本發(fā)明涉及拋光設(shè)備和工藝，特別是一種采用單電機驅(qū)動并利用磁流變液對工件進行均勻拋光的裝置與方法。

背景技術(shù)：
：

隨著光學(xué)系統(tǒng)及精密儀器技術(shù)的迅速發(fā)展，超光滑大尺寸器件應(yīng)用的日益廣泛對光電子器件的表面和形狀精度提出了更高的要求。超精密加工技術(shù)是光電子器件制造中的支撐技術(shù)，廣泛應(yīng)用于航空航天、電子通信、生物工程、信息技術(shù)等領(lǐng)域，并取得了卓越的發(fā)展，已經(jīng)成為高競爭企業(yè)中的重要領(lǐng)域。隨著光電產(chǎn)品使用性能的不斷提高，尺寸平面元件的應(yīng)用越來越廣泛，對于加工這些器件，要滿足單位去除量少、殘余應(yīng)力小等要求。而傳統(tǒng)的平面光整加工方法，如滾磨拋光、化學(xué)機械拋光，易腐蝕加工件的外表面，甚至?xí)斐蓙啽砻鎿p傷、生產(chǎn)成本高、效率低等問題。

磁流變液是一種新興材料，未加磁場時，磁流變液就如普通流體一樣；加上一定強度磁場后，磁流變液會迅速變?yōu)榫哂姓乘苄缘腂ingham介質(zhì)，磁場消失后又可以變回為流動的液體。磁流變效應(yīng)是由于磁性顆粒間存在相互吸引力從而促使微觀結(jié)構(gòu)的形成而引起的，磁流變效應(yīng)的核心是在外場作用下固體顆粒被感應(yīng)成偶極子，偶極子間的吸引力引起顆粒成鏈與相分離。磁流變液具有的性能特征是：沉淀穩(wěn)定性好、易于再分散、屈服應(yīng)力高、零場粘度低，響應(yīng)時間快、工作溫度范圍寬。

磁流變拋光是一種精密加工技術(shù)，用的是以磁流變液為基礎(chǔ)進行改進添加得到的磁流變拋光液對工件進行拋光，磁流變拋光液由磁敏微粒、非磁性拋光磨粒以及表面活性劑均勻分散在基載液后形成，磁敏微粒與表面活性劑作用后均勻分散于基載液中，非磁性拋光磨粒在加工前加到磁流變液中，經(jīng)過攪拌，拋光磨粒也均勻分散于基載液中。磁流變拋光液在磁場作用下固化，在加工區(qū)域形成Bingham黏塑性體，用其作為可控的線狀區(qū)域的拋光工具，對工件進行拋光。

ZL201410528441.9專利文獻公開了一種往復(fù)式磁流變拋光裝置，拋光頭由工件軸、固定在工件軸下端的非導(dǎo)磁夾具及軟磁板構(gòu)成，工件固定在非導(dǎo)磁夾具上，裝有磁流變液的載液槽位于拋光頭下部，拋光時工件浸入磁流變液中，載液槽的位置固定不變，電磁鐵位于載液槽下部，電磁鐵由往復(fù)傳動機構(gòu)驅(qū)動、與工件拋光表面平行作直線往復(fù)移動，工件在磁場平動與工件轉(zhuǎn)動的復(fù)合運動下完成表面材料的去除。這種裝置的優(yōu)點是磁場勻化性好，可加工狹長大平面工件，但由于載液槽的位置固定不變，磁流變液不會循環(huán)流動，在電磁鐵與工件拋光表面平行作直線往復(fù)運動時，只有當(dāng)電磁鐵運動到工件正對的下方區(qū)域時，此處的磁流變液才形成Bingham黏塑性體，因此不能實現(xiàn)磁流變液的循環(huán)使用。

