CN1486821A - 电磁方式磁流变抛光头 - Google Patents
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Abstract
电磁方式磁流变抛光头,属于精密曲面加工工具领域。为了解决现有磁流变抛光中的加工参数不灵活,抛光去除量不容易控制的缺点,本发明公开了一种电磁方式磁流变抛光头,包括电磁轮架、隔磁环、电磁线圈、导磁盘和轮芯,其特征在于:所述抛光头为圆盘形,所述隔磁环两侧有台阶,通过过盈配合安装在电磁轮架和导磁盘的外缘;所述电磁轮架和导磁盘与轮芯通过过盈配合安装在一起;所述的电磁线圈为盘状线圈,位于电磁轮架和导磁盘形成的空腔之中;所述轮芯和外接自转轴之间通过键联接。本发明解决了现有技术中的问题,能够提供更灵活的抛光加工需要,并能够实现对抛光加工的有效控制。
Description
技术领域
本发明属于精密曲面加工工具领域。
背景技术
非球面光学零件是一种非常重要的光学零件,比较常用的有抛物面镜、双曲面镜、椭圆面镜等。非球面光学零件能够很容易的校正多种像差,而对于球面光学零件来说,通常需要多个零件组合起来才能达到同样的效果。这样,非球面镜的使用,可以大大提高光学系统的成像质量,简化光学系统。而相对于对称非球面透镜,自由曲面透镜具有更大的优点。自由曲面透镜的加工方法也有很多,其中计算机控制光学表面成形(CCOS)技术通过特定的抛光算法,控制研磨抛光头,根据检测数据给出的加工尺寸偏差,修整加工参数,可以实现自由曲面的超精密加工,是当前自由曲面加工的一个研究方向。
磁流体是一种固液两相的胶体混合物,并使用磁性材料作为胶体混合物中的固相颗粒。磁流体作为胶体混合物,具有一定的流动性,更重要的是由于磁流体具有磁化性能,可以通过控制外磁场来控制磁流体的粘度和局部的形状。在外磁场的作用下,磁流变抛光液表现出显著的流变行为,若磁流变抛光液受到一强磁场作用时作就会变成类似固体的状态,而一旦离开磁场,又立即变成流动的液体。在高梯度磁场的作用下,磁流变抛光液粘度和硬度增加,并形成突起的缎带形状,成为形成具有粘塑性的介质。当介质与工件表面接触,并发生相对运动时,就可以在工件表面上产生剪切力,从而使得工件表面材料被去除,从而达到抛光的效果。磁流变抛光时形成的凸起的形状、硬度完全可以通过磁场控制,而且由于磁流变液的流动,加工区域不断被更新,所以不存在磨损或变形问题,从而保证了在整个抛光过程中的单位工作特性函数的一致性,这样就可以准确控制材料的去除。根据抛光的实际需要在磁流体中混入一定的抛光磨料实现抛光,利用磁流体的特性进行抛光即称作“磁流变抛光”。
将CCOS技术和磁流变抛光技术相结合,综合两技术的优点,成为超精密非球面加工的一种有效手段。而现有的磁流变抛光技术研究所使用的磁场多由永磁体提供,无法根据实际加工状况灵活调节磁场强度,这样,要实现不同的抛光去除量,就需要控制抛光驻留时间,也就是表面相对运动速度来实现,使得加工过程不连续。使用电磁铁提供加工所需磁场,就可以改变磁场强度来控制抛光去除量,而不是改变驻留时间,使得加工过程更加稳定。
图1表现了一种现有的磁流变抛光技术所采用的工作方式。一个凸面件12浸入到磁流变抛光液13中,和运动盘14保持一定的距离,这样在运动盘14和工件表面之间形成了很小的间隙。而磁极15放置在运动盘14的另一边,用于提供抛光所需的磁场。当磁流变抛光液13被送到运动盘14和被加工工件12之间的间隙附近时,在高梯度磁场的作用下,磁流变液13受力压向运动盘14,会形成突起的缎带形状,同时磁流变抛光液粘度和硬度增加,形成具有粘塑性的介质。当介质随运动盘14的运动进入工件12和运动盘形成的小间隙时,对工件表面与之接触的区域将产生剪切力,从而使得工件表面材料被去除。这种方式控制工件12的倾斜方向和与磁极15的相对位置关系,实现对不同位置的抛光作用,从而完成对工件12的抛光加工。在这种抛光加工中磁场是固定不动的,主要是由位于上方的工件12旋转运动或进给来实现对工件表面不同位置的去除要求,所以很难实现加工尺寸比较大的工件,加工口径一般只有几十毫米。其次在加工工件的形状上也有一定的限制,不能实现对大曲率的轮廓加工,凹面的加工也不方便。
发明内容
