[发明专利]电磁自激振动电流变复合抛光方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及超精密光学加工技术领域，尤其是涉及对光学元件加工的电磁自激振动电流变复合抛光方法及装置。

技术背景

随着科学技术的不断发展，人们对光学元件的要求也渐渐提高，因此伴随着新的抛光技术应运而生。在1999年，电流变抛光技术(Electrorheological Finishing，简称ERF)应用于抛光领域；电流变液是由介于纳米与微米尺度之间的介电颗粒与高绝缘液体混合而成的复杂流体，在施加电场时，介电颗粒在感应偶极矩的作用下，沿着电场线的方向形成链状、柱状结构，这些链状、柱状结构改变了电流变液体的流变特性，从而改变电流变液的表观粘度，并且它的屈服强度随着外加电场强度的增大而增加；因此在电流变液中混入磨料后，当施加外加电场时，电流变液抛光液在工具电极附近就会形成具有一定表观粘度和剪切力的柔性抛光头，并跟随工具电极运动对工件表面产生剪切，实现抛光。电流变液抛光技术具有无亚表面损伤、有利于获得较高的表面粗糙度和超光滑表面、污染小和适用性广泛等的优点。

目前应用这种技术的工具主要有针状电极、平行平板电极和轮状电极；采用传统的针状电流变抛光工具进行抛光时，抛光区域中心处由于线速度为零，同时由于传统工具正负电极都是采用分离式安装(即正极旋转，负极固定不动或正极不动，负极旋转)，导致正负电极之间的电力线会因电极的高速旋转而发生断裂，从而影响电流变效应的稳定性；采用平行平板电极式结构有效的解决了电场断裂的现象，同时在一定程度上增加了电流变抛光液的旋转速度，但是同样存在着去除效率低的问题；通过采用轮状电极带动电流变抛光液旋转，有效的增加了抛光的线速度，从而使得加工效率得到明显的提高，但是为了保证加工去除的效率，轮状电极半径应该保证在一定范围内，因此导致所能加工曲面面型的曲率受到了限制。

发明内容

本发明针对以上问题提出了电磁自激振动电流变复合抛光方法及装置。该抛光装置使用具有旋转使能的平行平板电极电流变抛光机构能够实现小曲率曲面的高精度加工；通过合理引入电磁自激振动实现电场发生装置的高速纵向往复运动，从而对由电流变效应产生的柔性磨头产生纵向作用，提高加工效率。

本发明解决的技术问题所采用的方案是：

本发明是电磁自激振动电流变复合抛光装置，包括工具头支架、电磁自激振动装置、低压碳刷、电机支架、电机、延长柱、高压集电环、高压碳刷、绝缘柱、电场发生装置、工具头数控台、床身、工件数控台和载物台等。

上述组成部分的连接关系为：

所述工具头支架安装于工具头数控台上；电机通过电机支架与工具头支架固定；电磁自激振动装置的外壳与工具头支架固定，并且其内部转动部件的上端与电机转子下端通过联轴器固定，内部转动部件下端与延长柱上端固定；低压碳刷穿过工具头支架绝缘固定在电磁自激振动装置外壳的两侧；延长柱上固定安装高压集电环，下部安装有电场发生装置；高压集电环两导电环分别与电场发生装置的阳极片和阴极片导通；高压碳刷与高压集电环接触导通，并通过绝缘柱与电磁自激振动装置的外壳固定；工具头数控台和工件数控台安装于床身；载物台安装在工件数控台上。

所述电磁自激振动装置由外壳、低压碳刷、下轴承、下隔磁套、上线圈触头、下线圈、线圈架、上隔磁套、上线圈、下线圈触头、低压集电环、绝缘套、电枢、上铁芯、下铁芯、绝缘振杆、上轴承和上轴承座组成；带有下线圈的下隔磁套通过下轴承旋转安装在电磁自激振动装置的外壳的底部，上线圈触头安装在下隔磁套的内部并与其绝缘，上铁芯和下铁芯分别和电枢的上端和下端固定，下铁芯的底端与上线圈触头的上端面相对，电枢安装于绝缘套内并且具有一定的振动自由度，绝缘套固定在线圈架中，带有上线圈的上隔磁套通过线圈架与下隔磁套固定，下线圈触头安装在上隔磁套内并与之绝缘，下线圈触头的下端面与上铁芯的顶端相对，低压集电环套装在上隔磁套上，两导电环分别与绝缘固定在电磁自激振动装置外壳上的低压碳刷接触，上隔磁套的上端通过上轴承旋转安装在上轴承座上，上轴承座与电磁自激振动装置的外壳固定，绝缘振杆上端安装在下铁芯的下端，通过下隔磁套穿出，并可以相对于下隔磁套纵向自由运动；除外壳、低压碳刷和上轴承座之外的零件构成了电磁自激振动装置的内部转动部件；低压集电环第一导电环通过导线与电枢导通，低压集电环第二导电环一路利用导线依次与上线圈和上线圈触头连接，一路利用导线依次与下线圈和下线圈触头连接。

所述电磁自激振动装置的外壳、上轴承座、线圈架和电枢为低磁导率材料制成，上线圈触头和下线圈触头为高磁导率材料；电磁自激振动装置在初始状态，上铁芯与下线圈触头接触导通。