專利名稱：一種用于公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的循環(huán)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利屬于光學(xué)曲面精密加工技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種磁流變拋光液循環(huán)裝置。
背景技術(shù)：
光學(xué)零件的磁流變拋光技術(shù)是一種新興的確定性拋光技術(shù)。磁流變液是一種由磁性顆粒、載液和其他添加成分組成的智能材料。由于其中的磁性材料在磁場中會(huì)進(jìn)行重新排列，磁流變液在磁場的作用下會(huì)在毫秒時(shí)間量級(jí)內(nèi)發(fā)生流變，由液態(tài)變?yōu)轭惞虘B(tài)。發(fā)生流變后的磁流變液具有較高的剪切屈服強(qiáng)度。在磁流變液中加入拋光磨料后可形成磁流變拋光液，在磁場作用下，磁流變拋光液發(fā)生流變，形成拋光模，帶動(dòng)拋光磨料實(shí)現(xiàn)對(duì)光學(xué)玻璃等非導(dǎo)磁性材料的拋光。與傳統(tǒng)光學(xué)拋光技術(shù)相比，磁流變拋光技術(shù)在對(duì)工件面形進(jìn)行修正和降低工件表面粗糙度的基礎(chǔ)上，不會(huì)產(chǎn)生亞表面損傷。美國QED Technology公司與Rochester大學(xué)的光學(xué)制造中心合作，把磁流變拋光技術(shù)和數(shù)控技術(shù)相結(jié)合，研制出一系列可用于光學(xué)零件拋光的QED數(shù)控磁流變拋光機(jī)床， 這種數(shù)控磁流變拋光技術(shù)是目前最常用的磁流變拋光技術(shù)。圖1為常用的磁流變拋光技術(shù)原理示意圖。磁流變拋光液儲(chǔ)存在儲(chǔ)液罐10中，輸送泵9連接到儲(chǔ)液罐10底部，并將磁流變拋光液輸入到循環(huán)管道中。管道中有壓力流量測量裝置7，用于對(duì)磁流變拋光液當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。拋光輪1沿自身幾何中心軸旋轉(zhuǎn)(如圖示Co1方向)，可稱其為拋光輪1的自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。拋光輪1內(nèi)部裝有磁鐵，磁鐵被固定在軸承座16上，并能在拋光輪1表面形成磁場。當(dāng)注液嘴6將磁流變拋光液加注到拋光輪1上時(shí)，由于磁場的作用，磁流變拋光液將吸附在拋光輪1上，并隨之旋轉(zhuǎn)，形成帶狀，可稱其為緞帶5。拋光輪1表面有較強(qiáng)的加工區(qū)磁場4和較弱的維系區(qū)磁場2，加工區(qū)磁場4的作用是在加工區(qū)形成一個(gè)強(qiáng)磁場，從而使磁流變拋光液粘度增加并達(dá)到適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度。維系區(qū)磁場2的作用是使磁流變拋光液吸附在拋光輪1上，并將其帶離加工區(qū)。拋光輪1與工件3 上表面有一間隙，間隙小于緞帶5的厚度，所以拋光輪1本身并不與工件3接觸，只有磁流變拋光液會(huì)觸及工件3上表面。當(dāng)磁流變拋光液隨著拋光輪1做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)并被帶入加工區(qū)時(shí)，將與工件3發(fā)生擠壓和摩擦作用，在工件3表面產(chǎn)生拋光去除，該拋光去除的函數(shù)分布和加工區(qū)內(nèi)的摩擦力分布直接相關(guān)。隨后，磁流變拋光液被帶離加工區(qū)，被收集器14收集起來。抽吸泵12將收集器14中的磁流變拋光液抽出并注入到儲(chǔ)液罐10中。攪拌器11用來將儲(chǔ)液罐10中的磁流變拋光液攪拌均勻。此外，還有恒溫裝置和補(bǔ)水裝置等輔助維持磁流變拋光液的特性保持恒定。磁流變拋光液持續(xù)在拋光輪1、儲(chǔ)液罐10和管路中流動(dòng)，使加工區(qū)的磁流變拋光液一直在更新，從而保證拋光去除函數(shù)的穩(wěn)定性。軸承座16被固定在安裝底座15上，所以拋光輪1能夠隨著軸承座16和安裝底座15做平移運(yùn)動(dòng)。根據(jù)工件3初始面形誤差和拋光去除函數(shù)，預(yù)先計(jì)算出拋光輪1在工件3表面運(yùn)行的路徑和進(jìn)給速度分布，將拋光輪1沿著該路徑以計(jì)算出的進(jìn)給速度遍歷整個(gè)工件3表面，就能達(dá)到對(duì)面形進(jìn)行修正和降低工件3表面粗糙度的目的。在常用的磁流變拋光技術(shù)中，由于拋光輪1只做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以緞帶5會(huì)在工件3表面留下單一方向的拋光紋路，這種單一紋路對(duì)降低工件3表面粗糙度不利。