CN210435840U - 一种基于弹性体磁致固态流变效应的抛光装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于弹性体磁致固态流变效应的抛光装置，包括抛光盘，所述抛光盘的下端面向上凹陷形成第一凹槽，所述第一凹槽内设置有永磁铁，所述抛光盘的上端面与主轴连接，所述抛光盘的下端设置有调整盘，所述调整盘上设置有与元件配合的磁流变弹性体，还包括与管道连通的喷嘴，所述喷嘴用于向元件表面喷射抛光液，所述喷射抛光液内设置有磨粒。该装置能够实现对大口径光学元件的超光滑、低缺陷抛光。

Description

一种基于弹性体磁致固态流变效应的抛光装置

技术领域

本实用新型涉及光学元件抛光技术领域，具体涉及一种基于弹性体磁致固态流变效应的抛光装置。

背景技术

随着光学技术的快速发展，太空望远镜等多个领域对光学元件提出大口径、超光滑、低缺陷的要求，然而，硬脆材料由于其材料特性，想要达到亚纳米级表面质量及近无损伤的表面完整性，其抛光难度大、效率低，因此，针对大口径光学元件的超光滑、低缺陷的表面质量要求，目前超精密加工质量和效率远远满足不了我国重大光学工程的需要。

随着光学元件加工精度、表面质量要求越来越高，多种光学元件抛光工艺营运而生，如小工具抛光、磁流变抛光、射流抛光、气囊抛光、离子束抛光、动压抛光、固结磨粒抛光等等，其中，磁流变抛光因其能获得超光滑、近无损的光学元件表面而被国内外学者广泛关注，磁流变抛光是一种利用在磁场作用下磁流变抛光液中的磁性颗粒以链式结构排布，从而使抛光液形成柔性缎带，柔性缎带与被抛光光学工件接触并发生相对运动，由于流变效应的存在从而形成较大的剪切力，接触区域的抛光液中的磨粒在剪切力的作用下产生纳米级的材料去除。与传统抛光方式不同，磁流变抛光是在剪切力作用下产生材料去除的，其正压力很小，磨粒的压入深度很小，不会产生裂纹等缺陷，因此，磁流变抛光后表面能够达到亚纳米级的粗糙度及近无损的表面完整性。然而，磁流变抛光受限于抛光液流量、抛光接触面积等因素，材料去除效率较低，大多应用在光学元件最终面形修整过程中；同时，由于磁流变抛光去除函数尺寸很小，在面形修整后会光学元件会产生与去除函数尺寸相关的中频误差，难以进一步的去除。因此，针对大口径光学元件，磁流变抛光受限于去除效率和去除函数尺寸的限制，难以应用在大口径光学元件的超光滑、低缺陷抛光工艺过程中。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于弹性体磁致固态流变效应的抛光装置，该装置能够实现对大口径光学元件的超光滑、低缺陷抛光。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种基于弹性体磁致固态流变效应的抛光装置，包括抛光盘，所述抛光盘的下端面向上凹陷形成第一凹槽，所述第一凹槽内设置有永磁铁，所述抛光盘的上端面与主轴连接，所述抛光盘的下端设置有调整盘，所述调整盘上设置有磁流变弹性体，还包括与管道连通的喷嘴，所述喷嘴用于向光学元件表面喷射抛光液，所述抛光液内设置有磨粒。

本实用新型所述永磁铁可以粘结在第一凹槽内，所述磁流变弹性体可以粘接在调整盘上，所述抛光液为现有技术，通过市场购买可获得，可以是含有一定浓度的氧化铈、氧化铝或金刚石等典型抛光粉的抛光液，所述磁流变弹性体为现有技术，在抛光过程中磁流变弹性体处于光学元件和抛光盘第一凹槽内的永磁铁之间，在磁场作用下的磁流变弹性体形成的抛光层与工件的接触深度在0.5～5mm之间，磨粒通过剪切力实现材料去除，所述磁流变弹性体包括基体材料和磁性颗粒，所述基体材料可为硅橡胶、聚氨酯等多种高分子聚合物，基体中磁性颗粒选用羰基铁粉，其颗粒的大小为1-200μm，可根据应用需求选择合适的弹性体材料。所述磨粒可以是氧化铈、氧化铝、氧化硅或纳米金刚石颗粒。

本实用新型的工作原理：

主轴在外力(可以是电机)的驱动下转动，通过主轴带动磁流变弹性体转动，磁流变弹性体在磁流变效应作用下产生较大的剪切力，带动磨粒与光学元件发生相对运动，产生材料去除，在实际抛光过程中，将磁流变弹性体与被加工的光学元件表面刚刚接触后，再将磁流变弹性体向下0.5～5.0mm，具体根据磁流变弹性体的材料特性进行选择。

