CN104942661A - 一种适用于平面光学零件的磁流变抛光磨头及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及精密光学抛光加工技术领域，尤其涉及一种适用于平面光学零件的磁流变抛光磨头及装置，主要包括安装板和若干个固定在安装板正面的磁场发生单元，所述磁场发生单元由相互吸附在一起的两块磁铁组成，磁流变液在两块磁铁拼接缝隙的表面产生宾汉体。本发明结构简单，方便实用，通过设置若干磁场发生单元，大大增加在磁流变抛光中工件接触宾汉体凸起的面积，且每个宾汉体的磁场均匀性一致，可以实现大面积快速磁流变抛光，大大提高了加工效率。

Description

一种适用于平面光学零件的磁流变抛光磨头及装置
技术领域
本发明涉及精密光学抛光加工技术领域，尤其涉及一种适用于平面光学零件的磁流变抛光磨头及装置。
背景技术
现代短波光学、强光光学、电子学及薄膜科学的发展要求光学元件应具有高反射率、高面形精度、低粗糙度以及高强度，因此对光学元件表面的要求极为苛刻，如表面无晶格畸变缺陷，基本不存在残余应力，极低的表面粗糙度(Ra≤1nm)、无外来杂质污染、高几何精度、且衬底表面应具有准确的晶向等。特别大型高功率器中需要大量的平面光学零件，这类承受高功率激光负荷的光学零件加工质量提出了非常苛刻的要求。
磁流变抛光技术是将电磁学和流体动力学理论相结合并应用于光学加工的一种技术。磁流变加工技术是目前而言比较理想的高精度光学零件加工技术，其最大的优点是不存在工具磨损的问题，加工精度高；易于实现计算机控制；其抛光工具利用磁流变体的特殊特性，不会产生亚表面破坏，能从根本上解决以往抛光方法中存在的问题，满足现代科学与技术的发展对光学零件的发展要求。
现有的磁流变抛光技术可以用于平面光学零件的加工，并且光学零件表面的加工质量可以达到一个很高的质量。中国专利CN101579833B公开了高效率可控多磨头磁流变抛光装置，其磁场发生装置由一个环形屏蔽装置和至少1个独立可控的电磁铁单元组成，每个可控的磁场区域以环形分布，通过抛光主轴和抛光盘的旋转带动这些系列小磨头与工件接触摩擦抛光，实现对工件的可控多磨头高效抛光。中国专利ZL200910052609.2公开了高效率可控多磨头磁流变抛光装置，采用单环或多环的圆周磁极结构，同时采用阵列排布以实现不同用途工件的加工。
众所周知，提高平面光学零件的抛光效率，磁流变抛光的主要手段包括：提高相对运动速度，增大磁场强度以及增加与工件接触的宾汉体面积。上述磁流变抛光磨头装置都能够实现平面工件的表面抛光，具有一定的新颖性，但是在这些技术中存在一定的应用制约，这些技术很难扩大与工件接触宾汉体凸起的面积，即使能够扩大到一定的范围，其均匀性会受到一定的制约，且其采用电磁产生磁场的结构要增大磁场强度也是非常困难的。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种宾汉体与工件均匀接触面积大、加工效率高的适用于平面光学零件的磁流变抛光磨头及装置。
为实现上述目的，本发明可以通过以下技术方案予以实现：
一种适用于平面光学零件的磁流变抛光磨头，包括安装板和若干个固定在安装板正面的磁场发生单元，所述磁场发生单元由相互吸附在一起的两块磁铁组成，磁流变液在两块磁铁拼接缝隙的表面产生宾汉体。采用两块磁铁吸附在一起组成一个单元，利用磁场异性相吸的特点，将其中一块磁铁的N极与另一块磁铁的S极形成同一个面，这样组合，在添加磁流变液后，由于两块磁铁都是N极或者S极的磁场强度最大，磁力线从N极到S极遵循最短距离分布的方式，大部分磁力线会从第一个磁铁的N极到第二个磁铁的S极形成一个闭环回路，即在两个面结合处表面上的空间位置产生稳定的强磁场，会在两块磁铁结合部分缝隙处，尤其是缝隙表面空间形成凸起的宾汉体，这在电磁铁上是很难实现的。
进一步，所述磁铁为永磁铁，采用永磁铁作为磁场发生单元，这样可以保证各个单元磁场强度的均匀性。
进一步，所述磁铁为正方体、长方体、圆柱体、圆环体或不规则体，其磁极面为连续平面或非连续平面。
