本发明涉及抛光技术领域，具体涉及一种用于对柱面镜圆弧面的抛光装置。
背景技术：
随着光电技术的快速发展，柱面镜(clindicallens)是非球面透镜的一种，其特有的光学性能，在现代光电产品中有重要应用，如线聚集系统、电影摄放系统、传真机和印刷排版扫描系统、医疗领域的胃镜和腹腔镜、车载视频，同时在线性探测器照明、条形码扫描、全息照明、光信息处理、强激光系统和同步辐射光束线等也有广泛应用。柱面镜常用的加工工艺有传统磨研抛法，磨研抛法加工柱面镜首先需要铣磨成预定的形状，并保证一定的面型精度，之后进行研磨抛光，制作工艺复杂，加工后的精度已不能满足高精度柱面镜的应用要求。研抛法过程中仅靠柱面和研磨盘表面贴合很难保证透镜的等厚差，容易造成母线误差，磨研抛过程中工件表面残留有规则的划痕，而且不可避免的产生晶格错位、裂纹、残余应力等各种加工缺陷，严重影响其表面的质量和精度，使得传统的加工方法(粗磨、细磨、抛光、定心磨边)难以胜任制造任务，其次传统的加工方法生产效率低，加工过程不易实现计算机控制，对于面形复杂的工件甚至无法加工，因此远远不能适应现代高科技发展和高效率的要求。
现有国内外对光学元件的加工装置主要是高效研磨、超精密抛光、化学机械抛光、磁流变抛光和基于端面磨床的磨抛加工，磁流变抛光变抛光作为一种典型光学元件加工技术，该装置利用磁流变液流变的特性形成抛光垫对加工表面进行逐点扫描加工，但是加工效率比较低，同时，静态磁场形成的磁流变效应抛光垫缺乏自我修整和磨料更新自锐的机制，磁流变液在磁场作用下的黏弹性使得静磁场形成的抛光垫对工件表面加工后受力畸变，难以保持加工后工件的性能稳定，制约了该工艺的进一步应用和发展。例如，专利cn200810031897.9提到的超大口径非球面光学零件的磁流变抛光装置能很好地对非球面光学零件进行抛光，并获得纳米级的光滑表面，但由于采用外加磁场强弱来控制磁流变工作液的流变特性，难以控制抛光过程形成的柔性小磨头的分布的大小，只能实现光学元件的单点扫描抛光，以致其抛光效率大大减小。
因此，如何提供一种柱面镜圆弧面的抛光装置，以提高工件表面加工质量和加工效率，是本领域技术人员急需解决的技术问题。
技术实现要素：
本发明提供一种柱面镜圆弧面的抛光装置，可以高效的实现对柱面镜圆弧面的抛光。
一种柱面镜圆弧面的抛光装置，该抛光装置包括支架底座结构、抛光盘动力结构、抛光盘外壳结构、工件动力结构；所述工件动力结构设置在所述支架底座结构的上端，所述抛光盘动力结构设置在所述支架底座结构的下端；
所述支架底座结构包括底板、凸形底板、弓形支架，所述凸形底板为中空结构且固定在底板上，所述弓形支架固定在底板一侧；
所述抛光盘动力结构包括主动皮带轮、第一伺服电机、抛光筒、软磁铁、同步带、从动皮带轮，所述软磁铁设在抛光筒孔内，所述抛光筒通过轴承设在抛光装置底座内，所述第一伺服电机固定在凸形底板上，所述主动皮带轮连接在第一伺服电机主轴上，所述从动皮带轮设在抛光筒下端面，所述从动皮带轮与主动皮带轮通过同步带连接；
所述抛光盘外壳结构包括抛光装置底座、永磁铁盘、环形永磁铁、环形永磁铁固定环，所述抛光装置底座为中空结构且固定在所述凸形底板的上端面，所述永磁铁盘固定在抛光装置底座上端，所述永磁铁盘内部开有空腔，所述环形永磁铁设在永磁铁盘腔体内，所述环形永磁铁固定环固定在所述永磁铁盘上端面；
