CN202088036U - 一种用于公自转磁流变抛光中的循环装置 - Google Patents

Abstract

一种用于公自转磁流变抛光中的循环装置，包括注液槽与回收槽、注液嘴、刮板和其他必要的辅助装置。注液管将磁流变抛光液注入注液槽，注液槽与注液嘴连通，注液嘴将磁流变抛光液加注到抛光轮上，刮板将磁流变抛光液与抛光轮分离，并将磁流变抛光液引导至回收槽中。抽液管将回收槽中的磁流变抛光液抽走。本实用新型所涉及到的用于公自转磁流变抛光中的循环装置，在与公自转磁流变抛光方法配合使用的前提下，能够解决磁流变抛光液的循环问题，保证抛光去除函数的稳定性，使公自转抛光发挥其优势。

Description

一种用于公自转磁流变抛光中的循环装置

技术领域

本专利属于光学曲面精密加工技术领域，特别涉及一种磁流变抛光液循环装置。

背景技术

光学零件的磁流变抛光技术是一种新兴的确定性抛光技术。磁流变液是一种由磁性颗粒、载液和其他添加成分组成的智能材料。由于其中的磁性材料在磁场中会进行重新排列，磁流变液在磁场的作用下会在毫秒时间量级内发生流变，由液态变为类固态。发生流变后的磁流变液具有较高的剪切屈服强度。在磁流变液中加入抛光磨料后可形成磁流变抛光液，在磁场作用下，磁流变抛光液发生流变，形成抛光模，带动抛光磨料实现对光学玻璃等非导磁性材料的抛光。与传统光学抛光技术相比，磁流变抛光技术在对工件面形进行修正和降低工件表面粗糙度的基础上，不会产生亚表面损伤。

美国QED Technology公司与Rochester大学的光学制造中心合作，把磁流变抛光技术和数控技术相结合，研制出一系列可用于光学零件抛光的QED数控磁流变抛光机床，这种数控磁流变抛光技术是目前最常用的磁流变抛光技术。

图1为常用的磁流变抛光技术原理示意图。磁流变抛光液储存在储液罐10中，输送泵9连接到储液罐10底部，并将磁流变抛光液输入到循环管道中。管道中有压力流量测量装置7，用于对磁流变抛光液当前状态进行监控。抛光轮1沿自身几何中心轴旋转(如图示ω₁方向)，可称其为抛光轮1的自转运动。抛光轮1内部装有磁铁，磁铁被固定在轴承座16上，并能在抛光轮1表面形成磁场。当注液嘴6将磁流变抛光液加注到抛光轮1上时，由于磁场的作用，磁流变抛光液将吸附在抛光轮1上，并随之旋转，形成带状，可称其为缎带5。抛光轮1表面有较强的加工区磁场4和较弱的维系区磁场2，加工区磁场4的作用是在加工区形成一个强磁场，从而使磁流变抛光液粘度增加并达到适当的强度。维系区磁场2的作用是使磁流变抛光液吸附在抛光轮1上，并将其带离加工区。抛光轮1与工件3上表面有一间隙，间隙小于缎带5的厚度，所以抛光轮1本身并不与工件3接触，只有磁流变抛光液会触及工件3上表面。当磁流变抛光液随着抛光轮1做自转运动并被带入加工区时，将与工件3发生挤压和摩擦作用，在工件3表面产生抛光去除，该抛光去除的函数分布和加工区内的摩擦力分布直接相关。随后，磁流变抛光液被带离加工区，被收集器14收集起来。抽吸泵12将收集器14中的磁流变抛光液抽出并注入到储液罐10中。搅拌器11用来将储液罐10中的磁流变抛光液搅拌均匀。此外，还有恒温装置和补水装置等辅助维持磁流变抛光液的特性保持恒定。磁流变抛光液持续在抛光轮1、储液罐10和管路中流动，使加工区的磁流变抛光液一直在更新，从而保证抛光去除函数的稳定性。轴承座16被固定在安装底座15上，所以抛光轮1能够随着轴承座16和安装底座15做平移运动。根据工件3初始面形误差和抛光去除函数，预先计算出抛光轮1在工件3表面运行的路径和进给速度分布，将抛光轮1沿着该路径以计算出的进给速度遍历整个工件3表面，就能达到对面形进行修正和降低工件3表面粗糙度的目的。

