專利名稱：可控變磁場小磨頭拋光輪的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種拋光工具，尤其是涉及超精密球面、非球面、平面、V型槽加工工具 的可控變磁場小磨頭拋光輪。
背景技術：
隨著現(xiàn)代科學技術的發(fā)展，光學元件在未來的國防、航空、航天和信息等諸多領域 發(fā)揮著越來越重要的作用，于是對應用于各種光學系統(tǒng)中的光學元件提出了越來越高的要 求。通常情況下，要求最終生產(chǎn)的光學元件具有高的面形精度、好的表面質量及盡量減少 亞表面破壞層。要獲得高精度、高質量的加工表面有多種加工方法，其中一種新型的拋光 技術一磁流變拋光(Magnetorheological finishing, MRF)技術不僅可以加工出超光滑 的表面，而且?guī)缀鯖]有變質層，因而越來越受到各國研究人員的廣泛關注。磁流變拋光技 術是一項為適應高精度加工而發(fā)展起來的新技術，其優(yōu)點是拋光區(qū)域為可控的柔性拋光， 在拋光表面不會產(chǎn)生亞表面破壞層，獲得納米級的粗糙度，能夠很好的滿足航天、航空和國 防等領域的加工要求，有著廣闊的應用前景。它能夠順利進行的兩個前提條件一是提供 適合于磁流變拋光的梯度磁場，二是配制出具有良好流變性的磁流變拋光液(J.A. Tichy. Hydrodynamic lubrication theory for theBinhham plastic flow model. [J]. Rheol, 1991，35 (4) 477-496)。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對磁流變拋光技術能順利進行的需要提供適合于磁流變拋 光的梯度磁場的條件，提供一種可實現(xiàn)對光學元件的超精密拋光，結構簡單且實用的可控 變磁場小磨頭拋光輪。本發(fā)明設有螺栓、拋光盤、線圈、螺釘、導座、支座、支撐軸、電刷和單片機。支撐軸為中空式，單片機固定在支撐軸內表面，外部信號線、接地線和電源引線通 過電刷接單片機輸入端口，由單片機將輸入的信號轉換成相應各個磁芯中線圈電流的控制 信號，單片機的控制信號輸出端口接各個磁體的線圈電流線；拋光盤為頂部薄，兩側厚的中 空殼體結構，拋光盤與支撐軸連接；導座上設有至少2個磁芯，所有磁芯由兩塊球狀磁體正 對放置組成，兩塊磁體之間有空隙，各個磁芯外部設有隔磁片，各個磁芯下端固定在各個支 座上，各個支座與導座相連；線圈沿軸向設于磁芯內；導座與支撐軸連接，支撐軸設有用于 定位導座的軸肩，支撐軸外接機床部件。所述單片機的控制信號輸出端口接各個磁體的線圈電流線，最好是單片機的控制 信號輸出端口通過設于支座上的導線通孔接各個磁體的線圈電流線。所述拋光盤與支撐軸連接，最好是拋光盤與支撐軸之間通過螺栓連接。所述磁體可采用軟磁體材料制成。所述各個支座與導座相連，最好是各個支座與導座通過螺釘相連。所述導座與支 撐軸連接，最好是導座與支撐軸通過螺栓連接。
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拋光前首先將拋光輪內部磁芯和支撐軸間的相對位置以及各磁體的氣隙(空隙) 大小調整好，拋光中拋光輪內部結構保持固定，利用控制系統(tǒng)輸出的不同幅值的直流電對 線圈通電，磁流變體附著在磁芯氣隙上方的拋光盤的外殼上，通過有效信號頻率的改變使 拋光盤相對旋轉，由拋光盤帶著磁流變體進行拋光。本發(fā)明提供的磁流變拋光功能強大，可 提供更靈活的拋光需要。與現(xiàn)有的拋光輪相比，本發(fā)明具有以下突出特點1.拋光參數(shù)可調。本發(fā)明通過直流電對線圈通電，在磁芯氣隙處產(chǎn)生高強磁場，磁 流變液在高強磁場作用下受力壓向運動盤，轉變成賓漢(Bingham)介質，形成單一穩(wěn)定的 緞帶突起(即磨頭)，當此磨頭隨同拋光盤進入工件和拋光輪形成的匯集間隙時，對工件表 面與之接觸的區(qū)域產(chǎn)生很大的剪切力，從而使工件表面材料被去除。通過調整線圈電流的 強弱和磨頭類型以實現(xiàn)對拋光磨頭大小和形狀的有效控制，從而滿足不同形狀，不同尺寸 光學元件拋光的需要。2.拋光精度高。是一中拋光區(qū)域可控的柔性拋光，在拋光表面不會產(chǎn)生亞表面破 壞層，可獲得納米級的表面粗糙度。3.加工穩(wěn)定性高。采用直流電對線圈通電，故不會產(chǎn)生磁滯損耗和渦流損耗，可以 保持恒定的磁場；同時拋光中只有拋光盤帶動磁流變體旋轉拋光，而內部結構保持固定，從 而確保加工中比較高的穩(wěn)定性。4.操作簡單。易于與機床配合，容易操作。由此可見，利用本發(fā)明對高精度球面、平面、V型槽表面進行拋光，能夠有效加工出 超光滑的表面，具有很大的研究價值和可行性。


