專利名稱：磁流變柔性精磨拋光設備和方法
技術領域：
本發明涉及光學零件精密制造技術領域，本發明公開了一種磁流變柔性精磨拋光的設備及方法。主要用于光學零件制造，還可用于其它需要光滑表面的零件的制造。
背景技術：
目前，公知的光學精磨拋光制造技術，是利用和工件面型吻合的磨具或拋光盤進行精磨拋光制造光學零件。資料和實踐表明，它們有簡便、易于實現和加工效率高的特點，是目前光學精磨拋光技術中普遍采用的制造方法，廣泛應用于工業生產。這類方法中的精磨拋光用具是用包括金剛石丸片、樹脂，聚氨脂，柏油，毛氈等材料粘接在與被加工零件面形相近的金屬模具上制造而成，它們有一個相同的特征，有相對較硬和固定不變的面型。在實際的加工中，對不同面形的光學零件，需要制作不同面形的專門的精磨拋光磨具；而且，加工的過程中需要做一個的初始研磨，修正面形以后，才能用于生產保證制造合格的光學零件；同時，在加工的過程中需要不斷檢測和校正精磨拋光磨具的面形，才能保證加工的繼續。這是一個需要不斷重復的過程，稍有不慎就會制造出廢品。加工新的面形的光學零件，需要制造另一個專門的精磨拋光磨具。在整個加工過程中，需要根據零件面形的變化，不斷修正拋光模具，以滿足被加工對象精度的需求。因而在上述傳統方法中人為經驗因素也是一個非常重要的條件。
另外，一個重要的問題是傳統方法制造出的光學零件，它的表面是一個粗糙度在十幾納米左右量級的光學面，在常規的光學技術領域里應用是足可以滿足要求；但在激光技術和其它有超光滑表面要求的技術領域里，這種十幾納米左右量級的光學面是不能夠滿足使用要求，目前的工業生產實際中客觀需要粗糙度小于幾個納米的光學面，即達到超光滑的光學面水平。
在公開的資料里，磁流變拋光技術有著較快的發展，實踐證明，它有很好的精磨拋光的性能，可以制造出超光滑光學面的光學零件。美國羅切斯特大學發明的磁流變拋光方法和設備已取得商業銷售，在國際上具有領先的技術水平，中國專利ZL96198445.7是美國羅切斯特大學發明方法的詳細敘述，它是一種用磁流變流體精加工工件表面的方法，在此方法中，將磁流變液置于一個轉動的輪子表面，帶動磁流變液到一個磁場中，工件和磁場有一定的間隙，磁流變液在通過這個間隙時被磁化，并形成瞬時精加工工具，用于與工件表面的部分接觸并去除工件表面這部分的材料。它類似于一個接觸面很小的點接觸式研磨拋光，來實現需要的面形和光滑表面；它需要結合超精密的機械系統和數控技術來實現。國內有許多單位也在進行磁流變拋光的研究，中國專利ZL03124557.9公開了另外一種利用磁流變拋光的方法，它是在可噴射磁流變液使其形成射流之噴嘴外設磁場，通過控制工件空間的運動位置及噴嘴周圍磁場的方向和大小來控制磁流變液的流變性，實現光學零件的確定量研磨拋光加工，這種拋光方法同樣需要復雜的精密機械系統和控制。中國專利200410044076.0公開了一種超聲波磁流變復合拋光方法及裝置的回轉工具頭，在其內部通入混有磨料的磁流變液，并施加一定的磁場，使磁流變液在工具頭上形成有一定去除能力，這種方法由數控工作臺控制拋光頭的位置，加工工件由工件數控工作臺帶動，形成要求的加工軌跡和高精度的光學表面。
上述的磁流變拋光方法中，共同的特點都是類似一個點接觸式的研磨方法，需要超高精度的精密機械系統和數字控制來制造光學零件，針對不同的產品需要調整應用中的控制系統。它屬于計算機控制光學表面成型技術，該技術推動了超光滑的光學零件制造技術的發展。與傳統方法相比較，在加工精度和表面質量上有了大的提高，但是在加工效率和加工成本方面遠遠不及傳統方法的水平。
發明內容