为了解决现有磁流变抛光中的加工参数不灵活,抛光去除量不容易控制的缺点,本发明提出了一种电磁方式磁流变抛光头,包括电磁轮架、隔磁环、电磁线圈、导磁盘和轮芯,其特征在于:所述抛光头为圆盘形,所述隔磁环两侧有台阶,通过过盈配合安装在电磁轮架和导磁盘的外缘;所述电磁轮架和导磁盘与轮芯通过过盈配合安装在一起;所述的电磁线圈为盘状线圈,位于电磁轮架和导磁盘形成的空腔之中;所述轮芯和外接自转轴之间通过键联接。
本发明所述的电磁轮架和导磁盘为软磁材料。
本发明所述的隔磁环为非铁磁质材料。
本发明所述的轮芯为非铁磁质材料。
本发明所述的电磁线圈所使用的电源为直流电源或方波交流电源。
本发明所述的电磁方式抛光头按照一定的运动形式,结合数控三坐标磨床,可以实现对工件表面的研磨抛光。电磁线圈导电后,即在抛光头外缘产生磁场分布,而抛光头本身存在着旋转运动,当磁流变抛光液进入磁场时,成为具有粘塑性的宾汉姆(Bingham)介质,将粘附在抛光头外缘,并形成凸起,当这种凸起和工件表面接触时并存在相对运动时,即可在工件表面与之接触的区域产生一定的剪切力,从而去除工件表面材料,这样在机床加工范围内,可以加工任意形状的工件表面,而且在加工质量完全能够达到一般磁流变抛光技术所能达到的效果。另外,本发明中抛光头的旋转运动为公自转复合运动,这样使加工时的纹路更加复杂,可以进一步提高抛光质量。实验证明,本发明能够应用于加工形状复杂的、大型的以及非旋转对称的光学工件。
附图说明
图1为现有磁流变抛光技术的加工原理示意图。
图2为本发明的主剖视图。
图3为本发明的右视图。
图4为本发明的工作示意图。
具体实施方式
下面结合附图来详细说明一下本发明的具体实施方式。
图2表现了抛光头的设计结构,从图上可以看出,包括电磁轮架1、隔磁环2、电磁线圈3、导磁盘4和轮芯5,其特征在于:所述抛光头为圆盘形,隔磁环2两侧有台阶,通过过盈配合安装在电磁轮架1和导磁盘4的外缘,隔磁环2起到结构支撑作用的同时,也对线圈起到密封保护的作用;电磁轮架1和导磁盘4与轮芯5通过过盈配合安装在一起;电磁线圈3为盘状线圈,位于电磁轮架1和导磁盘4形成的空腔之中,并利用电磁轮架1和导磁盘4形成所需的导磁回路;轮芯5和外接自转轴之间通过键联接。
电磁轮架和导磁盘可以采用软磁材料,包括软铁或玻莫合金(1J50)。
隔磁环可以采用非铁磁质材料,包括铝合金或不锈钢。
轮芯可以采用非铁磁质材料,包括铝合金或不锈钢。
电磁线圈所使用的电源为直流电源或方波交流电源。
图3为本发明的右视图,表明所述工具为圆盘状。
图4表示出了本发明的工作使用情况。本发明所需的电源为电刷供给。本发明抛光头9的旋转运动为公自转的复合运动,其中公转转速w1,自转转速w2,这样电刷就需要分别使用在公转和自转两个简单旋转运动位置处。通过公转电刷8,电源通过导线7可导过公转运动级,通过自转电刷6,电源通过导线7可到达抛光头转轴。在中心轴的一端钻上盲孔,这样电源即可顺利的抵达抛光头内的电磁线圈,用以产生抛光加工所需要的磁场。通电后,在抛光头外缘就存在了磁场分布,进入这个区域的磁流变抛光液10受到磁场的作用,被磁力吸附在抛光轮9上,同时,粘度和硬度也发生变化。抛光液与工件11表面接触,并跟随抛光轮在工件11表面产生相对运动,这样,就可以在工件11表面产生剪切力,达到材料去除的目的。通过计算机数控,抛光头在工件11表面以规划路径行进,就可以实现任意自由曲面的抛光加工。
Claims (4)
1.电磁方式磁流变抛光头,包括电磁轮架(1)、隔磁环(2)、电磁线圈(3)、导磁盘(4)和轮芯(5),其特征在于:所述抛光头为圆盘形,所述隔磁环(2)两侧有台阶,通过过盈配合安装在电磁轮架(1)和导磁盘(4)的外缘;所述电磁轮架(1)和导磁盘(4)与轮芯(5)通过过盈配合安装在一起;所述的电磁线圈(3)为盘状线圈,位于电磁轮架(1)和导磁盘(4)形成的空腔之中;所述轮芯(5)和外接自转轴之间通过键联接。
2.根据权利要求1所述的电磁方式磁流变抛光头,其特征在于:所述的电磁轮架(1)和导磁盘(4)为软磁材料。
3.根据权利要求1所述的电磁方式磁流变抛光头,其特征在于:所述的隔磁环(2)为非铁磁质材料。
4.根据权利要求1所述的电磁方式磁流变抛光头,其特征在于:所述的轮芯(5)为非铁磁质材料。
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