清華大學(xué)提出了一種公自轉(zhuǎn)磁流變拋光技術(shù)(ZL0311i^81.5)。圖2為公自轉(zhuǎn)磁流變拋光技術(shù)示意圖。與常用的磁流變拋光技術(shù)相比，公自轉(zhuǎn)磁流變拋光時(shí)，拋光輪1不僅做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而且繞一豎直軸旋轉(zhuǎn)(如圖示ω2方向)，可稱其為拋光輪1的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。在進(jìn)行公自轉(zhuǎn)磁流變拋光時(shí)，由于兩個(gè)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的存在，拋光紋路更加復(fù)雜，不會(huì)出現(xiàn)常用磁流變拋光技術(shù)中單一方向的拋光紋路，所以公自轉(zhuǎn)拋光對(duì)降低工件3表面粗糙度有利，而且加入公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)后，與常用的磁流變拋光技術(shù)相比，在自轉(zhuǎn)速度相同的情況下能夠提高拋光效率。此外，在將自轉(zhuǎn)中心相對(duì)公轉(zhuǎn)中心做一定量的偏心調(diào)整后，公自轉(zhuǎn)拋光的拋光去除函數(shù)會(huì)形成類似于高斯分布的回轉(zhuǎn)對(duì)稱形狀，這種拋光去除函數(shù)分布對(duì)于數(shù)控編程中的路徑規(guī)劃非常有利。使用公自轉(zhuǎn)磁流變拋光技術(shù)時(shí)，要想使注液嘴始終能夠?qū)⒋帕髯儝伖庖杭幼⒌綊伖廨喩希⒁鹤旌褪占鞅仨毰c自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸保持固定的位置。而且為了保持拋光去除函數(shù)的穩(wěn)定性，必須實(shí)現(xiàn)磁流變拋光液的循環(huán)以保證拋光區(qū)磁流變拋光液持續(xù)更新，但是由于公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的存在，如果采用與常用磁流變拋光技術(shù)相同的循環(huán)系統(tǒng)，如圖1所示，將無法實(shí)現(xiàn)注液嘴始終對(duì)準(zhǔn)拋光輪，收集器也不能始終和拋光輪貼合以實(shí)現(xiàn)磁流變拋光液的收集，從而不可能實(shí)現(xiàn)磁流變拋光液的循環(huán)和更新。如果不使用磁流變拋光液循環(huán)系統(tǒng)，加工區(qū)的磁流變拋光液得不到持續(xù)更新，將導(dǎo)致拋光去除函數(shù)的不穩(wěn)定和不確定，而無法實(shí)現(xiàn)確定性磁流變拋光，最終難以達(dá)到納米級(jí)的表面粗糙度和面形精度。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種實(shí)現(xiàn)公自轉(zhuǎn)拋光中磁流變拋光液循環(huán)的裝置，使其在與公自轉(zhuǎn)磁流變拋光技術(shù)配合使用的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)磁流變拋光液的循環(huán)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案如下一種用于公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的循環(huán)裝置，該裝置包括安裝底座、固定在安裝底座上的軸承座、拋光輪以及循環(huán)系統(tǒng)；所述的安裝底座做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；所述的拋光輪安裝在軸承座上，該拋光輪做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)且同時(shí)隨安裝底座做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 所述的循環(huán)系統(tǒng)含有儲(chǔ)液罐、設(shè)置在儲(chǔ)液罐中的攪拌器、抽液管、注液管和注液嘴，在所述的抽液管上設(shè)有抽吸泵，在所述的注液管上設(shè)置有輸送泵和壓力流量測量裝置，注液管的入口端與儲(chǔ)液罐的底部連接，其特征在于所述的循環(huán)系統(tǒng)還包含注液槽、支架和刮板；所述的注液槽為環(huán)形結(jié)構(gòu)，并通過支架與安裝底座相連接，該注液槽的幾何軸線與拋光輪的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸重合，且隨安裝底座做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，注液管的出口端位于注液槽內(nèi)或上方；在注液槽底部開有小孔；所述的注液嘴與注液槽底部的小孔連通，注液嘴的出口對(duì)準(zhǔn)拋光輪輪緣；所述的刮板連接到支架上，并與拋光輪表面相貼合或留有間隙。