一种静磁动场磁流变抛光机理试验装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种静磁动场磁流变抛光机理试验装置，特别涉及对一种磨料半固着磁流变柔性微磨头实时在线修整的恒压式光学元件及半导体基片平面研磨抛光装置。
【背景技术】
[0002]随着微电子、光电子、太阳能光伏技术的发展以及光学与电子学的不断融合，对硬脆材料构件、光电元件的加工精度要求越来越高，现代光学的透镜、反射镜、功能光电器件等光学表面不仅有面形精度要求还需要达到超光滑表面并且对次表面损伤也要严格控制。而随着信息产业与光电子产业的发展，要求元器件加工成本不断下降，光学元件直径越做越大(如微电子行业的单晶硅片加工，从目前主流的8英寸硅片逐渐向12英寸发展)，其表面
[0003]的超光滑抛光成为超精密加工技术的一个新挑战。
[0004]在信息产业与光电子产业的发展引领下，为了解决光学表面高效精密研磨抛光加工问题，20世纪90年代初美国Rochester大学光学中心的众多合作者将电磁学、流体动力学、分析化学相结合提出了一种新型的光学元件加工方法-磁流变抛光技术(MRF)。该方法作为一种新型的光学表面加工方法，由于具有抛光效果好、不产生次表面损伤、适合复杂表面加工等传统抛光所不具备的优点，已发展成为一种革命性光学表面超精密加工方法。该项技术至今已有较大的发展，特别是将磁流变抛光与化学刻蚀等技术相结合，提高光学元件抗激光损伤阈值有着广泛的应用前景。目前采用磁流变抛光方法对平面工件进行加工时，主要以美国QED公司研制的各种型号磁流变机床，其原理是被加工工件位于抛光盘上方，被加工工件与抛光盘之间形成一个“凹形空隙”，抛光盘的下方布置一个磁极，在工件与抛光盘所形成的狭小空隙处形成一个梯度磁场。当磁流变液随抛光盘运动到工件与抛光盘形成的空隙附近时，梯度磁场使之凝聚、变硬，形成一缎带凸起，成为粘塑性的Bingham介质。这样具有较高粘度的Bingham介质通过狭小空隙时，对工件表面与之接触的区域产生一定的剪切力，从而使工件的表面材料被去除，达到微量去除的目的。
[0005]但是采用上述磁流变加工方法对工件进行加工时，由于各处加工间隙的不一样，梯度磁场也不一样，从而造成加工斑点各部分区域的材料去除率不一样，要解决大面积的平面时加工效率必然底下，同时电磁场发生装置的体积非常大，难以实现多磁极同时加工。
[0006]专利CN200610132495.9提到的采用永磁铁作为磁场发生装置，易可以进行磁流变抛光，并且很容易实现多点磁极的阵列提高加工效率。但是经过长期的实验验证，发现由于磁流变液固有的黏弹性，使得工件经过微磨头后会把微磨头压下而无法恢复，从而失去了对工件的压力和抛光效果，存在严重丢失抛光压力的问题，导致加工后的工件均匀性难以保证，加工原理及方法还需要质的突破。
【发明内容】
[0007]本实用新型的目的是提供一种静磁动场磁流变抛光机理试验装置。本实用新型能对光学元件、半导体基片等硬脆材料在不更换加工装置和磁流变液的基础上进行高效率粗抛、半精抛、精抛，实现静磁动场的转换和动态磁场下微磨头的恢复，达到对工件的恒压力、均匀化、超光滑平面抛光。本实用新型高效率，成本低，获得的工件表面质量好，而且无表面和亚表面损伤，均匀化程度高。
[0008]本实用新型的技术方案是:本实用新型的一种静磁动场磁流变抛光机理试验装置，包括磁流变磨料半固着柔性微磨头发生装置、静磁动场偏心转换装置、抛光盘逆向旋转装置，磁流变磨料半固着柔性微磨头发生装置包括有底座、永磁极、固定套、转盘、抛光盘，静磁动场偏心转换装置包括有垫片、偏心套、内定位环、角接触球轴承、外定位环，抛光盘逆向旋转装置包括有外齿轮、行星轮、内齿轮、支撑件、固定盘、深沟球轴承、安装轴、静止件，底座装夹在机床工作台上，转盘套装在底座的外侧，固定套装设在底座的上部，且转盘及固定套与底座连接，转盘及固定套保持与底座同步进行轴向旋转，偏心套套装在固定套所设的内孔，且偏心套与固定套连接，永磁极安装在偏心套内，抛光盘装设在永磁极上方；垫片装设在底座与偏心套之间，内定位环套装在固定套的外侧，且与固定套固定在一起，角接触球轴承套装在内定位环的外侧，外定位环套装在角接触球轴承的外侧，抛光盘和永磁极的运动采用内定位环与外定位环之间的角接触球轴承来分离，外齿轮、三个行星轮以及内齿轮构成行星运动，支撑件装设在转盘的顶部，且支撑件与转盘连接，内齿轮装设在支撑件的顶部，且内齿轮与支撑件连接在一起，安装轴通过深沟球轴承固定在行星轮的内孔，夕卜齿轮与外定位环连接，固定盘套装在外定位环的外侧，且固定盘装设在安装轴的顶部，固定盘与安装轴连接在一起，固定盘与静止件进行锁紧，静止件固定在机床底座上，抛光盘上方需要提供磁流变液。
