本發(fā)明涉及一種拋光裝置，尤其涉及一種用于光學(xué)元件拋光的螺旋式磁流變拋光裝置。

背景技術(shù)：

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)所需的光學(xué)元件提出了越來越高的要求。通常情況下，最終生產(chǎn)的光學(xué)元件具有高的面形精度，好的表面質(zhì)量以及盡可能少的亞表面破壞層。當(dāng)前采用的拋光加工方法包括化學(xué)機(jī)械拋光、離子束拋光、射流拋光等，其中磁流變拋光也是目前應(yīng)用較多的一種拋光方法。其優(yōu)點(diǎn)有：(1)拋光頭不會(huì)變鈍或是變形；(2)作為一種柔性介質(zhì)拋光頭適合復(fù)雜面形加工。常規(guī)的磁流變拋光主要采用工件與拋光頭之間的點(diǎn)接觸實(shí)現(xiàn)材料的拋光去除，因此效率受到了一定的影響，為了進(jìn)一步提高光學(xué)玻璃磁流變拋光效率，本發(fā)明設(shè)計(jì)一種螺旋式磁流變拋光裝置，大幅度增加拋光區(qū)域的接觸面積，以提高拋光效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于針對(duì)常規(guī)磁流變拋光裝置去除效率低的技術(shù)缺陷，提供一種可以實(shí)現(xiàn)面接觸拋光的螺旋式磁流變拋光裝置。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種螺旋式磁流變拋光裝置，包括拋光輪、磁流變液噴頭、線圈、磁流變液接受器、主軸、底座、線圈支架、電源、定位銷、電動(dòng)機(jī)，所述拋光輪設(shè)有螺旋線形的流動(dòng)通道，所述流動(dòng)通道由直線通道和圓弧通道組成；所述拋光輪通過主軸連接電動(dòng)機(jī)，由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，所述線圈通過螺釘緊固在線圈支架的頂端，所述線圈支架由定位銷將上下兩部分連接起來，并固定于底座上，所述線圈與固定在底座的電源連接，由電源為線圈供電，形成所需的磁場(chǎng)；所述拋光輪兩側(cè)分別設(shè)有磁流變液噴頭和磁流變液接收器，磁流變液噴頭噴出的磁流變液由磁流變液接收器接收。

由線圈連接電源提供磁場(chǎng)，根據(jù)線圈與直線通道的相對(duì)位置，計(jì)算出直線通道上各點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度，再由所得磁場(chǎng)強(qiáng)度計(jì)算出磁流變液的剪切應(yīng)力，與磁流變液靜態(tài)屈服應(yīng)力進(jìn)行比較判定，使磁流變液在直線通道變?yōu)楣腆w實(shí)現(xiàn)材料去除，在圓弧通道變?yōu)榱黧w并進(jìn)入下一個(gè)直線通道，從而實(shí)現(xiàn)在整個(gè)拋光輪的流動(dòng)通道中循環(huán)流動(dòng)。

所述線圈與拋光輪的相對(duì)位置的坐標(biāo)確定方法：

以拋光輪1上直線通道的中點(diǎn)O(0,0)為原點(diǎn)建立一個(gè)平面直角坐標(biāo)系，設(shè)直線通道上以O(shè)點(diǎn)為中點(diǎn)、長度L的范圍內(nèi)為加工區(qū)域，該范圍內(nèi)磁流變液為固體。設(shè)右側(cè)線圈坐標(biāo)為M₁(h₁,l₁)，左側(cè)線圈坐標(biāo)為M₂(h₂,l₂)，直線通道上加工區(qū)域一側(cè)邊界點(diǎn)K(x,y)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為：

其中

B_g為氣隙磁通密度，μ₀為空氣磁導(dǎo)率，e為左右兩側(cè)線圈頂端間距，2a為拋光裝置底座長度

設(shè)點(diǎn)K相對(duì)于右側(cè)線圈M₁和左側(cè)線圈M₂偏離坐標(biāo)為(X₁,Y₁)、(X₂,Y₂)，則

將公式(2)、(3)和(4)帶入到公式(1)，計(jì)算得直線通道K點(diǎn)處的磁場(chǎng)強(qiáng)度H為：

則該點(diǎn)K處的剪切應(yīng)力為：

τ_y＝K₀H² (6)

其中，系數(shù)K₀為已知的磁流變液性能參數(shù)；

設(shè)τ₀為磁流變液靜態(tài)屈服應(yīng)力，根據(jù)公式(6)計(jì)算的直線通道坐標(biāo)該點(diǎn)處磁流變液的剪切應(yīng)力τ_y，通過調(diào)節(jié)右側(cè)線圈坐標(biāo)M₁(h₁,l₁)和左側(cè)線圈坐標(biāo)M₂(h₂,l₂)，使得|τ_y|＝τ₀，則此時(shí)直線通道中部的長度內(nèi)的磁流變液為固體，實(shí)現(xiàn)材料拋光去除，而直線通道的其余部分以及圓弧通道的磁流變液則由于|τ_y|＜τ₀，均變?yōu)榱黧w，并從直線通道一側(cè)流入且通過圓弧通道，進(jìn)入下一個(gè)直線通道，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)在整個(gè)拋光輪的流動(dòng)通道中循環(huán)流動(dòng)，最終確定拋光輪上直線通道的兩側(cè)線圈位置。

本發(fā)明的有益效果是：

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，主要由拋光輪、線圈支架和電源組成。拋光區(qū)域面積大，且通過調(diào)節(jié)直線通道長度，即實(shí)現(xiàn)拋光區(qū)域大小控制，不僅提高了拋光效率，還拓寬了加工對(duì)象的尺寸范圍。

