專利名稱:一種用于公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的循環(huán)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本專利屬于光學(xué)曲面精密加工技術(shù)領(lǐng)域,特別涉及一種磁流變拋光液循環(huán)裝置。
背景技術(shù):
光學(xué)零件的磁流變拋光技術(shù)是一種新興的確定性拋光技術(shù)。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(nèi)發(fā)生流變,由液態(tài)變?yōu)轭惞虘B(tài)。發(fā)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(fā)生流變,形成拋光模,帶動拋光磨料實現(xiàn)對光學(xué)玻璃等非導(dǎo)磁性材料的拋光。與傳統(tǒng)光學(xué)拋光技術(shù)相比,磁流變拋光技術(shù)在對工件面形進行修正和降低工件表面粗糙度的基礎(chǔ)上,不會產(chǎn)生亞表面損傷。美國QED Technology公司與Rochester大學(xué)的光學(xué)制造中心合作,把磁流變拋光技術(shù)和數(shù)控技術(shù)相結(jié)合,研制出一系列可用于光學(xué)零件拋光的QED數(shù)控磁流變拋光機床, 這種數(shù)控磁流變拋光技術(shù)是目前最常用的磁流變拋光技術(shù)。圖1為常用的磁流變拋光技術(shù)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(huán)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(dāng)前狀態(tài)進行監(jiān)控。拋光輪1沿自身幾何中心軸旋轉(zhuǎn)(如圖示Co1方向),可稱其為拋光輪1的自轉(zhuǎn)運動。拋光輪1內(nèi)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(dāng)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(zhuǎn),形成帶狀,可稱其為緞帶5。拋光輪1表面有較強的加工區(qū)磁場4和較弱的維系區(qū)磁場2,加工區(qū)磁場4的作用是在加工區(qū)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(dāng)?shù)膹姸取>S系區(qū)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(qū)。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(dāng)磁流變拋光液隨著拋光輪1做自轉(zhuǎn)運動并被帶入加工區(qū)時,將與工件3發(fā)生擠壓和摩擦作用,在工件3表面產(chǎn)生拋光去除,該拋光去除的函數(shù)分布和加工區(qū)內(nèi)的摩擦力分布直接相關(guān)。隨后,磁流變拋光液被帶離加工區(qū),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(xù)在拋光輪1、儲液罐10和管路中流動,使加工區(qū)的磁流變拋光液一直在更新,從而保證拋光去除函數(shù)的穩(wěn)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(jù)工件3初始面形誤差和拋光去除函數(shù),預(yù)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(shù)中,由于拋光輪1只做自轉(zhuǎn)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(xué)提出了一種公自轉(zhuǎn)磁流變拋光技術(shù)(ZL0311i^81.5)。圖2為公自轉(zhuǎn)磁流變拋光技術(shù)示意圖。與常用的磁流變拋光技術(shù)相比,公自轉(zhuǎn)磁流變拋光時,拋光輪1不僅做自轉(zhuǎn)運動,而且繞一豎直軸旋轉(zhuǎn)(如圖示ω2方向),可稱其為拋光輪1的公轉(zhuǎn)運動。在進行公自轉(zhuǎn)磁流變拋光時,由于兩個旋轉(zhuǎn)運動的存在,拋光紋路更加復(fù)雜,不會出現(xiàn)常用磁流變拋光技術(shù)中單一方向的拋光紋路,所以公自轉(zhuǎn)拋光對降低工件3表面粗糙度有利,而且加入公轉(zhuǎn)運動后,與常用的磁流變拋光技術(shù)相比,在自轉(zhuǎn)速度相同的情況下能夠提高拋光效率。此外,在將自轉(zhuǎn)中心相對公轉(zhuǎn)中心做一定量的偏心調(diào)整后,公自轉(zhuǎn)拋光的拋光去除函數(shù)會形成類似于高斯分布的回轉(zhuǎn)對稱形狀,這種拋光去除函數(shù)分布對于數(shù)控編程中的路徑規(guī)劃非常有利。使用公自轉(zhuǎn)磁流變拋光技術(shù)時,要想使注液嘴始終能夠?qū)⒋帕髯儝伖庖杭幼⒌綊伖廨喩?,注液嘴和收集器必須與自轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)軸保持固定的位置。而且為了保持拋光去除函數(shù)的穩(wěn)定性,必須實現(xiàn)磁流變拋光液的循環(huán)以保證拋光區(qū)磁流變拋光液持續(xù)更新,但是由于公轉(zhuǎn)運動的存在,如果采用與常用磁流變拋光技術(shù)相同的循環(huán)系統(tǒng),如圖1所示,將無法實現(xiàn)注液嘴始終對準(zhǔn)拋光輪,收集器也不能始終和拋光輪貼合以實現(xiàn)磁流變拋光液的收集,從而不可能實現(xiàn)磁流變拋光液的循環(huán)和更新。