[發明專利]一種可控振幅的小口徑非球面拋光裝置

有效

• 申請號: 201410277316.5
• 申請日: 2014-06-20
• 公開（公告）號: CN104015117A
• 公開（公告）日: 2014-09-03
• 發明（設計）人: 王博文;胡永志;趙智忠;李驥;富大偉
• 申請（專利權）人: 河北工業大學
• 主分類號: B24B29/02
• 分類號: B24B29/02;B24D13/00
• 代理公司: 天津翰林知識產權代理事務所(普通合伙) 12210
• 代理人: 趙鳳英

技術領域

本發明涉及一種新型拋光裝置，特別涉及小口徑非球面的拋光裝置，核心部分為一種由鐵鎵磁致伸縮材料制作的振動元件。該拋光裝置利用鐵鎵合金的磁致伸縮特性，可在拋光裝置的振動端輸出振動，為小口徑非球面零件提供高效率和高質量的拋光加工。

技術背景

小口徑非球面零件是一種非常重要的產品構件，例如在光學等系統中使用小口徑非球面零件能夠改善成像質量，提高儀器的光學性能，減少光學零件的數目，從而簡化儀器結構，減輕儀器重量和降低生產成本。隨著光電通訊、生物工程、航空航天產業的迅速發展，小口徑非球面零件的需求急劇增長。

小口徑非球面的表面質量不僅要求達到納米級的表面粗糙度，而且要求有亞微米級的形狀精度和極小的亞表面損傷。另外小口徑非球面的加工空間較小，加工工具很難對其進行加工。目前，小口徑非球面加工采用單點金剛石的超精密車削和樹脂結合劑微粉砂輪的超精密磨削加工方法。超精密的車削和磨削加工不可避免地會在零件表面形成加工紋路和表面缺陷層，這些表面質量缺陷會直接影響到零件的性能。為了進一步提高小口徑非球面的加工精度，還需要在超精密車削、磨削加工后進行超精密拋光。

目前，針對非球面的超精密拋光可以分為接觸型拋光和非接觸型拋光，接觸型拋光有：氣囊拋光，磁流變拋光，手工拋光等；非接觸型拋光方式有：射流拋光，離子束拋光，化學拋光等。考慮到小口徑非球面加工空間狹小，以及成本、高精度的拋光要求，主要利用氣囊拋光、手工拋光、射流拋光等。采用氣囊拋光方法，雖然可以獲得很高的加工精度，但不同的加工型面需要不同的拋光頭，加工適應性不強，且拋光頭需要不斷的修整來保持加工精度，使加工效率和精度受到影響；手工拋光不需要自動化的拋光設備，加工成本較低，但手工拋光存在加工效率低且加工精度不穩定等問題；射流拋光依靠磨粒射流沖擊作用去除材料，適用于小口徑深凹非球面的拋光，但拋光去除率較低。

發明內容

針對現有拋光加工方法中存在的問題，考慮到小口徑非球面零件的加工特點，結合磁致伸縮材料特性，設計了一種基于磁致伸縮材料的可控振幅的拋光裝置。該拋光裝置主要由拋光頭、磁致伸縮元件、底座三部分構成。其中，拋光頭采用高硬度的不銹鋼(12Cr17Ni7)車削而成，并在圓形頭部加裝聚氨酯橡膠(IRHD90)套，提高打磨頭的耐磨程度，并提高拋光精度。底座采用具有較高導磁能力的工業10號鋼。主體元件采用圓柱形鐵鎵磁致伸縮材料(Fe₈₃Ga₁₇)，通過線切割加工將圓柱形材料的一端切割出四根磁致伸縮細棒，并在每根細棒上繞上線圈，通過改變線圈內電流的大小，改變線圈內的磁場強度，使四根磁致伸縮細棒有不同程度的伸長，導致拋光頭三維運動。通過與底座配合，固定主體元件的四根磁致伸縮棒。底座一方面和主體部分構成磁路，提高線圈內的磁場強度，另一方面提供自由度約束，方便夾具固定。

本發明的技術方案為：

一種可控振幅小口徑非球面拋光裝置，其組成包括拋光頭、磁致伸縮主體元件和底座；

所述的拋光頭的材質為不銹鋼，下部為軸，中部為圓柱體，上部為圓臺狀，頂部為球面，上部和頂部一體套有相同形狀的的聚氨酯橡膠套；

所述的磁致伸縮主體元件的材質為圓柱狀鐵鎵磁致伸縮材料Fe₈₃Ga₁₇，其底部通過線切割開出十字凹槽，十字凹槽的四邊成為四根磁致伸縮細棒，四根磁致伸縮細棒均勻對稱分布，長度和粗細相同；頂部設置有開孔，直徑與拋光頭的軸匹配；每根磁致伸縮細棒上分別繞上線圈；十字凹槽的兩條凹槽的寬度相同；

所述的底座為圓柱形棒材，直徑同磁致伸縮主體元件；底座的頂部開有十字凸臺，十字凸臺的每條凸臺的寬度同十字凹槽的凹槽寬度；

拋光頭通過軸與磁致伸縮元件的孔進行過盈配合，磁致伸縮元件通過四個磁致伸縮細棒構成的十字凹槽與底座的十字凸臺進行過盈配合。

所述的磁致伸縮主體元件為圓柱形棒材，直徑為10mm，長度為40mm；十字凹槽的凹槽寬度均為3.6mm，深度為20mm；磁致伸縮主體元件另一端孔的直徑為3mm，深度為8mm。

所述的底座采用工業10號鋼，長度為20mm，直徑為10mm的圓柱形棒材；十字凸臺的凸臺寬度為3.6mm，高度為5mm。

所述的拋光頭為不銹鋼圓柱形棒材，長度為40mm，直徑為6mm；拋光頭的直徑為3mm，長度為7.5mm；球形頭上球的半徑為1mm，圓臺的高度5.41mm，下圓周直徑是6mm，上圓周直徑是1.44mm。