本發明的目的是克服上述設備和技術存在的不足，提供一種進行精磨拋光加工的新方法和設備。該方法和設備兼具上述技術優勢，且使得被加工表面與柔性精磨拋光磨具自適應吻合，進行柔性和可塑性面研磨，還可以在一定的范圍加工制造不同曲率半徑面形的光學零件，具有通用性，加工效率高，易于操作和控制；同時還具有結構簡單，成本低，實現超光滑的表面加工，無需更換磨具就可對不同曲率或不同型面的工件進行加工等特點。
下面對本發明的技術方案進行詳細說明本發明的實現在于磁流變柔性精磨拋光設備，主要由機座、工件主軸裝置和精研磨具構成，工件主軸裝置和精研磨具分別與機座固連，被加工工件被夾持在工件主軸裝置的主軸上，其特征在于精研磨具為環帶狀的柔性精磨拋光磨具，工件放在環帶狀的柔性精磨拋光磨具上；精研磨具主要由非磁性工作槽、磁芯、電磁線圈、上下調節裝置、供液管道、液體循環裝置、回收管道、磁流變拋光液組成，其中磁芯和電磁線圈構成電磁鐵，磁芯內磁極的端面是環帶狀，整個電磁鐵與上下調節裝置固定在一起，上下調節裝置可以調節環帶狀的柔性精磨拋光磨具的上下位置，也可以調節環帶狀的柔性精磨拋光磨具在水平方向的位置。非磁性工作槽的底部開有磁極孔，磁芯的內磁極穿過該孔，高出底部平面與磁極孔粘接在一起并密封；電磁鐵的內磁極上也開有孔，為液體流動通道，穿過上下調節裝置的過孔與供液管道連接，供液管道另一端接到液體循環裝置，液體循環裝置還與液體回收管道連接，回收管道的另一端連接在非磁性工作槽2底部的液體孔上，形成液體循環回路，電磁線圈通電工作時，內磁極端面到外磁極端面形成梯度磁場，在磁芯的內磁極端面和附近空間的磁流變拋光液被磁場磁化，產生環帶狀的Bingham可塑性固態狀物體，形成環帶狀的柔性精磨拋光磨具。
精研磨具的設計改變了現有拋光技術的方法，不需要采用與被加工對象相對應的系列固定面形拋光工具，也不采用點接觸方式進行加工，無需超精密數控機床控制工件或磨頭的移動精度。環帶狀的磁流變柔性精磨拋光磨具與運動工件緊密接觸，可塑性固態狀物體的表面隨著工件表面形狀變化，實現了可塑性，因此有較大面積的面接觸，具有較高的去除效率。在工件運動時，磁流變柔性精磨拋光磨具在工件表面產生剪切力，實現對工件表面材料的去除。可適應不同曲率半徑面形的加工且達到了超精加工的目的。
本發明的實現還在于磁流變柔性精磨拋光設備，工件主軸裝置是移動、自轉和擺動的三維運動主軸裝置，主要是由擺動機構、上下滑動機構和變速旋轉機構組成，機座向上通過連接軸連接有擺架，連接軸中心線即拋光加工控制的虛擬軸；主軸套、擺架、支撐架組成擺動機構，支撐架和擺架固連在一起，上下滑動機構為氣缸控制花鍵主軸機構，通過氣缸安裝在擺架上，變速旋轉機構為皮帶傳動變速機構；變速旋轉機構也固定連接在支撐架上，套在上下滑動機構上的主軸套，同時也固連在支撐架上；機座上還安裝有擺動控制裝置。
如此設計，解決了被加工件移動、自轉和擺動的三維運動，實現了工件空間運動可以自轉運動和擺動運動的同時進行，保證了工件上各點與環帶狀的磁流變柔性精磨拋光磨具充分接觸，自轉的速度和擺動角度和擺動周期是可控的，無需更換磨具就可對不同曲率或不同形面的工件進行拋光加工，以滿足不同的工藝要求。增加了設備的通用性，改變了一個產品對應一套磨具的現狀，采用環帶狀的磁流變柔性精磨拋光磨具與被加工件移動、自轉和擺動的三維運動的有機結合，有效地實現了同一設備對不同曲率半徑面形的光學零件的加工，不僅易于控制，而且簡單易行。
