一種電控磁場柔性囊式充液拋光裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電控磁場柔性囊式充液拋光裝置，屬于超精密光學表面柔性加工工具領域。包括：柔性囊體、流變液、電磁鐵、可變電阻器、圓環(huán)碳刷、轉動軸、卡槽等。工作時，調節(jié)每一個可變電阻器獲得所需電流，分別給每一組電磁鐵供電，供電導線通過圓環(huán)碳刷與外部相連；在眾電磁鐵綜合磁場作用下，柔性囊體內部的流變液變?yōu)檎吵頎罨蚪咏虘B(tài)，使工作面與工件形成仿形接觸，并能通過電流的大小控制囊體的柔度；轉動軸上的卡槽用于將裝置固定在常用機床的動力頭上，以獲得驅動動力使裝置高速旋轉進行拋光工作。本發(fā)明提供的拋光裝置的工具頭的柔度可調、磁場可控、對曲面曲率變化適應性好，可滿足超光滑自由曲面的快速研拋加工要求。
【專利說明】一種電控磁場柔性囊式充液拋光裝置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種拋光工具，尤其涉及一種電控磁場柔性囊式充液拋光裝置，屬于 超精密光學表面柔性加工工具領域。

【背景技術】
[0002] 曲率變化的光學非球面的加工技術一直是制約其進一步廣泛應用的瓶頸。由硬質 的拋光模構成的拋光頭在拋光非球面時遇到了很大的困難，這主要是由非球面各點的曲率 半徑不一致造成的。常見的浙青拋光模，不能適應高速拋光過程中非球面曲率的變化速度， 因此，在各點產生的去除函數穩(wěn)定性大大降低，不利于面形精度的快速收斂。
[0003] 柔性拋光工具頭的出現對開展非球面的超精密表面加工的研究提供了新的思路， 這種工具頭可以瞬間適應非球面的曲率變化，適合非球面的加工。典型的柔性拋光技術有 磁流變拋光、流變拋光、囊體拋光等。其中美國QED公司開發(fā)的磁流變拋光裝置在非球面的 加工中得到了很好的應用，但是設備結構復雜，工藝參數繁多；日本東北大學精密機械研究 所研制的流變拋光非球面加工系統(tǒng)，主要用于對微小非球面的拋光，去除效率較低，而且需 要較高的電壓來得到流變液的穩(wěn)定特性。
[0004] 囊體拋光技術由英國Zeeko公司和倫敦光學實驗室聯合提出，他們開發(fā)了進動式 囊體工具頭，通過囊體內部氣壓和空間位置的單獨調節(jié)，實現了拋光過程的可控性，同時， 他們對囊體外層的拋光墊的樣式與粘貼工藝做了相關研究，提高了拋光品質，但當使用不 同的進動角對工件加工時，所需的拋光墊位置不一樣，故需更換不同的拋光工具頭，這會在 一定程度上降低加工效率，同時由于對拋光墊的粘貼工藝要求特別高，不僅給操作帶來不 便，也制約了對加工面形精度的進一步提高。為了實現連續(xù)進動或者多點進動，浙江工業(yè)大 學計時鳴等人將機器人用于控制囊體拋光工具，并成功對模具自由曲面進行拋光，但由于 受到囊體進氣管道和控制各關節(jié)的電機引線的制約，使得整個結構極其復雜，控制系統(tǒng)也 較復雜，同時囊體的柔性只能通過囊體內部充氣壓力粗略的控制。