本实用新型采用磁流变弹性体替代传统的磁流变抛光液，采用磁流变弹性体作为小工具抛光的抛光层材料，在永磁体磁场的控制下磁流变弹性体磁致固态流变效应，弹性体流变效应下产生的剪切力带动抛光液中的磨粒与工件接触并发生相对运动，实现材料去除。本实用新型相比于磁流变抛光，通过采用小于光学元件口径的子孔径磁流变弹性体抛光头，抛光头工具与工件表面可接触面积远大于传统磁流变抛光工艺中磁流变抛光缎带与工件的可接触面积，大大增加了磁流变抛光区域接触面积，同时利用磁致固态磁流变效应能产生更大的剪切力的特点，提高了材料去除的效率，有利于控制中频误差，能够满足大口径光学元件的超光滑、低缺陷的表面质量的要求。

本实用新型所述的磁流变弹性体中不含有磨粒，在抛光过程中磨粒由抛光液提供，即本实用新型通过抛光液提供磨粒而非将磨粒固结在基底之中，其加工过程材料满足三体去除机理，更容易实现纳米级的材料去除，获得高质量的表面。同时抛光液能够起到减摩抗震、冷却排屑的作用，有利于提高磁流变弹性体的使用寿命，提高被加工表面的表面质量。

进一步地，抛光盘和调整盘通过螺纹副连接。

通过调节螺纹副，可调节磁流变弹性体与永磁体之间的相对距离，从而调整磁场的大小，改变磁场作用下磁流变弹性体产生的固态磁致流变效应的强弱。

进一步地，螺纹副包括设置在第一凹槽内壁的内螺纹和设置在调整盘外壁的外螺纹，所述外螺纹和内螺纹相互配合。

进一步地，第一凹槽和调整盘的侧壁在螺纹副处均设置有螺纹孔，所述第一凹槽和调整盘在螺纹副处通过紧固螺钉连接。

进一步地，第一凹槽的内壁沿着径向凹陷形成环形槽，所述内螺纹设置在环形槽内，所述调整盘的上端面向下凹陷形成第二凹槽，所述第二凹槽的厚度与环形槽的深度一致。

即环形槽的内径大于第一凹槽的内径，所述环形槽设置在第一凹槽开口端内壁，所述第二凹槽的厚度具体是指在径向上的宽度，所述环形槽的深度具体是指环形槽相对于第一凹槽的在径向上的延伸长度。

上述设置能够避免调整盘挤压永磁铁。

进一步地，调整盘的下端面向上凹陷形成第三凹槽，所述磁流变弹性体设置在第三凹槽内，所述磁流变弹性体的下端凸出于第三凹槽。

进一步地，主轴上设置有弹性联轴器。

弹性联轴器发生形变可自适应面形曲率变化，保持载荷分布均匀。

进一步地，抛光盘的大小可调节范围在5-400mm之间。

具体地，抛光盘的大小可根据被抛光元件的口径进行选择，抛光盘直径范围在5-400mm 之间。

使得本装置满足不同口径光学元件的加工。

进一步地，所述调整盘的采用铝材制成，对磁场不产生屏蔽作用。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

1、本实用新型利用磁致固态磁流变效应能产生更大的剪切力的特点，相比于传统磁流变抛光工艺，提高了材料去除的效率，有利于控制中频误差，能够满足大口径光学元件的超光滑、低缺陷的表面质量的要求。

2、本实用新型所述的磁流变弹性体中不含有磨粒，在抛光过程中磨粒由抛光液提供，即本实用新型通过抛光液提供磨粒而非将磨粒固结在基底之中，其材料去除满足三体去除机理，更容易实现纳米级的材料去除，获得高质量的表面。同时抛光液能够起到减摩抗震、冷却排屑的作用，有利于提高磁流变弹性体的使用寿命，提高被加工表面的表面质量。

3、本实用新型通过调节螺纹副，可调节磁流变弹性体与永磁体之间的相对距离，从而调整磁场的大小，改变磁场作用下磁流变弹性体产生的固态磁致流变效应的强弱。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1为抛光装置的结构示意图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1-磁流变弹性体，2-紧固螺钉，3-调整盘，4-永磁铁，5-抛光盘，6-弹性联轴器，7-主轴， 8-抛光液，9-喷嘴，10-磨粒，11-光学元件。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例1：

如图1所示，一种基于弹性体磁致固态流变效应的抛光装置，包括抛光盘5，所述抛光盘5的下端面向上凹陷形成第一凹槽，所述第一凹槽内设置有永磁铁4，所述抛光盘5的上端面与主轴7连接，所述抛光盘5的下端设置有调整盘3，所述调整盘3上设置有与光学元件11配合的磁流变弹性体1，还包括与管道连通的喷嘴9，所述管道与抛光液供应系统连接，所述喷嘴9用于向光学元件11表面喷射抛光液8，所述抛光液8内设置有磨粒10。

