[发明专利]高去除率的磁流变精加工头

说明书

磁流变精加工头，包括磁极片，其被定制成喷嘴形状和轮形状以最大化体积去除率。用于磁流变流体带的承载轮是非球面的，优选具有垂直于旋转轴的短半径和平行于旋转轴的长半径的环形，尽管所述轮的形状可为平行于轮的旋转轴的任何非球面或自由形态，例如，环形或圆柱形。通过如下方式产生磁场：使极片塑形，以在它们之间的限定间隙上产生基本均匀的磁场，从而使流体带的区域中的场强是均匀的。喷嘴具有非圆形开口以提供具有覆盖磁场的宽度范围的宽度的流体流。这三个特征的组合允许新颖的MRF去除功能元件。

技术领域

本发明涉及用于基材(衬底，substrate)表面的磁流变精加工的系统；更具体地，涉及这样的磁流变精加工头，其包括可旋转的工作表面(“轮”的中纬切面(equatorialsection)的外表面)，所述可旋转的工作表面设置在相对的磁极片之间并且能够将轮(砂轮，wheel)表面上的磁流变流体(MR流体)带入并穿过位于轮和正被精加工的基材(“工件”)的工作表面之间的工作区(“点(spot)”)，其中MR流体通过受到由可作为电磁体或永磁体的磁极片施加的磁场而“硬化(stiffened)”，并且通过利用硬化的MR流体进行研磨将材料从基材表面去除；并且最具体地，涉及这样的磁流变精加工头，其中可旋转的工作表面是非球形的，磁极片产生基本均匀的磁场，并且MR流体作为宽的流体材料带出现到位于可旋转的工作表面上的工作区。

背景技术

使用以磁性方式硬化的磁流变流体对基材进行研磨精加工和抛光是众所周知的。这样的包含分散在液体载剂中的软磁研磨颗粒(磨粒，abrasive particle)的流体在存在磁场的情况下表现出磁诱导塑性行为。MR流体的表观粘度可以磁性的方式被增加许多数量级，使得MR流体的稠度从接近水状变为非常硬(stiff)的研磨膏(paste)。当将这样的研磨膏适当地对准待成形或抛光的基材表面(例如光学元件)时，可实现非常高水平的精加工品质、精度和控制。

1998年8月18日授权给Jacobs等人的美国专利No.5,795,212，“Deterministicmagnetorheological finishing”，公开了使用MR流体精加工工件表面的方法和设备，其中将工件定位在载体表面附近，使得在工件表面的一部分和载体表面之间限定出会聚间隙。将磁场基本上施加在所述间隙处，并且将硬化的MR流体的流引入所述间隙中，从而在MR流体中产生工作区，由此形成用于在工件表面的一部分处参与并导致材料去除的亚孔径暂态(sub-aperture transient)精加工工具。工件或工作区相对于彼此移动以将工件表面的不同部分暴露于工作区达预定时间段，从而选择性地将工件表面的部分精加工至预定程度。

1998年11月24日授权给Jacobs等人的美国专利No.5,839,944，“Apparatus fordeterministic finishing of workpieces”，公开了使用MR流体精加工工件表面的方法和设备，其中将工件定位在载体表面附近，使得在工件表面的一部分和载体表面之间限定出会聚间隙。将磁场基本上施加在所述间隙处，并且将硬化的MR流体的流引入会聚间隙中，从而在MR流体中产生工作区，由此形成用于在工件表面的一部分处参与并导致材料去除的亚孔径暂态精加工工具。工件或工作区相对于彼此移动以将工件表面的不同部分暴露于工作区达预定时间段，从而选择性地将工件表面的部分精加工至预定程度。

1999年9月14日授权给Kordonski等人的美国专利No.5,951,369，“System formagnetorheological finishing of substrates”，公开了改进的用于提高基材的磁流变精加工的有效性的系统。在线流量计与加压泵的转速闭环连接(close-loop link)，以确保流向工作区的磁流变流体的流(流量，flow)恒定。简化的毛细管粘度计在流体输送系统中设置在其到轮表面上的出口处。