[發明專利]一種極板間距可調的輪式電流變拋光裝置

有效

• 申請號: 201210549754.3
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN102962733A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 程灝波;蘇景詩
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種電流變拋光工具，特別涉及一種極板間距可調的輪式電流變拋光裝置，屬于超精密光學表面加工領域。

背景技術

電流變拋光技術是一種新興的光學表面加工技術。該技術利用電流變液的粘度隨電場強度的變化而變化的性質，將微細磨料混入電流變液并在電場的作用下形成柔性拋光模，基于普林斯頓方程對光學元件表面進行拋光。該技術是一種結合電動力學、流體力學以及固體物理學的新型光學表面加工技術。

電流變液由具有高介電常數的電流變粒子和低介電常數的基礎液組成。在不施加電場的情況下，電流變液會保持良好的流動性，類似于牛頓流體；而在電場的作用下，電流變液的表觀粘度會急劇增加，當電場強度超過某一臨界值時，電流變液將變為粘塑性固體，具有了一定的抗剪切屈服強度，即具有了賓漢液體的性質；隨著電場強度的增加，電流變液的抗剪切屈服強度還會進一步增加，直到達到最大值為止。

日本東北大學的廚川長源（T.Kuriyagawa）于1999年提出了“電流變液輔助拋光技術”，首次將“電流變效應”應用于光學加工領域。他在電流變液中混入微細磨料制成電流變拋光液，并且在拋光工具頭附近施加較高的電壓，磨料粒子被粘度增加的電流變拋光液束縛在工具頭附近，形成柔性拋光模，與工件表面進行相對運動去除元件表面的材料實現拋光。電流變液輔助拋光技術是一種微量的去除技術，更適合于小型鏡面的高精度拋光。在計算機的輔助下，可以實現高精度的確定性拋光，其具有以下幾個技術特點：1、工具頭體積較小，可以對小型光學元件進行拋光；2、柔性拋光模與工件表面吻合的同時可避免硬性接觸，消除了光學表面被工具頭劃傷，及由于摩擦生熱導致拋光模變形改變去除函數的隱患；3、可以有效抑制邊緣效應和亞表面損傷。4、柔性拋光模可控性強，電流變液對電場強度變化的相應十分靈敏，在毫秒量級。

目前已有的電流變拋光工具存在拋光效率低，結構復雜，參數調節困難的問題。早期的點接觸式電流變拋光裝置雖然結構相對簡單，但是拋光接觸面積很小，拋光區域線速度很低并且拋光區域中心處線速度為零，由普林斯頓方程可知，該結構材料去除效率低，拋光區域中心位置材料去除量為零。近年來出現的新結構在一定程度上改善了去除效率低的現象，但是結構復雜，通常需要多組齒輪或者皮帶輪傳動；采用電刷供電有可能造成電場不穩定；工具頭參數固定無法調節，工具頭不易更換。

發明內容

本發明為了解決已有的電流變拋光裝置拋光效率低，結構復雜，工具頭參數無法調節，工具頭更換困難等問題，設計了一種極板間距可調的輪式電流變拋光裝置。該裝置結構簡單精巧，陰陽極拋光輪間距靈活可調，拋光輪易更換，拋光效率高，供電方式穩定、安全。

本發明采用的技術方案是：

一種極板間距可調的輪式電流變拋光裝置，包括緊固螺栓、墊片、陰極拋光輪、陽極拋光輪、導線、軸承端蓋、頂絲、軸承、陽極支架、主軸、長螺栓、轉接架、套筒、齒輪、電機座和步進電機。

上述部件的連接關系為：主軸通過第三軸承固定于電機座；主動齒輪通過平鍵連接固定于步進電機軸，從動齒輪套在主軸上與主動齒輪嚙合；利用第二軸承將主軸與轉接架連接，第二軸承和從動齒輪之間放置套筒，轉接架通過緊固螺栓固定于電機座；陽極支架通過第一軸承與主軸連接，軸承端蓋通過緊固螺栓將軸承和陽極支架固定，整體可沿主軸滑動；長螺栓穿過陽極支架旋入轉接架的內螺紋孔內；利用頂絲結構通過陽極支架上固定孔將陽極支架相對于長螺栓固定；陽極拋光輪通過過盈配合套在陽極支架上，陰極拋光輪通過螺栓穿過墊片固定于主軸的下端，并與陽極拋光輪保持平行。

工作時，松開頂絲，沿主軸方向調節陰陽拋光輪間距，間距調節合適后旋緊頂絲，固定陽極極板的位置；陰極拋光輪通過主軸等金屬零件與電機外殼相連接地；高壓電源正極通過長螺栓和導線接通陽極拋光輪；通過多自由度精密數控機床將拋光裝置移至拋光區域，將混有磨料的電流變液體加入拋光區域，其會在電場作用下變為粘塑性固體；步進電機通過齒輪驅動主軸轉動，進而帶動陰極拋光輪相對陽極拋光輪轉動，陰極拋光輪轉動時與陽極拋光輪平行；電流變拋光液隨著拋光輪相對工件表面運動產生切削，實現拋光。

可以為該裝置加工一系列直徑不同的拋光輪，針對形狀不同的工件，選擇大小合適的拋光輪。

根所述拋光裝置的拋光輪部分由兩片相互平行的形狀相似半徑相同的輪狀極板組成，陽極拋光輪固定，陰極拋光輪相對于陽極拋光輪轉動。

所述陽極拋光輪、陽極支架、第一軸承和軸承端蓋組成的整體可通過沿主軸滑動的方式來調節陰陽極拋光輪間距。