进一步，由于磁极面为连续平面或非连续平面，所述磁场发生单元所产生的宾汉体为连接或断续。
进一步，所述安装板采用导磁材料，所述磁场发生单元通过磁力吸附在安装板上。
进一步，所述相邻两个磁场发生单元之间设有固定在安装板正面的限位块，所述限位块的宽度与相邻两个磁场发生单元的间距相等，防止磁场发生单元移动。
进一步，所述磁流变抛光磨头还包括密封环、运动装置连接块、轴承座、第一轴承和连接轴，所述运动装置连接块通过密封环与安装板的背面连接，所述轴承座与运动装置连接块、安装板固定连接，所述第一轴承固定安装在轴承座中，所述连接轴安装在第一轴承内。
一种磁流变抛光装置，包括所述的磁流变抛光磨头、机座、旋转主轴、皮带传动***、电机及减速机***和工件盘，所述电机及减速机***和工件盘固定安装在机座上，所述旋转主轴通过第二轴承安装在机座上，所述磁流变抛光磨头与旋转主轴固定连接，所述电机及减速机***通过皮带传动***带动旋转主轴旋转，进而带动磁流变抛光磨头旋转，所述工件盘设置在磁流变抛光磨头的下方。
本发明结构简单，方便实用，通过设置若干磁场发生单元，大大增加在磁流变抛光中工件接触宾汉体凸起的面积，且每个宾汉体的磁场均匀性一致，可以实现大面积快速磁流变抛光，大大提高了加工效率，尤其适用于平面光学零件。
附图说明
图1是本发明的磁流变抛光磨头的整体结构示意图；
图2是本发明的磁流变抛光磨头的部分结构示意图；
图3是本发明的磁场发生单元和宾汉体的结构示意图；
图4是磁极面为连续平面的磁铁结构；
图5是其中一个磁极面为非连续平面的磁铁结构；
图6是拼接缝隙为连续、断续直线的磁场发生单元结构；
图7是拼接缝隙为连续、断续圆弧线段的磁场发生单元结构；
图8是拼接缝隙为连续、断续不规则线段的磁场发生单元结构；
图9是拼接缝隙为连续、断续圆形的磁场发生单元结构；
图10是本发明的磁流变抛光装置的结构示意图；
图中：1-磁流变抛光磨头、11-安装板、12-磁场发生单元、121-磁铁、13-宾汉体、14-限位块、15-密封环、16-运动装置连接块、17-轴承座、18-第一轴承、19-连接轴、2-机座、3-旋转主轴、4-皮带传动***、5-电机及减速机***、6-工件盘、7-工件。
具体实施方式
下面将结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步的说明：
如图1～2所示，本发明所述的适用于平面光学零件的磁流变抛光磨头，主要包括安装板11和磁场发生单元12，安装板11采用导磁材料，磁场发生单元12由相互吸附在一起的两块磁铁121组成，若干个磁场发生单元12依靠自身的磁性吸附力固定在安装板11的正面上，磁场发生单元12的排列方式以按照规律布置为最佳，也可以采用杂乱无章的方式进行排列。优选的，磁铁121采用永磁铁，保证每个宾汉体13的磁场均匀性一致。如图3所示，磁流变液在两块磁铁121拼接缝隙的表面产生宾汉体13。
在实际应用中，安装板11尺寸可以做到非常大，在理论上可以为无限大，可以达到现在机械加工的极限尺寸，因此磁流变抛光磨头1尺寸也可以增大到无限大，这样就大大增加在磁流变抛光中工件接触宾汉体13凸起的面积，且每个宾汉体13的磁场均匀性为一致，可以实现大面积快速磁流变抛光。
磁流变抛光磨头1还包括限位块14、密封环15、运动装置连接块16、轴承座17、第一轴承18以及连接轴19。限位块14设于相邻两个磁场发生单元之间且固定在安装板11正面上，具体的，限位块14的宽度与相邻两块磁场发生单元12的间距相等，防止磁场发生单元12移动。运动装置连接块16通过密封环15与安装板11的背面连接，轴承座17与运动装置连接块16、安装板11通过螺钉固定连接，第一轴承18固定安装在轴承座17中，连接轴19安装在第一轴承18内。密封环15起到防止污染物进入安装板11污染磁场发生单元12的作用，连接轴10可以固定连接到机座2上，进而达到限制安装板11垂直方向限位的目的。运动装置连接块16可以与设备的运动驱动装置连接起来，这样可以带动整个磁流变抛光磨头1进行旋转或者直线运动，添加磁流变液后，由于运动的存在，可以形成剪切力，达到抛光的效果。