所述工件动力结构包括直线位移机构、旋转机构、工件盘，所述直线位移机构固定在所述弓形支架上，所述旋转机构设置在所述直线位移机构上，所述旋转机构下端连接工件盘；当抛光筒相对于环形永磁铁相对转动，环形永磁铁形成的磁力线在抛光筒表面位置不断变化，从而使得在磁场作用下的微米级铁粉链串不断断裂与形成。
优选地，所述直线位移机构包括：行程面板、移动块、第二电机板、第一步进电机、丝杆、行程导轨；所述旋转机构包括：第一电机板、第二伺服电机、工件盘连接件；所述行程面板固定在弓形支架上，所述行程面板表面设有行程导轨，所述第二电机板设在行程面板上端，所述第一步进电机设在第二电机板上，所述丝杆设在所述第一步进电机主轴上，所述移动块连接在所述丝杆上，所述第一电机板设在所述移动块上，所述第二伺服电机设在第一电机板上端面，所述工件盘连接件设在第二伺服电机主轴上，所述工件盘设在工件盘连接件下端面，所述工件设在工件盘外表面上；所述工件盘设有多个工件装夹位，所述工件均一一安装在工件盘工件装夹位上。
优选地，所述环形永磁铁轴向装设，所述环形永磁铁的数量为一个或者多个，两个所述环形永磁铁之间的间距通过环形永磁铁隔套的厚度调节，所述环形永磁铁径向或者轴向充磁，所述多个环形永磁铁采用同向或者异向排布。
优选地，所述环形软磁铁的外径相同、内径不同，通过更换环形软磁铁实现软磁铁和工件之间的加工间隙可调。
优选地，所述抛光筒可以更换，用于抛光不同圆弧直径的工件。
优选地，所述环形永磁铁固定环通过第四紧固螺钉与所述永磁铁盘连接，所述环形永磁铁固定环与所述抛光筒之间装设有双密封圈。
优选地，所述抛光筒上端为杯状体结构，磁流变液设在所述杯状体内。
优选地，所述主动皮带轮通过键连接在第一伺服电机主轴上，所述抛光筒下端通过第一圆锥滚子轴承、第二圆锥滚子轴承设在抛光装置底座内。
优选地，所述抛光盘外壳结构还包括轴承端盖，所述轴承端盖设在抛光装置底座上部止口上，用于第一圆锥滚子轴承预紧。
优选地，所述第一圆锥滚子轴承、第二圆锥滚子轴承周围密封，所述抛光筒与轴承端盖之间设有密封圈，所述抛光盘底座与所述从动皮带轮设有密封圈。
采用上述技术方案的有益效果是：
磁流变抛光垫在静磁场作用下，由于抛光筒与环形永磁铁无相对运动，环形永磁铁形成的磁力线在抛光筒表面位置无变化，形成的抛光垫中的磁性颗粒链串无断裂与形成的过程，使得被工件旋转剪压过的抛光垫无法恢复，其抛光作用力也无法稳定作用于工件表面；当抛光筒相对于环形永磁铁相对转动，环形永磁铁形成的磁力线在抛光筒表面位置不断变化，从而使得在磁场作用下的微米级铁粉链串不断断裂与形成，在动态磁场的作用下，可以迫使无磨料更新的磁流变液抛光垫转变成有磨料的自锐和形状的实时恢复的抛光垫，解决了静态磁场抛光作用下由于磁流变液的黏性与磁性作用下变形无法恢复从而失去对工件的加工压力的核心问题；
其次，磁流变抛光中的容末效应，容末效应是当加工过程中存在大颗粒磨粒与小颗粒磨粒时，大颗粒磨粒在压力的作用下容末于铁粉形成的柔性抛光垫中，能实现细小颗粒磨粒和大颗粒磨粒同时与工件的接触并对工件进行微米切削加工，避免粗大颗粒磨料对工件的划伤。由于柱面镜的加工需要纳米级、亚纳米级的表面粗糙度、微米级的面型精度以及无表面损伤与应力，磁流变抛光技术中的容末效应能在不产生表面损伤的条件下对柱面镜进行纳米级超光滑表面的加工。此外，磁流变液覆盖于抛光筒圆弧表面，在抛光过程中抛光筒与工件接触形式是圆弧线接触，取代了传统的点接触，在环形永磁铁的轴向上一个或多个环形永磁铁形成一个或多个圆弧接触线，并进行抛光，且工件不是单个加工而是一个或多个同时加工，大大提高了抛光加工的均匀性和效率，实现快速抛光和提升抛光效果的目的。重要的是，本发明实现了在一个动力输入的情况下实现抛光筒的转动与动态磁场的形成多重功，装置结构简单紧凑。