本發明的實現還在于該磁流變柔性精磨拋光設備的液體循環裝置中設置有液體儲存箱、液體循環泵、冷卻系統、攪拌系統；液體循環泵使磁流變拋光液從液體儲存箱中經過輸液通道和磁芯的內磁極中間的液體流動通道進入非磁性工作槽中，對非磁性工作槽的磁流變拋光液進行補給，保證非磁性工作槽的磁流變拋光液足夠滿足工藝要求。磁流變拋光液循環流動的過程中還對磁極和工件進行冷卻。
本發明的實現還在于磁流變柔性精磨拋光設備，所說的磁芯3內磁極環帶狀的端面主要是設為圓環帶狀，根據被加工件的表面形狀，還可以設為其它規則環帶狀，如橢圓環帶狀、方環帶狀、三角環帶狀，以及不規則環帶狀。
本發明的設備具有結構簡單，設備制造成本相比較低。而且，提高了加工制造的效率，降低設備制造成本和加工制造光學零件的成本。
本發明的實現還在于磁流變柔性精磨拋光方法，其特征在于使用權利要求1～4所述的設備，具體的拋光方法步驟如下一、將被加工工件固定在工件主軸上；根據工件的曲率半徑，調節工件表面與擺動運動虛擬軸間的距離；二、調節電磁鐵向上運動，使電磁鐵磁芯的內磁極端面與工件被加工表面保持一定的距離并固定；三、在液體循環回路中加入磁流變拋光液，啟動液體循環泵，磁流變拋光液通過電磁鐵的內磁極中的液體流動通道，流到非磁性槽內；四、啟動工件主軸裝置，使工件主軸帶動工件旋轉，擺動機構開始擺動；五、給電磁鐵通電，磁極端面附近的磁流變拋光液，被磁場磁化，產生環帶狀Bingham可塑性固體，形成環帶狀的柔性精磨拋光磨具與工件的被拋光面吻合，對工件進行精磨拋光加工；六、工作過的磁流變拋光液經過與非磁性槽底部連接的回收通道流出，流到密封的回收箱內，經過過濾、冷卻、攪拌進行循環使用；七、改變被加工工件時，重新調節工件表面與擺動運動虛擬軸間的距離，重復上述步驟進行加工。
固定在一起的非磁性工作槽、磁芯、電磁線圈，與磁場上下調節裝置連接在一起，可以上下運動和水平方向來回運動，上下運動可精密調節位置，保證了非磁性工作槽中形成環帶狀的柔性精磨拋光磨具可以在需要的工藝位置，配合工件表面與擺動運動的虛擬軸的距離調節，實現對不同的工件的加工制造的工藝要求。水平方向來回運動是用于平面光學面的加工。
本發明的實現依據這樣的原理一個半徑r的圓環，相對于一個點運動時，圓環上所有點的軌跡包絡面是一個球面，其球面曲率半徑是圓環任意一點到固定點的距離。當圓環半徑r不變時，改變圓環任意一點到固定點的距離，軌跡包絡球面曲率的半徑就會隨之變化，形成不同半徑的球面。
基于這樣的數學幾何原理，本發明運用經典簡練的機械和控制設計了加工所需的精研磨具、工件主軸裝置、機座以及它們之間的配合、結合安裝，設置了新的加工方法，提供了一種被加工表面與柔性精磨拋光磨具自適應吻合，進行柔性和可塑性面研磨，還可以在一定的范圍加工制造不同曲率半徑面形的光學零件，具有通用性，加工效率高，易于操作和控制；同時還具有結構簡單，成本低，實現超光滑的表面加工，無需更換磨具就可對不同曲率或不同型面的工件進行拋光加工的磁流變柔性精磨拋光方法和設備。解決了生產實際中急需的粗糙度小于幾個納米的光學面的超光滑加工的問題，同時實現了柔性、可塑性、通用性加工，效率高，成本低。
圖1是本發明精研磨具的原理示意圖；圖2是本發明的環帶狀柔性精磨拋光磨具示意圖；圖3是本發明的工件主軸裝置原理示意圖；圖4是本發明的磁流變柔性精磨拋光實施例中加工凸球面光學面的示意圖；圖5是本發明的磁流變柔性精磨拋光實施例中加工凹球面光學面的示意圖；圖6是本發明的磁流變柔性精磨拋光實施例中加工平面光學面的示意圖；圖7是本發明的磁流變柔性精磨拋光實施例中方形磁極示意圖；