本實(shí)用新型所述的循環(huán)裝置還含有回收槽，所述的回收槽為環(huán)形結(jié)構(gòu)，與注液槽同心布置，該回收槽的外徑小于注液槽的內(nèi)徑，回收槽位于刮板下方，并與支架相連，且隨安裝底座做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；所述的抽液管的入口端位于回收槽內(nèi)。本實(shí)用新型注液槽的底面與水平面之間有一傾角θ，該傾角使小孔位于注液槽底面的最低位置。本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果所涉及到的用于公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的循環(huán)裝置，在與公自轉(zhuǎn)磁流變拋光技術(shù)配合使用的前提下，能夠?qū)崿F(xiàn)磁流變拋光液的循環(huán)。該裝置解決了公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的磁流變拋光液循環(huán)難題，為拋光去除函數(shù)的穩(wěn)定性提供必要條件，使公自轉(zhuǎn)拋光發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。

圖1為常用的磁流變拋光技術(shù)原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為公自轉(zhuǎn)磁流變拋光技術(shù)原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本實(shí)用新型所述裝置的原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本實(shí)用新型所述裝置公轉(zhuǎn)90°后示意圖。圖5為本實(shí)用新型所述拋光輪、注液槽和回收槽結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-拋光輪；2-維系區(qū)磁場；3-工件；4-加工區(qū)磁場；5-緞帶；6_注液嘴； 7-壓力流量測量裝置；8-注液管；9-輸送泵；10-儲(chǔ)液罐；11-攪拌器；12-抽吸泵；13-抽液管；14-收集器；15-安裝底座；16-軸承座；17-注液槽；18-回收槽；19-小孔；20-刮板； 21-支架。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的原理、結(jié)構(gòu)和工作過程做進(jìn)一步的說明。圖3為本實(shí)用新型提供的一種用于公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的循環(huán)裝置的原理結(jié)構(gòu)示意圖，該裝置包括安裝底座15、固定在安裝底座15上的軸承座16、拋光輪1以及循環(huán)系統(tǒng)；所述的安裝底座15做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；所述的拋光輪1安裝在軸承座16上，做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)且同時(shí)隨安裝底座15做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；所述的循環(huán)系統(tǒng)含有儲(chǔ)液罐10、設(shè)置在儲(chǔ)液罐10中的攪拌器11、抽液管13、注液管8、注液嘴6、注液槽17、支架21和刮板20，在所述的抽液管13上設(shè)有抽吸泵12，在所述的注液管8上設(shè)置有輸送泵9和壓力流量測量裝置7，注液管8的入口端與儲(chǔ)液罐10的底部連接，所述的注液槽17為環(huán)形結(jié)構(gòu)，并通過支架21與安裝底座15 相連接，該注液槽17的幾何軸線與拋光輪1的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸重合，且隨安裝底座做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，注液管8的出口端位于注液槽17內(nèi)或上方；在注液槽17底部開有小孔19 ；所述的注液嘴6與注液槽17底部的小孔19連通，注液嘴6的出口對(duì)準(zhǔn)拋光輪1輪緣；所述的刮板20 連接到支架21上，并與拋光輪1表面相貼合或留有間隙。