附图说明
为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为一种柱面镜圆弧面的抛光装置的主视结构示意图；
图2为一种柱面镜圆弧面的抛光装置的主视剖视结构示意图；
图3为一种柱面镜圆弧面的抛光装置的左视结构示意图；
图4为一种柱面镜圆弧面的抛光装置的抛光盘结构示意图；
图5为图4中的a-a剖视图；
图6为一种柱面镜圆弧面的抛光装置的工件盘结构示意图；
图7为环形永磁铁径向充磁的磁力线分布示意图；
图8为环形永磁铁轴向充磁的磁力线分布示意图。
1-底板，2-第一紧固螺钉，3-主动皮带轮，4-凸形底板，5-第一紧固螺钉，6-第一伺服电机，7-第二紧固螺钉，8-抛光装置底座，9-第三紧固螺钉，10-永磁铁盘，11-环形永磁铁，12-环形永磁铁隔套，13-第四紧固螺钉，14-环形永磁铁固定环，15-弓形支架，16-行程面板，17-移动块，18-第一电机板，19-第二伺服电机，20-行程导轨，21-第二电机板，22-第一步进电机，23-丝杆，24-第五紧固螺钉，25-第六紧固螺钉，26-工件盘连接杆，27-第七紧固螺钉，28-工件盘，29-密封圈，30-工件，31-加工间隙，32-抛光筒，33-软磁铁，34-磁流变抛光垫，35-磁流变液，36-第八紧固螺钉，37-轴承端盖，38-第一圆锥滚子轴承，39-第一轴承套筒，40-第二轴承套筒，41-第二圆锥滚子轴承，42-同步带，43-从动皮带轮，44-第九紧固螺钉。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的一种具体实施方式提供了一种柱面镜圆弧面的抛光装置，该抛光装置包括支架底座结构、抛光盘动力结构、抛光盘外壳结构、工件动力结构；所述工件动力结构设置在所述支架底座结构的上端，所述抛光盘动力结构设置在所述支架底座结构的下端；
所述支架底座结构包括底板(1)、凸形底板(4)、弓形支架(15)，所述凸形底板(4)为中空结构，通过第一紧固螺钉(2)固定在底板(1)上端，所述弓形支架(15)装设在底板(1)上端一侧。
所述抛光盘动力机构包括主动皮带轮(3)、第一伺服电机(6)、抛光筒(32)、软磁铁(33)、同步带(42)、从动皮带轮(43)，所述软磁铁(33)设在抛光筒(32)内，所述抛光筒(32)通过轴承设在抛光装置底座(8)内，所述第一伺服电机(6)固定在凸形底板(4)上，所述主动皮带轮(3)连接在第一伺服电机(6)的主轴上，所述从动皮带轮(43)设在抛光筒(32)下端面，所述从动皮带轮(43)与主动皮带轮(3)通过同步带(42)连接；所述第一伺服电机(6)通过电机紧固螺钉(5)固定在凸形底板(4)上，所述主动皮带轮(3)通过键连接在第一伺服电机(6)主轴上，所述从动皮带轮(43)通过第九紧固螺钉(44)固定在抛光筒(32)下端面，所述抛光筒(32)通过第一锥滚子轴承(38)与第二圆锥滚子轴承(41)设在抛光装置底座(8)内，所述抛光筒(32)上部成杯状，用于装磁流变抛光液(35)。