ZL201410120264.0專利文獻公開了一種適用于超大口徑光學(xué)加工的磁流變拋光裝置，該裝置由磁流變液拋光裝置系統(tǒng)和磁流變液循環(huán)裝置系統(tǒng)組成。磁流變液經(jīng)過供給泵到達噴頭，噴頭流出的磁流變液運動到永磁鐵下方，在高強度梯度磁場下，形成緞帶突起，光學(xué)元件逆時針轉(zhuǎn)動，皮帶帶動緞帶在豎直平面內(nèi)運動，二者相對運動實現(xiàn)鏡面拋光。該裝置解決了大口徑非球面加工去除效率低，加工周期長等問題，但缺點是零件相對較多，結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
：

針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單以單電機驅(qū)動的、能實現(xiàn)磁流變液循環(huán)流動且在拋光區(qū)域內(nèi)交換順暢的拋光裝置。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：提供一種滾軸式磁流變拋光裝置，其特征在于，包括：機架，載液槽，拋光軸，永磁鐵，及傳動機構(gòu)，所述載液槽中裝有磁流變液，工件通過位于載液槽內(nèi)的非導(dǎo)磁夾具固定于所述載液槽的內(nèi)側(cè)面，所述拋光軸位于所述載液槽的上部且豎直伸入所述載液槽中，所述永磁鐵以水平凸伸方式固定于一磁鐵架上，并放置在所述拋光軸內(nèi)，所述磁鐵架與所述拋光軸外部固定連接，所述永磁鐵的磁極外端為球面結(jié)構(gòu)并與工件拋光表面正對，所述磁極外端的頂端緣與所述拋光軸內(nèi)表面的水平距離為3～5mm，所述拋光軸的外表面與工件拋光表面的水平距離為3～5mm，所述載液槽的底面安裝有導(dǎo)軌，與導(dǎo)軌配合的滑塊設(shè)置在所述機架上，所述載液槽的一側(cè)通過彈簧與所述機架連接，另一側(cè)連接有隔板，所述隔板連接一偏心輪，所述傳動機構(gòu)包括蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)和螺旋齒輪傳動機構(gòu)，所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)通過蝸輪帶動所述拋光軸轉(zhuǎn)動，所述螺旋齒輪傳動機構(gòu)帶動所述偏心輪進而推動隔板使所述載液槽在導(dǎo)軌與滑塊的配合下作往復(fù)直線運動。

進一步地，所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)和所述螺旋齒輪傳動機構(gòu)由同一電機驅(qū)動轉(zhuǎn)動，并通過聯(lián)軸器和軸承座連接固定。

進一步地，所述拋光軸的末端連接有葉片。

利用上述滾軸式磁流變拋光裝置進行拋光的方法，包括以下步驟：

步驟1、把工件安裝在非導(dǎo)磁夾具上，固定在載液槽內(nèi)側(cè)面，將拋光軸浸入到載液槽內(nèi)的磁流變液中，調(diào)節(jié)拋光軸和工件的相對位置，使工件關(guān)于拋光軸的軸線對稱分布；

步驟2、將永磁鐵固定在磁鐵架上，豎直放入拋光軸內(nèi)，調(diào)節(jié)永磁鐵為球面結(jié)構(gòu)的磁極與拋光軸內(nèi)表面的間距為設(shè)定值，從而使工件表面的磁通密度為0.2-0.5T，調(diào)節(jié)拋光軸與工件拋光表面的間距為設(shè)定值；

步驟3、啟動電機，帶動蝸輪蝸桿和螺旋齒輪同步轉(zhuǎn)動，使拋光軸轉(zhuǎn)動和載液槽往復(fù)移動，調(diào)節(jié)載液槽的直線往復(fù)移動行程為100mm；

