[发明专利]一种逆构电极的电流变均匀抛光方法与装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种新的抛光方法及其装置，属于光整加工领域。

背景技术

电流变抛光是利用电流变液的电流变效应进行抛光的一种新型光整加工技术。电流变液是一种悬浮液，它由大介电常数的分散相和绝缘性良好的连续相组成。在电场作用下，电流变液的粘度变大，变为类固体，具有明显的抗剪切屈服能力，这种现象称为电流变效应。

电流变抛光的原理是把磨料混入电流变液中，在电场作用下可以凝聚为一个柔性的抛光头，使用该柔性抛光头对工件进行抛光，抛光头硬度与接触点处的电场强度有关。

与常规的抛光技术相比，电流变抛光具有以下几个方面的优点：

(1)电流变抛光的磨头具有自我更新能力，抛光过程中不需要修形，因此可以保持稳定的去除率，特别适合数控加工。

(2) 由于是软接触，不会破坏工件的亚表面层，可以获得较高的表面质量。

(3) 抛光过程中柔性抛光头贴合工件表面，对抛光对象的面型、尺寸没有限制。 

(4) 具有较高的柔性，磨头硬度可调，抛光过程可控。

电流变抛光技术的产生为微小型非球面光学元件及硬质合金模具的高精度表面处理提供了一种新的手段。由于它适用面广，加工成本低，也可用于常规工件的加工，具有很高的实用价值。

一般来说，对于特定的抛光工具，其去除模型是固定不变的，为了获得较高的表面质量，需要依据去除模型及抛光区域的曲面信息进行轨迹规划。在该技术路线中，最关键，最复杂的工作就是轨迹规划。由于常规抛光工具抛光去除率的非均匀性，一次抛光后工件表面去除不匀，具有较大误差。常用解决办法是多次反复抛光，依靠概率获得较优的面形及表面质量。该方法致使抛光时间长，效果差，难以获得超高精度表面，因此目前对抛光轨迹规划的研究是提高研抛精度的主要途径，但由于原理上的局限，很难获得可控的高精度的表面质量。

而电流变抛光技术所使用的抛光头是由智能材料—电流变液构成的。抛光头的硬度是可以通过改变电场强度控制，而电场强度又可以通过改变电压的方法方便调节。由于电流变液的这种性质，可以在抛光过程中主动改变电压，使其在抛光区域内具有均匀的去除模型。基于这种思想考虑，发明了一种逆构电极的电流变均匀抛光方法及其抛光装置。

发明内容

本发明提供一种逆构电极的电流变均匀抛光方法与装置，以解决很难获得可控的高精度的表面质量的问题。

本发明采取的技术方案是：包括下列步骤：

（1）、获得平面面型信息；

（2）、确定刀位位置及抛光间隙；

（3）、在工件表面注入电流变液；

（4）、由抛光区域的面型信息及抛光区域内各点线速度分布，计算获得均匀去除率时的抛光压力分布；

已知平面抛光时抛光速度                                                ，则在抛光区域沿半径方向的抛光速度分布是圆心处线速度最低，沿半径方向线速度逐渐增大，在边缘处线速度最大，抛光去除率服从Preston方程，若使去除率在抛光区域均匀，则抛光压力在半径方向的分布应与抛光速度成反比，才能保证抛光压力与抛光速度的乘积为常数；

（5）、由压力分布反求电场分布

由于抛光静压力

当电流变抛光液配方一定时，为常数。则抛光区域内电场强度的平方与抛光压力成正比。

（6）、由电场强度分布，调用数据库，模糊判别，获得与之近似之电极电压分布模型；

（7）、由所得模型，控制各驱动电源输出，控制电致伸缩材料使各电极移动至预定位置，控制各高压电源输出，使各电极加载所需电压；

（8）、抛光作业。

本抛光方法的核心思想是，在一抛光区域内，已知工件的曲面信息及各点上的抛光线速度，通过改变作用于抛光区域各点的抛光压力，获得各点均匀去除率，也相当于构造一个完全贴合工件表面的磨刀，可使各点获得均匀的材料去除率。