圖8是本發明的磁流變柔性精磨拋光實施例中橢圓形磁極示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖進行詳細說明實施例1如圖1所示，本發明的磁流變柔性精磨拋光設備，主要由機座、工件主軸裝置和精研磨具構成，工件主軸裝置和精研磨具分別與機座固連，被加工工件1被夾持在工件主軸裝置的主軸10上，其特征在于精研磨具為環帶狀的柔性精磨拋光磨具，工件放在環帶狀的柔性精磨拋光磨具上；精研磨具主要由非磁性工作槽2、磁芯3、電磁線圈4、上下調節裝置5、供液管道6、液體循環裝置7、回收管道8、磁流變拋光液9組成，其中磁芯3和電磁線圈4構成電磁鐵，磁芯3內磁極的端面是環帶狀，整個電磁鐵與上下調節裝置5固定在一起，非磁性工作槽2的底部開有磁極孔，磁芯3的內磁極穿過該孔，高出底部平面與磁極孔粘接在一起并密封；電磁鐵的內磁極上也開有孔，為液體流動通道，穿過上下調節裝置5的過孔與供液管道6連接，供液管道6另一端接到液體循環裝置7，液體循環裝置7還與液體回收管道8連接，回收管道8的另一端連接在非磁性工作槽2底部的液體孔上，形成液體循環回路，電磁線圈4通電工作時，內磁極端面到外磁極端面形成梯度磁場，在磁芯3的內磁極端面和附近空間的磁流變拋光液9被磁場磁化，產生環帶狀的Bingham可塑性固態狀物體26，形成環帶狀的柔性精磨拋光磨具，參見圖2。
磁流變拋光液9通過供液管道6流到內磁極液體流動通道中，在內磁極液體流動通道中流過，還對磁極進行冷卻，磁流變拋光液9從磁芯3內磁極端面流出，流入非磁性工作槽2內，非磁性工作槽2內的內磁極完全浸入磁流變拋光液9中，磁流變拋光液9通過非磁性工作槽2底部的孔流入液體回收管道8，再流入液體循環裝置7，磁芯3內磁極的端面是環帶狀，電磁線圈4裝在磁芯3的內磁極周圍的空間中，電磁線圈4通電工作時，內磁極端面到外磁極端面形成梯度磁場，在磁芯3的內磁極端面和附近空間的磁流變拋光液9被磁場磁化，產生環帶狀的Bingham可塑性固態狀物體，形成環帶狀的柔性精磨拋光磨具。工件放在帶狀的柔性精磨拋光磨具上，并相對運動，環帶狀的柔性精磨拋光磨具就可以在工件表面產生剪切力，實現對工件表面材料的去除。經測試用本發明加工的光學零件的粗糙度可以達到幾個納米的超光滑光學面。
環帶狀的柔性精磨拋光磨具優選電磁鐵來實現，還可以是其它磁性物質，用永久磁鐵，還可以用電磁鐵和永久磁鐵共同來實現。
實施例2磁流變柔性精磨拋光設備的總體構成同實施例1，其中的工件主軸裝置是移動、自轉和擺動的三維運動主軸裝置，主要是由擺動機構、上下滑動機構和變速旋轉機構組成，機座23向上通過連接軸連接有擺架18，連接軸中心線即拋光加工控制的虛擬軸；主軸套12、擺架18、支撐架22組成擺動機構，支撐架22和擺架18固連在一起，上下滑動機構為氣缸控制花鍵主軸機構，通過氣缸16安裝在擺架18上，變速旋轉機構為皮帶傳輸變速機構；變速旋轉機構通過支撐架22固定連接，套在上下滑動機構上的主軸套12同時也固連在支撐架22上。機座23上還安裝有擺動控制裝置。
實施例3磁流變柔性精磨拋光設備的總體構成同實施例2，工件主軸裝置的具體實施是上下滑動機構安裝在擺動機構上，變速旋轉機構固定在擺動機構，并擺動機構一起運動。主軸套12、擺架18、支撐架22組成擺動機構，主軸套12固定在支撐架22上，并一起固定在擺架18上。主軸10、轉軸14、轉軸套15、氣缸16、氣缸軸17組成上下滑動機構，主軸10上端和轉軸14連接，轉軸套15與氣缸16上氣缸軸17連接，氣缸16工作時帶動氣缸軸17、轉軸套15、轉軸14和主軸10上下運動。