專利名稱：一種用于公自轉磁流變拋光中的循環裝置的制作方法
技術領域：
本專利屬于光學曲面精密加工技術領域，特別涉及一種磁流變拋光液循環裝置。
背景技術：
光學零件的磁流變拋光技術是一種新興的確定性拋光技術。磁流變液是一種由磁性顆粒、載液和其他添加成分組成的智能材料。由于其中的磁性材料在磁場中會進行重新排列，磁流變液在磁場的作用下會在毫秒時間量級內發生流變，由液態變為類固態。發生流變后的磁流變液具有較高的剪切屈服強度。在磁流變液中加入拋光磨料后可形成磁流變拋光液，在磁場作用下，磁流變拋光液發生流變，形成拋光模，帶動拋光磨料實現對光學玻璃等非導磁性材料的拋光。與傳統光學拋光技術相比，磁流變拋光技術在對工件面形進行修正和降低工件表面粗糙度的基礎上，不會產生亞表面損傷。美國QED Technology公司與Rochester大學的光學制造中心合作，把磁流變拋光技術和數控技術相結合，研制出一系列可用于光學零件拋光的QED數控磁流變拋光機床， 這種數控磁流變拋光技術是目前最常用的磁流變拋光技術。圖1為常用的磁流變拋光技術原理示意圖。磁流變拋光液儲存在儲液罐10中，輸送泵9連接到儲液罐10底部，并將磁流變拋光液輸入到循環管道中。管道中有壓力流量測量裝置7，用于對磁流變拋光液當前狀態進行監控。拋光輪1沿自身幾何中心軸旋轉(如圖示Co1方向)，可稱其為拋光輪1的自轉運動。拋光輪1內部裝有磁鐵，磁鐵被固定在軸承座16上，并能在拋光輪1表面形成磁場。當注液嘴6將磁流變拋光液加注到拋光輪1上時，由于磁場的作用，磁流變拋光液將吸附在拋光輪1上，并隨之旋轉，形成帶狀，可稱其為緞帶5。拋光輪1表面有較強的加工區磁場4和較弱的維系區磁場2，加工區磁場4的作用是在加工區形成一個強磁場，從而使磁流變拋光液粘度增加并達到適當的強度。維系區磁場2的作用是使磁流變拋光液吸附在拋光輪1上，并將其帶離加工區。拋光輪1與工件3 上表面有一間隙，間隙小于緞帶5的厚度，所以拋光輪1本身并不與工件3接觸，只有磁流變拋光液會觸及工件3上表面。當磁流變拋光液隨著拋光輪1做自轉運動并被帶入加工區時，將與工件3發生擠壓和摩擦作用，在工件3表面產生拋光去除，該拋光去除的函數分布和加工區內的摩擦力分布直接相關。隨后，磁流變拋光液被帶離加工區，被收集器14收集起來。抽吸泵12將收集器14中的磁流變拋光液抽出并注入到儲液罐10中。攪拌器11用來將儲液罐10中的磁流變拋光液攪拌均勻。此外，還有恒溫裝置和補水裝置等輔助維持磁流變拋光液的特性保持恒定。磁流變拋光液持續在拋光輪1、儲液罐10和管路中流動，使加工區的磁流變拋光液一直在更新，從而保證拋光去除函數的穩定性。軸承座16被固定在安裝底座15上，所以拋光輪1能夠隨著軸承座16和安裝底座15做平移運動。根據工件3初始面形誤差和拋光去除函數，預先計算出拋光輪1在工件3表面運行的路徑和進給速度分布，將拋光輪1沿著該路徑以計算出的進給速度遍歷整個工件3表面，就能達到對面形進行修正和降低工件3表面粗糙度的目的。在常用的磁流變拋光技術中，由于拋光輪1只做自轉運動，所以緞帶5會在工件3表面留下單一方向的拋光紋路，這種單一紋路對降低工件3表面粗糙度不利。清華大學提出了一種公自轉磁流變拋光技術(ZL0311i^81.5)。圖2為公自轉磁流變拋光技術示意圖。與常用的磁流變拋光技術相比，公自轉磁流變拋光時，拋光輪1不僅做自轉運動，而且繞一豎直軸旋轉(如圖示ω2方向)，可稱其為拋光輪1的公轉運動。在進行公自轉磁流變拋光時，由于兩個旋轉運動的存在，拋光紋路更加復雜，不會出現常用磁流變拋光技術中單一方向的拋光紋路，所以公自轉拋光對降低工件3表面粗糙度有利，而且加入公轉運動后，與常用的磁流變拋光技術相比，在自轉速度相同的情況下能夠提高拋光效率。