CN1915591A

CN1915591A - 参数可调式磁流变抛光轮

Info

Publication number: CN1915591A
Application number: CN 200610037426
Authority: CN
Inventors: 郭隐彪; 郭江
Original assignee: Xiamen University
Current assignee: Xiamen University
Priority date: 2006-09-04
Filing date: 2006-09-04
Publication date: 2007-02-21
Anticipated expiration: 2026-09-04
Also published as: CN100436052C

Abstract

参数可调式磁流变抛光轮，涉及一种抛光工具，尤其是涉及一种超精密非球面加工工具的参数可调式磁流变抛光轮。提供一种结构简单的参数可调式磁流变抛光轮。设有驱动电机、齿轮组、抛光盘、轴承、磁芯、线圈、导座、丝杆组、微型电机组、支座、滚针轴承和支撑轴。电机设在支座上，齿轮组分别固定在驱动电机和支撑轴上，抛光盘与支撑轴联结，磁芯由2块盘状磁体正对放置组成，2块盘状磁体之间留有空隙，每块盘状磁体由至少2块尺寸相等的磁体组成，微型电机和丝杆的数目与磁体数目相等，磁芯下端内部分别穿有丝杆并固定在各导座上，导座与支座导轨相联，线圈设于磁芯内；支座与支撑轴之间通过滚针轴承联结，支撑轴外接机床部件。

Description

参数可调式磁流变抛光轮

技术领域

本发明涉及一种抛光工具，尤其是涉及一种超精密非球面加工工具的参数可调式磁流变抛光轮。

背景技术

非球面光学零件在未来的国防、航空、航天和信息等诸多领域中发挥着越来越重要的作用，其表面精度和表面品质的提高离不开超光滑表面抛光技术的支持。对一个非球面光学零件的加工一般要经过粗磨成形、精磨和抛光等几个阶段，最终光学的表面品质由抛光决定，因此抛光是最重要的工序。一种新型的抛光技术——磁流变抛光(MagetorheologicalFinishing，MRF)技术不仅能够加工出超光滑的表面，而且几乎没有变质层，因而越来越受到各国研究人员的广泛关注。磁流变抛光技术是一项为适应高精度加工而发展起来的新技术，其优点是抛光区域为可控的柔性抛光，在抛光表面不会产生亚表面破坏层，获得纳米级的表面粗糙度，能够很好地满足航天、航空和国防等领域的加工要求，有着广阔的应用前景。它能够顺利进行的两个前提条件：一是提供适合于磁流变抛光的梯度磁场，二是配制出具有良好流变性的磁流变抛光液(J.A.Tichy.Hydrodynamic lubrication theory for the Binham plasticflow model.[J].Rheol，1991，35(4)：477-496)。

发明内容

本发明的目的在于针对磁流变抛光技术能顺利进行需要提供适合于磁流变抛光的梯度磁场的条件，提供一种结构简单且实用的参数可调式磁流变抛光轮，实现对光学元件的超精密抛光。

本发明设有驱动电机、齿轮组、抛光盘、轴承、磁芯、线圈、导座、丝杆组、微型电机组、支座、滚针轴承和支撑轴。

驱动电机和微型电机组固定在支座上，驱动电机的引线通过设于支撑轴上的导线通孔引出外接电源，齿轮组的小齿轮固定在驱动电机主轴上，齿轮组的大齿轮固定在支撑轴上，齿轮组在驱动电机的驱动下实现磁芯与支撑轴之间的相对位置调整；抛光盘为顶部薄，两侧厚的立式中空壳体结构，抛光盘与支撑轴通过轴承联结，磁芯由2块盘状磁体正对放置组成，2块盘状磁体之间留有空隙，每块盘状磁体由至少2块尺寸相等的磁体组成，磁体采用软磁材料制成，微型电机组的微型电机数目、丝杆组的丝杆数目与组成盘状磁体的磁体数目相等，磁芯上端即空隙(气隙)两侧部分采用圆弧形过渡，磁芯下端内部分别穿有丝杆并固定在各个导座上，导座通过底部的燕尾槽与支座上的导轨相联，各丝杆在对应的微型电机驱动下实现对相应的各块磁体空隙的调整；线圈沿轴向设于磁芯内；支座与支撑轴之间通过滚针轴承联结，支座与滚针轴承之间为过盈配合，支撑轴两端通过键联接方式外接机床部件。

所述的组成磁芯的磁体、微型电机和丝杆的数目最好为3～12套。

抛光前首先将抛光轮内部磁芯与支撑轴之间相对位置以及各磁体的气隙(空隙)大小调整好，抛光中抛光轮内部结构保持固定，利用直流电对线圈通电，磁流变体附着在磁芯气隙上方的抛光盘的外壳上，外部电机通过齿轮组驱动抛光盘旋转，由抛光盘带着磁流变体进行抛光。本发明提供的磁流变抛光功能强大，可提供更灵活的抛光需要，磨头的柔性可在线控制，能很好地满足磁流变抛光的需要。与现有的抛光轮相比，本发明具有以下突出特点：

