一種可組態重構的磁流變拋光裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬于光學元件加工領域，具體涉及一種可對磁流變拋光系統各功能單 元進行組態重構的拋光裝置，在一臺磁流變拋光機床上實現不同規格柔性磨頭與傳輸不同 類型拋光液介質快速組合可形成四種不同加工能力的拋光工具軸，適于加工多尺寸規格、 多種材質光學元件的高精度磁流變拋光。
【背景技術】
[0002] 磁流變拋光技術被譽為光學制造界的革命性技術，它利用磁流變拋光液的可控流 變性實現對工件材料的精確微量去除，能高效率獲得數十納米以下高精度型面、納米級表 面質量且近無亞表面缺陷，很好地滿足航天、航空和國防等領域的加工要求，有著廣闊的應 用前景。
[0003] 目前的磁流變拋光裝置，磁流變拋光液經由循環系統及管路、拋光輪帶入拋光區 域，在區域梯度磁場作用下，成為具有粘塑性的Bingham介質，形成具有一定形狀的柔性凸 起拋光緞帶，該緞帶流經工件在工件表面產生的剪切力，實現對工件表面材料的去除。
[0004] 根據相關文獻和專利可知，目前國內開發的磁流變拋光裝置，主要配置單柔性 磨頭。發明名稱為"用于大口徑非球面光學零件的磁流變拋光裝置"的中國專利（公布號 CN101318294A)文獻，公開了配置一個較大規格柔性磨頭的磁流變拋光裝置，生成的去除函 數形態較大，無法滿足CPP的加工要求；發明名稱為"用于高陡度光學零件的磁流變拋光裝 置"的中國專利（公布號：CN101323098A)文獻和發明名稱為"一種小口徑非球面永磁式磁流 變拋光機床"的中國專利（公布號：CN103072047A)文獻，分別公開了僅配置一個小規格柔性 磨頭的磁流變拋光裝置，但不具備大口徑光學元件的加工能力。發明名稱為"雙柔性磨頭磁 流變拋光裝置"的中國專利（公布號：CN102632435A)文獻，公開了一種配置大小柔性磨頭、 可傳輸不同類型磁流變拋光液介質的大小流量循環系統的磁流變拋光裝置，同時滿足大口 徑平面類和位相類元件的加工，但該裝置的磨頭系統與循環系統是一一對應、固定組合，無 法實現大小柔性磨頭與傳輸不同類型磁流變拋光介質的循環系統之間的靈活組合使用，限 制了該磁流變拋光裝置的加工能力和加工效率。
【發明內容】
[0005] 本實用新型提供一種大小柔性磨頭和傳輸不同類型磁流變拋光液介質的循環單 元間進行組態重構的磁流變拋光裝置，通過大小柔性磨頭分別與循環單元I、循環單元II 間的不同組態和系統重構，可形成"大柔性磨頭+循環單元I"、"大柔性磨頭+循環單元 II"、"小柔性磨頭+循環單元I"、"小柔性磨頭+循環單元II"四種具有不同加工能力的工 具軸，并且這四種工具軸在同一磁流變拋光裝置中可快速組合和切換，從而實現磁流變拋 光裝置對被加工零件材質、加工尺度、加工精度和加工效率的廣泛適應性。
[0006] 本實用新型的目的，通過如下技術方案來實現：
[0007] 本實用新型所述的一種可組態重構的磁流變拋光裝置，包括磁流變液循環管路、 大小兩套柔性磨頭單元（大柔性磨頭單元和小柔性磨頭單元）、傳輸不同拋光液介質的兩 套循環單元(循環單元I和循環單元II)和PLC控制單元，磁流變液循環管路連接循環單元 I、循環單元II、大柔性磨頭單元、小柔性磨頭單元，形成磁流變液循環控制閉合回路。