氣缸16安裝在擺架18上，通過絲杠25可以精密調節氣缸16位置，也就是控制工件1被加工表面與擺架18虛擬軸的位置，實現對不同工件的加工工藝要求。主軸10和轉軸14旋轉時，轉軸14在轉軸套15中可自由旋轉，轉軸套15、氣缸軸17和氣缸16不會跟隨旋轉。主軸10是一個花鍵軸其旋轉是由變速旋轉機構帶動，花鍵套11、被動皮帶輪13、電機19、主動皮帶輪20、皮帶21組成變速旋轉機構，電機19固定在支撐架22上，被動皮帶輪13與花鍵套11通過軸承由主軸套12支撐，電機19帶動主動皮帶輪20旋轉，通過皮帶21傳動，被動皮帶輪13與花鍵套11固定在一起帶動主軸10旋轉，主軸10可以在花鍵套11中滑動，主軸10上下滑動時，花鍵套11保持旋轉不會上下滑動，被動皮帶輪13與主動皮帶輪20可以實現三級變速，電機17通過變頻器實現無級變速，保證了主軸10的轉速為每分鐘0～2600轉可調，滿足加工工藝要求，擺架18的擺動是安裝在設備機座23上的控制裝置來實現，擺動角度和擺動周期是可調的。以滿足不同的工藝要求。
工件主軸和運動控制機構實現了工件空間的運動，它是自轉運動和擺動運動同時進行的，保證了工件上各點與環帶狀的磁流變柔性精磨拋光磨具充分接觸，自轉的速度和擺動角度和擺動周期是可控的，以滿足不同的工藝要求，實施例4磁流變柔性精磨拋光設備的總體構成同實施例3，其中的液體循環裝置7中設置有液體儲存箱、液體循環泵、冷卻系統、攪拌系統；液體循環泵使磁流變拋光液9從液體儲存箱中經過輸液通道6和磁芯3的內磁極中間的液體流動通道進入非磁性工作槽2中，對非磁性工作槽2的磁流變拋光液9進行補給。
實施例5磁流變柔性精磨拋光設備的總體構成同實施例3，參見圖2，精研磨具中磁芯3內磁極環帶狀的端面是設為圓環帶狀，實現了與工件有較大面積的面接觸，具有較高的去除效率。
實施例6磁流變柔性精磨拋光設備的總體構成同實施例3，根據被加工件的大小，精研磨具中磁芯3內磁極環帶狀的端面設為橢圓環帶狀，以改變工件表面的不同區域的去除，可以將精研磨具中磁芯3內磁極環帶狀的端面設為其它規則環帶狀，見圖8。
實施例7實施方式同實施例6，不同之處是根據被加工件的表面形狀，精研磨具中磁芯3內磁極環帶狀的端面設為方環帶狀，見圖7。
實施例8實施方式同實施例6，不同之處是根據被加工件的表面形狀，精研磨具中磁芯3內磁極環帶狀的端面設為三角環帶狀。
實施例9實施方式同實施例6，不同之處是根據被加工件的表面形狀，精研磨具中磁芯3內磁極環帶狀的端面設為不規則環帶狀。
本發明的設備具有結構簡單，不需要超高精度要求的系統和控制，設備制造成本相比較低。而且，提高了加工制造的效率，降低設備制造成本和加工制造光學零件的成本。實現了柔性、可塑性和通用性加工。
實施例10磁流變柔性精磨拋光方法，使用本發明所述的設備，具體的拋光方法步驟如下一、將被加工工件固定在工件主軸上；根據工件的曲率半徑，調節工件表面與擺動運動虛擬軸間的距離，保證兩者相等并固定；二、調節電磁鐵向上運動，使電磁鐵磁芯的內磁極端面與工件被加工表面的保持一定距離并固定；
三、在液體循環回路中加入磁流變拋光液9，啟動液體循環泵，磁流變拋光液9通過電磁鐵的內磁極中的液體流動通道，流到非磁性槽2內；四、啟動工件主軸裝置，使工件主軸10帶動工件1旋轉，啟動擺動機構開始擺動，擺動幅度和擺動速度預先調好；五、給電磁鐵通電，磁極端面附近的磁流變拋光液9，被磁場磁化，產生環帶狀Bingham可塑性固體26，形成環帶狀的柔性精磨拋光磨具與工件1的被拋光面吻合，對工件1進行精磨拋光加工；六、工作過的磁流變拋光液9經過與非磁性槽2底部連接的回收通道流出，流到密封的回收箱內，經過過濾、冷卻、攪拌進行循環使用；七、改變被加工工件時，重新調節工件表面與擺動運動虛擬軸間的距離，和被加工工件的曲率半徑相等，重復上述步驟進行加工。
