專利名稱：可自適應(yīng)調(diào)節(jié)拋光間隙的磁流變拋光輪組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及到磁流變拋光設(shè)備領(lǐng)域，特指一種磁流變拋光用拋光輪組件。

背景技術(shù)：
確定性磁流變拋光技術(shù)是由美國Rochester大學(xué)COM光學(xué)加工中心首創(chuàng)，由美國QED公司完成產(chǎn)品化的新一代光學(xué)零件高精度計算機控制光學(xué)表面成形技術(shù)(CCOS)。確定性磁流變拋光技術(shù)的加工過程是利用磁流變拋光液在高梯度磁場下形成的“柔性拋光膜”來去除光學(xué)元件表面材料，此“柔性拋光?！奔慈コ瘮?shù)。拋光過程中材料的去除量是去除函數(shù)和駐留時間的卷積，如果去除函數(shù)不穩(wěn)定就會造成實際材料去除量和期望材料去除量的偏差，從而不能達到高精度的光學(xué)表面，因此去除函數(shù)的穩(wěn)定性在磁流變拋光過程中尤為重要。一般是通過控制磁流變拋光液成份和磁流變拋光工藝參數(shù)達到去除函數(shù)的穩(wěn)定。影響去除函數(shù)的磁流變拋光工藝參數(shù)主要有以下幾種，即拋光盤與工件間的間隙、磁場強度、拋光盤轉(zhuǎn)速、磁流變液流量等等。其中磁場強度、拋光盤轉(zhuǎn)速和磁流變液流量可通過閉環(huán)控制系統(tǒng)使其達到穩(wěn)定，但是拋光盤和工件間的間隙目前還沒有很好的方法使其穩(wěn)定。同時拋光盤和工件間的間隙對去除函數(shù)有一定的影響，因此間隙自適應(yīng)的調(diào)節(jié)對于磁流變超精密拋光加工工藝有重大意義。
目前，主要是人為調(diào)節(jié)拋光盤和工件間的間隙，在拋光過程開始之前通過人為調(diào)節(jié)使間隙達到期望值，這種方法有以下兩個缺點1、人為調(diào)節(jié)拋光盤和工件間的間隙精度不高，且對數(shù)控系統(tǒng)和機床的精度要求高；2、加工過程中拋光盤和工件間間隙的變化不能得到及時的修正，從而影響了加工精度。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉、安裝方便、可靠性好、加工精度高、能夠保證拋光輪與工件問間隙穩(wěn)定的可自適應(yīng)調(diào)節(jié)拋光間隙的磁流變拋光輪組件。
為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案。
一種可自適應(yīng)調(diào)節(jié)拋光間隙的磁流變拋光輪組件，包括固定板以及安裝于固定板下方的拋光輪，其特征在于所述固定板的下方設(shè)有配重塊，所述固定板與一擺動機構(gòu)相連并可通過所述擺動機構(gòu)完成擺動。
作為本發(fā)明的進一步改進 所述擺動機構(gòu)包括左擺臂、左擺軸、右擺臂以及右擺軸，所述固定板的一端通過左擺臂連接于左擺軸上，所述固定板的另一端通過右擺臂連接于右擺軸上。
所述拋光輪固定于轉(zhuǎn)軸上，所述轉(zhuǎn)軸的兩端支承于轉(zhuǎn)軸軸承上，所述轉(zhuǎn)軸軸承的頂端通過支撐板與固定板連接。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點就在于 本發(fā)明可自適應(yīng)調(diào)節(jié)拋光間隙的磁流變拋光輪組件，結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉、安裝方便、可靠性好、加工精度高、抗干擾能力較強，通過擺動機構(gòu)即可實現(xiàn)拋光間隙的自適應(yīng)調(diào)整，從而提高了去除函數(shù)的穩(wěn)定性，提高了光學(xué)加工表面的質(zhì)量，為進一步提高光學(xué)表面的加工精度奠定了基礎(chǔ)。



