[实用新型]一种大口径非球面反射镜横向超声波磁流变抛光设备

说明书

本实用新型公开了一种大口径非球面反射镜横向超声波磁流变抛光设备，工具头的加工端面朝向待加工的工件布置，且加工端面和工件之间设有间隙，工具头的旋转轴向与水平面垂直布置，喷嘴向间隙内循环喷入由抛光粉和磁流变液搅拌而成的磁流变抛光液，磁场释放系统沿工具头的旋转轴向对磁流变抛光液施加具有磁感应强度的磁场，并使磁流变抛光液在工具头的加工端面形成柔性抛光模，超声振动系统沿工具头的水平方向施加超声波振动场。本实用新型，通过横向水平叠加超声波于抛光工具头，更容易提升抛光精度，并且提升剪应力，同时实现大幅度的振动，进而提升抛光速度。

技术领域

本实用新型涉及光学镜片加工技术领域，具体涉及一种大口径非球面反射镜横向超声波磁流变抛光设备。

背景技术

随着光学遥感技术的发展，光学成像系统不断向着大视场、宽覆盖、高分辨率的方向发展。根据瑞利判据，光学遥感器的分辨率跟反射镜的口径密切相关，因此大口径反射镜是光学遥感成像系统及空间光学载荷的基础和核心，其制造精度和周期直接决定了空间光学成像系统的成像质量和研制周期。碳化硅作为空间光学元件反射镜镜坯的材料之一，在空间相机反射镜中得到了广泛的应用，但因其硬度大、加工难度较高，严重影响反射镜的加工周期，因此研究对其高效高精度的加工技术尤为重要。

光学加工的历史有数百年，传统的加工非球面方法主要有范成法、修带法、应力抛光法等，受检测手段和精度的限制，加工精度比较低。随着计算机技术及激光干涉技术广泛应用，出现了采用计算机控制小磨头进行研磨和抛光的计算机控制光学表面成型技术，之后又出现了具有更高确定性的计算机控制的磁流变抛光技术及离子束抛光技术。

在众多光学镜片加工技术中磁流变抛光技术最为常用，磁流变抛光具有确定性和高效性的特点，被广泛用于光学元件的快速抛光加工。近年来随着磁流变抛光轮直径的增大，抛光效率越来越高，抛光的光学元件口径越来越大。

所谓磁流变抛光技术就是利用磁流变抛光液在强磁场中的流变性对工件进行抛光。磁流变抛光液在高强度的梯度磁场的作用下变硬，成为具有粘塑性的Bingham介质，并形成缎带凸起，相当于“柔性抛光模”。当“柔性抛光模”经过工件与抛光轮之间的狭小间隙时，在工件表面的接触区域会产生很大的剪切力，实现对工件表面材料的去除。

传统超声加工是利用超声振动的工具在有磨料的液体介质中或干磨料中产生磨料的冲击、抛磨、液压冲击及由此产生的空化作用来去除材料，最基本的加工模式为超声打孔。超声的空化作用是指存在于液体中的微小气泡，在超声波的作用下振动，当声压达到一定值时发生的生长和崩溃的动力学过程。

目前的超声波磁流变复合抛光方法是一种复合抛光方法，此方法是在垂直于抛光头方向施加超声波振动，进而将超声波振动传递于磁流变液中，由此来产生的空化作用来去除材料。

具体操作是在超声波磁流变复合抛光中，利用抛光工具头的端面进行抛光。在抛光过程中，当正确装夹工件后，在旋转的抛光工具头上通入磁流变液，并施加具有磁感应强度的磁场，使磁流变液在抛光工具头断面形成具有一定去除能力的柔性抛光工具。与此同时，在抛光工具上垂直施加超声振动，超声振动能量直接作用于抛光加工区域，提高抛光效率。

但是在大口径非球面反射镜的加工过程中，垂直超声波磁流变复合抛光技术的缺点如下：

1、磁流变液的压力会随着抛光工具头垂直振动而改变，进而使抛光均匀性变差，由于磁流变液是在抛光工具头和工件之间，当抛光工具头以垂直于工件的方向进行超声振动时，会带动磁流变液垂直方向振动，进而使得抛光工具头与工件之间的压力不均匀，所以会影响工件的抛光精度；

2、垂直超声波振动产生的剪应力小，抛光效率低，由于抛光工具头是水平转动，带动的磁流变液也是水平方向运动，与抛光工件产生水平方向的剪应力，进而实现材料去除，而垂直方向的超声振动，使得磁流变液有垂直于工件的力，会降低水平的剪应力，所以影响抛光效率；

3、由于抛光工具头与工件之间的间隙是有限的，所以超声振动的幅度就会受限，从而影响抛光速度。