[发明专利]一种基于流场聚焦的磁流变抛光装置及方法

说明书

本发明属于超精密光学元件抛光领域，并具体公开了一种基于流场聚焦的磁流变抛光装置及方法，其包括端盖、套筒、抛光头外壳和隔磁转轴，端盖和抛光头外壳与套筒两端连接，抛光头外壳上开设有进液口和出液口；隔磁转轴安装在套筒内，其一端穿过端盖与外部旋转动力源相连，另一端嵌装有永磁体，并插入抛光头外壳内，与抛光头外壳内部形成流动聚焦腔，出液口位于永磁体正下方；抛光时，磁流变抛光液一部分在隔磁转轴端面处受永磁体作用形成宾汉体，另一部分在流动聚焦腔内流动并经出液口喷出，该部分在流动时产生流体动压力对宾汉体进行挤压塑形，以形成平均直径小于出液口直径的宾汉体小抛光头。本发明实现不同表面形状工件的高效抛光。

技术领域

本发明属于超精密光学元件抛光领域，更具体地，涉及一种基于流场聚焦的磁流变抛光装置及方法。

背景技术

超精密光学元件在军事、航天、天文、核能和重要的经济性工业领域有广泛的应用，这类元件对表面质量和面型精度都有很高的要求。磁流变抛光作为一种非接触式抛光技术，其利用磁流变抛光液在梯度磁场中发生流变而形成的具有黏塑行为的柔性抛光模与工件之间的快速相对运动，产生微切削作用，实现元件的非接触式抛光。该种抛光技术的抛光模形状、硬度完全由磁场控制，且抛光模随着磁流变液流动不断被更新，不存在磨损或者变形问题，保证在整个抛光过程中工件特性函数的一致性，能够准确地对材料进行纳米级和微米级去除，不会对工件产生表面和亚表面损伤，具有较高的加工表面质量。

目前，对于磁流变抛光技术而言出现了较多的方案，例如CN103269828A采用轮式磁流变抛光方法，通过抛光轮回转带动含有磨料的磁流变液在电磁铁产生的梯度磁场环境下形成柔性缎带，对工件进行确定性抛光去除加工，由于受到抛光轮半径限制，其只适用于加工凸曲面、平面和曲率半径较大的凹曲面。如CN105458839A公开的一种磁流变抛光装置，其在具有磁场的磁流变液中使工件做多个自由度的运动，能够在一次装夹下同时对一个或多个工件的外表面进行抛光加工，但是其在加工小曲率凹面结构和磁流变抛光液的循环更新方面存在不足。如CN102990500A公开的一种斜轴磁流变研抛装置，其采用小直径永磁体球形抛光头，在抛光工具头上方供给磁流变液体，由于永磁体制成的抛光头前端存在磁场，利用磁场作用将磁流变液吸附在抛光头上，通过磁流变液与工件减的微细作用实现对工件的抛光加工，该方法可以一定程度上减少干涉，适用于小曲率、小口径非球曲面零件的超精密抛光，适用的最小曲率半径为1.5mm，但是抛光头再小时难以产生有效的梯度磁场，抛光区域还是受到抛光头尺寸的限制，且抛光工具头上方需要附加额外的磁流变液供给装置。再如CN106736885A公开的一种可变式磁流变抛光头，其将内径小的导磁管设在内径大的导磁管内，相邻的导磁管之间螺纹配合，最外层导磁管设有磁线圈，磁流变抛光液位于输液装置内，输送装置套设在最外层导磁管上，可以调节不同直径的导磁管伸出，从而形成不同大小的抛光头，通过不同内径的导磁管组合，让一套刀具实现不同大小的抛光头，应对不同的加工需求，提高生产效率。但是当导磁管尺寸较小时不能形成有效的梯度磁场，且抛光头不能做轴向转动，影响加工表面质量和抛光效率。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种基于流场聚焦的磁流变抛光装置及方法，其通过关键组件套筒、抛光头外壳和隔磁转轴间的相互配合，可形成宾汉体小抛光头，以实现不同表面形状工件的高效抛光，特别是小曲率凹面结构的抛光加工。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提出了一种基于流场聚焦的磁流变抛光装置，其包括端盖、套筒、抛光头外壳和隔磁转轴，其中：

所述端盖和抛光头外壳分设于所述套筒的两端，并分别与所述套筒的两端相连接，所述抛光头外壳上开设有供磁流变抛光液进入和射出的进液口和出液口；

所述隔磁转轴安装在所述套筒内，且其一端穿过所述端盖以与外部的旋转动力源相连，进而在旋转动力源的作用下实现旋转，其另一端嵌装有永磁体，并插入所述抛光头外壳内，以与抛光头外壳的内部形成与所述进液口和出液口导通的流动聚焦腔，此外，所述出液口位于所述永磁体的正下方；