此外，在將自轉中心相對公轉中心做一定量的偏心調整后，公自轉拋光的拋光去除函數會形成類似于高斯分布的回轉對稱形狀，這種拋光去除函數分布對于數控編程中的路徑規劃非常有利。使用公自轉磁流變拋光技術時，要想使注液嘴始終能夠將磁流變拋光液加注到拋光輪上，注液嘴和收集器必須與自轉運動的轉軸保持固定的位置。而且為了保持拋光去除函數的穩定性，必須實現磁流變拋光液的循環以保證拋光區磁流變拋光液持續更新，但是由于公轉運動的存在，如果采用與常用磁流變拋光技術相同的循環系統，如圖1所示，將無法實現注液嘴始終對準拋光輪，收集器也不能始終和拋光輪貼合以實現磁流變拋光液的收集，從而不可能實現磁流變拋光液的循環和更新。如果不使用磁流變拋光液循環系統，加工區的磁流變拋光液得不到持續更新，將導致拋光去除函數的不穩定和不確定，而無法實現確定性磁流變拋光，最終難以達到納米級的表面粗糙度和面形精度。
發明內容
本發明的目的是提供一種實現公自轉拋光中磁流變拋光液循環的裝置。本發明的技術方案如下一種用于公自轉磁流變拋光中的循環裝置，該裝置包括安裝底座、固定在安裝底座上的軸承座、拋光輪以及循環系統；所述的安裝底座做公轉運動；所述的拋光輪安裝在軸承座上，該拋光輪做自轉運動且同時隨安裝底座做公轉運動； 所述的循環系統含有儲液罐、設置在儲液罐中的攪拌器、抽液管、注液管和注液嘴，在所述的抽液管上設有抽吸泵，在所述的注液管上設置有輸送泵和壓力流量測量裝置，注液管的入口端與儲液罐的底部連接，其特征在于所述的循環系統還包含注液槽、支架和刮板；所述的注液槽為環形結構，并通過支架與安裝底座相連接，該注液槽的幾何軸線與拋光輪的公轉運動轉軸重合，且隨安裝底座做公轉運動，注液管的出口端位于注液槽內或上方；在注液槽底部開有小孔；所述的注液嘴與注液槽底部的小孔連通，注液嘴的出口對準拋光輪輪緣；所述的刮板連接到支架上，并與拋光輪表面相貼合或留有間隙。本發明所述的循環裝置還含有回收槽，所述的回收槽為環形結構，與注液槽同心布置，該回收槽的外徑小于注液槽的內徑，回收槽位于刮板下方，并與支架相連，且隨安裝底座做公轉運動；所述的抽液管的入口端位于回收槽內。本發明注液槽的底面與水平面之間有一傾角θ，該傾角使小孔位于注液槽底面的最低位置。本發明具有以下優點及突出性效果所涉及到的用于公自轉磁流變拋光中的循環裝置，在與公自轉磁流變拋光技術配合使用的前提下，能夠實現磁流變拋光液的循環。該裝置解決了公自轉磁流變拋光中的磁流變拋光液循環難題，為拋光去除函數的穩定性提供必要條件，使公自轉拋光發揮其優勢。
圖1為常用的磁流變拋光技術原理結構示意圖。圖2為公自轉磁流變拋光技術原理結構示意圖。圖3為本發明所述裝置的原理結構示意圖。圖4為本發明所述裝置公轉90°后示意圖。圖5為本發明所述拋光輪、注液槽和回收槽結構示意圖。圖中1-拋光輪；2-維系區磁場；3-工件；4-加工區磁場；5-緞帶；6_注液嘴； 7-壓力流量測量裝置；8-注液管；9-輸送泵；10-儲液罐；11-攪拌器；12-抽吸泵；13-抽液管；14-收集器；15-安裝底座；16-軸承座；17-注液槽；18-回收槽；19-小孔；20-刮板； 21-支架。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的原理、結構和工作過程做進一步的說明。