【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明為了針對現有氣囊拋光技術在實際使用中工具頭需頻繁更換、接觸區(qū)柔性 不能精確控制、拋光工具結構復雜等問題，設計了一種電控磁場柔性囊式充液拋光裝置。該 裝置充液后密封與外界獨立，結構簡單；整個柔性囊體外均覆裹有拋光布，避免由不同進動 角工作時需更換工具頭的難題；工具頭柔性可通過電控磁場在線靈活精確控制，對曲率變 化的曲面適應性好。
[0006] 本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是：
[0007] -種電控磁場柔性囊式充液拋光裝置，包括柔性囊體、拋光布、流變液、底座、緊固 套、轉動軸、探針、電磁鐵、可變電阻器、圓環(huán)碳刷、螺釘、導線、探針基座、導流通道等。
[0008] 所述的拋光裝置前端為一柔性囊體，所述的柔性囊體外層有拋光布作為工作面， 所述的柔性囊體內部填充有流變液，所述的囊體與拋光布一起通過緊固套固定在底座上， 所述的底座安裝在一轉動軸上；
[0009] 所述轉動軸外側開有卡槽、內部開有導流通道，所述導流通道貫穿整個轉動軸軸 身直達柔性囊體；
[0010] 所述探針、電磁鐵安裝在探針基座上，所述探針穿過探針基座伸入囊體內，所述探 針基座根據需求開有用于固定電磁鐵的固定槽，所述探針基座通過螺釘固定在底座上；
[0011] 所述電磁鐵的導線經過導線孔與可變電阻器相連，進一步連接到圓環(huán)碳刷，所述 圓環(huán)碳刷固定在轉動軸上；所述可變電阻器每一個控制一組電磁鐵；
[0012] 本發(fā)明所述電控磁場柔性囊式充液拋光裝置的基本工作原理如下：流變液從轉動 軸上端導流通道入口導入，經過導流通道直達囊體內部，將轉動軸導流通道入口用密封塞 密封；根據實際需求磁場分布，通過外部控制設備計算出各組電磁鐵所需的電流，并通過對 可變電阻器的調節(jié)獲得所需電流；當電磁鐵不通電時，囊體內部充滿的流變液完全呈液態(tài)， 囊體工作表面與被拋光的工件表面呈仿形接觸，此時給提前調節(jié)好電流的電磁鐵通上電， 則囊體內部的流變液變?yōu)檎吵頎罨蚪咏虘B(tài)，使得囊體表面形狀被相對固化，實現對被加 工表面的記憶；囊體對被加工工件表面的仿形記憶功能對于曲面曲率恒定不變的區(qū)域拋光 能保證曲面的形態(tài)精度；囊體柔性工作面與被拋光工件之間填有帶分散磨粒的拋光液，利 用拋光液中的磨粒對工件表面材料的微切削效應實現拋光；電控磁場柔性囊式充液拋光裝 置轉動軸可被夾持在各種常用機床的動力頭上，以獲得驅動動力使囊體高速旋轉；而通過 對機床各方向軸運動軌跡的控制可以控制拋光路徑而實現自動化拋光加工。
[0013] 有益效果：
[0014] 1)通過對電磁鐵的不同排布，以及不同組電磁鐵電流大小的控制，可獲得與工件 表面形貌相仿的磁場，在該磁場作用下流變液變粘稠或固化，而影響柔性拋光工作面的形 貌，能有效保證去除函數的穩(wěn)定，提高被拋光表面的面形精度；
[0015] 2)工具頭充滿流變液體后整個封閉，與外界相對獨立，且電磁鐵通過圓環(huán)碳刷供 電，有效解決氣囊工具頭在運動過程中由于外接管道、供電導線等帶來的制約問題；
[0016] 3)探針伸入柔性囊體內，有效延緩磁場的衰弱；
[0017] 4)能與多種機床配合使用，有效降低制造成本，集成性好；
[0018] 5)通過調節(jié)電磁鐵的電流，可以控制流變液的柔度，進而有效控制拋光工作面與 被加工工件表面的接觸面積，可控性好，既能進行表面成形加工，又能用于對局部面形的精 確修正；

【專利附圖】

【附圖說明】
[0019] 圖1為本發(fā)明所述的電控磁場柔性囊式充液拋光裝置的結構示意圖；
[0020] 圖2為本發(fā)明的探針基座中心剖面結構示意圖；
[0021] 圖3為本發(fā)明的探針基座上電磁鐵的一種環(huán)形排布方式示意圖；
[0022] 圖4為本發(fā)明的轉動軸凸臺上可變電阻器與導線槽的分布方式示意圖；
[0023] 圖中，1-柔性囊體、2-拋光布、3-流變液、4-探針、5-電磁鐵、6-探針基座、7-螺 釘、8-固定蓋、9-底座、10-緊固套、11-導線、12-可變電阻器、13-陽極電刷、14-陰極電刷、 15-轉動軸、16-導流通道、17-導線孔、18-卡槽、19-凸臺、20-螺紋孔、21-導線槽。