圖1是本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明側(cè)視的斷面結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是拋光間隙為x0時拋光輪裝置的工況示意圖； 圖4是拋光間隙為x0時拋光輪裝置的受力示意圖； 圖5是拋光間隙為x0-Δx時拋光輪裝置的工況示意圖。
圖例說明 1、轉(zhuǎn)軸軸承；2、轉(zhuǎn)軸軸承端蓋；3、左擺軸軸承；4、左擺軸；5、左擺軸軸承端蓋；6、左擺臂；7、左支撐板；8、配重塊；9、固定板；10、右擺臂；11、右擺軸軸承；12、右擺軸；13、右擺軸軸承端蓋；14、右支撐板；15、轉(zhuǎn)軸；16、拋光輪；
具體實施例方式 以下將結(jié)合具體實施例和說明書附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
如圖1和圖2所示，本發(fā)明可自適應(yīng)調(diào)節(jié)拋光間隙的磁流變拋光輪組件，包括固定板9以及安裝于固定板9下方的拋光輪16，拋光輪16位于工件待加工面的上方。固定板9的下方設(shè)有配重塊8，固定板9與一擺動機構(gòu)相連并可通過擺動機構(gòu)完成擺動。拋光輪16固定于轉(zhuǎn)軸15上并可在轉(zhuǎn)軸15的帶動下轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)軸15的兩端支承于轉(zhuǎn)軸軸承1上，轉(zhuǎn)軸軸承1的頂端通過支撐板與固定板9連接，支撐板包括左支撐板7和右支撐板14。
本實施例中，擺動機構(gòu)包括左擺臂6、左擺軸4、右擺臂10以及右擺軸12，固定板9的一端通過左擺臂6、左擺軸軸承3連接于左擺軸4上，固定板9的另一端通過右擺臂10、右擺軸軸承11連接于右擺軸12上，固定板9可以繞左擺軸4、右擺軸12轉(zhuǎn)動，左擺軸軸承3的端部設(shè)有左擺軸軸承端蓋5。當(dāng)拋光輪16和工件之間的間隙發(fā)生變化時，由于液體動壓力的變化導(dǎo)致裝置整體繞左擺軸4、右擺軸12的轉(zhuǎn)矩發(fā)生變化；為了達到轉(zhuǎn)矩平衡，固定板9帶動拋光輪16在配重塊8的作用下繞左擺軸4、右擺軸12轉(zhuǎn)動，直至達到新的平衡，從而達到自適應(yīng)調(diào)整拋光間隙的目的。
假設(shè)拋光輪16和工件之間的最佳間隙為x0，當(dāng)拋光輪16和工件之間間隙變化Δx時，拋光裝置的平衡被破壞。在配重塊8的作用下，拋光輪16會向著靠近x0的方向運動，以下為分析和設(shè)計過程。圖3為拋光間隙為x0時的工況示意圖，以拋光裝置為研究對象進行受力分析，圖4是拋光間隙為x0時拋光輪裝置的受力示意圖。拋光輪16順時針方向轉(zhuǎn)動，圖中Ft和Fn分別為磁流變拋光液對拋光輪16的切向力和法向力，G1、G2、G3和G4分別為配重塊8、左右擺臂，擺軸及其軸承、左右支撐板和拋光輪16及其軸承的重力，F(xiàn)x和Fy分別為擺軸對擺臂的作用力沿x，y方向的分力。點O、O1、O2、O3和O4分別是擺軸支點，配重塊，左右擺臂、擺軸及其軸承，左右支撐板，拋光輪16及其軸承的重心，O5是磁流變拋光液對拋光輪16的力的作用點。設(shè)當(dāng)拋光間隙為x0時擺軸相對于圖1中逆時針旋轉(zhuǎn)的角度為θ，此角度根據(jù)加工需要設(shè)定，為已知量。|OO2|、|OO3|、|OO4|、|O1A|、|OB|、|AB|和|O4O5|的長度分別為L2、L3、L4、h1、h2、L1和R，其中L2、L3、L4、h1、h2和R都是由所確定的結(jié)構(gòu)決定，為已知常量，L1為未知量，需通過分析設(shè)計得到。求解支點O到各力的作用線的距離，首先分析點O到重力G1作用線的距離。在四邊形ABO2O1中，求解出線段|O1O2|的長度如公式(1)。在四邊形ABOO1中，求解線段|OO1|的長度如公式(2)。
在ΔOO1O2中，求解∠O1OO2，其表達式如公式(3)。
則點O到重力G1作用線的距離如公式(4)，假設(shè)距離為l1。
其次分析點O到Ft和Fn力的作用線的距離，設(shè)分別為lt和ln，其表達式分別如公式(5)和公式(6)。
ln＝L4·sin(θ)(5) lt＝L4·cos(θ)+R (6) 點O到Fx和Fy力的作用線的距離為0，到G2、G3和G4力的作用線的距離l2、l3和l4分別為L2·sin(θ)、L3·sin(θ)和L4·sin(θ)。則此工況下平衡方程如公式(7)。
通過公式(7)可求解出配重塊4的重力和位置的關(guān)系如公式(8)所示。
通過以上方程組求得配重塊8的重力與配重塊8重心相對于支點的拓撲關(guān)系的關(guān)系式如公式(9)。
以上分析的是當(dāng)拋光輪裝置在最佳拋光間隙x0時的配重問題，以下將對拋光輪裝置在拋光間隙變化時的間隙自適應(yīng)問題。假設(shè)拋光輪16和工件之間間隙變化為Δx，且相對于拋光間隙縮小的方向，拋光間隙為x0-Δx。當(dāng)拋光間隙變小時，磁流變拋光液對拋光輪16的切向力和法向力Ft和Fn會發(fā)生變化，其變化趨勢與拋光間隙變化的方向相反，即拋光間隙變大時力變小，反之變大。此工況中，力變大。拋光輪裝置的逆時針力矩大于順時針力矩，因此拋光輪組件相對于支點逆時針旋轉(zhuǎn)，知道達到力矩平衡，因此增大了拋光輪16和工件之間的拋光間隙，于是達到了拋光間隙自適應(yīng)的目的。如圖5為此時的工況圖。此工況的受力示意圖同圖4，只是角度由θ變成θ-Δθ，則必須滿足的轉(zhuǎn)矩平衡方程如公式(10)。
將上式的左右兩邊分別展開得公式(11)和公式(12)。