步驟4、在載液槽移動和拋光軸轉(zhuǎn)動的復(fù)合作用下，對工件拋光60分鐘，實現(xiàn)工件表面材料的去除；

步驟5、拋光結(jié)束，關(guān)停電機，工件軸和載液槽停止運動，取走磁鐵架，將工件從非導(dǎo)磁夾具中卸下，使工件離開磁流變液。

本發(fā)明的工作原理是:驅(qū)動電機驅(qū)動蝸輪蝸桿和螺旋齒輪運轉(zhuǎn)，蝸輪帶動拋光軸轉(zhuǎn)動，永磁鐵固定在磁鐵架中放入到拋光軸內(nèi)，拋光軸豎直放入裝有磁流變液的載液槽中。在拋光過程中，永磁鐵可在拋光軸外表面產(chǎn)生高梯度磁場，載液槽中在此區(qū)域的磁流變液形成具有一定硬度的Bingham黏塑性體，成為可控的線狀區(qū)域的拋光工具，利用此黏塑性體的剪切力對載液槽內(nèi)表面的工件進行拋光；在拋光的同時，螺旋齒輪帶動偏心輪轉(zhuǎn)動，偏心輪頂著隔板帶動載液槽沿導(dǎo)軌方向移動，載液槽一側(cè)安裝有彈簧，載液槽在偏心輪和彈簧共同作用下沿導(dǎo)軌方向往復(fù)移動，磁流變液在拋光軸轉(zhuǎn)動和載液槽移動的共同作用下對工件表面材料進行均勻去除。

本發(fā)明滾軸式磁流變拋光裝置與方法與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點：

1、本發(fā)明設(shè)計的拋光設(shè)備創(chuàng)新式地采用了滾軸式的拋光方法，采用一個電機驅(qū)動整體裝置，簡化了傳統(tǒng)設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)，使得設(shè)備結(jié)構(gòu)更緊湊，占用空間更小。

2、通過螺旋齒輪傳動機構(gòu)使得載液槽沿著導(dǎo)軌作往復(fù)直線運動，可避免因磁場強度分布不均使得工件局部區(qū)域材料去除率低下問題，從整體上提高了加工效率，且所述永磁鐵的磁極外端為球面結(jié)構(gòu)且朝向拋光軸內(nèi)表面，并正對所述工件拋光表面，也使得工件邊緣的拋光效果更好，提高了工件的面形精度。

3、在拋光軸末端安裝了葉片，通過葉片對磁流變液進行攪拌，進一步促進了循環(huán)流動也保證了磁流變液內(nèi)部顆粒分布的穩(wěn)定性，并且簡化了設(shè)備的結(jié)構(gòu)，使得整個設(shè)備結(jié)構(gòu)更加緊湊。

附圖說明：

圖1為本發(fā)明提供的滾軸式磁流變拋光裝置的立體圖；

圖2為圖1所示的滾軸式磁流變拋光裝置不包括電機的主視圖；

圖3為圖1所示的滾軸式磁流變拋光裝置不包括電機的俯視圖；

圖4為本發(fā)明提供的滾軸式磁流變拋光裝置的另一視角的立體圖；

圖5為圖4中磁鐵架與拋光軸的局部立體圖；

圖6為圖1所示的滾軸式磁流變拋光裝置中除去電機與傳動機構(gòu)后的左視角的全剖視圖。

本實施例中：1-蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)，2-螺旋齒輪傳動機構(gòu)，3-磁鐵架，4-拋光軸，5-載液槽，6-偏心輪，7-導(dǎo)軌，8-彈簧，9-電機，10聯(lián)軸器，11-軸承座，12隔板，13-葉片，14-工件，15-機架，16-滑塊，17-非導(dǎo)磁夾具，18-永磁鐵，19-蝸輪，20-螺旋齒輪。