在常用的磁流变抛光技术中，由于抛光轮1只做自转运动，所以缎带5会在工件3表面留下单一方向的抛光纹路，这种单一纹路对降低工件3表面粗糙度不利。

清华大学提出了一种公自转磁流变抛光技术(ZL03119281.5)。图2为公自转磁流变抛光技术示意图。与常用的磁流变抛光技术相比，公自转磁流变抛光时，抛光轮1不仅做自转运动，而且绕一竖直轴旋转(如图示ω₂方向)，可称其为抛光轮1的公转运动。在进行公自转磁流变抛光时，由于两个旋转运动的存在，抛光纹路更加复杂，不会出现常用磁流变抛光技术中单一方向的抛光纹路，所以公自转抛光对降低工件3表面粗糙度有利，而且加入公转运动后，与常用的磁流变抛光技术相比，在自转速度相同的情况下能够提高抛光效率。此外，在将自转中心相对公转中心做一定量的偏心调整后，公自转抛光的抛光去除函数会形成类似于高斯分布的回转对称形状，这种抛光去除函数分布对于数控编程中的路径规划非常有利。

使用公自转磁流变抛光技术时，要想使注液嘴始终能够将磁流变抛光液加注到抛光轮上，注液嘴和收集器必须与自转运动的转轴保持固定的位置。而且为了保持抛光去除函数的稳定性，必须实现磁流变抛光液的循环以保证抛光区磁流变抛光液持续更新，但是由于公转运动的存在，如果采用与常用磁流变抛光技术相同的循环系统，如图1所示，将无法实现注液嘴始终对准抛光轮，收集器也不能始终和抛光轮贴合以实现磁流变抛光液的收集，从而不可能实现磁流变抛光液的循环和更新。如果不使用磁流变抛光液循环系统，加工区的磁流变抛光液得不到持续更新，将导致抛光去除函数的不稳定和不确定，而无法实现确定性磁流变抛光，最终难以达到纳米级的表面粗糙度和面形精度。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种实现公自转抛光中磁流变抛光液循环的装置，使其在与公自转磁流变抛光技术配合使用的前提下，能够实现磁流变抛光液的循环。

本实用新型的技术方案如下：一种用于公自转磁流变抛光中的循环装置，该装置包括安装底座、固定在安装底座上的轴承座、抛光轮以及循环系统；所述的安装底座做公转运动；所述的抛光轮安装在轴承座上，该抛光轮做自转运动且同时随安装底座做公转运动；所述的循环系统含有储液罐、设置在储液罐中的搅拌器、抽液管、注液管和注液嘴，在所述的抽液管上设有抽吸泵，在所述的注液管上设置有输送泵和压力流量测量装置，注液管的入口端与储液罐的底部连接，其特征在于：所述的循环系统还包含注液槽、支架和刮板；所述的注液槽为环形结构，并通过支架与安装底座相连接，该注液槽的几何轴线与抛光轮的公转运动转轴重合，且随安装底座做公转运动，注液管的出口端位于注液槽内或上方；在注液槽底部开有小孔；所述的注液嘴与注液槽底部的小孔连通，注液嘴的出口对准抛光轮轮缘；所述的刮板连接到支架上，并与抛光轮表面相贴合或留有间隙。

本实用新型所述的循环装置还含有回收槽，所述的回收槽为环形结构，与注液槽同心布置，该回收槽的外径小于注液槽的内径，回收槽位于刮板下方，并与支架相连，且随安装底座做公转运动；所述的抽液管的入口端位于回收槽内。

本实用新型注液槽的底面与水平面之间有一倾角θ，该倾角使小孔位于注液槽底面的最低位置。

本实用新型具有以下优点及突出性效果：所涉及到的用于公自转磁流变抛光中的循环装置，在与公自转磁流变抛光技术配合使用的前提下，能够实现磁流变抛光液的循环。该装置解决了公自转磁流变抛光中的磁流变抛光液循环难题，为抛光去除函数的稳定性提供必要条件，使公自转抛光发挥其优势。

