專利名稱：一種探針狀電流變拋光工具的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種基于電流變效應的探針式拋光工具。屬于光學表面加工工 具領域。
背景技術：
現代光學系統中采用非球面等光學曲面元件進行像差校正、像質改善，可 以大大簡化光學系統及結構的設計方案。相對于應用在大型空間遙感或地面觀
測儀器中的大口徑甚至超大口徑非球面元件(口徑達到800毫米以上)而言， 滿足光數字通訊設備、現代照明和成像系統等小型化、高集成度技術進展需求 的小口徑至微小口徑光學曲面元件(口徑僅為10毫米 0. 8毫米)的高質量快 速光學加工是與我們的日常生活聯系更為緊密的一類先進光學制造技術。
進入二H^ —世紀，以計算機控制光學表面成形(Computer Controlled Optical Surfacing, CC0S)、單點金剛石車肖U (Single Point Diamond Turning, SPDT)、金剛石砂輪磨削(Diamond Wheel Grinding)、熱復制(Hot Implication) 和模壓成形技術為代表的先進制造技術的蓬勃發展態勢愈演愈烈。這一發展態 勢使光學元件的設計與制造有了更大的自由度和靈活性一一-光學系統向著光 軸折疊、折反射組合、非對稱、微小化、多元化元件系統一體化(System in Elements)方向發展，其中的小口徑至微小口徑關鍵光學元件的高質量制造與 大口徑光學元件有很大的不同，由于待加工的區域小，要求工具與工件間點對 點的對應關系更加確定，其技術進步的目標是實現光學元件表面殘余誤差的確 定性(Deterministic)去除。
電流體拋光技術是一項革命性的技術，它使得高質量光學非球面元件的確 定性拋光加工成為可能。電流體是-一種液固兩相懸浮體混合物，選擇無機非金 屬粒子、有機半導體材料粒子或復合材料粒子作為分散相固體粒子，利用分散 介質在零電場作用下良好的流動性構成固體粒子的載體。由于電流體具有極化 性能，通過控制外電場可以控制電流體的粘度和局部的形狀，并根據拋光的需
3要在電流體中混合拋光磨料實現拋光。借助于電場施加方式的靈活性，設計結 構精巧的電流體拋光工具，通過外電場對電流體的硬度和形狀實時控制，創造 一個更小接觸區域的壓力斑點，也就是一個能夠與被加工光學表面相吻合的 "柔性拋光斑"。電流體拋光不再需要特殊復雜結構的瀝青拋光模，并且由于 拋光斑點尺寸更小，從而提供了一種可以準確控制去除量的確定性拋光策略方 法的可能性，同時保證低粗糙度的加工表面質量。技術實現關鍵之一是適于 拋光加工的化學、物理性能穩定的電流體拋光液的配制；關鍵之二是工具裝置 的精巧設計，充分考慮外電場施加方式、電場強度矢量等參數的優化匹配。
發明內容
本發明的目的是為了設計一種點接觸式、集成陰陽電極于一體的確定性拋 光工具，解決電流變拋光技術中存在的工具設計難度大、安全性低、難于實現 可控的電流變效應的問題，提供 -種結構精巧、集成度高、工作區域小型化、 實現確定性拋光的專用工具。
本發明的目的是由下述技術方案實現的
本發明的一種探針狀電流變拋光工具是由整體支架、支撐桿、中心軸、接 線柱、錐套、絕緣套和絕緣帽組成。電機通過定位槽及螺母安裝于整體支架上； 中心軸與電機通過聯軸器聯接，中心軸接地連接作為陰極；三根支撐桿按照空 間正三角均勻分布并通過螺紋與整體支架固定；三個接線柱按照平面正三角均 勻分布，分別與三根支撐桿的下端通孔位置對應并穿過通孔與錐套聯接；錐套 中心開設通孔并通過接線柱與電源陽極連接；中心軸通過錐套中心通孔并垂直 向下形成探針狀凸出端；絕緣套開設通孔，安裝于中心軸與錐套中心通孔之間 形成的陰陽極間；絕緣帽過盈安裝于三個接線柱的外側裸露部分。
所述中心軸和錐套由奧氏體不銹鋼制成，中心軸作為陰極、錐套作為陽極 使用。
為保證工具整體的絕緣性，所述支撐桿和絕緣套由可加工陶瓷制成，所述 絕緣帽由聚四氟乙烯制成。
所述中心軸一端為圓柱體狀，另一端為探針狀圓錐體。 所述錐套開設中心通孔，與中心軸形成松散配合。
4所述中心軸穿過錐套中心通孔，接線柱通過支撐桿定位并調節錐套與中心 軸間同軸度一致。
加工中，電機驅動中心軸自轉運動，借助于陰陽極之間形成的高壓電場， 促使電流變液體發生流變效應并攜帶附著于其中的散粒拋光磨料作用于被加 工工件表面，實現工件表面材料的微量去除。
本發明的有益效果是基于電流變效應的探針狀拋光工具可以按照設定的 運動方式，結合多自由度數控機床，實現對微小工件表面材料的確定性去除。 在分散粒子懸浮態電流變液中加入游離態磨料作為拋光液施加于工具與工件 之間，借助于陰極工具中心軸的自轉以及陰陽極之間施加的2000伏特/毫米至
