[发明专利]一种恒压式超声波辅助磁流变抛光方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及硬脆材料复杂型面高效精密加工技术领域，具体涉及一种通过控制磁流变液的流量及电磁场强度，分阶段实现复杂型面的智能式恒压高效精密抛光方法。

背景技术

在光学及相关科学技术迅速发展的今天，随着以自由曲面、非球面等光学元器件为代表的硬脆材料复杂型面元件的应用越来越广泛，对硬脆材料复杂型面超精密加工技术也提出越来越高的要求，制造的光学元器件除了被要求要具有较高的面型精度，极好的表面粗糙度以外，还需要尽量少的亚表面破坏层。磁流变抛光为抛光区域可控的柔性抛光，被认为是最适用于硬脆材料复杂型面，尤其是光学元器件的高效超精密加工方法之一。

Rabinow J于1948年首先提出了磁流变液的概念。把微米级尺寸的磁性颗粒（羰基铁粉等）分散于非磁性液体（矿物油、硅油、水等）中形成悬浮液，在零磁场的环境下，磁流变液的表观粘度很小，具有良好的流动性能。但是在强磁场的作用下，其表观粘度会在极短时间（毫秒级）内增加两个数量级以上，并会呈现出类固体特性，而且这种变化是连续的、可逆的，即去掉磁场后磁流变液又在极短时间内恢复到原来的状态。然而，从50年代到80年代期间，由于科学家们没有认识到它的剪切应力的潜在性以及一直存在的悬浮性、腐蚀性等问题，磁流变液的发展非常缓慢。进人90年代，随着制备技术的提高，磁流变液的研究得到广泛的重视，成为当前智能材料研究领域一个备受关注的重要分支。

美国精密光学制造协会倡议成立的位于美国罗切斯特大学的光学制造中心（COM）对磁流变抛光技术的发展起到了极大的促进作用。在Kordonski、Golini等人的努力下，建立了材料去除理论模型，并在非球面加工过程中利用磁流变抛光技术成功得到表面粗糙度小于1nm的表面。通过对磁流变抛光光学玻璃的去除率关系以及抛光区特性的研究，其商业化的公司QED生产出了磁流变抛光机床Q22系列，实现了磁流变抛光的商业化。近年来德国、白俄罗斯、日本等国家的相关学者也相继开展了磁流变抛光方法的研究工作。

但是现有的磁流变抛光方法由于加工过程中磁流变液的不稳定性（粘度、颗粒分布等），造成了加工区域压力不断在发生变化，难以形成对材料去除率、工件表面质量的稳定控制。并且传统磁流变抛光方法由于存在着加工过程中磨头、工件运动轨迹单一以及磁流变液的回收等问题，无法真正的完成凹面抛光以及完全自由曲面的抛光。

发明内容

本发明的目的是在于克服已有技术的缺陷，提供一种能够实现对硬脆材料复杂型面元器件的高效、高精度生产加工，对工件表面精确点去除的一种恒压式超声波辅助磁流变抛光方法及装置。

本发明的一种恒压式超声波辅助磁流变抛光方法，它包括以下步骤：

(1)将工件安装在双回转工作台上，由双回转工作台带动工件实现A、C轴回转；

(2)调整微小球磨头和工件距离，使二者间形成间隙，通过控制系统设定安装在微小球磨头上方的电磁线圈铁芯伸出处测力传感器的阈值P₁和P₂，其中P₁＜P₂，P₁和P₂为加工过程中磁流变液对工件的作用力；

(3)启动主轴带动微小球磨头旋转，并同时启动超声波振动装置，带动微小球磨头做超声振动，在微小球磨头和工件形成的间隙中通过输出管道喷射混入了磨料并经搅拌装置搅拌均匀的磁流变液，接通电磁线圈开关以在微小球磨头和工件最小间隙处形成最强磁场，根据测力传感器的实时测量结果，控制系统向Z轴驱动装置的动力源输出进给量控制信号，调整微小球磨头沿Z轴移动距离，直到使测力传感器的测量结果满足P₁<P<P₂；在所述的磁流变液流出加工区域处设置回收管道，利用回收管道上的回收泵产生的负压作用，将从加工区域流出的磁流变液回收到磁流变容器中，经搅拌后重新通过输出泵经输出管道输出到加工区域循环利用；