專利名稱：一種用于電流變拋光的公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)拋光工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拋光工具，尤其涉及一種用于電流變拋光的公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)拋
光工具，屬于超精密光學(xué)表面加工工具領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，代表國(guó)際研究熱點(diǎn)的先進(jìn)光學(xué)制造技術(shù)主要有使用旋轉(zhuǎn)拋光盤的小工具 數(shù)控拋光技術(shù)(CCOS)、采用磁場(chǎng)來(lái)改變散粒磨料粘度的磁流變拋光技術(shù)(MRF)和離子束拋 光技術(shù)(Ion Polishing)等。其中，小工具數(shù)控拋光技術(shù)采用計(jì)算機(jī)控制一個(gè)小磨頭對(duì)光 學(xué)元件進(jìn)行研磨或拋光，通過(guò)控制磨頭在工件表面的駐留時(shí)間和相對(duì)壓力來(lái)控制材料的去 除量，因此，其加工過(guò)程中存在局部的機(jī)械應(yīng)力，無(wú)法加工超薄的元件。磁流變拋光技術(shù)是 一種不存在工具磨損的面型加工技術(shù)，沒(méi)有亞表面缺陷，加工精度高，但由于細(xì)微磁性顆粒 的存在，限制了磁流變技術(shù)在強(qiáng)激光領(lǐng)域的應(yīng)用。離子束拋光技術(shù)基于原子或離子量級(jí)的 材料去除，其拋光精度非常高，但拋光過(guò)程非常耗時(shí)，其在進(jìn)行離子束拋光之前，需要對(duì)被 加工工件進(jìn)行預(yù)拋光處理，且拋光裝置結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。 電流變液輔助拋光(Electrorheological Fluid-assisted Polishing)技術(shù)作為 一項(xiàng)革命性的技術(shù)，是一種將電磁學(xué)、流體動(dòng)力學(xué)與分析化學(xué)相結(jié)合而提出的新型光學(xué)加 工方法。電流變液通常是具有高介電常數(shù)的固體顆粒均勻分散于低介電常數(shù)的絕緣液體 介質(zhì)中所形成的一類穩(wěn)定的懸浮液，在高強(qiáng)度的梯度電場(chǎng)中，懸浮在基礎(chǔ)液中的磨料顆粒 由于受到粒子間的相互作用，聚集在工具電極的附件，在拋光區(qū)域內(nèi)形成微小的"柔性拋光 頭"，隨著"柔性拋光頭"和工件接觸并發(fā)生相對(duì)旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)工件表面材料的柔性去除。
實(shí)現(xiàn)電流變液輔助拋光技術(shù)的關(guān)鍵之一是適于拋光加工的化學(xué)、物理性能穩(wěn)定 的電流變拋光液的合理配制；關(guān)鍵之二是工具裝置的設(shè)計(jì)要充分考慮外加電場(chǎng)施加方 式、電場(chǎng)強(qiáng)度矢量等參數(shù)的優(yōu)化匹配。然而，采用傳統(tǒng)的點(diǎn)接觸式電流變拋光工具進(jìn)行拋光 時(shí)，由于拋光區(qū)域中心處的線速度為零，根據(jù)Preston方程可知，中心位置材料去除量也為 零；同時(shí)，由于傳統(tǒng)工具正負(fù)電極都是采用分離式安裝(即正極旋轉(zhuǎn)，負(fù)極固定不動(dòng)；或正 極不動(dòng)，負(fù)極旋轉(zhuǎn))，導(dǎo)致正負(fù)電極之間的電力線會(huì)因電極的高速旋轉(zhuǎn)而發(fā)生斷裂，從而影 響電流變效應(yīng)的穩(wěn)定性；且傳統(tǒng)工具頭在拋光過(guò)程中會(huì)存在拋光軌跡效應(yīng)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服點(diǎn)接觸式電流變拋光工具材料去除率低，且存在拋光軌 跡效應(yīng)以及工具正負(fù)電極一體化難度大等缺陷，提供一種用于電流變拋光的公自轉(zhuǎn)組合式 運(yùn)動(dòng)拋光工具。該拋光工具的拋光輪可實(shí)現(xiàn)公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)，在拋光區(qū)域可獲得較高的 相對(duì)速度，從而提高材料去除率，并且該拋光裝置的正負(fù)極實(shí)現(xiàn)了整體旋轉(zhuǎn)，有效避免了旋 轉(zhuǎn)過(guò)程中電力線斷裂的問(wèn)題，以及能有效降低拋光軌跡效應(yīng)。
