[发明专利]用于大口径非球面光学零件的磁流变抛光装置

说明书

技术领域

本发明主要涉及到磁流变抛光的技术领域，特指一种用于大口径非球面光学零件的磁流变抛光装置。

背景技术

大尺寸非球面光学零件的抛光是超精密加工领域中的一个关键性技术难题。非球面光学元件具有矫正像差得到比球面元件更高的成像质量，简化光学系统结构，减轻系统重量，提高系统稳定性，降低成本等优点，特别是在卫星侦察望远镜、激光武器、宇宙探测器等大型光学系统中，大尺寸高精度光学非球面元件更是发挥着极其重要的作用。现代空间光学系统对非球面光学元件的尺寸和精度提出了越来越高的要求，尺寸要求：非球面零件口径要求在300～1000mm甚至更大，相对口径(口径与顶点曲率半径之比)要求在1∶2以上。精度要求：面形精度优于1/40λrms(λ＝632.8nm，rms为误差均方根值，面形精度为材料的实际去除量与期望的去除量之差)；表面粗糙度值小于2nm。传统的手工加工方法已经不能满足航空航天、国防等工业的飞速发展对大尺寸光学非球面元件提出的高精度面形、超光滑表面及大批量要求。

磁流变抛光技术就是将电磁学、流体动力学、分析化学理论相结合提出的一种新型的光学零件加工方法，它利用磁流变抛光液在磁场中的固液相相互转化的特性，通过控制外磁场对磁流变抛光液的剪切屈服应力和局部形状来进行实时控制，创造一个能够与被加工光学表面相吻合的“柔性抛光模”，实现对光学玻璃等硬脆材料的研磨、抛光修形加工。相对传统抛光加工方法而言，这种技术具有抛光效率高、去除函数稳定、边缘效应小等显著的优点。如图1、2、3所示为国内现有的研究所建立的一些磁流变抛光装置的示意图，哈工大先后采用了图1和图2所示的加工方式，由于被加工光学零件固定在抛光模的上方，所以加工零件的尺寸就受到了限制；中国专利号：03153996.3，发明名称：电磁方式磁流变抛光头，就是清华大学开发的如图3所示的公自转的抛光轮装置。由于在该装置中，磁流变抛光液不能被循环使用，所以不能保证磁流变抛光液的成份在长时间里不发生变化即“抛光模”不发生变化，而大尺寸光学零件的加工时间很长，因此该系统不适应大尺寸光学零件的加工。中国专利申请号：200610043079.1，发明名称：磁流变柔性精磨抛光设备和方法，该发明也不能解决大口径光学零件加工的难题。综上所述，由于所采用的加工方式的局限或者一些技术上的难题没有解决，国内还没有对大尺寸非球面光学零件进行磁流变抛光加工的方法和设备。

发明内容

本发明要解决的问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种结构简单紧凑、成本低廉、控制简单、适用范围广、加工能力强的用于大口径非球面光学零件的磁流变抛光装置。

为解决上述技术问题，本发明提出的解决方案为：一种用于大口径非球面光学零件的磁流变抛光装置，其特征在于：它包括机床、抛光装置、用来提供稳定性能抛光液的磁流变抛光液循环系统以及与以上各组件相连的控制系统，机床具有四个或四个以上的自由度，抛光装置固定于机床上并位于机床上待加工工件的正上方。

所述抛光装置包括双转轴支承机构以及安装于双转轴支承机构上的倒置式抛光头，双转轴支承机构包括转台、横梁、第一支撑臂、第二支撑臂、转台电机以及旋转电机，转台与转台电机相连，横梁安装于转台上，第一支撑臂和第二支撑臂相对安装于横梁的两端，第一支撑臂和第二支撑臂上相对位置处开设有用来安装倒置式抛光头的轴孔，装设于第一支撑臂或第二支撑臂上的旋转电机通过减速机与倒置式抛光头相连。

所述倒置式抛光头包括支架、抛光轮、悬臂、磁场发生装置以及抛光头驱动机构，支架通过转轴安装于双转轴支承机构上，支架上一侧设有悬臂，抛光轮通过抛光轮转轴装设于悬臂上，抛光轮转轴与固定于支架上的抛光头驱动机构相连，与控制系统相连的磁场发生装置安装于抛光轮内。

所述磁场发生装置包括铁芯、线圈、磁极、冷却水管以及直流稳流电源，铁芯呈“∏”字形，与直流稳流电源相连的线圈绕设于铁芯的两臂上，两个磁极分别固定于铁芯两臂的底部，冷却水管绕设于线圈的外侧。

所述抛光头驱动机构包括抛光轮驱动电机、抛光轮减速机、主动带轮、从动带轮以及同步带，抛光轮驱动电机通过抛光轮减速机与主动带轮相连，从动带轮与抛光轮转轴相连，同步带套设于主动带轮和从动带轮上。