如果不使用磁流變拋光液循環(huán)系統(tǒng),加工區(qū)的磁流變拋光液得不到持續(xù)更新,將導(dǎo)致拋光去除函數(shù)的不穩(wěn)定和不確定,而無法實現(xiàn)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(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種實現(xiàn)公自轉(zhuǎn)拋光中磁流變拋光液循環(huán)的裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種用于公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的循環(huán)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(huán)系統(tǒng);所述的安裝底座做公轉(zhuǎn)運動;所述的拋光輪安裝在軸承座上,該拋光輪做自轉(zhuǎn)運動且同時隨安裝底座做公轉(zhuǎn)運動; 所述的循環(huán)系統(tǒng)含有儲液罐、設(shè)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(shè)有抽吸泵,在所述的注液管上設(shè)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(huán)系統(tǒng)還包含注液槽、支架和刮板;所述的注液槽為環(huán)形結(jié)構(gòu),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(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)軸重合,且隨安裝底座做公轉(zhuǎn)運動,注液管的出口端位于注液槽內(nèi)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(zhǔn)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(fā)明所述的循環(huán)裝置還含有回收槽,所述的回收槽為環(huán)形結(jié)構(gòu),與注液槽同心布置,該回收槽的外徑小于注液槽的內(nèi)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(zhuǎn)運動;所述的抽液管的入口端位于回收槽內(nèi)。本發(fā)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(fā)明具有以下優(yōu)點及突出性效果所涉及到的用于公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的循環(huán)裝置,在與公自轉(zhuǎn)磁流變拋光技術(shù)配合使用的前提下,能夠?qū)崿F(xiàn)磁流變拋光液的循環(huán)。該裝置解決了公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的磁流變拋光液循環(huán)難題,為拋光去除函數(shù)的穩(wěn)定性提供必要條件,使公自轉(zhuǎn)拋光發(fā)揮其優(yōu)勢。
圖1為常用的磁流變拋光技術(shù)原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為公自轉(zhuǎn)磁流變拋光技術(shù)原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為本發(fā)明所述裝置的原理結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為本發(fā)明所述裝置公轉(zhuǎn)90°后示意圖。圖5為本發(fā)明所述拋光輪、注液槽和回收槽結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-拋光輪;2-維系區(qū)磁場;3-工件;4-加工區(qū)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(jié)合附圖對本發(fā)明的原理、結(jié)構(gòu)和工作過程做進一步的說明。圖3為本發(fā)明提供的一種用于公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的循環(huán)裝置的原理結(jié)構(gòu)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(huán)系統(tǒng);所述的安裝底座15做公轉(zhuǎn)運動;所述的拋光輪1安裝在軸承座16上,做自轉(zhuǎn)運動且同時隨安裝底座15做公轉(zhuǎn)運動;所述的循環(huán)系統(tǒng)含有儲液罐10、設(shè)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(shè)有抽吸泵12,在所述的注液管8上設(shè)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(huán)形結(jié)構(gòu),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(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)軸重合,且隨安裝底座做公轉(zhuǎn)運動,注液管8的出口端位于注液槽17內(nèi)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(zhǔn)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(qū)的磁流變拋光液收集起來,所述的循環(huán)裝置還含有回收槽18, 所述的回收槽18為環(huán)形結(jié)構(gòu),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(nèi)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(zhuǎn)運動;所述的抽液管13的入口端位于回收槽18內(nèi)。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(fā)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(huán)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(dāng)前狀態(tài)進行監(jiān)控。隨后,磁流變拋光液經(jīng)過注液管8被注入到注液槽17中,注液槽17為環(huán)形結(jié)構(gòu),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(nèi)各處的液體深度不同。在注液槽17內(nèi)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(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)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(zhuǎn)運動。