圖3為本發明提供的一種用于公自轉磁流變拋光中的循環裝置的原理結構示意圖，該裝置包括安裝底座15、固定在安裝底座15上的軸承座16、拋光輪1以及循環系統；所述的安裝底座15做公轉運動；所述的拋光輪1安裝在軸承座16上，做自轉運動且同時隨安裝底座15做公轉運動；所述的循環系統含有儲液罐10、設置在儲液罐10中的攪拌器11、抽液管13、注液管8、注液嘴6、注液槽17、支架21和刮板20，在所述的抽液管13上設有抽吸泵12，在所述的注液管8上設置有輸送泵9和壓力流量測量裝置7，注液管8的入口端與儲液罐10的底部連接，所述的注液槽17為環形結構，并通過支架21與安裝底座15相連接， 該注液槽17的幾何軸線與拋光輪1的公轉運動轉軸重合，且隨安裝底座做公轉運動，注液管8的出口端位于注液槽17內或上方；在注液槽17底部開有小孔19 ；所述的注液嘴6與注液槽17底部的小孔19連通，注液嘴6的出口對準拋光輪1輪緣；所述的刮板20連接到支架21上，并與拋光輪1表面相貼合或留有間隙。為了將通過加工區的磁流變拋光液收集起來，所述的循環裝置還含有回收槽18， 所述的回收槽18為環形結構，與注液槽17同心布置，該回收槽18的外徑小于注液槽17的內徑，回收槽18位于刮板20下方，并與支架21相連，且隨安裝底座做公轉運動；所述的抽液管13的入口端位于回收槽18內。為了便于磁流變拋光液向小孔19流動，所述的注液槽17的底面與水平面之間有一傾角θ，該傾角使小孔19位于注液槽底面的最低位置。本發明的工作原理為磁流變拋光液儲存在儲液罐10中，輸送泵9連接到儲液罐 10底部，并將磁流變拋光液輸入到循環管道中。管道中有壓力流量測量裝置7，用于對磁流變拋光液當前狀態進行監控。隨后，磁流變拋光液經過注液管8被注入到注液槽17中，注液槽17為環形結構，注液槽17的底面與水平面之間有一夾角θ，所以注液槽17內各處的液體深度不同。在注液槽17內的液體最深處，有小孔19，磁流變拋光液通過小孔19流入注液嘴6處，并被加注到拋光輪1上。由于注液嘴6必須與自轉運動的轉軸保持固定的位置，所以注液嘴6和注液槽17需要隨著拋光輪1做公轉運動。拋光輪1內部裝有磁鐵，磁鐵被固定在軸承座16上，并能在拋光輪1表面形成磁場。當注液嘴6將磁流變拋光液加注到拋光輪1上時，由于磁場的作用，磁流變拋光液將吸附在拋光輪1上，形成緞帶5，并隨之旋轉。當磁流變拋光液被拋光輪1帶入加工區時，由于公轉運動的存在，會形成一個回轉對稱形的拋光去除函數。隨后，磁流變拋光液被帶離加工區，在刮板20的作用下，磁流變拋光液與拋光輪1分離，并流入回收槽18中，回收槽18為環形結構。由于刮板20必須與自轉運動的轉軸保持固定的位置，所以刮板20需要隨著拋光輪1做公轉運動。回收槽18的主要作用是收集從刮板20上流下的磁流變拋光液。注液槽17、回收槽18和刮板20固連在支架21上，支架21固定在安裝底座15上，隨安裝底座15做平移和公轉運動。抽液管13管口伸入到回收槽18內的液面下，由抽吸泵12將回收槽18中的磁流變拋光液抽出并注入到儲液罐10中。攪拌器11用來將儲液罐10中的磁流變拋光液攪拌均勻。此外，還有恒溫裝置和補水裝置等輔助維持磁流變拋光液的特性穩定。圖4為拋光輪沿公轉方向運動90度后的情況。由于注液槽17跟隨拋光輪1做公轉運動，注液嘴6能夠將磁流變拋光液一直準確地加注到拋光輪1上。由于刮板20固定于安裝底座15并跟隨拋光輪1做公轉運動，也實現了一直和拋光輪1保持貼合并刮下磁流變拋光液至回收槽18中。同時，儲液罐10至注液管8和抽液管13至儲液罐10之間的管路也不必參與公轉運動，實現了公自轉磁流變拋光中的磁流變拋光液循環。圖5為本發明所述拋光輪、注液槽和回收槽結構示意圖。
