[发明专利]光学零件磁流变精密抛光系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及磁流变流体精密抛光技术领域，特别涉及一种用于高性能光学零件的高效率磁流变精密抛光方法及装置。

背景技术

现代科学技术的不断发展对光学零件的表面质量提出了越来越高的要求，要求光学零件的表面不但有完美的几何形貌，还要有良好的物理力学性能。因此，作为终极加工工序的表面光整加工技术得到了很快的发展，它是集机械加工、材料学、物理学、电磁学、化学等多学科为一体的新型边缘学科，正日益受到人们的重视。

光学透镜的迅速发展也给光学零件的超精密加工技术提出了更高的要求，面形精度、表面粗糙度的要求日益提高。通常传统的高质量光滑表面的抛光方法是以沥青或纤维等粘弹性材料作研磨盘，配以抛光液或研磨膏来传递压力和速度，达到抛光的技术要求，但是已经不能满足日益迫切的大平面和非球面超精密加工的要求。而且在实际加工中，这种加工方法必须按光学零件的形状制作专用的固定、精磨和抛光用磨具，降低了通用性，使小批量生产和样品制造的成本高昂，同时还要依赖熟练的技术工人不断检测和修磨面形，经过复杂的多道工序才能加工出一个合格的光学零件，因而在降低了成品合格率的同时还需要多个工位和大量的工序间协调工作，带来排队等候延迟和附带的管理问题。此外，采用沥青抛光会在光学零件下表面产生破坏层，从而使表层结构和力学性能发生变化，同时为了清除沥青材料对光学表面的污染，还需要采用对环境有害的溶剂。抛光过程是一个复杂的过程，影响因素也很复杂，因此难于保证现代超精密加工技术的要求。

磁流变抛光是由美国Rochester大学在上世纪90年代提出的一种精整加工技术，他们和QED公司研发制造出的磁流变抛光机床在光学零件的精密抛光方面取得了很好的效果，中国专利ZL96198445.7公开了美国罗切斯特大学发明专利的详细说明，它主要叙述了一种磁流变流体精整加工的方法，是通过转动的抛光头侧面带动磁流变液到加有磁场的抛光区域，通过磁化后的磁流变液体形成瞬时加工磨头对光学零件进行抛光，它主要是通过形成一个可控的小魔头去除工件部分材料，达到所需的面形精度和表面粗糙度。中国专利ZL03124557.9公开了一种确定性磁射流精整加工方法，它主要是在喷嘴外面施加磁场，磁流变液通过喷嘴形成射流喷射到工件上，通过控制利用磁流变液的粘度和喷射角度来保证具有稳定的去除函数，实现光学零件表面的定量研抛。中国专利200410044076.0公开了一种超声波磁流变复合抛光的方法，它主要是在柔性抛光工具头上同时施加超声振动，达到材料去除的目的。中国专利200610043079.1公开了一种磁流变柔性精磨抛光的设备和方法，它主要采用了环带状的柔性精磨抛光磨具，工件被加持在主轴装置上并由主轴带动运动，实现工件表面与柔性精磨抛光磨具自适应吻合的加工方法。

在磁场的作用下，上述加工方法都是用具有一定硬度的柔性小磨头代替散粒磨料进行抛光，但是由于工件安装方式和磨头形状的固定，它们只能加工较小的平面和曲面，并且是单点小磨头抛光，材料的去除效率较低，对于不同形状和大小的零件还需要设计专门的夹具，制造成本较高。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种能够加工大平面和曲面，具有较高加工效率，操作方便、工件夹持简单、易于自动化并且能够具有较大柔性的的磁流变精密抛光装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种光学零件磁流变精密抛光系统，包括主轴装置、机体、数控装置、磁场发生装置和液体循环装置，所述的主轴装置通过机体与数控装置固连，电主轴和抛光主轴通过主轴连接装置固连在一起，抛光头安装于抛光主轴上，动力源带动电主轴转动，其转动通过皮带传动传给抛光装置；所述的机体包括机架及其上的工作台，工作台包括X轴工作台和Y轴工作台，主轴装置与Z轴滑台配合；环绕在抛光头周边的磁场发生装置与主轴装置连接，电磁线圈与可控直流电源连接；所述的液体循环装置与抛光主轴和数控工作台连接，包括含有温度控制装置和搅拌装置的储液缸及与其相连的液体循环用导管，将液体输入或输出储液缸的蠕动泵；控制液体粘度的粘度控制装置；补充缺失液体的液体补给装置；用于回收经过抛光区域的磁流变液体的液体收集装置；被加工光学零件固定在数控工作台上。

所述的主轴装置通过旋转接头连接软管和抛光主轴，实现磁流变液体顺利进入与抛光主轴连接的抛光头，抛光主轴由双层金属管制成，具有磁场屏蔽作用，减弱抛光主轴中的磁场。

所述的磁场发生装置由两个电磁线圈组成，电磁线圈材料为漆包线，由直流电源控制磁场，磁路结构采用相对磁导率为6000的DT4型电工纯铁制成，并与抛光头形状相匹配。