[發(fā)明專利]一種基于流場聚焦的磁流變拋光裝置及方法

有效

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• 申請日: 2019-06-19
• 公開（公告）號: CN110340736B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發(fā)明（設計）人: 肖峻峰;牛牧原;王強;許劍鋒;羅優(yōu)明;劉祥;吳佳理
• 申請（專利權(quán)）人: 華中科技大學
• 主分類號: B24B1/00
• 分類號: B24B1/00;B24B41/04
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 張彩錦;曹葆青

本發(fā)明屬于超精密光學元件拋光領域，并具體公開了一種基于流場聚焦的磁流變拋光裝置及方法，其包括端蓋、套筒、拋光頭外殼和隔磁轉(zhuǎn)軸，端蓋和拋光頭外殼與套筒兩端連接，拋光頭外殼上開設有進液口和出液口；隔磁轉(zhuǎn)軸安裝在套筒內(nèi)，其一端穿過端蓋與外部旋轉(zhuǎn)動力源相連，另一端嵌裝有永磁體，并插入拋光頭外殼內(nèi)，與拋光頭外殼內(nèi)部形成流動聚焦腔，出液口位于永磁體正下方；拋光時，磁流變拋光液一部分在隔磁轉(zhuǎn)軸端面處受永磁體作用形成賓漢體，另一部分在流動聚焦腔內(nèi)流動并經(jīng)出液口噴出，該部分在流動時產(chǎn)生流體動壓力對賓漢體進行擠壓塑形，以形成平均直徑小于出液口直徑的賓漢體小拋光頭。本發(fā)明實現(xiàn)不同表面形狀工件的高效拋光。

技術領域

本發(fā)明屬于超精密光學元件拋光領域，更具體地，涉及一種基于流場聚焦的磁流變拋光裝置及方法。

背景技術

超精密光學元件在軍事、航天、天文、核能和重要的經(jīng)濟性工業(yè)領域有廣泛的應用，這類元件對表面質(zhì)量和面型精度都有很高的要求。磁流變拋光作為一種非接觸式拋光技術，其利用磁流變拋光液在梯度磁場中發(fā)生流變而形成的具有黏塑行為的柔性拋光模與工件之間的快速相對運動，產(chǎn)生微切削作用，實現(xiàn)元件的非接觸式拋光。該種拋光技術的拋光模形狀、硬度完全由磁場控制，且拋光模隨著磁流變液流動不斷被更新，不存在磨損或者變形問題，保證在整個拋光過程中工件特性函數(shù)的一致性，能夠準確地對材料進行納米級和微米級去除，不會對工件產(chǎn)生表面和亞表面損傷，具有較高的加工表面質(zhì)量。

目前，對于磁流變拋光技術而言出現(xiàn)了較多的方案，例如CN103269828A采用輪式磁流變拋光方法，通過拋光輪回轉(zhuǎn)帶動含有磨料的磁流變液在電磁鐵產(chǎn)生的梯度磁場環(huán)境下形成柔性緞帶，對工件進行確定性拋光去除加工，由于受到拋光輪半徑限制，其只適用于加工凸曲面、平面和曲率半徑較大的凹曲面。如CN105458839A公開的一種磁流變拋光裝置，其在具有磁場的磁流變液中使工件做多個自由度的運動，能夠在一次裝夾下同時對一個或多個工件的外表面進行拋光加工，但是其在加工小曲率凹面結(jié)構(gòu)和磁流變拋光液的循環(huán)更新方面存在不足。如CN102990500A公開的一種斜軸磁流變研拋裝置，其采用小直徑永磁體球形拋光頭，在拋光工具頭上方供給磁流變液體，由于永磁體制成的拋光頭前端存在磁場，利用磁場作用將磁流變液吸附在拋光頭上，通過磁流變液與工件減的微細作用實現(xiàn)對工件的拋光加工，該方法可以一定程度上減少干涉，適用于小曲率、小口徑非球曲面零件的超精密拋光，適用的最小曲率半徑為1.5mm，但是拋光頭再小時難以產(chǎn)生有效的梯度磁場，拋光區(qū)域還是受到拋光頭尺寸的限制，且拋光工具頭上方需要附加額外的磁流變液供給裝置。再如CN106736885A公開的一種可變式磁流變拋光頭，其將內(nèi)徑小的導磁管設在內(nèi)徑大的導磁管內(nèi)，相鄰的導磁管之間螺紋配合，最外層導磁管設有磁線圈，磁流變拋光液位于輸液裝置內(nèi)，輸送裝置套設在最外層導磁管上，可以調(diào)節(jié)不同直徑的導磁管伸出，從而形成不同大小的拋光頭，通過不同內(nèi)徑的導磁管組合，讓一套刀具實現(xiàn)不同大小的拋光頭，應對不同的加工需求，提高生產(chǎn)效率。但是當導磁管尺寸較小時不能形成有效的梯度磁場，且拋光頭不能做軸向轉(zhuǎn)動，影響加工表面質(zhì)量和拋光效率。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種基于流場聚焦的磁流變拋光裝置及方法，其通過關鍵組件套筒、拋光頭外殼和隔磁轉(zhuǎn)軸間的相互配合，可形成賓漢體小拋光頭，以實現(xiàn)不同表面形狀工件的高效拋光，特別是小曲率凹面結(jié)構(gòu)的拋光加工。

為實現(xiàn)上述目的，按照本發(fā)明的一個方面，提出了一種基于流場聚焦的磁流變拋光裝置，其包括端蓋、套筒、拋光頭外殼和隔磁轉(zhuǎn)軸，其中：

所述端蓋和拋光頭外殼分設于所述套筒的兩端，并分別與所述套筒的兩端相連接，所述拋光頭外殼上開設有供磁流變拋光液進入和射出的進液口和出液口；

所述隔磁轉(zhuǎn)軸安裝在所述套筒內(nèi)，且其一端穿過所述端蓋以與外部的旋轉(zhuǎn)動力源相連，進而在旋轉(zhuǎn)動力源的作用下實現(xiàn)旋轉(zhuǎn)，其另一端嵌裝有永磁體，并插入所述拋光頭外殼內(nèi)，以與拋光頭外殼的內(nèi)部形成與所述進液口和出液口導通的流動聚焦腔，此外，所述出液口位于所述永磁體的正下方；