本發明的方法實現了不需要制作專門的精磨拋光磨具，而在一定的范圍加工制造不同曲率半徑面形的光學零件。
實施例11實施方式同實施例10，參見圖4，它是本發明的磁流變柔性精磨拋光實施中加工凸球面光學面的示意圖，工件在擺架的虛擬軸的下方，實現了凸球面光學面的加工制造。
實施例12實施方式同實施例10，不同之處是可以加工凹透鏡表面，工件在擺架的虛擬軸的上方，實現了凹球面光學面的加工制造，見圖5。
實施例13磁流變柔性精磨拋光方法，使用權利要求1～4所述的設備，可以加工平面表面的超精加工，見圖6，擺架固定不動，保持工件的自轉運動軸與磁極的環帶狀端面垂直，控制電磁鐵在水平方向來回運動，使環帶狀的柔性精磨拋光磨具，在水平方向運動，實現了曲率半徑為無窮大的光學面的加工，即平面光學面的加工制造。
實施例14實施方式同實施例10和實施例13，加工了口徑Φ60mm的透鏡，一面曲率半徑為100mm的球面，同實施例10的方法加工完成，然后，另一面曲率半徑為無窮大的平面，同實施例13的方法加工完成，實現了無需更換磨具就可對不同曲率或不同型面的工件進行精磨拋光加工，在一定的范圍加工制造不同曲率半徑面形的光學零件，而且不需要超高精度的精密機械系統和數字控制來制造光學零件，具有通用性，加工效率高，易于操作和控制；
實施例15實施方式同實施例14，加工了口徑Φ60mm的透鏡，一面曲率半徑為100mm的球面，另一面曲率半徑為無窮大的平面，加工前的面形參數，球面面形的Pt值為3.6653μm，Ra值為0.3656μm，平面面形的Pt值為3.9532μm，Ra值為0.3415μm，加工后的面形參數，球面面形的Pt值為0.0835μm，Ra值為0.0012μm，平面面形的Pt值為0.0692μm，Ra值為0.0019μm，每面平均加工時間約六十分鐘，測量設備為Taylor Hobson公司的Form Talysurf Series 2接觸式表面輪廓測量儀，實現了粗糙度小于幾個納米的光學面的超光滑加工。
本發明磁流變柔性精磨拋光方法和設備解決了生產實際中急切需要的高效，低成本，易操作的柔性超精加工問題。
權利要求
1.一種磁流變柔性精磨拋光設備，主要由機座、工件主軸裝置和精研磨具構成，工件主軸裝置和精研磨具分別與機座固連，被加工工件被夾持在工件主軸裝置的主軸上，其特征在于精研磨具為環帶狀的柔性精磨拋光磨具；精研磨具主要由非磁性工作槽(2)、磁芯(3)、電磁線圈(4)、上下調節裝置(5)、供液管道(6)、液體循環裝置(7)、回收管道(8)、磁流變拋光液(9)組成，其中磁芯(3)和電磁線圈(4)構成電磁鐵，磁芯(3)內磁極的端面是環帶狀，整個電磁鐵與上下調節裝置(5)固定在一起，非磁性工作槽(2)的底部開有磁極孔，磁芯(3)的內磁極穿過該孔，高出底部平面與磁極孔粘接在一起并密封；電磁鐵的內磁極上也開有孔，為液體流動通道，穿過上下調節裝置(5)的過孔與供液管道(6)連接，供液管道(6)另一端接到液體循環裝置(7)，液體循環裝置(7)還與液體回收管道(8)連接，回收管道(8)的另一端連接在非磁性工作槽(2)底部的液體孔上，形成液體循環回路，電磁線圈(4)通電工作時，內磁極端面到外磁極端面形成梯度磁場，在磁芯(3)的內磁極端面和附近空間的磁流變拋光液(9)被磁場磁化，產生環帶狀的Bingham可塑性固態狀物體(26)，形成環帶狀的柔性精磨拋光磨具。