右邊＝G3·L3+G4·L4-G2·L2-Fn·L4·sin(θ)·cos(Δθ)+Fn·L4·cos(θ)·sin(Δθ)-Ft·R-Ft·L4·cos(θ)cos(Δθ)+Ft·L4·sin(θ)sin(Δθ) (12) 拋光輪16拋光時的間隙變化為微米級，因此角度變化很小，可做近似處理，在此令sin(Δθ)＝Δθ，

由于Δθ很小，則

將此近似帶入公式(11)和公式(12)，得到公式(13)和公式(14)。

右邊＝G3·L3+G4·L4-G2·L2-Fn·L4·sin(θ)-Ft·R-Ft·L4·cos(θ)+Fn·L4·cos(θ)·Δθ+Ft·L4·sin(θ)·Δθ (14) 將左邊和右邊做等號，得到此工況下的力矩平衡方程如公式(15)。
由公式(9)，通過以下方程求解配重塊8的重力及其配重塊8的重心相對于支點的拓撲關(guān)系，方程組如(16)所示。通過此方程組可非別求出配重塊8的重力和L1的值，從而達到拋光間隙自適應(yīng)的目的。
以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，本發(fā)明的保護范圍并不僅局限于上述實施例，凡屬于本發(fā)明思路下的技術(shù)方案均屬于本發(fā)明的保護范圍。應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理前提下的若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種可自適應(yīng)調(diào)節(jié)拋光間隙的磁流變拋光輪組件，包括固定板(9)以及安裝于固定板(9)下方的拋光輪(16)，其特征在于所述固定板(9)的下方設(shè)有配重塊(8)，所述固定板(9)與一擺動機構(gòu)相連并可通過所述擺動機構(gòu)完成擺動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可自適應(yīng)調(diào)節(jié)拋光間隙的磁流變拋光輪組件，其特征在于所述擺動機構(gòu)包括左擺臂(6)、左擺軸(4)、右擺臂(10)以及右擺軸(12)，所述固定板(9)的一端通過左擺臂(6)連接于左擺軸(4)上，所述固定板(9)的另一端通過右擺臂(10)連接于右擺軸(12)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的可自適應(yīng)調(diào)節(jié)拋光間隙的磁流變拋光輪組件，其特征在于所述拋光輪(16)固定于轉(zhuǎn)軸(15)上，所述轉(zhuǎn)軸(15)的兩端支承于轉(zhuǎn)軸軸承(1)上，所述轉(zhuǎn)軸軸承(1)的頂端通過支撐板與固定板(9)連接。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可自適應(yīng)調(diào)節(jié)拋光間隙的磁流變拋光輪組件，包括固定板以及安裝于固定板下方的拋光輪，固定板的下方設(shè)有配重塊，所述固定板與一擺動機構(gòu)相連并可通過所述擺動機構(gòu)完成擺動。本發(fā)明是一種結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉、安裝方便、可靠性好、加工精度高、能夠保證拋光輪與工件間間隙穩(wěn)定的可自適應(yīng)調(diào)節(jié)拋光間隙的磁流變拋光輪組件。
文檔編號B24B29/02GK101797715SQ20101014185
公開日2010年8月11日 申請日期2010年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月8日
發(fā)明者李圣怡, 戴一帆, 彭小強, 謝超, 石峰 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)