為了將通過加工區(qū)的磁流變拋光液收集起來，所述的循環(huán)裝置還含有回收槽18， 所述的回收槽18為環(huán)形結(jié)構(gòu)，與注液槽17同心布置，該回收槽18的外徑小于注液槽17的內(nèi)徑，回收槽18位于刮板20下方，并與支架21相連，且隨安裝底座做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；所述的抽液管13的入口端位于回收槽18內(nèi)。為了便于磁流變拋光液向小孔19流動(dòng)，所述的注液槽17的底面與水平面之間有一傾角θ，該傾角使小孔19位于注液槽底面的最低位置。本實(shí)用新型的工作原理為磁流變拋光液儲(chǔ)存在儲(chǔ)液罐10中，輸送泵9連接到儲(chǔ)液罐10底部，并將磁流變拋光液輸入到循環(huán)管道中。管道中有壓力流量測量裝置7，用于對(duì)磁流變拋光液當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。隨后，磁流變拋光液經(jīng)過注液管8被注入到注液槽17中， 注液槽17為環(huán)形結(jié)構(gòu)，注液槽17的底面與水平面之間有一夾角θ，所以注液槽17內(nèi)各處的液體深度不同。在注液槽17內(nèi)的液體最深處，有小孔19，磁流變拋光液通過小孔19流入注液嘴6處，并被加注到拋光輪1上。由于注液嘴6必須與自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸保持固定的位置，所以注液嘴6和注液槽17需要隨著拋光輪1做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。拋光輪1內(nèi)部裝有磁鐵，磁鐵被固定在軸承座16上，并能在拋光輪1表面形成磁場。當(dāng)注液嘴6將磁流變拋光液加注到拋光輪1上時(shí)，由于磁場的作用，磁流變拋光液將吸附在拋光輪1上，形成緞帶5，并隨之旋轉(zhuǎn)。當(dāng)磁流變拋光液被拋光輪1帶入加工區(qū)時(shí)，由于公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的存在，會(huì)形成一個(gè)回轉(zhuǎn)對(duì)稱形的拋光去除函數(shù)。隨后，磁流變拋光液被帶離加工區(qū)，在刮板20的作用下，磁流變拋光液與拋光輪1分離，并流入回收槽18中，回收槽18為環(huán)形結(jié)構(gòu)。由于刮板20必須與自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)軸保持固定的位置，所以刮板20需要隨著拋光輪1做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)?；厥詹?8的主要作用是收集從刮板20上流下的磁流變拋光液。注液槽17、回收槽18和刮板20固連在支架21上，支架21固定在安裝底座15上，隨安裝底座15做平移和公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。抽液管13管口伸入到回收槽18內(nèi)的液面下，由抽吸泵12將回收槽18中的磁流變拋光液抽出并注入到儲(chǔ)液罐10中。攪拌器11用來將儲(chǔ)液罐10中的磁流變拋光液攪拌均勻。此外，還有恒溫裝置和補(bǔ)水裝置等輔助維持磁流變拋光液的特性穩(wěn)定。圖4為拋光輪沿公轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)90度后的情況。由于注液槽17跟隨拋光輪1做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，注液嘴6能夠?qū)⒋帕髯儝伖庖阂恢睖?zhǔn)確地加注到拋光輪1上。由于刮板20固定于安裝底座15并跟隨拋光輪1做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，也實(shí)現(xiàn)了一直和拋光輪1保持貼合并刮下磁流變拋光液至回收槽18中。同時(shí)，儲(chǔ)液罐10至注液管8和抽液管13至儲(chǔ)液罐10之間的管路也不必參與公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的磁流變拋光液循環(huán)。圖5為本實(shí)用新型所述拋光輪、注液槽和回收槽結(jié)構(gòu)示意圖。 操作步驟如下將配置好的磁流變拋光液加入儲(chǔ)液罐10內(nèi)，開啟攪拌器11將磁流變拋光液攪拌均勻，開啟公自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，打開抽吸泵12。用輸送泵9將磁流變拋光液注入到注液槽17中。起始時(shí)，適當(dāng)增大磁流變拋光液注入注液槽17的速度，使注入速度略大于注液嘴6處的磁流變拋光液流速，令注液槽17中的液體不斷積累起來。當(dāng)注液槽17中有一定量的液體時(shí)，適當(dāng)減小磁流變拋光液的注入速度，使注入速度等于注液嘴6處的磁流變拋光液流速，令注液槽17中的液體液面高度保持不變。注液嘴6將會(huì)把磁流變拋光液穩(wěn)定地加注到拋光輪1上，由拋光輪1將磁流變拋光液帶入到加工區(qū)對(duì)工件3進(jìn)行拋光。刮板20、 回收槽18、抽吸泵12將磁流變拋光液回收至儲(chǔ)液罐10中。壓力流量測量裝置7對(duì)磁流變拋光液當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，為控制輸送泵9和抽吸泵12的轉(zhuǎn)速提供參考，以保持管路內(nèi)磁流變拋光液流速和壓力不變。這樣，磁流變拋光液即可穩(wěn)定地循環(huán)起來，使拋光輪1底部加工區(qū)的磁流變拋光液得到穩(wěn)定持續(xù)的更新。