[0008] 柔性磨頭單元包括拋光輪、磁場、噴嘴、傳感檢測器件及流體傳輸管路等，柔性磨 頭單元將經由循環單元的磁流變拋光液由拋光輪帶入拋光區域，形成具有拋光能力的柔性 凸起拋光緞帶，實現對工件表面材料的去除，并將拋光區域的拋光緞帶由拋光輪帶回回收 器。
[0009] 循環單元包括離心泵、攪拌器、磁流閥、流量計、管路流體狀態在線檢測裝置、回收 器、回收泵、載液罐、微量泵、拋光液儲存罐及流體傳輸管路和回收管路等。拋光液在拋光液 儲存罐中經攪拌器勻化，并通過離心泵泵入傳輸管路、并通過離心泵的轉速調節快速調節 管路流量；然后拋光液通過磁流閥調控其流量、流量計將管路實際流量值反饋回PLC控制 器，通過閉環回路實現對流量的精確調控；然后通過噴嘴傳輸至柔性磨頭單元；管路流體 狀態在線檢測裝置對管路流體成分的檢測值反饋回PLC控制器單元，并通過微量泵補液調 控拋光液成分維持穩定；然后拋光液經由回收器、回收泵和回收管路回到拋光液儲存罐中， 從而實現對拋光液介質的傳輸與回收、流量和壓力調節、拋光液介質的勻化與更新等。在循 環管路和回收管路中，通過三通電磁閥實現管路輸入流體的選擇和管路輸出流體的控制。
[0010] PLC控制單元主要由過程控制器、磁流閥恒流源、磁場恒流源、離心泵驅動器、回收 泵驅動器、拋光輪驅動器、傳感儀表等，實現對磁流變拋光系統參數的配置、各功能單元的 監測與控制、系統的磁流變拋光工藝過程控制和邏輯控制。
[0011] 本實用新型的特點是：構成磁流變拋光裝置的各功能單元模塊化，可靈活組態重 構，一方面可以形成具有四種不同加工能力的工具軸，滿足被加工零件材質、加工尺度、加 工精度的不同應用需求，擴展了磁流變裝置的加工能力和加工效率；另一方面，提高了設備 功能單元的重用性，當某一功能部件存在故障時候，通過重新組態重構，確保拋光裝置有一 套磁流變拋光系統能夠正常工作，實現在不影響裝置工作的情況下，更換功能部件。
【附圖說明】
[0012] 圖1是可組態重構的磁流變拋光裝置結構示意圖；
[0013] 圖2是本實用新型的磁流變拋光控制流程圖。
【具體實施方式】
[0014] 下面結合附圖對本實用新型的作詳細說明。
[0015] 圖1中，1?拋光液儲存罐，2.離心泵I，3?-進二出電磁閥I1，4.二進一出電 磁閥I2, 5.磁流閥I，6. -進二出電磁閥I3, 7.二進一出電磁閥I4,8.流量計，9.管 路流體狀態在線檢測裝置I，10. -進二出電磁閥I5,11.二進一出電磁閥I6,12.噴嘴 I，13.拋光輪I和磁場，14.PLC控制器，15.回收器I，16. -進二出電磁閥17,17.二 進一出電磁閥I8,18.回收泵I，19. 一進二出電磁閥I9, 20.二進一出電磁閥I10, 21. 載液罐I，22.微量泵I，23.攪拌器I，24.二進一出電磁閥II6, 25. -進二出電磁閥 II5,26.管路流體狀態在線檢測裝置II，27.流量計II，28.二進一出電磁閥II4,29. - 進二出電磁閥II3，30.磁流閥II，31.二進一出電磁閥II2,32. -進二出電磁閥III， 33.離心泵II，34.噴嘴II，35.拋光輪II件含磁場，36.回收器II，37. -進二出電磁閥 117,38.二進一出電磁閥118,39.回收泵11，40.-進二出電磁閥119,41.二進一出電 磁閥II10,42.載液罐II，43.攪拌器II，44.微量泵II，45.磁場I，46.磁場II。
[0016] 本實用新型的可組態重構的磁流變拋光裝置，其系統組態方法如下。