附圖說明

圖1為本發(fā)明施例的結(jié)構(gòu)組成俯視示意圖；

圖2為本發(fā)明施例的結(jié)構(gòu)組成右視示意圖；

圖3為本發(fā)明施例的結(jié)構(gòu)組成主視示意圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步闡述。

如圖1至圖3所示，本發(fā)明的螺旋式磁流變拋光裝置，包括拋光輪1、磁流變液噴頭2、線圈3、磁流變液接收器4、主軸5、底座6、線圈支架7、電源8、定位銷9、電動(dòng)機(jī)10。

拋光輪1設(shè)有螺旋線形的流動(dòng)通道，流動(dòng)通道包括直線通道和圓弧通道，拋光輪1通過主軸5提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，主軸5則由一臺(tái)電動(dòng)機(jī)10帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，線圈支架7由定位銷9將上下兩部分連接起來并固定在底座6上，電源8通過螺釘緊固在底座6內(nèi)部用于為線圈供電，形成所需的磁場(chǎng)，磁流變液由磁流變液噴頭2噴出，由磁流變液接收器4接收；所述線圈3通過螺釘緊固在線圈支架7的頂端，電線穿過線圈支架內(nèi)部，與固定在底座6的電源8連接；

線圈與拋光輪的相對(duì)位置坐標(biāo)確定方法如下：

以拋光輪上直線通道的中點(diǎn)O(0,0)為原點(diǎn)建立一個(gè)平面直角坐標(biāo)系，設(shè)直線通道上以O(shè)點(diǎn)為中點(diǎn)、長度L的范圍內(nèi)為加工區(qū)域，該范圍內(nèi)磁流變液為固體。設(shè)右側(cè)線圈坐標(biāo)為M₁(h₁,l₁)，左側(cè)線圈坐標(biāo)為M₂(h₂,l₂)，直線通道上加工區(qū)域一側(cè)邊界點(diǎn)K(x,y)的磁場(chǎng)強(qiáng)度為

其中

B_g為氣隙磁通密度，μ₀為空氣磁導(dǎo)率，e為左右兩側(cè)線圈頂端間距，2a為拋光裝置底座長度；

設(shè)點(diǎn)K相對(duì)于右側(cè)線圈M₁和左側(cè)線圈M₂偏離坐標(biāo)為(X₁,Y₁)、(X₂,Y₂)，則

將公式(2)和(3)帶入到公式(1)，計(jì)算得直線通道K點(diǎn)處的磁場(chǎng)強(qiáng)度H為

則該點(diǎn)K處的剪切應(yīng)力為：

τ_y＝K₀H² (6)

其中，系數(shù)K₀為已知的磁流變液性能參數(shù)。

設(shè)τ₀為磁流變液靜態(tài)屈服應(yīng)力，根據(jù)公式(6)計(jì)算的直線通道坐標(biāo)該點(diǎn)處磁流變液的剪切應(yīng)力τ_y，通過調(diào)節(jié)右側(cè)線圈坐標(biāo)M₁(h₁,l₁)和左側(cè)線圈坐標(biāo)M₂(h₂,l₂)，使得|τ_y|＝τ₀，則此時(shí)直線通道中部的長度內(nèi)的磁流變液為固體，實(shí)現(xiàn)材料拋光去除，而直線通道的其余部分以及圓弧通道的磁流變液則由于|τ_y|＜τ₀，均變?yōu)榱黧w，并從直線通道一側(cè)流入且通過圓弧通道，進(jìn)入下一個(gè)直線通道，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)在整個(gè)拋光輪的流動(dòng)通道中循環(huán)流動(dòng)，最終確定拋光輪上直線通道的兩側(cè)線圈位置。

可以根據(jù)實(shí)際加工需要，按照上述方法在拋光輪兩側(cè)添加左側(cè)線圈和右側(cè)線圈，能夠增加將磁流變液變?yōu)楣腆w的直線通道數(shù)目，從而提高有效加工面積。

設(shè)直線通道上加工區(qū)域一側(cè)邊界點(diǎn)坐標(biāo)為K(x,y)，計(jì)算出K點(diǎn)偏離右側(cè)線圈M₁和左側(cè)線圈M₂的差值為公式(4)，將公式(2)、(3)和(4)帶入公式(1)計(jì)算出直線通道K點(diǎn)處的磁場(chǎng)強(qiáng)度H，根據(jù)公式(6)計(jì)算出直線通道一側(cè)邊界點(diǎn)K磁流變液的剪切應(yīng)力τ_y，通過調(diào)節(jié)右側(cè)線圈坐標(biāo)M₁(h₁,l₁)和左側(cè)線圈坐標(biāo)M₂(h₂,l₂)，使得|τ_y|＝τ₀，則此時(shí)直線通道中部的長度內(nèi)的磁流變液為固體，可實(shí)現(xiàn)材料拋光去除，而圓弧通道的磁性則由于|τ_y|＜τ₀，磁流變液進(jìn)入圓弧通道時(shí)變?yōu)榱黧w，并從直線通道一側(cè)流入和通過圓弧通道，進(jìn)入下一個(gè)直線通道，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)在整個(gè)拋光輪的流動(dòng)通道中循環(huán)流動(dòng)，最終確定拋光輪上直線通道的兩側(cè)線圈位置。本實(shí)施例按照上述方法，設(shè)置了5個(gè)線圈，形成4個(gè)將磁流變液變?yōu)楣腆w的直線通道，用于拋光加工。