【具體實施方式】
[0024] 下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步描述。
[0025] 如圖1，為本發(fā)明的電控磁場柔性囊式充液拋光裝置的結構示意圖，包括1-柔性 囊體、2-拋光布、3-流變液、4-探針、5-電磁鐵、6-探針基座、7-螺釘、8-固定蓋、9-底座、 10-緊固套、11-導線、12-可變電阻器、13-陽極電刷、14-陰極電刷、15-轉動軸、16-導流通 道、17-導線孔、18-卡槽構成；將探針4與電磁鐵5按照預先設計的方案放置在探針基座6 的固定槽中，探針4穿過探針基座6預留的孔伸入囊體內，導線11通過導線孔17引出；用 固定蓋8將電磁鐵5進一步固定在探針基座6上，固定蓋8與探針基座6通過螺釘7固定， 將探針基座6通過螺釘7固定在底座9上；柔性囊體1外層用環(huán)保型萬能膠貼上一層拋光 布2作為拋光工作面；柔性囊體1與拋光布2 -起通過緊固套10固定在底座9上，緊固套 10通過螺紋擰在底座9上，底座9通過螺釘7固定在轉動軸15上；流變液3從轉動軸15 上端引入，并經過導流通道16直達柔性囊體1內部，轉動軸15上端用密封塞密封；將每一 組電磁鐵5經導線孔17引出的導線11分別連接在對應的可變電阻器12兩端，進一步將正 極連接到陽極電刷、負極連接到陰極電刷；可變電阻器12用螺釘7固定在轉動軸15的凸臺 19上；陽極電刷13、陰極電刷14用螺釘固定在轉動軸15上，整個裝置通過轉動軸15上的 卡槽18固定在外部機床上使用。
[0026] 如圖2,為本發(fā)明的探針基座中心剖面結構示意圖。根據實際需求磁場分布，通過 外部控制設備計算出所需的電磁鐵5的排布，在探針基座6中開固定槽；探針4與電磁鐵5 放置在探針基座6的固定槽中，探針4穿過探針基座6預留的孔伸入囊體內，用螺釘7將固 定蓋8固定在探針基座6上，電磁鐵5的導11經固定蓋8上預留的導線孔引出；探針基座 6、固定蓋8中間均留有導流通道16 ;螺紋孔20用于將整體組裝后的探針基座6固定在底 座9 ;。
[0027] 如圖3,為本發(fā)明的探針基座上電磁鐵的一種環(huán)形排布方式示意圖。同一半徑圓環(huán) 上的電磁鐵5為一組，通過同一個可變電阻器12控制。
[0028] 如圖4,為本發(fā)明的轉動軸凸臺上可變電阻器與導線槽的分布方式示意圖?？勺冸?阻器12均勻分布于以導流通道16為圓心的圓弧上，通過螺釘固定在轉動軸凸臺上，每一可 變電阻器12控制探針基座6上的同一組電磁鐵5,導線11通過導線槽21固定在轉動軸凸 臺上，
[0029] 本發(fā)明所述電控磁場柔性囊式充液拋光裝置的工作原理為：流變液3經過導流通 道16引入柔性囊體1內部，將轉動軸15上端用密封塞密封；通過改變可變電阻器12的電 阻以控制每組電磁鐵5的電流大小，控制囊體內部施加的磁場分布與流變液3的柔度；流變 液3在磁場作用下變粘稠或固化，使拋光工作面與被拋光工件表面形成仿形接觸；柔性囊 體1及其表面覆蓋的拋光布2在轉動軸15的帶動下高速旋轉，通過拋光液中的磨粒對工件 表面材料進行確定性去除。
【權利要求】
1. 一種電控磁場柔性囊式充液拋光裝置，包括柔性囊體、拋光布、流變液、底座、緊固 套、轉動軸、探針、電磁鐵、可變電阻器、圓環(huán)碳刷、螺釘、導線、探針基座、導流通道等； 所述的拋光裝置前端為一柔性囊體，所述的柔性囊體外層有拋光布作為工作面，所述 的柔性囊體內部填充有流變液，所述的囊體與拋光布一起通過緊固套固定在底座上，所述 的底座安裝在一轉動軸上； 所述轉動軸外側開有卡槽、內部開有導流通道，所述導流通道貫穿整個轉動軸軸身直 達柔性囊體； 所述探針、電磁鐵安裝在探針基座上，所述探針穿過探針基座伸入囊體內，所述探針基 座根據需求開有用于固定電磁鐵的固定槽，所述探針基座通過螺釘固定在底座上； 所述電磁鐵的導線經過導線孔與可變電阻器相連，進一步連接到圓環(huán)碳刷，所述圓環(huán) 碳刷固定在轉動軸上；所述可變電阻器每一個控制一組電磁鐵。
2. 根據權利要求1所述的一種電控磁場柔性囊式充液拋光裝置，其特征在于：一個可 變電阻器控制一組電磁鐵，同組間、不同組間電磁鐵均可自由排布，多組電磁鐵共同形成可 控的綜合磁場。
3. 根據權利要求1所述的一種電控磁場柔性囊式充液拋光裝置，其特征在于：所述裝 置的陽極電刷、陰極電刷固定在裝置自身的轉動軸上。
4. 根據權利要求1所述的一種電控磁場柔性囊式充液拋光裝置，其特征在于：所述探 針為高磁導率材料制成，探針穿過探針基座伸入柔性囊體內。
5. 根據權利要求1所述的一種電控磁場柔性囊式充液拋光裝置，其特征在于：流變液 通過轉動軸上的導流通道導入柔性囊體內，轉動軸上端導流入口用密封塞密封。
6. 根據權利要求1所述的一種電控磁場柔性囊式充液拋光裝置，其特征在于：所述拋 光布為耐磨柔軟易粘貼材料制成，覆裹在整個柔性囊體外層。
【文檔編號】B24B41/04GK104097142SQ201410286022
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權日:2014年6月24日
【發(fā)明者】程灝波, 管祥彪, 馮云鵬 申請人:北京理工大學