所述抛光盘外壳结构包括抛光装置底座(8)、永磁铁盘(10)、环形永磁铁(11)、环形永磁铁固定环(14)、轴承端盖(37)，所述抛光装置底座(8)为中空结构通过第二紧固螺钉(7)固定在凸形底板(4)上端面，所述轴承端盖(37)通过第八紧固螺钉(36)固定在抛光装置底座(8)上部止口上，用于限制第一圆锥滚子轴承(38)的轴向移动，所述永磁铁盘(10)通过第三紧固螺钉(9)固定在抛光装置底座(8)上端，所述永磁铁盘(10)内部开有空腔，所述一个或者多个环形永磁铁(11)通过隔套设在永磁铁盘(10)腔体内，所述环形永磁铁固定环(14)通过第四紧固螺钉(13)固定在永磁铁盘(10)上端面。
所述工件动力结构包括直线位移机构、旋转机构、工件盘(28)，所述直线位移机构固定在所述弓形支架(15)上，所述旋转机构设置在所述直线位移机构上，所述旋转机构下端连接工件盘(28)。
所述直线位移机构包括：行程面板(16)、移动块(17)、第二电机板(21)、第一步进电机(22)、丝杆(23)、行程导轨(20)；所述旋转机构包括：第一电机板(18)、第二伺服电机(19)、工件盘连接件(26)；所述行程面板(16)通过第五紧固螺钉(24)固定在弓形支架(15)上，所述行程面板(16)表面有行程导轨(20)，所述第二电机板(21)设在行程面板(16)上端，所述第一步进电机(22)设在第二电机板(21)上端，所述丝杆(23)设在第一步进电机(22)主轴上，所述移动块(17)连接在丝杆(23)上，所述第一电机板(18)通过第六紧固螺钉(25)固定在移动块(17)上，所述第二伺服电机(19)设在第一电机板(18)上端面，所述工件盘连接件(26)设在第二伺服电机(19)主轴上，所述工件盘(28)通过第七紧固螺钉(27)固定在工件盘连接件(26)下端面，所述工件(30)设在工件盘(28)外表面上；所述工件盘(28)设有多个工件装夹位，所述工件(30)均一一安装在工件盘(28)工件装夹位上。
应用本实施例提供的柱面镜圆弧面的抛光装置时，将工件(30)通过真空吸或者贴蜡等方式装夹在工件盘(28)上，并使得工件(30)位于抛光装置的抛光范围内，通过在去离子水中加入浓度为4％的微米级的磨料，及在去离子水中加入浓度为35％的微米级羰基铁粉，及加入浓度为10％的分散剂、浓度为5％的稳定剂，采用磁力搅拌器搅拌5分钟后通过超声波震动20分钟，形成磁流变液(35)，最后在抛光筒(32)内加入磁流变液(35)，在抛光筒(32)中加入软磁铁(33)，使得抛光筒(32)到工件(30)表面的加工间隙(31)为1mm，启动第二伺服电机(19)，实现工件盘(28)带动工件(30)高速旋转，启动第一步进电机(22)，带动丝杆(23)的旋转，实现移动块(17)带动工件(30)上下往复运动，实现磁流变抛光(34)在工件(30)轴上的往复均匀去除，启动第一伺服电机(6)，第一伺服电机(6)带动主动皮带轮(3)高速旋转，从动皮带轮(43)在同步带(42)的带动下带动抛光筒(32)高速旋转，因此可以实现抛光筒(32)相对于设置在永磁铁盘(10)内一个或多个环形永磁铁(11)的相对转动，抛光筒(32)端面磁场实时变化，使得磁场形成动态磁场，磁流变液(35)在环形永磁铁(11)的磁流变效应下形成磁流变抛光垫(34)，即可实现工件(30)高效、超光滑无损伤磁流变抛光去除。
磁流变抛光垫在静磁场作用下，由于抛光筒与环形永磁铁无相对运动，环形永磁铁形成的磁力线在抛光筒表面位置无变化，形成的抛光垫中的磁性颗粒链串无断裂与形成的过程，使得被工件旋转剪压过的抛光垫无法恢复，其抛光作用力也无法稳定作用于工件表面；当抛光筒(32)相对于环形永磁铁(11)相对转动，环形永磁铁(11)形成的磁力线在抛光筒(32)表面位置不断变化，从而使得在磁场作用下的微米级铁粉链串不断断裂与形成，在动态磁场的作用下，可以迫使无磨料更新的磁流变液抛光垫转变成有磨料的自锐和形状的实时恢复的抛光垫(34)，解决了静态磁场抛光作用下由于磁流变液(35)的黏性与磁性作用下变形无法恢复从而失去对工件的加工压力的核心问题；