优选的，磁铁121为正方体、长方体、圆柱体、圆环体或不规则体，其磁极面为连续平面或非连续平面，并不拘泥于某种特定形式，只要磁铁121可以使磁场发生单元12产生稳定强度的磁场进而使磁流变液形成稳定均匀的宾汉体即可。
如图4所示，磁铁可以为正方体、长方体、圆柱体、圆环体和不规则体，N磁极面和S磁极面为连接平面。
如图5所示，磁铁可以为正方体、长方体、圆柱体、圆环体和不规则体，N磁极面或S磁极面为非连续平面。
如图6所示，两块磁铁121吸附在一起，组成一个磁场发生单元12，添加磁流变液后，在两块磁铁121拼接缝隙表面能够产生均匀的宾汉体13凸起。进行俯视观察，采用两块磁极面为连续平面的正方体或者长方体磁铁，拼接缝隙可以为连续直线；一个磁极面或两个磁极面为非连续平面的正方体或者长方体磁铁，拼接缝隙为断续直线。
如图7所示，采用相应形状的两块磁铁拼接产生的缝隙为连续或者断续的圆弧线段。
如图8所示，采用相应形状的两块磁铁拼接产生的缝隙为连续或者断续的不规则线段。
如图9所示，采用相应形状的两块磁铁拼接产生的缝隙为连续或者断续的圆形。
如图10所示，一种磁流变抛光装置，包括磁流变抛光磨头1、机座2、旋转主轴3、皮带传动***4、电机及减速机***5和工件盘6。电机及减速机***5和工件盘6固定安装在机座2上，工件7固定安装在工件盘6上，旋转主轴3通过第二轴承安装在机座2上。磁流变抛光磨头1通过螺钉固定在旋转主轴3上，电机及减速机***5通过皮带传动***4带动旋转主轴3旋转，进而带动磁流变抛光磨头1旋转，工件盘6设置在磁流变抛光磨头1的下方。在添加磁流变液后，工件7与磁流变抛光磨头1的间隙处会形成宾汉体13，在添加抛光液后，宾汉体13带动抛光液对玻璃表面形成剪切去除，最终达到磁流变抛光的目的。
对于本领域的技术人员来说，可根据以上技术方案以及构思，做出其他各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变和变形都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种适用于平面光学零件的磁流变抛光磨头，其特征在于：包括安装板和若干个固定在安装板正面的磁场发生单元，所述磁场发生单元由相互吸附在一起的两块磁铁组成，磁流变液在两块磁铁拼接缝隙的表面产生宾汉体。
2.根据权利要求1所述的适用于平面光学零件的磁流变抛光磨头，其特征在于：所述磁铁为永磁铁。
3.根据权利要求2所述的适用于平面光学零件的磁流变抛光磨头，其特征在于：所述磁铁为正方体、长方体、圆柱体、圆环体或不规则体，其磁极面为连续平面或非连续平面。
4.根据权利要求3所述的适用于平面光学零件的磁流变抛光磨头，其特征在于：所述磁场发生单元所产生的宾汉体为连接或断续。
5.根据权利要求1所述的适用于平面光学零件的磁流变抛光磨头，其特征在于：所述安装板采用导磁材料，所述磁场发生单元通过磁力吸附在安装板上。
6.根据权利要求5所述的适用于平面光学零件的磁流变抛光磨头，其特征在于：所述相邻两个磁场发生单元之间设有固定在安装板正面的限位块，所述限位块的宽度与相邻两个磁场发生单元的间距相等。
7.根据权利要求6所述的适用于平面光学零件的磁流变抛光磨头，其特征在于：所述磁流变抛光磨头还包括密封环、运动装置连接块、轴承座、第一轴承和连接轴，所述运动装置连接块通过密封环与安装板的背面连接，所述轴承座与运动装置连接块、安装板固定连接，所述第一轴承固定安装在轴承座中，所述连接轴安装在第一轴承内。
8.一种磁流变抛光装置，其特征在于：包括权利要求1～7任一所述的磁流变抛光磨头、机座、旋转主轴、皮带传动***、电机及减速机***和工件盘，所述电机及减速机***和工件盘固定安装在机座上，所述旋转主轴通过第二轴承安装在机座上，所述磁流变抛光磨头与旋转主轴固定连接，所述电机及减速机***通过皮带传动***带动旋转主轴旋转，进而带动磁流变抛光磨头旋转，所述工件盘设置在磁流变抛光磨头的下方。
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