[发明专利]一种基于局域剪切增稠的微结构抛光方法

说明书

本申请公开一种基于局域剪切增稠的微结构抛光方法，包括以下步骤：将零件的微结构表面与刀具间隔设置；加入抛光液，以使抛光液包覆住刀具与微结构表面；其中，抛光液为具有剪切增稠效应的非牛顿流体；控制零件旋转，在刀具与微结构表面的相对剪切运动下，填充于刀头处的局部抛光液会产生剪切增稠效应，从而在刀头处形成具有弹性的弹性体以充当抛光头，实现局域抛光；控制刀具按照抛光轨迹运行，进而实现整个微结构表面的抛光，并得到零件的抛光表面，此种抛光方式具有柔性，能够在不破坏微结构形貌特征的同时得到抛光表面，并可通过控制刀头半径的大小及零件转速控制剪切增稠区域的大小以实现局域性抛光，进而实现零件保形加工。

技术领域

本申请涉及机械制造领域，特别涉及一种基于局域剪切增稠的微结构抛光方法。

背景技术

复杂光学自由曲面是指任意非回转对称曲面，由于其具有诸多优异特性而在不同领域得到了广泛的应用。其中具有复杂微纳(纳米到数百微米级尺度)结构功能表面的光学元件由于其诱人的发展前景，更是备受研究者们的关注。目前，基于刀具伺服技术的超精密切削方法是该类表面加工主流手段为。然而，随着高性能光学应用对微结构表面质量要求不断提高，通过车削加工出来的微结构表面难以满足光学系统的工作性能要求，亟需后续抛光工艺提高微结构表面质量。

为实现自由曲面的抛光，国内外学者提出了众多抛光方法，根据抛光工具与工件的作用方式大致可分为接触式抛光与非接触式抛光。接触式抛光主要有气囊抛光、应力盘抛光、小研抛盘抛光等抛光方法，该类抛光方法中抛光工具与工件直接接触带动抛光液中的磨粒与工件进行微切削达到抛光的目的，同时通过控制抛光头的接触压力以及驻留时间实现抛光面的选择性去除。由于抛光工具与被加工曲面直接接触，所能抛光的结构特征尺寸大小严重依赖于抛光工具尺寸，一般比较适合宏观自由曲面抛光，当被加工表面尺寸特征达到数十到数百微米时，该类方法难以实现保形抛光。非接触式抛光主要包含外加电磁场辅助抛光(如磁流变抛光、电流变抛光)、剪切增稠抛光等抛光方法。该类抛光方法中抛光工具与被抛光表面不直接接触，利用两者之间间隙中特殊抛光液进行抛光，通过控制驻留时间以及特殊抛光液的流变状态实现抛光面的选择性去除。该类抛光方法中与工件直接接触的是抛光液，虽然它能很好地吻合被加工曲面，但是目前的抛光手段依然难以将应力分布控制到微米级，因此难以实现对微结构的保形抛光。此外还有离子束抛光、激光抛光等高能束抛光技术，虽然该类方法能大幅度提高微结构表面的光滑度，但是难以高效修正面型精度，并且成本昂贵且效率非常低。整体而言，针对具有微结构的复杂光学曲面，仍然缺乏高效、低成本确定性抛光方法。

发明内容

本发明提出了一种基于局域剪切增稠的微结构抛光方法，以解决相关技术中的抛光方式难以得到高精度的微结构表面的问题。

为解决上述问题，本申请采用以下方式进行：

一种基于局域剪切增稠的微结构抛光方法，包括以下步骤：

将零件和刀具沿第二方向依次设置，并使零件的微结构表面与刀具的刀头间隔设置；

设定抛光参数；其中，抛光参数包括：刀具的抛光轨迹；

进行抛光工序，抛光工序包括：

加入抛光液，以使抛光液包覆住刀具与微结构表面；其中，抛光液为具有剪切增稠效应的非牛顿流体；

控制零件旋转，使得刀具与微结构表面的相对剪切运动，从而使得填充于刀头处的局部抛光液产生剪切增稠效应，进而在刀头处形成具有弹性的弹性体以充当抛光头，实现局域抛光；

在刀头局部抛光液处于剪切增稠状态的情况下，控制刀具按照抛光轨迹运行，以实现对整个微结构表面的抛光。

进一步地，刀具为车刀；

在将零件和刀具沿第二方向依次设置，并使零件的微结构表面与刀具间隔设置之前，微结构抛光方法还包括：