其次，磁流变抛光中的容末效应，容末效应是当加工过程中存在大颗粒磨粒与小颗粒磨粒时，大颗粒磨粒在压力的作用下容末于铁粉形成的柔性抛光垫中，能实现细小颗粒磨粒和大颗粒磨粒同时与工件(30)的接触并对工件进行微米切削加工，避免粗大颗粒磨料对工件的划伤。由于柱面镜的加工需要纳米级、亚纳米级的表面粗糙度、微米级的面型精度以及无表面损伤与应力，磁流变抛光技术中的容末效应能在不产生表面损伤的条件下对柱面镜进行纳米级超光滑表面的加工。此外，磁流变液覆盖于抛光筒圆弧表面，在抛光过程中抛光筒与工件接触形式是圆弧线接触，取代了传统的点接触，在环形永磁铁的轴向上一个或多个环形永磁铁形成一个或多个圆弧接触线，并进行抛光，且工件不是单个加工而是一个或多个同时加工，大大提高了抛光加工的均匀性和效率，实现快速抛光和提升抛光效果的目的。重要的是，本发明实现了在一个动力输入的情况下实现抛光筒的转动与动态磁场的形成多重功，装置结构简单紧凑。
永磁铁盘(10)的上端设有沉孔，一个或者多个环形永磁铁(11)设置在沉孔内。在具体组装时，环形永磁铁(11)下部靠近抛光筒(32)的外圈的距离为0.5mm至5mm之间任一数值，其中环形永磁铁(11)优选磁场强度为2000gs至6000gs的环形永磁铁(11)。
工件盘(28)设有多个工件装夹位，所述工件(30)均一一安装在工件盘(28)工件装夹位上。
为了实现高效抛光环形永磁铁(11)在轴向可以装设一个或者多个环形永磁铁(11)，两环形永磁铁(11)之间的间距可以通过环形永磁铁隔套(12)厚度调节，所述环形永磁铁可以为径向或者轴向充磁，所述多个环形永磁铁(11)可采用同向或者异向排布。
加工间隙(31)是可调的，通过更换相同外径、不同内径的环形软磁铁(33)实现加工间隙的可调。
为了适应不同弧形直径的工件，杯状抛光筒(32)可以更换，可适用于抛光不同圆弧直径的工件(30)。
为了防止磁流变液(35)进入抛光装置中，环形永磁铁固定环(14)与抛光筒(32)之间装设有双密封圈(29)。
抛光筒(32)下端通过第一、第二圆锥滚子轴承(38、40)设在抛光装置底座(8)内孔，所述从动皮带轮(43)设在抛光筒下端面，所述从动皮带轮上端有沉孔，所述抛光装置底座(8)设在凸形底板(4)上端，所述第一伺服电机(6)设在凸形底板(4)上，所述主动抛光轮(3)设在第一伺服电机(6)主轴上，主动抛光轮(3)与从动皮带轮(43)之间设有同步带(42)。
为了实现轴承的密封，第一、第二圆锥滚子轴承(38、40)周围密封，抛光筒(32)与轴承端盖(37)之间设有密封圈，抛光盘底座(8)与从动皮带轮(43)设有密封圈。
综上所述，采用本发明提供的一种柱面镜圆弧面的抛光装置能获得工件表面一致性好且无表面和亚表面损伤的高质量工件，而且成本低，非常适合光学元件的圆弧曲面的高效率超光滑均匀抛光加工。同时，本装置使用过程中可以动态磁场加工、一条接触圆弧及多条接触圆弧的同时加工加工，适合用于研究光学材料的材料去除机理和亚表面损伤检测等试验。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。