2.根據權利要求1所述的磁流變柔性精磨拋光設備，其特征在于所說的工件主軸裝置是移動、自轉和擺動的三維運動主軸裝置，主要是由擺動機構、上下滑動機構和變速旋轉機構組成，機座(23)向上通過連接軸連接有擺架(18)，連接軸中心線即拋光加工控制的虛擬軸(24)；主軸套(12)、擺架(18)、支撐架(22)組成擺動機構，支撐架(22)和擺架(18)固連在一起，上下滑動機構為氣缸控制花鍵主軸機構，通過氣缸(16)安裝在擺架(18)上，變速旋轉機構為皮帶傳動變速機構；變速旋轉機構也固定連接在支撐架(22)上，套在上下滑動機構上的主軸套(12)，同時也固連在支撐架(22)上；機座(23)上還安裝有擺動控制裝置。
3.根據權利要求1或2所述的磁流變柔性精磨拋光設備，其特征在于所述的液體循環裝置(7)中設置有液體儲存箱、液體循環泵、冷卻系統、攪拌系統；液體循環泵使磁流變拋光液(9)從液體儲存箱中經過輸液通道(6)和磁芯(3)的內磁極中間的液體流動通道進入非磁性工作槽(2)中，對非磁性工作槽(2)的磁流變拋光液(9)進行補給。
4.根據權利要求3所述的磁流變柔性精磨拋光設備，其特征在于所說的磁芯3內磁極環帶狀的端面主要是設為圓環帶狀，根據被加工件的表面形狀，還可以設為其它規則環帶狀，如橢圓環帶狀、方環帶狀、三角環帶狀，以及不規則環帶狀。
5.一種磁流變柔性精磨拋光方法，其特征在于使用權利要求1～4所述的設備，具體的拋光方法步驟如下一、將被加工工件固定在工件主軸(10)上；根據工件的曲率半徑，調節工件表面與擺動運動虛擬軸間的距離，保證兩者相等并固定；二、調節電磁鐵向上運動，使電磁鐵磁芯的內磁極端面與工件被加工表面的有一定距離并固定；三、在液體循環回路中加入磁流變拋光液(9)，啟動液體循環泵，磁流變拋光液9通過電磁鐵的內磁極中的液體流動通道，流到非磁性槽(2)內；四、啟動工件主軸裝置，使工件主軸(10)帶動工件1旋轉，啟動擺動機構開始擺動，擺動幅度和擺動速度預先調好；五、給電磁鐵通電，磁極端面附近的磁流變拋光液(9)，被磁場磁化，產生環帶狀Bingham可塑性固體(26)，形成環帶狀的柔性精磨拋光磨具與工件(1)的被拋光面吻合，對工件(1)進行精磨拋光加工；六、工作過的磁流變拋光液(9)經過與非磁性槽2底部連接的回收通道流出，流到密封的回收箱內，經過過濾、冷卻、攪拌進行循環使用；七、改變被加工工件時，重新調節工件表面與擺動運動虛擬軸間的距離，和被加工工件的曲率半徑相等，重復上述步驟進行加工。
全文摘要
本發明提供了一種磁流變柔性精磨拋光方法和設備。采用環帶狀的柔性精磨拋光磨具，工件被夾持在移動、自轉和擺動三維運動的工件主軸裝置上，其表面與柔性精磨拋光磨具自適應吻合的加工方法；磁流變柔性精磨拋光設備主要由機座、工件主軸裝置和精研磨具構成，精研磨具又由非磁性工作槽、磁芯、電磁線圈、上下調節裝置、供液管道、液體循環裝置、回收管道、磁流變拋光液組成，磁流變拋光液在其中形成回路。通電工作時，在內磁極端面附近的磁流變拋光液被磁場磁化，產生環帶狀的Bingham可塑性固態狀物體，形成環帶狀的柔性精磨拋光磨具。解決了粗糙度小于幾個納米的光學面的超光滑加工的問題，同時實現了柔性、可塑性、通用性加工，效率高，成本低。
文檔編號B24B31/10GK1872495SQ200610043079
公開日2006年12月6日 申請日期2006年6月30日 優先權日2006年6月30日
發明者劉衛國, 郭忠達, 杭凌俠, 陳智利, 王紅軍, 田愛玲 申請人:西安工業大學