[0009]本实用新型的静磁动场磁流变抛光机理试验装置的磁流变液由微米级的羰基铁粉、微米级的磨料以及甘油或油酸按一定比例混合，在磁场及重力的作用下，磁流变液会沿着磁感线方向迅速形成柔性微磨头。本实用新型的静磁动场磁流变抛光机理试验装置通过偏心旋转小尺寸永磁体将静磁场转变为动态磁场，动态磁场促使微磨头的形貌恢复和磨料的更新自锐，实现对平面工件的恒压力均匀化抛光。本实用新型的静磁动场磁流变抛光机理试验装置采用行星轮机构实现抛光盘和永磁极的旋转方向相反，角接触球安装轴承使永磁极和抛光盘的运动相对独立，当行星轮机构中的三个行星轮均保持静止时，内齿轮和外齿轮的相对旋转方向相反，由此，在内齿轮和外齿轮的驱动下也可以实现两者的运动方向相反。本实用新型实现了在不更换磁流变液的情况下对工件实现粗抛、半精抛到精抛的全过程，该装置抛光效率高，成本低，获得的工件表面质量好，而且无表面和亚表面损伤、均匀化程度高，本实用新型的试验装置可以用于各类光学元件及半导体基片的加工。
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型静磁动场磁流变抛光机理试验装置的三维示意图；
[0011 ]图2是本实用新型静磁动场磁流变抛光机理试验装置的俯视图；
[0012]图3是本实用新型静磁动场磁流变抛光机理试验装置的全剖主视图；
[0013]图4是本实用新型静磁动场磁流变抛光机理试验装置的工作原理图；
[0014]图5是本实用新型静磁动场磁流变抛光机理试验装置内定位环和偏心套的另一种结构图；
[0015]图6是本实用新型静磁动场磁流变抛光机理试验装置永磁极静止时的磁力线示意图；
[0016]图7是本实用新型静磁动场磁流变抛光机理试验装置永磁极偏心旋转时的磁力线示意图；
[0017]图8是本实用新型静磁动场磁流变抛光机理试验装置内定位环的示意图；
[0018]图中:1.螺钉，2.锁紧螺母，3.抛光盘，4.安装轴，5.行星轮，6.支撑件，7.连接螺钉，8.底座，9.垫片，10.平键，11.外齿轮，12.转盘，13.连接螺钉，14.固定螺栓，15.深沟球轴承，16.内齿轮，17.固定盘，18.静止件，19.锁紧螺钉，20.角接触球轴承，21.内定位环，22.偏心套，23、永磁极，24.固定套，25.外定位环，26、固定螺钉，27、紧定螺钉，28、偏心距，29、定位台阶，30、磁流变液，31、工件，32、主安装轴，33、柔性微磨头，34、螺纹，35、槽口。
[0019]【具体实施方式】:
[0020]下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，但本实用新型的实施方式不限于此:
[0021]实施例1:
[0022]如图1?图3所示，本实用新型的静磁动场磁流变抛光机理试验装置，包括磁流变磨料半固着柔性微磨头发生装置、静磁动场偏心转换装置、抛光盘逆向旋转装置，磁流变磨料半固着柔性微磨头发生装置包括有底座8、永磁极23、固定套24、转盘12、抛光盘3，静磁动场偏心转换装置包括有垫片9、偏心套22、内定位环21、角接触球轴承20、外定位环25，底座8装夹在机床工作台上，转盘12套装在底座8的外侧，固定套24装设在底座8的上部，且转盘12及固定套24与底座8连接，转盘12及固定套24保持与底座8同步进行轴向旋转，偏心套22套装在固定套24所设的内孔，且偏心套22与固定套24连接，永磁极23安装在偏心套22内，抛光盘3装设在永磁极23上方;垫片9装设在底座8与偏心套22之间，内定位环21套装在固定套24的外侧，且与固定套24固定在一起，角接触球轴承20套装在内定位环21的外侧，外定位环25套装在角接触球轴承20的外侧，外定位环25与抛光盘3连接，抛光盘3和永磁极23的运动采用内定位环21与外定位环25之间的角接触球轴承20来分离;抛光盘逆向旋转装置包括有外齿轮11、行星轮5、内齿轮16、支撑件6、固定盘17、深沟球轴承15、安装轴4、静止件18，外齿轮
11、三个行星轮5以及内齿轮16构成行星运动，支撑件6装设在转盘12的顶部，且支撑件6与转盘12连接，内齿轮16装设在支撑件6的顶部，且内齿轮16与支撑件6连接在一起，安装轴4通过深沟球轴承15固定在行星轮5的内孔，外齿轮1