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是 —種用于電流變拋光的公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)拋光工具，包括陽(yáng)極拋光盤、陰極拋光盤、自轉(zhuǎn)軸、絕緣片、自轉(zhuǎn)電機(jī)、公轉(zhuǎn)電機(jī)、公轉(zhuǎn)齒輪組、自轉(zhuǎn)齒輪組、公轉(zhuǎn)軸、自轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸、軸 承、帶絕緣墊的螺栓、工具頭支架、陽(yáng)極導(dǎo)電圓環(huán)、陰極導(dǎo)電圓環(huán)、陽(yáng)極導(dǎo)電板、陰極導(dǎo)電板、 電刷、彈簧、鎖緊蓋、外殼、支架側(cè)蓋和上蓋。
上述組成部分的連接關(guān)系為 陽(yáng)極拋光盤和陰極拋光盤之間放置絕緣片并正對(duì)放置，由此組合成拋光輪，拋光 輪通過(guò)過(guò)盈配合固定在自轉(zhuǎn)軸上，并用鎖緊蓋固定。自轉(zhuǎn)軸通過(guò)與軸承連接，從而固定在 工具頭支架上。公轉(zhuǎn)軸通過(guò)軸承和外殼連接。公轉(zhuǎn)軸底部與工具頭支架連接，作為一個(gè)整 體。公轉(zhuǎn)齒輪組中的公轉(zhuǎn)副齒輪和公轉(zhuǎn)軸固定在一起；公轉(zhuǎn)電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)公轉(zhuǎn)齒輪組，帶 動(dòng)公轉(zhuǎn)軸和工具頭支架旋轉(zhuǎn)，從而控制拋光輪做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。自轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸和公轉(zhuǎn)軸用軸承連 接。自轉(zhuǎn)電機(jī)通過(guò)控制自轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)自轉(zhuǎn)齒輪組和自轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)拋光輪的自 轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。最終拋光輪在自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，具有公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)。
陽(yáng)極導(dǎo)電圓環(huán)和陰極導(dǎo)電圓環(huán)均鑲嵌在公轉(zhuǎn)軸底部，三者相互間均用絕緣片隔 開。陽(yáng)極導(dǎo)電板和絕緣片通過(guò)帶絕緣墊的螺栓固定在工具頭支架左側(cè)的支架側(cè)蓋上，而支 架側(cè)蓋固定在支架上。陽(yáng)極導(dǎo)電板的兩端通過(guò)彈簧分別連接有2個(gè)電刷，2個(gè)電刷分別與陽(yáng) 極導(dǎo)電圓環(huán)和陽(yáng)極拋光盤接觸，實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極拋光盤與電源正極連接；陰極導(dǎo)電板和絕緣片通 過(guò)帶絕緣墊的螺栓固定在工具頭支架的右側(cè)；陰極導(dǎo)電板的兩端通過(guò)彈簧分別連接有2個(gè) 電刷，2個(gè)電刷分別與陰極導(dǎo)電圓環(huán)和陰極拋光盤接觸，實(shí)現(xiàn)陰極拋光盤與電源負(fù)極連接。
所述陽(yáng)極導(dǎo)電板、陽(yáng)極拋光盤、陽(yáng)極導(dǎo)電圓環(huán)可以采用不銹鋼或鐵中的一種制成， 與電源正極連接，作為陽(yáng)極； 所述陰極導(dǎo)電板、陰極拋光盤、陰極導(dǎo)電圓環(huán)可以采用不銹鋼或鐵中的一種制成，
與電源負(fù)極連接，作為陰極； 所述絕緣片由硬質(zhì)絕緣材料制成。 本發(fā)明所述的一種用于電流變拋光的公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)拋光工具的工作過(guò)程如 下 首先，為拋光輪的陽(yáng)極拋光盤和陰極拋光盤通電。陽(yáng)極拋光盤和陰極拋光盤通電 后，即在拋光輪表面產(chǎn)生強(qiáng)梯度電場(chǎng)分布。由于電流變液中粒子間的相互作用力，磨料顆粒 將聚集在拋光輪表面附近，形成微小的"柔性拋光頭"，此時(shí)電流變液的流動(dòng)性具有Bingham 介質(zhì)的性質(zhì)。 此時(shí)，啟動(dòng)自轉(zhuǎn)電機(jī)和公轉(zhuǎn)電機(jī)。自轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)自動(dòng)自轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸、自轉(zhuǎn)齒輪組和自 轉(zhuǎn)軸作自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。公轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)公轉(zhuǎn)齒輪、公轉(zhuǎn)副齒輪、公轉(zhuǎn)軸和整個(gè)工具頭支架作公轉(zhuǎn)運(yùn) 動(dòng)。由此實(shí)現(xiàn)拋光輪帶動(dòng)電流變液進(jìn)行公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)。當(dāng)"柔性拋光頭"與工件表面 接觸并發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)工件表面產(chǎn)生一定的剪切力，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面材料的去除，從而 達(dá)到拋光效果。
有益效果 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于解決了點(diǎn)接觸式電流變拋光方法效率低、工具正負(fù)電極一體化 難度大的問(wèn)題。該拋光工具的正負(fù)極實(shí)現(xiàn)了公自轉(zhuǎn)組合式整體旋轉(zhuǎn)，有效避免了旋轉(zhuǎn)過(guò)程 中電力線斷裂的問(wèn)題，拋光輪的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)保證在拋光區(qū)域獲得高的線速度，從而提高材料 去除率，公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)去除函數(shù)的回轉(zhuǎn)對(duì)稱分布，配合加工軌跡規(guī)劃，降低拋光軌跡效應(yīng)。 由于本發(fā)明是按照設(shè)定的運(yùn)動(dòng)軌跡，結(jié)合多自由度的數(shù)控機(jī)床，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)復(fù)雜光學(xué)表面材料的去除。


圖1為本發(fā)明的拋光工具的剖面結(jié)構(gòu)示意圖 圖2為本發(fā)明的拋光輪結(jié)構(gòu)圖； 圖3為本發(fā)明的陽(yáng)極拋光盤左視圖； 圖4為本發(fā)明的公轉(zhuǎn)軸底部示意圖； 圖5為本發(fā)明的工具頭支架外部安裝示意圖； 圖6為本發(fā)明的工具頭支架上蓋俯視圖； 圖7為本發(fā)明的公轉(zhuǎn)副齒輪的示意圖； 圖8為本發(fā)明的陽(yáng)極導(dǎo)電圓環(huán)和陰極導(dǎo)電圓環(huán)示意圖； 圖9為本發(fā)明的電流變拋光的公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)拋光工具的拋光過(guò)程示意圖；
圖10為采用傳統(tǒng)點(diǎn)接觸式電流變拋光裝置時(shí)的理論材料去除率模型；
圖11為采用本發(fā)明拋光裝置時(shí)的理論材料去除率模型。 其中，l-自轉(zhuǎn)電機(jī)，2-公轉(zhuǎn)電機(jī)，3_自轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸，4-第一軸承組，5-第一螺栓， 6_公轉(zhuǎn)副齒輪，7-公轉(zhuǎn)齒輪，8-公轉(zhuǎn)軸，9-外殼，10-第二軸承組，11-第一絕緣片，12-陰 極導(dǎo)電圓環(huán)，13-陽(yáng)極導(dǎo)電圓環(huán)，14-第一電刷，15-第二電刷，16-第一彈簧，17-第二彈簧， 18-自傳組齒輪，19-第二絕緣片，20-陽(yáng)極導(dǎo)電板，21-第三彈簧，22-第三電刷，23-鎖緊 蓋，24-陽(yáng)極拋光盤，25-第三絕緣片，26-陰極拋光盤，27-第四電刷，28-第四彈簧，29-陰 極導(dǎo)電板，30-第四絕緣片，31-第三軸承組，32-自轉(zhuǎn)軸，33-工具頭支架，34-支架上蓋， 35-支架側(cè)蓋，36-第二通孔，37-內(nèi)螺孔，38-第二螺栓，39-凹陷區(qū)，40-過(guò)孔，41-第一通 孔，42-穿孔，43-第三螺栓。