附图说明

图1为常用的磁流变抛光技术原理结构示意图。

图2为公自转磁流变抛光技术原理结构示意图。

图3为本实用新型所述装置的原理结构示意图。

图4为本实用新型所述装置公转90°后示意图。

图5为本实用新型所述抛光轮、注液槽和回收槽结构示意图。

图中：1-抛光轮；2-维系区磁场；3-工件；4-加工区磁场；5-缎带；6-注液嘴；7-压力流量测量装置；8-注液管；9-输送泵；10-储液罐；11-搅拌器；12-抽吸泵；13-抽液管；14-收集器；15-安装底座；16-轴承座；17-注液槽；18-回收槽；19-小孔；20-刮板；21-支架。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的原理、结构和工作过程做进一步的说明。

图3为本实用新型提供的一种用于公自转磁流变抛光中的循环装置的原理结构示意图，该装置包括安装底座15、固定在安装底座15上的轴承座16、抛光轮1以及循环系统；所述的安装底座15做公转运动；所述的抛光轮1安装在轴承座16上，做自转运动且同时随安装底座15做公转运动；所述的循环系统含有储液罐10、设置在储液罐10中的搅拌器11、抽液管13、注液管8、注液嘴6、注液槽17、支架21和刮板20，在所述的抽液管13上设有抽吸泵12，在所述的注液管8上设置有输送泵9和压力流量测量装置7，注液管8的入口端与储液罐10的底部连接，所述的注液槽17为环形结构，并通过支架21与安装底座15相连接，该注液槽17的几何轴线与抛光轮1的公转运动转轴重合，且随安装底座做公转运动，注液管8的出口端位于注液槽17内或上方；在注液槽17底部开有小孔19；所述的注液嘴6与注液槽17底部的小孔19连通，注液嘴6的出口对准抛光轮1轮缘；所述的刮板20连接到支架21上，并与抛光轮1表面相贴合或留有间隙。

为了将通过加工区的磁流变抛光液收集起来，所述的循环装置还含有回收槽18，所述的回收槽18为环形结构，与注液槽17同心布置，该回收槽18的外径小于注液槽17的内径，回收槽18位于刮板20下方，并与支架21相连，且随安装底座做公转运动；所述的抽液管13的入口端位于回收槽18内。

为了便于磁流变抛光液向小孔19流动，所述的注液槽17的底面与水平面之间有一倾角θ，该倾角使小孔19位于注液槽底面的最低位置。

本实用新型的工作原理为：磁流变抛光液储存在储液罐10中，输送泵9连接到储液罐10底部，并将磁流变抛光液输入到循环管道中。管道中有压力流量测量装置7，用于对磁流变抛光液当前状态进行监控。随后，磁流变抛光液经过注液管8被注入到注液槽17中，注液槽17为环形结构，注液槽17的底面与水平面之间有一夹角θ，所以注液槽17内各处的液体深度不同。在注液槽17内的液体最深处，有小孔19，磁流变抛光液通过小孔19流入注液嘴6处，并被加注到抛光轮1上。由于注液嘴6必须与自转运动的转轴保持固定的位置，所以注液嘴6和注液槽17需要随着抛光轮1做公转运动。抛光轮1内部装有磁铁，磁铁被固定在轴承座16上，并能在抛光轮1表面形成磁场。当注液嘴6将磁流变抛光液加注到抛光轮1上时，由于磁场的作用，磁流变抛光液将吸附在抛光轮1上，形成缎带5，并随之旋转。当磁流变抛光液被抛光轮1带入加工区时，由于公转运动的存在，会形成一个回转对称形的抛光去除函数。随后，磁流变抛光液被带离加工区，在刮板20的作用下，磁流变抛光液与抛光轮1分离，并流入回收槽18中，回收槽18为环形结构。由于刮板20必须与自转运动的转轴保持固定的位置，所以刮板20需要随着抛光轮1做公转运动。回收槽18的主要作用是收集从刮板20上流下的磁流变抛光液。注液槽17、回收槽18和刮板20固连在支架21上，支架21固定在安装底座15上，随安装底座15做平移和公转运动。抽液管13管口伸入到回收槽18内的液面下，由抽吸泵12将回收槽18中的磁流变抛光液抽出并注入到储液罐10中。搅拌器11用来将储液罐10中的磁流变抛光液搅拌均匀。此外，还有恒温装置和补水装置等辅助维持磁流变抛光液的特性稳定。图4为抛光轮沿公转方向运动90度后的情况。由于注液槽17跟随抛光轮1做公转运动，注液嘴6能够将磁流变抛光液一直准确地加注到抛光轮1上。由于刮板20固定于安装底座15并跟随抛光轮1做公转运动，也实现了一直和抛光轮1保持贴合并刮下磁流变抛光液至回收槽18中。同时，储液罐10至注液管8和抽液管13至储液罐10之间的管路也不必参与公转运动，实现了公自转磁流变抛光中的磁流变抛光液循环。图5为本实用新型所述抛光轮、注液槽和回收槽结构示意图。

