一种磁流变抛光装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于磁流变抛光技术，具体涉及一种磁流变抛光装置。
【背景技术】
[0002] 随着现代信息电子技术、光学技术的不断进步，在IT、电子行业，超光滑元件应用 越来越多，如蓝宝石衬底、单晶硅表面、手机后盖等，这类元件的加工批量大，其表面要满足 超光滑，光泽度高，色泽均匀，无划伤等要求。目前，市场上的研磨抛光机都是采用平面互研 原理，工件卡在游心轮中，在上下抛光盘的研磨作用下实现抛光。这种抛光方式的局限性就 是只能加工平面，不能加工弧面等曲面。
[0003] 磁流变液是一种智能材料，是由高导磁率、低磁滞性的微小软磁性颗粒和非导磁 性液体混合而成的悬浮体。它在常态下是液体，当加载磁场时，发生液一固相变，当去除磁 场时，又发生固一液相变。在一定磁场强度范围内，磁流变液的表现粘度和磁场强度有关， 这种现象称为磁流变效应。利用磁流变液的磁流变效应，可以将磨粒聚集于抛光区域形成 柔性磨头，具有磨头硬度可调，磨粒自锐，面型贴合好等优点，用于抛光加工性能优良。
[0004] 现有的磁流变抛光装置抛光作业时可以通过改变磁场强度改变磨头的硬度，但整 个抛光区域的材料去除模型是固定的。无法完成复杂曲面的抛光。
[0005] 中国专利201310001871. 0中提出了一种双面磁流变抛光装置，该装置将工件安 装在内抛光套筒与外抛光套筒之间，内抛光套筒和外抛光套筒随抛光主轴转动，通过连接 管路向内外抛光套筒与工件之间的间隙内注入磁流变液，启动控制器并由控制器向内套筒 电磁铁和外套筒电磁铁提供间歇性电流，每个电磁铁组相当于一组抛光头，分别对加工工 件内外表面。但整个装置比较复杂，且无法对复杂曲面工件进行加工。 【实用新型内容】
[0006] 本实用新型的目的是提供一种可同时加工平面和弧面的磁流变抛光装置。
[0007] 本实用新型提供的磁流变抛光装置，包括用于盛装磁流变液的抛光液槽、设在所 述抛光液槽下方或侧面可在抛光液槽内产生磁场的磁场发生装置、设在所述抛光液槽上方 夹持工件且使工件做至少两个自由度运动的工件驱动机构。
[0008] 所述磁场发生装置采用多个可产生梯度磁场的由极性相反的两个电磁极组成的 电磁极组。
[0009] 构成所述多个电磁极组的电磁极采用均匀布置且两相邻磁极的极性相反的柱状 磁极或者采用成环形布置且两相邻磁极的极性相反的三角状磁极。
[0010] 所述磁场发生装置包括至少一个可产生梯度磁场的由极性相反的两个电磁极组 成的电磁极组，构成所述电磁极组的电磁极采用至少两个同心圆设置且两相邻磁极的极性 相反的环状磁极。
[0011] 所述抛光液槽为圆桶形，在抛光液槽外周边设有外线圈，所述外线圈的下平面和 所述环状磁极的上平面齐平。
[0012] 所述工件驱动机构包括摇摆机构、设在摇摆机构上的公转机构和设在所述公转机 构上的自转机构，所述工件设在所述自转机构上。
[0013] 所述摇摆机构包括机头、第一摆动伺服电机，所述机头和第一摆动伺服电机之间 通过齿轮对啮合；所述公转机构包括设在所述机头上的公转伺服电机、公转大盘和工件运 动架，所述公转伺服电机通过公转主轴与公转大盘连接，所述工件运动架为至少一个设在 公转大盘的下面；所述自转机构包括设在工件运动架上的第一自转伺服电机和安装工件的 至少一个工件轴，所述工件轴通过齿轮机构与第一自转伺服电机连接
[0014] 所述工件驱动机构包括公转机构、设在所述公转机构上的摇摆机构和设在公转机 构与所述摇摆机构之间的自转机构。
[0015] 所述公转机构包括机头、设在所述机头上的公转伺服电机、公转大盘和工件运动 架，所述公转伺服电机通过公转主轴与公转大盘连接，所述工件运动架为至少一个设在公 转大盘的下面；所述摇摆机构包括设在所述工件运动架上的第二摆动伺服电机、通过第一 伞形齿轮机构与第二摆动伺服电机连接的中间齿轮箱；所述自转机构包括设在所述工件运 动架上的第二自转伺服电机、设在所述中间齿轮箱上的第二伞形齿轮机构和安装工件的工 件轴，所述第二自转伺服电机通过第二伞形齿轮机构与工件轴连接；所述第二摆动伺服电 机和第二自转伺服电机设在所述公转大盘上。
[0016] 所述工件驱动机构包括公转机构和设在公转机构上的自转机构；所述公转机构和 自转机构为行星运动机构，所述工件通过工件轴安装在所述公转机构和自转机构之间。
[0017] 本实用新型的有益效果：
[0018] 本实用新型的特点是在具有磁场的磁流变液中使工件做多个自由度的运动，在梯 度磁场的作用下，由于液体形态的磁流变液会变成具有强粘弹性作用的液固态，其沿着磁 力线方向形成的磁链将夹持着磨粒，相当于一个个磁柔性小磨头，利用工件与磁流变液产 生相对运动，通过控制工件的多自由度运动，能够在一次装夹下，同时对一个或多个工件的 外表面进行抛光加工，其外表面可以是平面、弧面或复杂曲面。本实用新型通过试用证明： 可以很有效的解决复杂形面难以抛光的难题，可减少工件加工的工序，有效提高抛光效率， 同时应用工件的多自由运动结构，简化了设备结构。
