开放性磁场的磁流变抛光磨轮装置的制作方法

本实用新型涉及光学零件表面超光滑加工技术领域，具体涉及一种具有开放性磁场的电磁方式抛光磨头及装置。

背景技术：

现代短波学、强光光学、电子学及薄膜科学的发展要求光学元件应具有高反射率、高面形精度、低粗糙度以及高强度，因此对光学表面的要求极为苛刻，如表面无晶格畸变缺陷，基本不存在残余应力，极低的表面粗糙度、无外来杂质污染、高几何精度、且衬底表面应具有准确的晶向等。特别是2.5D、3D、球面等不规则形状光学零件需求量的巨增，对光学零件加工的质量和工艺提出了越来越苛刻的要求。

磁流变抛光技术是将电磁学和流体力学理论相结合并应用于光学加工的一种技术。磁流变加工技术是目前比较理想的高精度光学零件加工技术，其最大的优点是不存在工具磨损的问题，加工精度高；易实现计算机控制；其抛光工具利用磁流变体的特殊性，不会产生亚表面破坏，能从根本上解决以往抛光方法中存在的问题，满足现代科学与技术的发展对光学零件的发展要求。

中国专利ZL.200820228337.8公开了一种环带磁流变变抛光方法，电磁线圈供电后，内外磁极最小间隙的位置产生强度较大的梯度磁场，从而形成环带状的宾汉体，电机带动内外磁极转动，进而带动环带状的宾汉体一起旋转，同时工件在运动机构带动进行摆动和自转，使得工件与环状宾汉体之间形成相对运动，产生剪切力实现磁流变抛光。

众所周知，提高光学零件的抛光效率，磁流变抛光的主要手段包括：提高运动速度，增大磁场强度以及增加与工件接触的宾汉体面积。上述磁流变磨头装置能够实现工件表面抛光，具有一定的新颖性，但是该项技术存在一定的应用制约，

其一该技术在加工过程中需内外磁极环绕电磁线圈旋转，因磁极与线圈之间具有间隙，将产生涡旋效应，致使磁场强度难以增加，从而很难扩大与工件接触宾汉体的面积，即使能扩大到一定的范围，其均匀性也会受到制约；

其二，该技术所采用的随动旋转组件只能通过轴承固定在旋转轴的一端，如固定在旋转轴的下端，会导致运动稳定性不好，如固定在旋转轴的上端，会使磁极端面离线圈距离增加，从而导致磁场强度成指数倍下降；

其三，该技术在电磁线圈供电后，只在内外磁极最小间隙的位置才能产生强度较大的梯度磁场，从而形成环带状的宾汉体，这就限定其内外磁极(即N、S极)必须极尽可能的接近，形成闭合的磁场结构，否则就无法形成稳定的强磁场，实现抛光的目的。

鉴于上述原因，研发一种新的磁流变抛光磨轮及装具以克服现有技术问题是必要的。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足，本实用新型专利的目的是提供一种采用开放性磁场的磁流变抛光磨轮装置，可以克服现有技术电磁强度难以提升、加工效率低和设备结构复杂的问题。

为实现上述目的，本实用新型专利采用以下技术方案来实现：

开放性磁场的磁流变抛光磨轮装置，包括主磁极和旋转磁极，所述主磁极包括外壁、内壁、圆环状底面，主磁极一体成型，外壁和内壁之间留有空隙，所述空隙内安装有铜线圈，所述旋转磁极嵌于内壁中，还设有添加磁流变液的工作槽嵌在旋转磁极上端中，所述旋转磁极上端设有使磁流变液形成宾汉体的磨轮，旋转磁极下端连接皮带轮安装轴。

