光学零件磁流变精密抛光系统和方法技术方案

本发明专利技术涉及一种光学零件磁流变精密抛光系统和方法，储液缸中流出的磁流变液体，经蠕动泵加压以后，通过旋转接头和导管进入抛光头，工件和抛光头之间的间隙被磁流变液体充满，在电磁场的作用下，磁流变液体从流体状态变为半固体状态，形成柔性磨头进行抛光。本发明专利技术中抛光头不直接接触工件，根据被加工工件形状更换不同形状和规格的抛光头，通过计算机自动控制装置可实现磁流变液体的粘度控制和温度控制，改变磁场和转速等因素可以获得不同的抛光效率和精度；此方法可加工不同形状的曲面和平面的工件，特别是大平面光学零件的超精密抛光；此系统具有加工效率高、运用范围广、加工精度高的、操作方便的优点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及磁流变流体精密抛光
，特别涉及一种用于高性能光学零件的高效 率磁流变精密抛光方法及装置。技术背景现代科学技术的不断发展对光学零件的表面质量提出了越来越高的要求，要求光学零 件的表面不但有完美的几何形貌，还要有良好的物理力学性能。因此，作为终极加工工序 的表面光整加工技术得到了很快的发展，它是集机械加工、材料学、物理学、电磁学、化 学等多学科为一体的新型边缘学科，正日益受到人们的重视。光学透镜的迅速发展也给光学零件的超精密加工技术提出了更高的要求，面形精度、 表面粗糙度的要求日益提高。通常传统的高质量光滑表面的抛光方法是以沥青或纤维等粘 弹性材料作研磨盘，配以抛光液或研磨膏来传递压力和速度，达到抛光的技术要求，但是 已经不能满足日益迫切的大平面和非球面超精密加工的要求。而且在实际加工中，这种加 工方法必须按光学零件的形状制作专用的固定、精磨和抛光用磨具，降低了通用性，使小 批量生产和样品制造的成本高昂，同时还要依赖熟练的技术工人不断检测和修磨面形，经 过复杂的多道工序才能加工出一个合格的光学零件，因而在降低了成品合格率的同时还需 要多个工位和大量的工序间协调工作，带来排队等候延迟和附带的管理问题。此外，采用 沥青抛光会在光学零件下表面产生破坏层，从而使表层结构和力学性能发生变化，同时为 了清除沥青材料对光学表面的污染，还需要采用对环境有害的溶剂。抛光过程是一个复杂 的过程，影响因素也很复杂，因此难于保证现代超精密加工技术的要求。磁流变抛光是由美国Rochester大学在上世纪90年代提出的一种精整加工技术，他 们和QED公司研发制造出的磁流变抛光机床在光学零件的精密抛光方面取得了很好的效 果，中国专利ZL96198445.7公开了美国罗切斯特大学专利技术专利的详细说明，它主要叙述 了一种磁流变流体精整加工的方法，是通过转动的抛光头侧面带动磁流变液到加有磁场的 抛光区域，通过磁化后的磁流变液体形成瞬时加工磨头对光学零件进行抛光，它主要是通 过形成一个可控的小魔头去除工件部分材料，达到所需的面形精度和表面粗糙度。中国专 利ZL03124557. 9公开了一种确定性磁射流精整加工方法，它主要是在喷嘴外面施加磁场， 磁流变液通过喷嘴形成射流喷射到工件上，通过控制利用磁流变液的粘度和喷射角度来保 证具有稳定的去除函数，实现光学零件表面的定量研抛。中国专利200410044076.0公开了一种超声波磁流变复合抛光的方法，它主要是在柔性抛光工具头上同时施加超声振动， 达到材料去除的目的。中国专利200610043079.1公开了一种磁流变柔性精磨抛光的设备 和方法，它主要采用了环带状的柔性精磨抛光磨具，工件被加持在主轴装置上并由主轴带 动运动，实现工件表面与柔性精磨抛光磨具自适应吻合的加工方法。在磁场的作用下，上述加工方法都是用具有一定硬度的柔性小磨头代替散粒磨料进行 抛光，但是由于工件安装方式和磨头形状的固定，它们只能加工较小的平面和曲面，并且 是单点小磨头抛光，材料的去除效率较低，对于不同形状和大小的零件还需要设计专门的 夹具，制造成本较高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种能够加工大平面和曲面，具有较高加工效率， 操作方便、工件夹持简单、易于自动化并且能够具有较大柔性的的磁流变精密抛光装置。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种光学零件磁流变精密抛光系 统，包括主轴装置、机体、数控装置、磁场发生装置和液体循环装置，所述的主轴装置通 过机体与数控装置固连，电主轴和抛光主轴通过主轴连接装置固连在一起，抛光头安装于 抛光主轴上，动力源带动电主轴转动，其转动通过皮带传动传给抛光装置；所述的机体包 括机架及其上的工作台，工作台包括X轴工作台和Y轴工作台，主轴装置与Z轴滑台配 合；环绕在抛光头周边的磁场发生装置与主轴装置连接，电磁线圈与可控直流电源连接； 所述的液体循环装置与抛光主轴和数控工作台连接，包括含有温度控制装置和搅拌装置的 储液缸及与其相连的液体循环用导管，将液体输入或输出储液缸的蠕动泵；控制液体粘度 的粘度控制装置；补充缺失液体的液体补给装置；用于回收经过抛光区域的磁流变液体的 液体收集装置；被加工光学零件固定在数控工作台上。