44-磨料顆粒，45-工件。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。 —種用于電流變拋光的公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)拋光工具。如圖1所示，為本發(fā)明的拋 光工具的中心剖面圖，包括陽(yáng)極拋光盤24，陰極拋光盤26，自轉(zhuǎn)軸32，鎖緊蓋23，自轉(zhuǎn)電機(jī) 1、公轉(zhuǎn)電機(jī)2、自轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸3、第一軸承組4、第二軸承組10、第三軸承組31、第一螺栓5、公 轉(zhuǎn)副齒輪6、公轉(zhuǎn)齒輪7、公轉(zhuǎn)軸8、外殼9、第一絕緣片11、第二絕緣片19、第三絕緣片25、第 四絕緣片30、陰極導(dǎo)電圓環(huán)12、陽(yáng)極導(dǎo)電圓環(huán)13、第一電刷14、第二電刷15、第三電刷22、 第四電刷27、第一彈簧16、第二彈簧17、第三彈簧21、第四彈簧28、自轉(zhuǎn)齒輪組18、陽(yáng)極導(dǎo) 電板20、陰極導(dǎo)電板29、工具頭支架33、支架側(cè)蓋35和支架上蓋34。 其中，由陽(yáng)極拋光盤24和陰極拋光盤26之間放置第三絕緣片25并正對(duì)放置組合
成拋光輪，拋光輪結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。拋光輪通過(guò)過(guò)盈配合固定在自轉(zhuǎn)軸32上，并用鎖緊
蓋23固定。自轉(zhuǎn)軸32通過(guò)與軸承組31連接固定在工具頭支架33上。 所述陽(yáng)極拋光盤24的左視圖如圖3所示，其結(jié)構(gòu)為圓盤形，陰極拋光盤26與陽(yáng)極
拋光盤24的結(jié)構(gòu)相同。 所述公轉(zhuǎn)軸8底部示意圖如圖4所示，公轉(zhuǎn)軸8底部開有4個(gè)內(nèi)螺孔37。
所述工具頭支架33和支架上蓋34作為一個(gè)整體，同公轉(zhuǎn)軸8相連接，如圖5所示。 其中，工具頭支架33表面有凹陷區(qū)39，作為用于安裝螺栓38而預(yù)留的空間。
所述支架上蓋34表面俯視圖如圖6所示，支架上蓋34開有4個(gè)過(guò)孔40、4個(gè)第一 通孔41、一個(gè)穿孔42。其中，自轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸3從穿孔42穿過(guò)，與工具頭支架33內(nèi)部的自轉(zhuǎn)齒 輪組18連接。 采用4個(gè)第三螺栓43對(duì)應(yīng)穿過(guò)4個(gè)過(guò)孔40，將支架上蓋34與工具頭支架33固定 連接。 采用4個(gè)第二螺栓38對(duì)應(yīng)穿過(guò)4個(gè)第一通孔41以及公轉(zhuǎn)軸8底部的內(nèi)螺孔37， 將公轉(zhuǎn)軸8與工具頭支架33、支架上蓋34連接成一個(gè)整體。 所述公轉(zhuǎn)副齒輪6如圖7所示，公轉(zhuǎn)副齒輪6上開有一個(gè)第二通孔36，公轉(zhuǎn)副齒輪 6通過(guò)第二通孔36，并用第一螺栓5固定在公轉(zhuǎn)軸8上。公轉(zhuǎn)軸8通過(guò)第二軸承組10和外 殼9連接。公轉(zhuǎn)電機(jī)2通過(guò)驅(qū)動(dòng)公轉(zhuǎn)齒7和公轉(zhuǎn)副齒輪6，帶動(dòng)公轉(zhuǎn)軸8和工具頭支架33 旋轉(zhuǎn)，從而控制拋光輪做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；自轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸3和公轉(zhuǎn)軸8之間用第一軸承組4連接；自 轉(zhuǎn)電機(jī)1通過(guò)控制自轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸3旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)自轉(zhuǎn)齒輪組18和自轉(zhuǎn)軸32運(yùn)動(dòng)，以實(shí)現(xiàn)拋光輪 的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；最終拋光輪在自轉(zhuǎn)電機(jī)1和公轉(zhuǎn)電機(jī)2的驅(qū)動(dòng)下，具有自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)兩個(gè)方向的 組合式運(yùn)動(dòng)。 圖8給出了陽(yáng)極導(dǎo)電圓環(huán)13和陰極導(dǎo)電圓環(huán)12的分布示意圖，兩者均為圓環(huán)形。 其中，陽(yáng)極導(dǎo)電圓環(huán)13和陰極導(dǎo)電圓環(huán)12鑲嵌在公轉(zhuǎn)軸8底部，三者用第一絕緣片11隔 開，陽(yáng)極導(dǎo)電圓環(huán)13與電源正極連接，陰極導(dǎo)電圓環(huán)12與電源負(fù)極連接；陽(yáng)極導(dǎo)電板20和 第二絕緣片19可采用4個(gè)帶絕緣墊的螺栓固定在工具頭支架33左側(cè)的支架側(cè)蓋35上，而 支架側(cè)蓋35則固定在工具頭支架33上。