拋光輪1內(nèi)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(dāng)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(zhuǎn)。當(dāng)磁流變拋光液被拋光輪1帶入加工區(qū)時,由于公轉(zhuǎn)運動的存在,會形成一個回轉(zhuǎn)對稱形的拋光去除函數(shù)。隨后,磁流變拋光液被帶離加工區(qū),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(huán)形結(jié)構(gòu)。由于刮板20必須與自轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)軸保持固定的位置,所以刮板20需要隨著拋光輪1做公轉(zhuǎn)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(zhuǎn)運動。抽液管13管口伸入到回收槽18內(nèi)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(wěn)定。圖4為拋光輪沿公轉(zhuǎn)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(zhuǎn)運動,注液嘴6能夠?qū)⒋帕髯儝伖庖阂恢睖?zhǔn)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(zhuǎn)運動,也實現(xiàn)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(zhuǎn)運動,實現(xiàn)了公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的磁流變拋光液循環(huán)。圖5為本發(fā)明所述拋光輪、注液槽和回收槽結(jié)構(gòu)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(nèi),開啟攪拌器11將磁流變拋光液攪拌均勻,開啟公自轉(zhuǎn)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(dāng)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(dāng)注液槽17中有一定量的液體時,適當(dāng)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(wěn)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(qū)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(dāng)前狀態(tài)進行監(jiān)控,為控制輸送泵9和抽吸泵12的轉(zhuǎn)速提供參考,以保持管路內(nèi)磁流變拋光液流速和壓力不變。這樣,磁流變拋光液即可穩(wěn)定地循環(huán)起來,使拋光輪1底部加工區(qū)的磁流變拋光液得到穩(wěn)定持續(xù)的更新。
權(quán)利要求
1.一種用于公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的循環(huán)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(huán)系統(tǒng);所述的安裝底座(15)做公轉(zhuǎn)運動; 所述的拋光輪(1)安裝在軸承座(16)上,該拋光輪做自轉(zhuǎn)運動且同時隨安裝底座(15)做公轉(zhuǎn)運動;所述的循環(huán)系統(tǒng)含有儲液罐(10)、設(shè)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(shè)有抽吸泵(12),在所述的注液管 (8)上設(shè)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(huán)系統(tǒng)還包含注液槽(17)、支架和刮板00);所述的注液槽(17)為環(huán)形結(jié)構(gòu),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(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)軸重合,且隨安裝底座(15)做公轉(zhuǎn)運動,注液管(8)的出口端位于注液槽(17)內(nèi)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(zhǔn)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(quán)利要求1所述的一種用于公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的循環(huán)裝置,其特征在于所述的循環(huán)系統(tǒng)還含有回收槽(18),所述的回收槽(18)為環(huán)形結(jié)構(gòu),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(nèi)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(zhuǎn)運動;所述的抽液管(13)的入口端位于回收槽(18) 內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的循環(huán)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(zhuǎn)磁流變拋光中的循環(huán)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(dǎo)至回收槽中。抽液管將回收槽中的磁流變拋光液抽走。本發(fā)明所涉及到的用于公自轉(zhuǎn)磁流變拋光中的循環(huán)裝置,在與公自轉(zhuǎn)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(huán)問題,保證拋光去除函數(shù)的穩(wěn)定性,使公自轉(zhuǎn)拋光發(fā)揮其優(yōu)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(yōu)先權(quán)日2011年5月13日
發(fā)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(xué)