1.抛光参数可调。由于本发明采用直流电对线圈通电，在磁芯气隙处产生高强磁场，磁流变液在高强磁场的作用下受力压向运动盘，转变成宾汉(Bingham)介质，形成单一稳定的缎带突起(即磨头)，当此磨头随同抛光盘进入工件和抛光轮形成的汇集间隙时，对工件表面与之接触的区域产生很大的剪切力，从而使工件表面材料被去除。通过调整线圈电流的强弱以及各个磁芯气隙处的大小，可以实现对抛光磨头大小和形状的有效控制，从而满足不同尺寸光学元件抛光的需要。

2.抛光精度高。是一种抛光区域可控的柔性抛光，在抛光表面不会产生亚表面破坏层，可获得纳米级的表面粗糙度。

3.加工稳定性高。因采用直流电对线圈通电，故不会产生磁滞损耗和涡流损耗，可以保持恒定的磁场；同时抛光中只有抛光盘带动磁流变体旋转抛光，而内部结构保持固定，从而确保加工中比较高的稳定性。

4.操作简单。易于与机床配合，容易操作。

由此可见，利用本发明对高精度非球面表面进行抛光，能够有效加工出超光滑的表面，具有很大的研究价值和可行性。

附图说明

图1为本发明实施例的基本结构剖面示意图。

图2为本发明实施例的内部磁芯的基本结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的说明。

参见图1和2，本发明实施例的基本结构主要由轴承1、齿轮组2、驱动电机3、导座4、抛光盘5、磁芯6、线圈7、丝杆组8、支座9、滚针轴承10、导线通孔11、支撑轴12和微型电机组13等组成。驱动电机3和微型电机组13固定在支座9上，驱动电机3的引线通过设于支撑轴12上的导线通孔11引出外接电源，齿轮组2的小齿轮固定在驱动电机3主轴上，齿轮组2的大齿轮固定在支撑轴12上，齿轮组2在驱动电机3的驱动下实现磁芯6与支撑轴12之间的相对位置调整；抛光盘5为顶部薄，两侧厚的立式中空壳体结构，其顶部的厚度约为2mm，选用不导磁(即磁导率约为1)的材料制成，抛光中磁流变体附着其上，两侧较厚，约为5mm，采用磁屏蔽材料制成。抛光盘5与支撑轴12通过轴承1联结，磁芯6由2块盘状磁体正对放置组成，2块盘状磁体之间留有空隙，每块盘状磁体由6块尺寸相等的扇形磁体组成，磁体采用软磁材料制成，微型电机组13和丝杆组8的数目与组成盘状磁体的磁体数目相等，磁芯6上端即气隙两侧部分采用圆弧形过渡，磁芯6下端内部分别穿有丝杆并固定在各个导座4上，导座4通过底部的燕尾槽14与支座9上的导轨相联，各丝杆在对应的微型电机驱动下实现对相应的各块磁体空隙的调整；线圈7沿轴向设于磁芯6内；支座9与支撑轴12之间通过滚针轴承10联结，支座9与滚针轴承10之间为过盈配合，支撑轴12两端通过键联接方式外接机床部件。

Claims

1.参数可调式磁流变抛光轮，其特征在于设有驱动电机、齿轮组、抛光盘、轴承、磁芯、线圈、导座、丝杆组、微型电机组、支座、滚针轴承和支撑轴，驱动电机和微型电机组固定在支座上，齿轮组的小齿轮固定在驱动电机主轴上，齿轮组的大齿轮固定在支撑轴上，齿轮组在驱动电机的驱动下实现磁芯与支撑轴之间的相对位置调整；抛光盘与支撑轴通过轴承联结，磁芯由2块盘状磁体正对放置组成，2块盘状磁体之间留有空隙，每块盘状磁体由至少2块尺寸相等的磁体组成，微型电机组的微型电机数目、丝杆组的丝杆数目与组成盘状磁体的磁体数目相等，磁芯下端内部分别穿有丝杆并固定在各个导座上，导座与支座上的导轨相联，各丝杆在对应的微型电机驱动下实现对相应的各块磁体空隙的调整；线圈沿轴向设于磁芯内；支座与支撑轴之间通过滚针轴承联结，支撑轴两端通过键联接方式外接机床部件。

2.如权利要求1所述的参数可调式磁流变抛光轮，其特征在于所述的驱动电机的引线通过设于支撑轴上的导线通孔引出外接电源。

3.如权利要求1所述的参数可调式磁流变抛光轮，其特征在于所述的抛光盘为顶部薄，两侧厚的立式中空壳体结构。

4.如权利要求1所述的参数可调式磁流变抛光轮，其特征在于所述的磁体为软磁材料磁体。

5.如权利要求1所述的参数可调式磁流变抛光轮，其特征在于所述的磁芯上端即空隙两侧部分采用圆弧形过渡。

6.如权利要求1所述的参数可调式磁流变抛光轮，其特征在于所述的导座通过底部的燕尾槽与支座上的导轨相联。

7.如权利要求1所述的参数可调式磁流变抛光轮，其特征在于所述的支座与滚针轴承之间为过盈配合。

8.如权利要求1所述的参数可调式磁流变抛光轮，其特征在于所述的磁体、微型电机和丝杆的数目为3～12套。