陽(yáng)極導(dǎo)電板20的兩端分別通過(guò)第一彈簧16、第三 彈簧21，與第一電刷14、第三電刷22連接，第一電刷14與陽(yáng)極導(dǎo)電圓環(huán)13接觸，第三電刷 22與陽(yáng)極拋光盤24接觸，實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極拋光盤24與電源正極的連接；陰極導(dǎo)電板29和第四絕 緣片30通過(guò)可采用4個(gè)帶絕緣墊的螺栓固定在工具頭支架33的右側(cè)，陰極導(dǎo)電板29的兩 端分別通過(guò)第二彈簧17、第四彈簧28，與第二電刷15、第四電刷27連接，第二電刷15與陰 極導(dǎo)電圓環(huán)12接觸，第四電刷27與陰極拋光盤26接觸，實(shí)現(xiàn)陰極拋光盤26與電源負(fù)極連 接。 所述陽(yáng)極導(dǎo)電板20、陽(yáng)極拋光盤24、陽(yáng)極導(dǎo)電圓環(huán)13可以采用不銹鋼或鐵中的一 種制成，與電源正極連接，作為陽(yáng)極； 所述陰極導(dǎo)電板29、陰極拋光盤26、陰極導(dǎo)電圓環(huán)12可以采用不銹鋼或鐵中的一 種制成，與電源負(fù)極連接，作為陰極； 所述第一絕緣片11、第二絕緣片19、第三絕緣片25、第四絕緣片30均采用硬質(zhì)絕 緣材料制成。 其工作過(guò)程如下 首先，為拋光輪的陽(yáng)極拋光盤25和陰極拋光盤26通電。將陽(yáng)極導(dǎo)電圓環(huán)13接在 高壓直流電源的正極，電流經(jīng)陽(yáng)極導(dǎo)電圓環(huán)13、第一電刷14、陽(yáng)極導(dǎo)電板20、第三電刷22， 傳輸至陽(yáng)極拋光盤24，使其帶上正電，作為拋光輪的陽(yáng)極。同理，將陰極導(dǎo)電圓環(huán)12接在高 壓直流電源的正極，電流經(jīng)陰極導(dǎo)電圓環(huán)12、第二電刷15、陰極導(dǎo)電板29、第四電刷27，傳 輸至陰極拋光盤26，使其帶上負(fù)電，作為拋光輪的陰極。
陽(yáng)極拋光盤25和陰極拋光盤26通電后，即在拋光輪表面產(chǎn)生強(qiáng)梯度電場(chǎng)分布。 由于電流變液中粒子間的相互作用力，磨料顆粒44將聚集在拋光輪表面附近，形成微小的 "柔性拋光頭"，此時(shí)電流變液的流動(dòng)性具有Bingham介質(zhì)的性質(zhì)。 接著，啟動(dòng)自轉(zhuǎn)電機(jī)1和公轉(zhuǎn)電機(jī)2 。自轉(zhuǎn)電機(jī)1帶動(dòng)自動(dòng)自轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸3 、自轉(zhuǎn)齒輪 組18和自轉(zhuǎn)軸32作自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。公轉(zhuǎn)電機(jī)2帶動(dòng)公轉(zhuǎn)齒輪7、公轉(zhuǎn)副齒輪6、公轉(zhuǎn)軸8和整 個(gè)工具頭支架33作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。由此實(shí)現(xiàn)拋光輪帶動(dòng)電流變液進(jìn)行公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)。當(dāng) "柔性拋光頭"與工件45表面接觸并發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)工件45表面產(chǎn)生一定的剪切力，實(shí) 現(xiàn)對(duì)工件45表面材料的去除，從而達(dá)到拋光效果。 上述過(guò)程中，第一彈簧16、第二彈簧17是為了保證拋光輪在作自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，第三 電刷22、第四電刷27與陽(yáng)極拋光盤24、陰極拋光盤26能夠始終保持緊密接觸。第三彈簧 21、第四彈簧28是為了保證整個(gè)工具頭支架33在作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，第一電刷14、第二電刷15 與陽(yáng)極導(dǎo)電圓環(huán)13、陰極導(dǎo)電圓環(huán)12能夠始終保持緊密接觸。 電流變拋光的公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)拋光工具的拋光過(guò)程如圖9所示。由于拋光工具 的拋光輪采用公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)，在拋光區(qū)域中心處可獲得較高的相對(duì)速度，從而提高材 料去除率。 采用傳統(tǒng)的點(diǎn)接觸式電流變拋光裝置時(shí)，材料去除率模型如圖IO所示，從圖10中 可以看出，中心處材料去除率明顯比周圍的要低，理論上因?yàn)橹行奶幍木€速度為零，所以此 處的材料去除率為零； 圖11為本采用發(fā)明的拋光裝置時(shí)的理論材料去除率模型，從圖11中可以看出，材 料去除函數(shù)是一個(gè)去頂?shù)母咚狗植迹渲行奶幐浇牧先コ拭黠@高于周圍，對(duì)比傳統(tǒng)的 點(diǎn)接觸式電流變拋光裝置，顯著的提高了拋光區(qū)域的材料去除率，滿足拋光要求。