操作步骤如下：将配置好的磁流变抛光液加入储液罐10内，开启搅拌器11将磁流变抛光液搅拌均匀，开启公自转运动，打开抽吸泵12。用输送泵9将磁流变抛光液注入到注液槽17中。起始时，适当增大磁流变抛光液注入注液槽17的速度，使注入速度略大于注液嘴6处的磁流变抛光液流速，令注液槽17中的液体不断积累起来。当注液槽17中有一定量的液体时，适当减小磁流变抛光液的注入速度，使注入速度等于注液嘴6处的磁流变抛光液流速，令注液槽17中的液体液面高度保持不变。注液嘴6将会把磁流变抛光液稳定地加注到抛光轮1上，由抛光轮1将磁流变抛光液带入到加工区对工件3进行抛光。刮板20、回收槽18、抽吸泵12将磁流变抛光液回收至储液罐10中。压力流量测量装置7对磁流变抛光液当前状态进行监控，为控制输送泵9和抽吸泵12的转速提供参考，以保持管路内磁流变抛光液流速和压力不变。这样，磁流变抛光液即可稳定地循环起来，使抛光轮1底部加工区的磁流变抛光液得到稳定持续的更新。

Claims (3)

1.一种用于公自转磁流变抛光中的循环装置，该装置包括安装底座(15)、固定在安装底座(15)上的轴承座(16)、抛光轮(1)以及循环系统；所述的安装底座(15)做公转运动；所述的抛光轮(1)安装在轴承座(16)上，该抛光轮做自转运动且同时随安装底座(15)做公转运动；所述的循环系统含有储液罐(10)、设置在储液罐(10)中的搅拌器(11)、抽液管(13)、注液管(8)和注液嘴(6)，在所述的抽液管(13)上设有抽吸泵(12)，在所述的注液管(8)上设置有输送泵(9)和压力流量测量装置(7)，注液管(8)的入口端与储液罐(10)的底部连接，其特征在于：所述的循环系统还包含注液槽(17)、支架(21)和刮板(20)；所述的注液槽(17)为环形结构，并通过支架(21)与安装底座(15)相连接，注液槽(17)的几何轴线与抛光轮(1)的公转运动转轴重合，且随安装底座(15)做公转运动，注液管(8)的出口端位于注液槽(17)内或上方；在注液槽(17)底部开有小孔(19)；所述的注液嘴(6)与注液槽(17)底部的小孔(19)连通，注液嘴(6)的出口对准抛光轮(1)轮缘；所述的刮板(20)连接到支架(21)上，并与抛光轮(1)表面相贴合或留有间隙。

2.如权利要求1所述的一种用于公自转磁流变抛光中的循环装置，其特征在于：所述的循环系统还含有回收槽(18)，所述的回收槽(18)为环形结构，与注液槽(17)同心布置，该回收槽(18)的外径小于注液槽(17)的内径，回收槽(18)位于刮板(20)下方，并与支架(21)相连，且随安装底座(15)做公转运动；所述的抽液管(13)的入口端位于回收槽(18)内。

3.如权利要求1所述的一种用于公自转磁流变抛光中的循环装置，其特征在于：所述的注液槽(17)的底面与水平面之间有一倾角θ，该倾角使小孔(19)位于注液槽(17)底面的最低位置。

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