圖1為本發(fā)明實施例的球型小磨頭拋光輪基本結構剖面示意圖。圖2為本發(fā)明實施例的球型小磨頭拋光輪基本結構示意圖的俯視圖。圖3為本發(fā)明實施例的平面性小磨頭拋光輪基本結構剖面示意圖。圖4為本發(fā)明實施例的V型槽小磨頭拋光輪基本結構剖面示意圖。
具體實施例方式以下結合附圖對本發(fā)明作進一步的說明。參見圖1 3，本發(fā)明實施例設有螺栓1、拋光盤2、隔磁片3、磁芯4、線圈5、固定 螺釘6、支座7、導線通孔8、導座9、螺栓10、支撐軸11、電刷12和單片機13。支撐軸11為 中空式結構，單片機13固定在支撐軸11內表面，外接電源線、接地線和信號線通過電刷12 引入單片機13，各個磁體的線圈電流線通過支座7上的導線通孔8與單片機13相連；拋光 盤2為頂部薄，兩側厚的中空殼體結構，其頂部的厚度約為2mm，選用不導磁的材料組成，拋 光中磁流變體附著其上，兩側較厚，約為5mm，采用磁屏蔽材料組成。拋光盤2和支撐軸11 通過螺栓1連接。磁芯4由兩塊球狀磁體正對放置組成，兩塊磁體之間有空隙，磁體采用軟 磁體材料制成，各個磁芯外部連有隔磁片3，磁芯下端固定在各個導座上，導座9通過固定 螺釘6與支座7相連；線圈5沿軸向設于磁芯4內；支座7與支撐軸11通過螺栓10連接， 通過軸肩定位，支撐軸外接機床部件。工作時，控制信號輸入拋光輪的控制系統(tǒng)，單片機12將輸入的控制信號S轉換成相應各個磁芯中控制線圈電流的信號，轉換后的各個磁芯中控制線圈電流的信號通過支座 7上的導線通孔8引入各個磁體，通過控制各個磁芯中線圈電流的大小、有無、頻率等參數(shù) 來實現(xiàn)不同點處磁力線的強弱和有無的控制，從而最終實現(xiàn)不同形狀、不同尺寸光學元件 的拋光。
權利要求
可控變磁場小磨頭拋光輪，其特征在于設有螺栓、拋光盤、線圈、螺釘、導座、支座、支撐軸、電刷和單片機；支撐軸為中空式，單片機固定在支撐軸內表面，外部信號線、接地線和電源引線通過電刷接單片機輸入端口，由單片機將輸入的信號轉換成相應各個磁芯中線圈電流的控制信號，單片機的控制信號輸出端口接各個磁體的線圈電流線；拋光盤為頂部薄，兩側厚的中空殼體結構，拋光盤與支撐軸連接；導座上設有至少2個磁芯，所有磁芯由兩塊球狀磁體正對放置組成，兩塊磁體之間有空隙，各個磁芯外部設有隔磁片，各個磁芯下端固定在各個支座上，各個支座與導座相連；線圈沿軸向設于磁芯內；導座與支撐軸連接，支撐軸設有用于定位導座的軸肩，支撐軸外接機床部件。
2.如權利要求1所述的可控變磁場小磨頭拋光輪，其特征在于所述單片機的控制信號 輸出端口接各個磁體的線圈電流線，是單片機的控制信號輸出端口通過設于支座上的導線 通孔接各個磁體的線圈電流線。
3.如權利要求1所述的可控變磁場小磨頭拋光輪，其特征在于所述拋光盤與支撐軸連 接，是拋光盤與支撐軸之間通過螺栓連接。
4.如權利要求1所述的可控變磁場小磨頭拋光輪，其特征在于所述磁體為軟磁體材料 磁體。
5.如權利要求1所述的可控變磁場小磨頭拋光輪，其特征在于所述各個支座與導座相 連，是各個支座與導座通過螺釘相連。
6.如權利要求1所述的可控變磁場小磨頭拋光輪，其特征在于所述導座與支撐軸連 接，是導座與支撐軸通過螺栓連接。
全文摘要
可控變磁場小磨頭拋光輪，涉及一種拋光工具。提供一種可實現(xiàn)對光學元件的超精密拋光，結構簡單且實用的可控變磁場小磨頭拋光輪。設有螺栓、拋光盤、線圈、螺釘、導座、支座、支撐軸、電刷和單片機。支撐軸為中空式，單片機固定在支撐軸內表面，信號線、接地線和電源引線通過電刷接單片機輸入端口，單片機控制信號輸出端口接各個磁體的線圈電流線；拋光盤為頂部薄兩側厚的中空殼體，拋光盤與支撐軸連接；導座上設有至少2個磁芯，磁芯由兩塊球狀磁體正對放置組成，兩塊磁體之間有空隙，各個磁芯外部設有隔磁片，各個磁芯下端固定在各個支座上，各個支座與導座相連；線圈沿軸向設于磁芯內；導座與支撐軸連接，支撐軸設有軸肩，支撐軸外接機床部件。
文檔編號B24D13/00GK101972996SQ201010227800
公開日2011年2月16日 申請日期2010年7月13日 優(yōu)先權日2010年7月13日
發(fā)明者楊峰, 林曉輝, 潘日, 郭隱彪 申請人:廈門大學