本实施例所述抛光装置在使用过程中安装在数控机床或加工中心、或工业机器人的主轴上，将喷嘴9移动至工件与磁流变弹性体接触部分的合适位置进行喷射供给抛光液，主轴转动后抛光盘5内磁场作用下的磁流变弹性体1裹挟抛光液8中的磨粒10与工件发生相对运动，实现对表面材料的剪切去除，通过控制磁流变弹性体1沿着一定的轨迹运动，实现被加工光学元件表面超光滑、低缺陷抛光。

实施例2：

如图1所示，本实施例基于实施例1，所述抛光盘5和调整盘3通过螺纹副连接；所述螺纹副包括设置在第一凹槽内壁的内螺纹和设置在调整盘3外壁的外螺纹，所述外螺纹和内螺纹相互配合；所述第一凹槽和调整盘3的侧壁在螺纹副处均设置有螺纹孔，所述第一凹槽和调整盘3在螺纹副处通过紧固螺钉2连接；第一凹槽的内壁沿着径向凹陷形成环形槽，所述内螺纹设置在环形槽内，所述调整盘3的上端面向下凹陷形成第二凹槽，所述第二凹槽的厚度与环形槽的深度一致；所述调整盘3的下端面向上凹陷形成第三凹槽，所述磁流变弹性体1设置在第三凹槽内，所述磁流变弹性体1的下端凸出于第三凹槽。

本实施例在抛光过程中可通过控制磁流变弹性体1与永磁铁4的相对位置、工件与磁流变弹性体1的接触深度、抛光液8的浓度、抛光液8的供给压力、抛光时间及运动轨迹来控制材料去除量及被加工表面的表面质量，实现大口径光学元件的超光滑、低缺陷加工。

实施例3：

如图1所示，本实施例基于实施例1或实施例2，所述主轴7上设置有弹性联轴器6；所述抛光盘5的大小根据被抛光元件的口径进行选择，抛光盘直径范围在5-400mm之间，所述调整盘3的采用铝材制成。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于弹性体磁致固态流变效应的抛光装置，其特征在于，包括抛光盘(5)，所述抛光盘(5)的下端面向上凹陷形成第一凹槽，所述第一凹槽内设置有永磁铁(4)，所述抛光盘(5)的上端面与主轴(7)连接，所述抛光盘(5)的下端设置有调整盘(3)，所述调整盘(3)上设置有磁流变弹性体(1)，还包括与管道连通的喷嘴(9)，所述喷嘴(9)用于向光学元件(11)表面喷射抛光液(8)，所述抛光液(8)内设置有磨粒(10)。

2.根据权利要求1所述的一种基于弹性体磁致固态流变效应的抛光装置，其特征在于，所述抛光盘(5)和调整盘(3)通过螺纹副连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于弹性体磁致固态流变效应的抛光装置，其特征在于，所述螺纹副包括设置在第一凹槽内壁的内螺纹和设置在调整盘(3)外壁的外螺纹，所述外螺纹和内螺纹相互配合。

4.根据权利要求2所述的一种基于弹性体磁致固态流变效应的抛光装置，其特征在于，所述第一凹槽和调整盘(3)的侧壁在螺纹副处均设置有螺纹孔，所述第一凹槽和调整盘(3)在螺纹副处通过紧固螺钉(2)连接。

5.根据权利要求3所述的一种基于弹性体磁致固态流变效应的抛光装置，其特征在于，所述第一凹槽的内壁沿着径向凹陷形成环形槽，所述内螺纹设置在环形槽内，所述调整盘(3)的上端面向下凹陷形成第二凹槽，所述第二凹槽的厚度与环形槽的深度一致。

6.根据权利要求1所述的一种基于弹性体磁致固态流变效应的抛光装置，其特征在于，所述调整盘(3)的下端面向上凹陷形成第三凹槽，所述磁流变弹性体(1)设置在第三凹槽内，所述磁流变弹性体(1)的下端凸出于第三凹槽。

7.根据权利要求1所述的一种基于弹性体磁致固态流变效应的抛光装置，其特征在于，所述主轴(7)上设置有弹性联轴器(6)。

8.根据权利要求1-7任一项所述的一种基于弹性体磁致固态流变效应的抛光装置，其特征在于，所述抛光盘(5)的大小可调节范围在5-400mm之间。

9.根据权利要求1-7任一项所述的一种基于弹性体磁致固态流变效应的抛光装置，其特征在于，所述调整盘(3)的采用铝材制成。

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