所述的主轴装置通过旋转接头连接软管和抛光主轴，实现磁流变液体顺利进入与抛光 主轴连接的抛光头，抛光主轴由双层金属管制成，具有磁场屏蔽作用，减弱抛光主轴中的 磁场。所述的磁场发生装置由两个电磁线圈组成，电磁线圈材料为漆包线，由直流电源控制 磁场，磁路结构采用相对磁导率为6000的DT4型电工纯铁制成，并与抛光头形状相匹配。所述的抛光头用于抛光的工作表面与工件的形状相配合，为平面、凸球面、凹球面或 曲面，端面上导液孔为单点或多点。所述的温度控制装置包括环绕储液缸的调温水套和计算机控制装置，温度检测装置将 温度值反馈到计算机系统，通过计算机控制调温水套来改变液体温度。所述的蠕动泵包括驱动器、泵头和外控接口，外控接口与计算机连接；流量要求增大 时，可串联两个泵头。所述的液体循环用导管采用中流量型的硅胶软管。 所述的机体工作台，表面开有标准T形槽，并配有标准的装夹元件。 一种光学零件磁流变精密抛光方法，包括下列步骤(1) 在具有温度控制装置和搅拌装置的储液缸中加入用于抛光的磁流变液体，并启 动电机进行混合搅拌；(2) 将工件固定于加工平台的工作台上，根据被加工工件形状更换抛光头；(3) 启动蠕动泵，磁流变液体经泵加压以后，通过旋转接头和导管进入抛光头， 充满抛光头和工件之间的间隙，调整工作台的位置，启动电主轴，同时给电 磁铁通电，在外加电磁场的作用下使磁流变液体变成半固体状态的柔性抛光 磨头进行抛光；(4) 经过抛光区域的磁流变液体由液体收集装置回收，经蠕动泵抽取送回储液缸 中。被加工光学零件位于抛光头端面的下方，并与抛光头轮的底面(即端面)形成一个很 小的固定不变(可调)的距离，于是在被加工的工件与抛光头端面之间形成了一个很小的 间隙。磁极位于工件上方并与抛光头相贴合，在工件与抛光头轮所形成的狭小空隙中形成 一个梯度磁场。当磁流变液体到达磁场范围时，高梯度磁场使它凝聚、变硬，与工件接触 的地方形成一柔性突起磨头，成为粘性的Bingham介质，这种具有较高运动速度的介质在 狭小空隙运动时时，对工件表面与之接触的区域产生较大的剪切应力，从而使工件的表面 材料被去除，达到工件抛光的目的。本专利技术的实现在于可选择不同形式和大小的抛光头进行抛光，抛光头底面可为平面、 凹(凸)曲面或其他面形，底面出液口可为单点或多点圆形及其他形状通孔，如加工大平 面光学零件可先选用底面为平面的大尺寸多点扇形抛光头进行抛光，再选用底面为凸曲面的小尺寸单点圆形抛光头进行局部修正，达到抛光精度要求；加工大曲面光学零件可先选 用底面为凸曲面的大尺寸单点园形抛光头进行抛光，再选用底面为凸曲面的小尺寸单点圆 形抛光头进行局部修正，达到抛光精度要求；加工小尺寸光学零件可先选用底面与零件面 形相吻合的抛光头进行抛光，达到抛光精度要求。抛光磨头的大小主要由抛光头形成，而抛光磨头的强度则由磁场的强度控制，磁场发生装置主要由磁路结构和电磁线圈组成，所产生的磁场环绕抛光主轴和加工区域形成闭合 回路本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光学零件磁流变精密抛光系统，包括主轴装置、机体、数控装置、磁场发生装置和液体循环装置，所述的主轴装置通过机体与数控装置固连，其中主轴装置的电主轴（２４）和抛光主轴（２１）通过主轴连接装置（２２）固连在一起，主轴装置中的抛光头（３１）安装于抛光主轴（２１）上，动力源带动电主轴转动，其转动通过皮带（２０）传动传给抛光装置；所述的机体包括机架（１１）及其上的工作台（１６），工作台包括Ｘ轴工作台（１３）和Ｙ轴工作台（１２），主轴装置（２２）通过滚珠丝杠螺母与机体Ｚ轴滑台配合；环绕在抛光头（３１）周边的磁场发生装置（１８）与主轴装置（２２）连接，电磁线圈（１７）与可控直流电源连接；所述的液体循环装置与抛光主轴（２１）和数控工作台连接，包括含有温度控制装置（３０）和搅拌装置（２５）的储液缸（１）及与其相连的液体循环用导管（２），将液体输入或输出储液缸（１）的蠕动泵（３）；控制液体粘度的粘度控制装置（５）；补充缺失液体的液体补给装置（９）；用于回收经过抛光区域的磁流变液体的液体收集装置（１４）；被加工光学零件固定在数控工作台上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：杨建国，李蓓智，王安伟，赵华，
申请(专利权)人：东华大学，
类型：发明
国别省市：31[中国|上海]