權(quán)利要求
一種用于電流變拋光的公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)拋光工具，包括軸承、帶絕緣墊的螺栓、工具頭支架、外殼、支架側(cè)蓋和上蓋，其特征在于，還包括陽(yáng)極拋光盤、陰極拋光盤、自轉(zhuǎn)軸、絕緣片、自轉(zhuǎn)電機(jī)、公轉(zhuǎn)電機(jī)、公轉(zhuǎn)齒輪組、自轉(zhuǎn)齒輪組、公轉(zhuǎn)軸、自轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸、陽(yáng)極導(dǎo)電圓環(huán)、陰極導(dǎo)電圓環(huán)、陽(yáng)極導(dǎo)電板、陰極導(dǎo)電板、電刷、彈簧、鎖緊蓋；上述組成部分的連接關(guān)系為陽(yáng)極拋光盤和陰極拋光盤之間放置絕緣片并正對(duì)放置，由此組合成拋光輪，拋光輪通過(guò)過(guò)盈配合固定在自轉(zhuǎn)軸上，并用鎖緊蓋固定；自轉(zhuǎn)軸通過(guò)與軸承連接，固定在工具頭支架上；公轉(zhuǎn)軸通過(guò)軸承和外殼連接；公轉(zhuǎn)軸底部與工具頭支架連接，作為一個(gè)整體；公轉(zhuǎn)齒輪組中的公轉(zhuǎn)副齒輪和公轉(zhuǎn)軸固定在一起公轉(zhuǎn)電機(jī)通過(guò)驅(qū)動(dòng)公轉(zhuǎn)齒輪組，帶動(dòng)公轉(zhuǎn)軸和工具頭支架旋轉(zhuǎn)，從而控制拋光輪做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；自轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸和公轉(zhuǎn)軸用軸承連接；自轉(zhuǎn)電機(jī)通過(guò)控制自轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)自轉(zhuǎn)齒輪組和自轉(zhuǎn)軸運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)拋光輪的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；拋光輪在自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，具有公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)；陽(yáng)極導(dǎo)電圓環(huán)和陰極導(dǎo)電圓環(huán)均鑲嵌在公轉(zhuǎn)軸底部，三者相互間均用絕緣片隔開；陽(yáng)極導(dǎo)電板和絕緣片通過(guò)帶絕緣墊的螺栓固定在工具頭支架左側(cè)的支架側(cè)蓋上，支架側(cè)蓋固定在支架上；陽(yáng)極導(dǎo)電板的兩端通過(guò)彈簧分別連接有2個(gè)電刷，2個(gè)電刷分別與陽(yáng)極導(dǎo)電圓環(huán)和陽(yáng)極拋光盤接觸，實(shí)現(xiàn)陽(yáng)極拋光盤與電源正極連接；陰極導(dǎo)電板和絕緣片通過(guò)帶絕緣墊的螺栓固定在工具頭支架的右側(cè)陰極導(dǎo)電板的兩端通過(guò)彈簧分別連接有2個(gè)電刷，2個(gè)電刷分別與陰極導(dǎo)電圓環(huán)和陰極拋光盤接觸，實(shí)現(xiàn)陰極拋光盤與電源負(fù)極連接；本發(fā)明所述的一種用于電流變拋光的公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)拋光工具的工作過(guò)程如下首先，為拋光輪的陽(yáng)極拋光盤和陰極拋光盤通電；陽(yáng)極拋光盤和陰極拋光盤通電后，即在拋光輪表面產(chǎn)生強(qiáng)梯度電場(chǎng)分布；此時(shí)，啟動(dòng)自轉(zhuǎn)電機(jī)和公轉(zhuǎn)電機(jī)；自轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)自轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸、自轉(zhuǎn)齒輪組和自轉(zhuǎn)軸作自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；公轉(zhuǎn)電機(jī)帶動(dòng)