操作步驟如下將配置好的磁流變拋光液加入儲液罐10內，開啟攪拌器11將磁流變拋光液攪拌均勻，開啟公自轉運動，打開抽吸泵12。用輸送泵9將磁流變拋光液注入到注液槽17中。起始時，適當增大磁流變拋光液注入注液槽17的速度，使注入速度略大于注液嘴6處的磁流變拋光液流速，令注液槽17中的液體不斷積累起來。當注液槽17中有一定量的液體時，適當減小磁流變拋光液的注入速度，使注入速度等于注液嘴6處的磁流變拋光液流速，令注液槽17中的液體液面高度保持不變。注液嘴6將會把磁流變拋光液穩定地加注到拋光輪1上，由拋光輪1將磁流變拋光液帶入到加工區對工件3進行拋光。刮板20、 回收槽18、抽吸泵12將磁流變拋光液回收至儲液罐10中。壓力流量測量裝置7對磁流變拋光液當前狀態進行監控，為控制輸送泵9和抽吸泵12的轉速提供參考，以保持管路內磁流變拋光液流速和壓力不變。這樣，磁流變拋光液即可穩定地循環起來，使拋光輪1底部加工區的磁流變拋光液得到穩定持續的更新。
權利要求
1.一種用于公自轉磁流變拋光中的循環裝置，該裝置包括安裝底座(15)、固定在安裝底座(15)上的軸承座(16)、拋光輪(1)以及循環系統；所述的安裝底座(15)做公轉運動； 所述的拋光輪(1)安裝在軸承座(16)上，該拋光輪做自轉運動且同時隨安裝底座(15)做公轉運動；所述的循環系統含有儲液罐(10)、設置在儲液罐(10)中的攪拌器(11)、抽液管 (13)、注液管(8)和注液嘴(6)，在所述的抽液管(1 上設有抽吸泵(12)，在所述的注液管 (8)上設置有輸送泵(9)和壓力流量測量裝置(7)，注液管(8)的入口端與儲液罐(10)的底部連接，其特征在于所述的循環系統還包含注液槽(17)、支架和刮板00)；所述的注液槽(17)為環形結構，并通過支架與安裝底座(15)相連接，注液槽(17)的幾何軸線與拋光輪(1)的公轉運動轉軸重合，且隨安裝底座(15)做公轉運動，注液管(8)的出口端位于注液槽(17)內或上方；在注液槽(17)底部開有小孔(19)；所述的注液嘴(6)與注液槽(17)底部的小孔(19)連通，注液嘴(6)的出口對準拋光輪⑴輪緣；所述的刮板(20)連接到支架上，并與拋光輪(1)表面相貼合或留有間隙。
2.如權利要求1所述的一種用于公自轉磁流變拋光中的循環裝置，其特征在于所述的循環系統還含有回收槽(18)，所述的回收槽(18)為環形結構，與注液槽(17)同心布置， 該回收槽(18)的外徑小于注液槽(17)的內徑，回收槽(18)位于刮板OO)下方，并與支架(21)相連，且隨安裝底座(15)做公轉運動；所述的抽液管(13)的入口端位于回收槽(18) 內。
3.如權利要求1所述的一種用于公自轉磁流變拋光中的循環裝置，其特征在于所述的注液槽(17)的底面與水平面之間有一傾角θ，該傾角使小孔(19)位于注液槽(17)底面的最低位置。
全文摘要
一種用于公自轉磁流變拋光中的循環裝置，包括注液槽與回收槽、注液嘴、刮板和其他必要的輔助裝置。注液管將磁流變拋光液注入注液槽，注液槽與注液嘴連通，注液嘴將磁流變拋光液加注到拋光輪上，刮板將磁流變拋光液與拋光輪分離，并將磁流變拋光液引導至回收槽中。抽液管將回收槽中的磁流變拋光液抽走。本發明所涉及到的用于公自轉磁流變拋光中的循環裝置，在與公自轉磁流變拋光方法配合使用的前提下，能夠解決磁流變拋光液的循環問題，保證拋光去除函數的穩定性，使公自轉拋光發揮其優勢。
文檔編號B24B1/00GK102229067SQ201110124410
公開日2011年11月2日 申請日期2011年5月13日 優先權日2011年5月13日
發明者馮之敬, 左巍, 張云, 王于岳, 祝徐興, 趙廣木 申請人:清華大學