[0017] 在磁流變拋光裝置組態時，以拋光輪為核心部件和基準部件，即：大磨頭磁流變 拋光系統以拋光輪I件13、小磨頭磁流變拋光系統以拋光輪II件35為基準部件，電磁激勵 的磁場I件45內置于拋光輪I件13,永磁激勵的磁場II件46內置于拋光輪II件35 ;按照 表一所示，大磨頭磁流變拋光系統和小磨頭磁流變拋光系統對離心泵、磁流閥、流量計、回 收泵進行選擇，控制系統程序將各單元的I/O物理地址映射至對應的大磨頭磁流變拋光系 統或小磨頭磁流變拋光系統的邏輯地址，以此建立邏輯中的器件與實際物理器件間的關聯 與對應；下位軟件通過控制電磁閥I1件3、電磁閥I2件4、電磁閥I3件6、電磁閥I4 件7、電磁閥I5件10、電磁閥I6件11、電磁閥I7件16、電磁閥I8件17、電磁閥I9件 19、電磁閥I10件20、電磁閥II1件32、電磁閥II2件31、電磁閥II3件29、電磁閥II4件 28、電磁閥II5件25、電磁閥II6件24、電磁閥II7件37、電磁閥II8件38、電磁閥II9件 40、電磁閥II10件41的通電與否邏輯，配置循環管路的正確連接，并通過控制電磁閥I9 件19、電磁閥I10件20、電磁閥II9件40、電磁閥II10件41的邏輯，實現磁流變拋光液回 收對應其傳輸均為同一拋光液儲存罐，從而實現組態配置生效。
[0018] 表一
[0019]
【主權項】
1. 一種可組態重構的磁流變拋光裝置，其特征在于：所述的拋光裝置包括模塊化的大 柔性磨頭單元、小柔性磨頭單元、循環單元I、循環單元II、PLC控制單元，所述循環單元I 和循環單元II具有磁流變液循環管路，連接循環單元I、循環單元II、大柔性磨頭單元、小 柔性磨頭單元，形成磁流變液循環閉合回路；PLC控制單元控制循環單元I和循環單元II 循環管路中的電磁閥，將"循環單元I和大柔性磨頭單元"、"循環單元I和小柔性磨頭單 元"、"循環單元II和大柔性磨頭單元"、"循環單元II和小柔性磨頭單元"形成磁流變液管路 傳輸循環回路。
2. 根據權利要求1所述可組態重構的磁流變拋光裝置，其特征在于：所述大柔性磨頭 單元由拋光輪I (13)和磁場I (45)組成，電磁激勵的磁場I (45)內置于拋光輪I (13)內。
3. 根據權利要求1所述可組態重構的磁流變拋光裝置，其特征在于：所述小柔性磨頭 單元由拋光輪II (35)和磁場II (46)組成，永磁激勵的磁場II (46)內置于拋光輪II (35)內。
【專利摘要】本實用新型提供了一種可組態重構的磁流變拋光裝置。本實用新型采用模塊組態重構系統的設計方法設計本裝置，通過大小柔性磨頭與循環單元Ⅰ和循環單元Ⅱ的不同組態和系統重構，形成“大柔性磨頭+循環單元Ⅰ”、“大柔性磨頭+循環單元Ⅱ”、“小柔性磨頭+循環單元Ⅰ”、“小柔性磨頭+循環單元Ⅱ”四種具有不同加工能力、可快速組合和切換的拋光工具軸，在同一臺磁流變拋光裝置中實現對零件材質、加工尺度、加工精度和加工效率的廣泛適應性，解決了目前單臺磁流變拋光裝置加工能力和加工范圍受局限的問題；同時本裝置通過組態重構實現設備功能單元的復用，裝置可靠性高。
【IPC分類】B24B1-00, B24B51-00
【公開號】CN204565795
【申請號】CN201520104676
【發明人】陳華, 黃文 , 吉方, 何建國, 羅清, 唐小會, 陳東生, 張連新, 鄭永成, 張云飛, 魏齊龍, 魚勝利, 劉坤
【申請人】中國工程物理研究院機械制造工藝研究所
【公開日】2015年8月19日
【申請日】2015年2月13日