[0019] 下面结合附图进一步说明本实用新型的技术方案。
【附图说明】
[0020] 图1是本实用新型装置实施例1的结构示意图。
[0021] 图2是实施例1中磁场发生装置的结构示意图。
[0022] 图3是图2的俯视图。
[0023] 图4是实施例1中磁场发生装置的磁极布置示意图。
[0024] 图5是本实用新型装置实施例2的结构示意图。
[0025] 图6是实施例2中工件运动架的不同结构示意图。
[0026] 图7是实施例2加工工件平面的示意图。
[0027] 图8是实施例2加工工件曲面的示意图。
[0028] 图9是本实用新型装置实施例3中的另一种工件运动架的结构示意图。
[0029] 图10是本实用新型装置中磁场发生装置的不同结构示意图。
[0030] 图11是图10的俯视图。
[0031] 图12是本实用新型装置中磁场发生装置的另一种结构示意图。
[0032] 图13图12中磁场发生装置的俯视图。
[0033] 图14是图12所示磁场发生装置的磁力线示意图。
[0034] 图15是本发明中另一种磁场发生装置的布置示意图。
【具体实施方式】 [0035] 实施例1
[0036] 见图1，本实用新型提供的磁流变抛光装置，包括底座12和设在底座12 -侧的机 架11，底座12上设有磁场发生装置13,磁场发生装置13的上面设有用于盛装磁流变液的 抛光液槽17,在机架11上设有升降机构，升降机构上设有位于所述抛光液槽17上方夹持工 件14且使工件14做多个自由度运动的工件驱动机构；所述升降机构包括设在机架11上的 伺服电机9和滑动座6,伺服电机9通过滚珠丝杆10与滑动座6连接，滑动座6安装在沿 机架11竖向布置的导轨8上；所述工件驱动机构包括设在升降机构上的摇摆机构、设在摇 摆机构上的公转机构和设在所述公转机构上的自转机构；摇摆机构包括设在滑动座6上的 摆动伺服电机5、通过摆动主轴7安装在滑动座6上的机头2,机头2和摆动伺服电机5之 间通过齿轮3、4啮合；公转机构包括设在机头2上的公转伺服电机1、公转大盘16和工件 运动架15,公转伺服电机1通过公转主轴18与公转大盘16连接，工件运动架15为多个设 在公转大盘16的下面；自转机构包括设在工件运动架15上的工件自转伺服电机1502和安 装工件14的一个或多个工件轴1501，工件轴1501通过齿轮机构1503与工件自转伺服电 机1502连接；磁场发生装置13如图2-一图4所示，采用若干个均匀分布（也可不均匀分 布）且相邻磁极的极性相反（参见图4中的黑白两色圆）的柱状电磁极，每两个电磁极组 成一个电磁极组A，磁场发生装置13中的多个电磁极组A可产生梯度磁场；每个电磁极包 括磁芯1302,磁芯1302的外表缠绕磁芯线圈1303,极头1301安装在磁芯1302的顶部，磁 芯1302和线圈1303整体安装在一个底板1304上面，两个极头1301间的间距为14mm。
[0037] 工作原理：通电后，磁流变液在梯度磁场的作用下，会沿着磁力线方向形成磁链， 相当于一个个小磁性磨头。工件驱动机构驱动工件14在设有磁场的磁流变液中做多自由 度运动对工件的表面进行抛光加工。伺服电机9通过滚珠丝杆10、滑动座6可驱动机头2 和工件14沿导轨8上下运动，摆动伺服电机5通过齿轮3、4驱动机头2和工件14来回摆 动，公转伺服电机1驱动公转大盘16、工件运动架15和工件14公转，工件运动架15上的 自转伺服电机1502通过齿轮机构1503驱动工件14自转；当工件14与磁流变液相对运动 时，磁流变液会对工件表面产生去除作用，从而实现抛光。
[0038] 由磁路定理，两个极性相反的磁极会在间隙处漏磁，因此漏磁处会产生一个梯度 磁场。由于铁磁材料的磁导率μ很大，铁芯有使磁感应通量集中到自己内部的作用。一个 没有铁芯的载流线圈产生的磁感应线是弥散在整个空间的；若把同样的线圈绕在一个闭合 的铁芯上时，则不仅磁通量的数值大大增加，而且磁感应线几乎是沿着铁芯的。由安培环路 定理，
，式中N和I。分别是线圈匝数和通电电流，B i为磁 感应强度，I1为磁路长度，μ 相对磁导率，μ。为空气磁导率。因此改变线圈的通电电流 和磁路长度可改变磁感应强度B的大小。
[0039] 另外通电导线会在其内部和周围产生磁场，依据毕奥-萨伐尔定律，
磁感应强度B是各个电流元Idl产生的元磁感应强度
的矢量叠加。因此，磁流变抛光磁场的磁感应强度是每个极头产生的磁感应强度§矢量叠 加，即
，改变磁场电流的大小可改变磁感应强度；g的方向，从而实现磁感应强度 β.的方向可调节。
[0040] 按毕奥一萨法尔定律，磁感应强度是电流元和径矢的叉乘，是轴矢量，改变径矢的 可以改变磁感应强度的方向。在每个极头倒角可以改变径矢，从而可以改变磁感应强度的 方向。
[0041] 本实施例的优点：
[0042] 1、磁场发生装置的单个磁极设计比较简单，主要是通过改变极头的形状来改变磁 力线