的转速，被加工件的被加工面便会在自转和公转运动中获得均匀的抛光效果，避免了只有自转或只有公转运动造成的被加工件不同位置因相对于抛光液线速度不同而造成的抛光不均问题；在其他条件不变的情况下，雷诺数与液体粘度呈反比，因此通过磁场生成装置2精准增加抛光液粘度后，并在保形填平板15的进一步作用下，即使在较高的抛光速度下，抛光液也能够相对被加工件做非常稳定的流动甚至在二者接触面达到层流效果，这将自由无序的抛光颗粒变为有序的“软性磨盘”，进而大大提高抛光质量和抛光效率；抛光液中的非磁性颗粒具有往低磁场方向悬浮的性质，因此磁场分布的改变能够改变抛光颗粒的局部浓度，包括增加、匀化以及减少被加工表面抛光颗粒的浓度，进而控制“软性磨盘”的强度，配合压力的大小，能够精准而多样地控制抛光的强弱；在抛光过程中，止流板13配合磁场生成装置2对抛光液粘度的增强能够有效抑制抛光液相对于密封罐体1的流动并避免乱流的产生，但如果抛光时间过长，抛光液仍有可能随着被加工件同向流动，减弱抛光作用，此时可以改变自转电机4和公转电机7的转动方向；过滤器14将在加工过程中对抛光产生的杂质进行过滤和收集，从而保持抛光液中抛光颗粒成分的原有性质，保持高质量的抛光过程，而当抛光过程存在化学反应时，这也可以确保反应的稳定，同时加压也会加速化学反应，提高抛光效率；当磁场生成装置2施加的磁场足够强，且抛光液的磁流变性质也同样突出时，可以将抛光液变成类似胶体甚至接近固体的状态，此时即使被加工表面为非平面，只要控制好被加工件的转速，根据层流原理，抛光液相对于被加工件也将形成稳定的流动，从而获得均匀的抛光效果，因此本发明提出的新型光学加压无研具抛光装置能够适应多种形状的被加工件的抛光；浸液抛光不会发生温度过高的情况，由于是无研具抛光，液体的流动性使其对复杂表面的压力也具有均匀性，因此不存在应力集中的问题，这确保了不会产生表面和亚表面损伤。
特别指出，在压力要求不高而扭矩要求高的情况下，本发明的公转磁力耦合器17的非接触传动方案也可换做传动轴等接触式传动方案，且该公转传动轴上也可安装夹具来加工回转轴线与公转电机4转动轴线共线的回转对称件；为了平衡和同时加工多个零件，在空间允许的情况下可均布多个自转电机4，并通过自转磁力耦合器16对应安装多个工件安装盘19，例如图2和图3所示的三组自转电机4、自转磁力耦合器16以及工件安装盘19；由于被加工件与抛光液之间是相对运动关系，所以被加工件相对于抛光液的运动或者抛光液相对于被加工件的流动这两种表述本质上是相同的。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种新型光学加压无研具抛光装置，其特征在于，包括电机驱动模块、密封罐模块、加压模块，所述加压模块通过软管与所述密封罐模块相连接；
所述电机驱动模块包括电机、磁力耦合器、旋转盘、旋转支架、工件安装盘以及保形填平板，所述电机驱动模块用于驱动被加工件相对于所述密封罐模块做旋转运动；
所述电机包括一个公转电机和至少一个自转电机，所述磁力耦合器包括一个公转磁力耦合器和至少一个自转磁力耦合器，所述公转电机与所述公转磁力耦合器下半部分对应连接，所述自转电机与所述自转磁力耦合器的下半部分一一对应连接；
所述公转磁力耦合器的下半部分固定安装在所述旋转盘的中心，所述公转磁力耦合器上半部分的转子与所述旋转支架相连接，所述公转磁力耦合器上半部分的定子固定安装于所述密封罐体底部；
所述自转磁力耦合器上半部分的转子与所述工件安装盘相连接，所述自转磁力耦合器上半部分的定子固定安装于所述旋转支架上；
所述保形填平板固定安装于所述旋转支架上，用于抑制所述抛光液在被加工件表面产生乱流运动；
所述密封罐模块包括密封罐体、密封盖、止流板、磁场生成装置、过滤器以及密封罐体内部的抛光液，所述抛光液为具有磁流变性质的抛光液；
所述磁场生成装置与所述过滤器均安装于所述密封罐体上，对被加工件的抛光加工发生在所述密封罐模块内；
所述止流板安装于所述密封盖内侧，所述止流板用于抑制所述抛光液相对于所述密封罐体的流动；
所述加压模块包括软管、压力生成器，所述软管的两端分别于与所述压力生成器以及所述密封盖上的进气装置相连接，所述加压模块为所述密封罐模块提供所需压力。
2.根据权利要求1所述的一种新型光学加压无研具抛光装置，其特征在于：所述自转电机分布在所述旋转盘外围，并通过自转电机固定板与所述旋转盘保持相对固定。
3.根据权利要求1所述的一种新型光学加压无研具抛光装置，其特征在于：所述公转磁力耦合器以及所述自转磁力耦合器的上下部分均位于同一轴线上，且均不穿过所述密封罐体的底部，并与所述密封罐体的底部保持微小的间隙。
4.根据权利要求1所述的一种新型光学加压无研具抛光装置，其特征在于：所述磁场生成装置沿轴向分段安装在所述密封罐体上，用于控制所述密封罐体内的磁场分布和磁场强度。
5.根据权利要求1所述的一种新型光学加压无研具抛光装置，其特征在于：所述公转电机固定安装于底板上，所述底板通过支架与密封罐模块保持相对固定。
6.根据权利要求1所述的一种新型光学加压无研具抛光装置，其特征在于：所述保形填平板的外形同被加工件与所述工件安装盘形成的高低落差和空隙相适应，用于对所述高低落差和空隙进行填充。
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