进一步地，所述铜线圈缠绕固定在主磁极内，铜线圈与主磁极间无间隙，主磁极是导磁材料。

进一步地，所述铜线圈的上端高于主磁极内壁的上端，所述铜线圈上端设有一线圈压块，所述线圈压块螺纹连接在主磁极上，线圈压块是不导磁材料。

进一步地，所述主磁极外侧焊接一冷水箱，所述冷水箱设有下进水口和上出水口，冷水箱是不导磁材料。

进一步地，所述旋转磁极呈“T”型，旋转磁极的上端大于下端，所述旋转磁极的上端架于主磁极内壁的上端上。

进一步地，所述旋转磁极和所述磨轮连为一体，是软磁材料，所述磨轮是环带式断续结构、长方体断续结构、椭圆体断续结构、不规则体断续结构中的任一种。

进一步地，所述磨轮的外侧插设且胶粘有一磨轮挡水圈。

进一步地，所述旋转磁极与所述主磁极上端相接之间设有上轴承，所述旋转磁极与所述主磁极下端相接之间设有下轴承。

进一步地，所述上轴承上方设有压圈，所述压圈螺纹连接在所述主磁极内壁上，以固定上轴承。

进一步地，所述下轴承下方设有轴承垫圈，所述轴承垫圈通过第一螺钉安装在主磁极上。

本实用新型的优点在于：结构简单，方便实用，铜线圈与主磁极之间无间隙，设置旋转磁极在主磁极内侧旋转，可以避免涡旋效应，大大增加磁场强度，扩大磁流变抛光中与工件接触宾汉体的面积，且每个宾汉体的磁场均匀性一致，大大提高了加工效率；其次，旋转磁极、磨轮、磨轮挡水圈、皮带轮安装轴这些隧动组件安装在皮带轮安装轴的上端，克服了运动不稳定的问题，本实用新型N，S极可以相距较远的间隔，无需形成闭合的回路即可产生稳定的强磁场，实现抛光的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1.本实用新型整体安装结构示意图；

图2.本实用新型磨轮装置内部结构示意图；

图3.旋转磁极结构示意图；

图4.磨轮环带式断续结构示意图；

图5.磨轮长方体断续结构示意图；

图6.磨轮椭圆体断续结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-3所示，开放性磁场的磁流变抛光磨轮装置，包括主磁极和旋转磁极2，主磁极通过第三螺钉17安装在机座15上，主磁极包括外壁11、内壁12、圆环状底面13，主磁极一体成型，外壁11和内壁12之间留有空隙，空隙内安装有铜线圈3，铜线圈3缠绕固定在主磁极内，铜线圈3与主磁极间无间隙，可以避免涡旋效应，大大增加磁场强度，扩大磁流变抛光中与工件接触宾汉体的面积，且每个宾汉体的磁场均匀性一致，大大提高了加工效率，铜线圈3的上端高于主磁极内壁的上端，铜线圈3上端设有一线圈压块5，线圈压块5螺纹连接在主磁极上，用以固定铜线圈3。主磁极1外侧焊接一冷水箱7，冷水箱7设有下进水口71和上出水口72，冷却水从下进水口71进入，从上出水口72流出，使产生的大量热能的铜线圈3得以快速冷却。

旋转磁极2嵌于内壁12中，还设有添加磁流变液的工作槽嵌在旋转磁极上端中，旋转磁极上端设有使磁流变液形成宾汉体的磨轮21，旋转磁极2和所述磨轮21是一体，如图4-6所示，磨轮21可以是环带式断续结构；长方体断续结构、椭圆体断续结构，甚至是不规则体断续结构。所述磨轮21的外侧插设且胶粘有一磨轮挡水圈6。

旋转磁极2呈“T”型，旋转磁极2的上端大于下端，所述旋转磁极2的上端架于主磁极内壁12的上端上。旋转磁极2下端通过第二螺钉18连接在皮带轮安装轴13上。旋转磁极2在主磁极内侧旋转，同样可以避免涡旋效应，大大增加磁场强度，扩大磁流变抛光中与工件接触宾汉体的面积，且每个宾汉体的磁场均匀性一致，大大提高了加工效率。本实用新型N，S极可以相距较远的间隔，无需形成闭合的回路即可产生稳定的强磁场，实现抛光的目的。

所述旋转磁极2与所述主磁极上端相接之间设有上轴承8，所述旋转磁极2与所述主磁极下端相接之间设有下轴承9。所述上轴承8上方设有压圈4，所述压圈4螺纹连接在所述主磁极内壁12上，以固定上轴承8。所述下轴承9下方设有轴承垫圈11，所述轴承垫圈11通过第一螺钉10安装在主磁极上。

主磁极、旋转磁极2、磨轮21、压圈4为软磁材料；所述线圈压块5、磨轮挡水圈6、机座15为不导磁材料。旋转磁极2、磨轮21、磨轮挡水圈6、皮带轮安装轴22这些隧动组件安装在皮带轮安装轴的上端，克服了运动不稳定的问题。

把电机安装在机座15上，用联轴器16将电机旋转轴和皮带轮安装轴22连接，往工作槽内添加磁流变液，当电机通电，驱动皮带轮安装轴22和旋转磁极2旋转，给铜线圈3通电，旋转磁极2的端面即磨轮21会使磁流变液形成断续状的宾汉体结构。当然，宾汉体结构可随电机旋转的速度、通电磁场强度等进行调节。另外，皮带轮安装轴22的旋转方向是可变的。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。