[發明專利]一種凹形曲面拋光工具

有效

• 申請號: 201310288603.1
• 申請日: 2013-07-10
• 公開（公告）號: CN103302556A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 王振忠;梁愷;王詹帥;郭隱彪
• 申請（專利權）人: 廈門大學
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00
• 代理公司: 廈門南強之路專利事務所(普通合伙) 35200
• 代理人: 劉勇

技術領域

本發明涉及一種拋光工具，尤其是涉及基于多自由度電機和磁流變技術的一種凹形曲面拋光工具。

背景技術

隨著機械手等高精度復雜控制系統的發展，對于驅動機構精密度和穩定性能的要求日益提高。傳統上由多個單自由度電機和復雜機械傳動機構組成的控制系統誤差的累計往往導致整個控制系統的精度下降，甚至影響系統整體的穩定性。多自由度球形電機能極大簡化系統機構，提高系統動穩態性能，成為當今電機學研究前沿。引入永磁體的多自由度電機，可以大大提高電機磁能積，有效提高電機的運行效率，減小電機的體積，提高電機的可控性。永磁類型的多自由度電機克服了感應型多自由度電機定子鐵心和繞組復雜以及異步電機固有的伺服特性相對較差的先天性缺點。所以永磁多自由度電機有令人激動的發展前景。在運動學中，球形是最有可能、最有利于作多自由度運動的幾何體。因此，各國學者們紛紛把永磁體引入到球形電機的結構當中。永磁球形多自由度電機是目前電機學發展的一個嶄新方向。(參見文獻：Yusuf?Oner，Engin?Cetin，Harun?Kemal?Ozturk，et?al．Design?of?a?New?Three-degree?of?Freedom?Spherical?Motor?for?Photovoltaic-tracking?Systems［J］.Renewable?Energy，2009，34:2751-2756）

磁流變拋光技術是利用磁流變拋光液在磁場中的流變性對工件進行確定性局部修行、拋光的技術。磁流變液被循環帶入工件與拋光工具之間形成的微小間距的拋光區中，在該區域里，磁流變液在高梯度磁場的作用下，發生流變效應而變硬、黏度增大，其中的磁性顆粒沿著磁場強度的方向排列成鏈，就形成具有一定形狀的凸起緞帶，而其中的拋光粉顆粒不具有磁性，因此會被擠壓而浮向磁場強度弱的上方，這樣上表面浮著一層拋光顆粒的凸起緞帶就構成了一個“柔性拋光模”，當“柔性拋光模”與工件表面存在相對運動時，會對工件表面產生很大的剪切力，對工件表面材料實現去除。“柔性拋光模”的形狀和硬度可以由磁場實時控制，可以確保在一定磁場強度下拋光區的穩定性。然而，磁流變拋光技術雖然具有很高的拋光精度，但是存在拋光效率較低的問題（參見中國專利CN102284890A）。

發明內容

本發明的目的是提供結構簡單，能有效提高磁流變拋光效率，基于多自由度電機和磁流變技術的一種凹形曲面拋光工具。

本發明設有多自由度電機固定座、多自由度電機、連接軸、區域磁場調節裝置、曲面模具、控制器和磁流變液循環裝置；

多自由度電機座與外部機床的進給機構連接，多自由度電機固于多自由度電機座上，多自由度電機軸與連接軸一端連接，連接軸另一端與區域磁場調節裝置連接，曲面模具上端與多自由度電機固定座連接，所述區域磁場調節裝置位于曲面模具內，曲面模具外表面面形與被拋光工件曲面的面形相同，控制器設于連接軸上，控制器與區域磁場調節裝置電連接，磁流變液循環裝置包括泵、導管和磁流變液，導管設于曲面模具外表面，導管與泵連接，磁流變液處于曲面模具外表面與被加工工件表面之間，磁流變液通過泵和導管形成循環流動。

所述區域磁場調節裝置可采用現有技術產品（如采用中國專利200810030898.1，發明名稱為“用于大口徑非球面光學零件的磁流變拋光裝置”中所述的磁場發生裝置）。包括支座、隔磁套、磁芯對、線圈、絲桿組和微型電機。區域磁場調節裝置內的線圈及微型電機通過導線與控制器電連接。

所述控制器為嵌入式控制器，最好采用單片機。控制器用于控制區域磁場調節裝置內的線圈電流通斷、線圈電流大小以及磁芯對間距離，從而改變區域磁場的強度。

與現有技術比較，本發明的工作原理及有益效果如下：

本發明采用多自由度電機控制多自由度電機軸帶動區域磁場調節裝置在曲面模具內部空間運動，以及區域磁場調節裝置的自轉。曲面模具和工件凹形表面之間通入磁流變液，通過嵌入式控制器來控制區域磁場調節裝置內的線圈電流通斷、線圈電流大小以及磁芯對間距離，從而改變區域磁場的強度。磁場使得曲面模具外表面和工件上與區域磁場調節裝置對應的位置形成一個“柔性拋光模”，該“柔性拋光模”隨著磁場強度的變化而改變形狀，并隨著區域磁場調節裝置的自轉而轉動，即可對工件表面進行拋光加工。本發明利用了磁流變技術完成凹形曲面上任一點的法向拋光，并且通過磁流變法向旋轉拋光代替剪切力拋光提高了拋光效率。本發明能夠對各種凹形曲面進行確定性光學加工，能獲得高質量的光學表面，易于實現計算機控制，加工效率高，并且加工過程穩定。

附圖說明