具體實施方式：

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

如圖1、圖2和圖6所示，本發(fā)明提供的一種以單電機驅(qū)動的滾軸式磁流變拋光裝置，可加工狹長工件平面，包括：機架15，載液槽5，拋光軸4，永磁鐵18，及傳動機構(gòu)，所述載液槽5中裝有磁流變液，工件14通過位于載液槽5內(nèi)的非導(dǎo)磁夾具17固定于所述載液槽5的內(nèi)側(cè)面，所述拋光軸4位于所述載液槽5的上部且豎直伸入所述載液槽5中，使工件14和拋光軸4均浸入磁流變液中，增大了工件14和磁流變液的接觸面積，從而使得材料去除率更高。所述永磁鐵18以水平凸伸方式固定于一磁鐵架3上，并放置在所述拋光軸4內(nèi)，所述磁鐵架3與所述拋光軸4外部固定連接，所述永磁鐵18的磁極外端為球面結(jié)構(gòu)，且所述磁極外端正對工件拋光表面，進一步的，所述磁極外端的頂端緣與所述拋光軸4的內(nèi)表面的水平距離為3～5mm，所述拋光軸4的外表面與工件拋光表面的水平距離為3～5mm。如圖5所示，所述拋光軸4的末端連接有葉片13，可對磁流變液進行攪拌。采用永磁鐵18來代替電磁鐵不僅能縮小裝置的體積，減小工作空間，還可以簡化裝置結(jié)構(gòu)，便于故障維修。

如圖1、圖2和圖4所示，所述載液槽5的底面安裝有導(dǎo)軌7，與導(dǎo)軌7配合的滑塊16固定在機架15上，所述載液槽5的一側(cè)通過彈簧8與所述機架15連接，另一側(cè)連接一隔板12，所述隔板12連接一偏心輪6，并緊貼所述偏心輪6，所述傳動機構(gòu)包括蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)1和螺旋齒輪傳動機構(gòu)2，所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)1和所述螺旋齒輪傳動機構(gòu)2由同一電機9驅(qū)動轉(zhuǎn)動，分別由聯(lián)軸器10和軸承座11進行連接固定。如圖1、圖2和圖3所示，所述蝸輪蝸桿傳動機構(gòu)1由一對蝸輪蝸桿嚙合，通過蝸輪19帶動所述拋光軸4轉(zhuǎn)動，所述螺旋齒輪傳動機構(gòu)2通過一對螺旋齒輪20嚙合來帶動所述偏心輪6，進而推動隔板12使所述載液槽5在導(dǎo)軌7與滑塊16的配合下作往復(fù)直線運動。拋光裝置中大部分零件的材料為非導(dǎo)磁材料，避免拋光過程中受磁場影響而出現(xiàn)不良結(jié)果。

利用上述滾軸式磁流變拋光裝置進行拋光，包括以下步驟：

(1)把工件安裝在非導(dǎo)磁夾具上，固定在載液槽內(nèi)側(cè)面，將拋光軸浸入到載液槽內(nèi)的磁流變液中，調(diào)節(jié)拋光軸和工件的相對位置，使工件關(guān)于拋光軸的軸線對稱分布；

(2)將永磁鐵固定在磁鐵架上，豎直放入拋光軸內(nèi)，調(diào)節(jié)永磁鐵為球面結(jié)構(gòu)的磁極與拋光軸內(nèi)表面的間距為設(shè)定值，從而使工件表面的磁通密度為0.2-0.5T，調(diào)節(jié)拋光軸與工件拋光表面的間距為設(shè)定值；

(3)啟動電機，帶動蝸輪蝸桿和螺旋齒輪同步轉(zhuǎn)動，使拋光軸轉(zhuǎn)動和載液槽往復(fù)移動，調(diào)節(jié)載液槽的直線往復(fù)移動行程為100mm；

(4)在載液槽移動和拋光軸轉(zhuǎn)動的復(fù)合作用下，對工件拋光60分鐘，實現(xiàn)工件表面材料的去除；

(5)拋光結(jié)束，關(guān)停電機，工件軸和載液槽停止運動，取走磁鐵架，將工件從非導(dǎo)磁夾具中卸下，使工件離開磁流變液。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。