公轉(zhuǎn)齒輪、公轉(zhuǎn)副齒輪、公轉(zhuǎn)軸和整個(gè)工具頭支架作公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；由此實(shí)現(xiàn)拋光輪帶動(dòng)電流變液進(jìn)行公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)；當(dāng)“柔性拋光頭”與工件表面接觸并發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，對(duì)工件表面產(chǎn)生剪切力，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面材料的去除，從而達(dá)到拋光效果。
2. 如權(quán)利要求1所述的一種用于電流變拋光的公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)拋光工具，其特征在 于，所述陽(yáng)極導(dǎo)電板、陽(yáng)極拋光盤、陽(yáng)極導(dǎo)電圓環(huán)采用不銹鋼或鐵中的一種制成。
3. 如權(quán)利要求1所述的一種用于電流變拋光的公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)拋光工具，其特征在 于，所述陰極導(dǎo)電板、陰極拋光盤、陰極導(dǎo)電圓環(huán)采用不銹鋼或鐵中的一種制成。
4. 如權(quán)利要求1所述的一種用于電流變拋光的公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)拋光工具，其特征在 于，所述絕緣片由硬質(zhì)絕緣材料制成。
5. 如權(quán)利要求1所述的一種用于電流變拋光的公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)拋光工具，其特征在 于，所述陽(yáng)極拋光盤、陰極拋光盤均為圓盤形。
6. 如權(quán)利要求1所述的一種用于電流變拋光的公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)拋光工具，其特征在 于，所述公轉(zhuǎn)軸底部開有內(nèi)螺孔，所述支架上蓋開有過(guò)孔、第一通孔和穿孔；其中，自轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸從穿孔穿過(guò)，與工具頭支架內(nèi)部的自轉(zhuǎn)齒輪組連接； 采用螺栓對(duì)應(yīng)穿過(guò)過(guò)孔，將支架上蓋與工具頭支架固定連接；采用螺栓對(duì)應(yīng)穿過(guò)第一通孔以及內(nèi)螺孔，將公轉(zhuǎn)軸與工具頭支架、支架上蓋連接成一 個(gè)整體。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于電流變拋光的公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)拋光工具，包括陽(yáng)極和陰極拋光盤、自轉(zhuǎn)軸、公轉(zhuǎn)軸、自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)電機(jī)、齒輪組、軸承、螺栓、支架、電刷、絕緣片等。陽(yáng)極和陰極拋光盤之間用絕緣片隔開，正對(duì)放置組成拋光輪，并通過(guò)過(guò)盈配合固定在自轉(zhuǎn)軸上；自轉(zhuǎn)軸通過(guò)軸承安裝在支架上；公轉(zhuǎn)軸底部與支架固定。自轉(zhuǎn)和公轉(zhuǎn)電機(jī)分別通過(guò)控制自轉(zhuǎn)軸和公轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動(dòng)來(lái)控制拋光輪作公自轉(zhuǎn)組合式運(yùn)動(dòng)。通電時(shí)，電流變液聚集在拋光輪表面，形成柔性拋光頭，當(dāng)它與工件接觸并發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即可實(shí)現(xiàn)拋光。本發(fā)明提及的拋光工具的拋光輪能實(shí)現(xiàn)公自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，可有效克服拋光軌跡效應(yīng)以及提高拋光區(qū)域中心的去除率，適用于復(fù)雜光學(xué)表面的加工。
文檔編號(hào)B24B29/00GK101774150SQ20101010573
公開日2010年7月14日 申請(qǐng)日期2010年2月4日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月4日
發(fā)明者馮云鵬, 文永富, 程灝波 申請(qǐng)人:北京理工大學(xué)