5000伏特/毫米的電場，拋光液在工具中心軸凸出尖端區域形成環狀鏈式結構， 作用于工件表面實現材料的去除，并在這一過程中，通過工具與工件之間運動 軌跡的控制，達到對工件全口徑范圍的確定性拋光加工將加工中產生的熱量進 行充分釋放。達到拋光效果。實際使用結果表明，本發明的探針狀電流變拋光 工具對改善小口徑工件表面微觀質量達到優良的效果。
圖1為探針狀電流變拋光工具整體結構三維圖； 圖2為探針狀電流變拋光工具尖端局部剖視圖； 圖3為探針狀電流變拋光工具尖端電場分布有限元分析圖中1-電機2-支架3-中心軸4-5-支撐桿6-接線柱7-錐套8-絕緣
套9-絕緣帽。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明做進一步說明。 實施例
本發明的一種探針狀電流變拋光工具如圖1和圖2所示，所述的電機1通 過定位槽及螺母安裝于整體支架2上；中心軸3與電機1通過聯軸器4聯接， 中心軸3接地連接作為陰極三根支撐桿5按照空間正三角均勻分布并通過螺 紋與整體支架2固定；三個接線柱6按照平面正三角均勻分布，分別與三根支撐桿5的下端通孔位置對應并穿過通孔與錐套7聯接；錐套7中心開設通孔并通過接線柱6與電源陽極連接；中心軸3通過錐套7中心通孔并垂直向下形成探針狀凸出端；絕緣套8開設通孔，安裝于中心軸3與錐套7中心通孔之間形成的陰陽極間；絕緣帽9過盈安裝于三個接線柱6的外側裸露部分。上述中心軸和錐套由奧氏體不銹鋼制成，中心軸作為陰極、錐套作為陽極使用。為保證工具整體的絕緣性，上述支撐桿和絕緣套由可加工陶瓷制成，上述絕緣帽由聚四氟乙烯制成。所述中心軸一端為圓柱體狀，另一端為探針狀圓錐體。所述錐套開設中心通孔，與中心軸形成松散配合。所述中心軸穿過錐套中心通孔，接線柱通過支撐桿定位并調節錐套與中心軸間同軸度一致，陰陽電極間隙保持0. 3毫米，所述中心軸凸出端距離錐套底端0. 5毫米。
整體支架2固定于數控機床上，中心軸3接地充當工具陰極，三個接線柱6中任意一個接高壓電源充當工具陽極。圖3為本發明的電場分布特征有限元分析結果，在工具頭尖端電力線分布密集，其攜帶電流變液體的能力最強。加工中，電機1驅動中心軸3自轉運動，借助于陰陽極之間形成的高壓電場，促使電流變液體發生流變效應并攜帶附著于其中的散粒拋光磨料作用于被加工工件表面，實現工件表面材料的微量拋光去除。
權利要求
1. 一種探針狀電流變拋光工具，包括電機(1)、整體支架(2)、支撐桿(5)、中心軸(3)、聯軸器(4)、接線柱(6)、錐套(7)、絕緣套(8)和絕緣帽(9)，其特征在于電機(1)通過定位槽及螺栓安裝于整體支架(2)上；中心軸(3)與電機(1)通過聯軸器(4)聯接，中心軸(3)接地連接作為陰極；三根支撐桿(5)按照空間正三角均勻分布并通過螺紋與整體支架(2)固定；三個接線柱(6)按照平面正三角均勻分布，分別與三根支撐桿(5)的下端通孔位置對應并穿過通孔與錐套(7)聯接；錐套(7)中心開設通孔并通過接線柱(6)與電源陽極連接；中心軸(3)通過錐套(7)中心通孔并垂直向下形成探針狀凸出端；絕緣套(8)開設通孔，安裝于中心軸(3)與錐套(7)中心通孔之間形成的電極間隙；絕緣帽(9)過盈安裝于三個接線柱(6)的外側裸露部分。
2. 根據權利要求1所述探針狀電流變拋光工具，其特征在于所述中心軸 (3)和錐套(7)由奧氏體不銹鋼制成。
3. 根據權利要求1所述探針狀電流變拋光工具，其特征在于所述支撐桿 (5)和絕緣套(8)由可加工陶瓷制成。
4. 根據權利要求1所述探針狀電流變拋光工具，其特征在于所述絕緣帽 (9)由聚四氟乙烯制成。
5. 根據權利要求1及2所述探針狀電流變拋光工具，其特征在于中心軸 一端為圓柱體狀，另一端為探針狀圓錐體。
6. 根據權利要求1及2所述錐套開設中心通孔，其特征在于通孔與中心軸形成松散配合。
7. 根據權利要求1、 2及3所述中心軸穿過錐套中心通孔，其特征在于接線柱通過支撐桿定位并調節錐套與中心軸間同軸度一致。
全文摘要
本發明涉及基于電流變效應的探針狀電流變拋光工具。電機經由聯軸器驅動工具中心軸自轉，中心軸穿過錐套的中心通孔并垂直向下形成探針狀凸出端，錐套由三個呈正三角分布的接線柱通過三根支撐桿定位保證與中心軸的同軸度。中心軸接地作陰極，錐套通過接線柱與電源陽極連接，二者形成環狀電極，電極間隙保持0.3毫米，極間安裝絕緣套。加工過程中，施加2000伏特/毫米至5000伏特/毫米的電場，利用電流變液體特有的Winslow效應，即電場作用下表觀粘度顯著增強特性，攜帶具有拋光能力的散粒磨料，在中心軸探針狀凸出端聚集形成環狀鏈式結構，并通過與工件間的相對運動，實現工件表面材料的去除。本發明適用于小口徑光學異型曲面的拋光加工。
文檔編號B24B31/00GK101497177SQ20081005705
公開日2009年8月5日 申請日期2008年1月29日 優先權日2008年1月29日
發明者任力強, 馮云鵬, 王涌天, 程顥波 申請人:北京理工大學