權(quán)利要求1.一種用于公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的循環(huán)裝置，該裝置包括安裝底座(15)、固定在安裝底座(15)上的軸承座(16)、拋光輪(1)以及循環(huán)系統(tǒng)；所述的安裝底座(15)做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)； 所述的拋光輪(1)安裝在軸承座(16)上，該拋光輪做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)且同時(shí)隨安裝底座(15)做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；所述的循環(huán)系統(tǒng)含有儲(chǔ)液罐(10)、設(shè)置在儲(chǔ)液罐(10)中的攪拌器(11)、抽液管 (13)、注液管(8)和注液嘴(6)，在所述的抽液管(1 上設(shè)有抽吸泵(12)，在所述的注液管 (8)上設(shè)置有輸送泵(9)和壓力流量測量裝置(7)，注液管(8)的入口端與儲(chǔ)液罐(10)的底部連接，其特征在于所述的循環(huán)系統(tǒng)還包含注液槽(17)、支架和刮板00)；所述的注液槽(17)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，并通過支架與安裝底座(15)相連接，注液槽(17)的幾何軸線與拋光輪(1)的公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)軸重合，且隨安裝底座(15)做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，注液管(8)的出口端位于注液槽(17)內(nèi)或上方；在注液槽(17)底部開有小孔(19)；所述的注液嘴(6)與注液槽(17)底部的小孔(19)連通，注液嘴(6)的出口對(duì)準(zhǔn)拋光輪⑴輪緣；所述的刮板(20)連接到支架上，并與拋光輪(1)表面相貼合或留有間隙。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的循環(huán)裝置，其特征在于所述的循環(huán)系統(tǒng)還含有回收槽(18)，所述的回收槽(18)為環(huán)形結(jié)構(gòu)，與注液槽(17)同心布置， 該回收槽(18)的外徑小于注液槽(17)的內(nèi)徑，回收槽(18)位于刮板OO)下方，并與支架(21)相連，且隨安裝底座(15)做公轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；所述的抽液管(13)的入口端位于回收槽(18) 內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的循環(huán)裝置，其特征在于所述的注液槽(17)的底面與水平面之間有一傾角θ，該傾角使小孔(19)位于注液槽(17)底面的最低位置。
專利摘要一種用于公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的循環(huán)裝置，包括注液槽與回收槽、注液嘴、刮板和其他必要的輔助裝置。注液管將磁流變拋光液注入注液槽，注液槽與注液嘴連通，注液嘴將磁流變拋光液加注到拋光輪上，刮板將磁流變拋光液與拋光輪分離，并將磁流變拋光液引導(dǎo)至回收槽中。抽液管將回收槽中的磁流變拋光液抽走。本實(shí)用新型所涉及到的用于公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的循環(huán)裝置，在與公自轉(zhuǎn)磁流變拋光方法配合使用的前提下，能夠解決磁流變拋光液的循環(huán)問題，保證拋光去除函數(shù)的穩(wěn)定性，使公自轉(zhuǎn)拋光發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。
文檔編號(hào)B24B1/00GK202088036SQ20112015345
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)明者馮之敬, 左巍, 張?jiān)? 王于岳, 祝徐興, 趙廣木 申請(qǐng)人:清華大學(xué)