一种长行程同步摆动磁流变抛光装置的制作方法

本实用新型涉及光学精密加工技术，特别是一种利用磁流变液对工件进行抛光的长行程同步摆动磁流变抛光装置。

背景技术：

针对传统抛光方法存在的加工件外表面腐蚀容易造成亚表面损伤严重、抛光液污染、生产成本高、效率低和报废率高等系列问题，在超精密加工领域近几年出现了一种磁流变抛光工艺。它是通过在磁流变液中加入适量抛光微粉，利用磁流变液在磁特征下类固化，在加工区域形成有一定硬度和弹性、能承受较大剪切应力，对工件进行抛光。磁流变抛光作为新型智能抛光技术具有能够获得质量很高的光学表面、易于实现计算机控制、能够得到比较复杂的面形、去除效率高、不存在刀具磨损和堵塞现象等优点，在超精密加工领域具有极高的应用价值。该工艺现已被广泛应用于航空航天、机电工程、汽车工程、土木工程、精密加工工程、控制工程和医疗设备等技术领域。

美国罗切斯特大学W.I.Kordonski公开了一种磁流变抛光设备，它将磁流变液置于一转动的载液槽中，载液槽底部配置各种形式的磁场(可以是单一或多个磁极或者磁轭)，磁流变液在载液槽带动下进入工件和磁场之间的间隙，发生流变反应，实现确定性抛光。其特点是实现了磁流变液的大面积磁化，但磁通密度在磁极表面垂直的方向上衰减的较快，并且磁场为非匀强磁场，磁流变液固化后形成的抛光工具硬度不均匀，用于工件大平面表面研抛加工效果不佳。

ZL201220423641.4专利披露了一种集群磁流变平面抛光加工技术，利用集群微磨头的即效固化特征，在抛光装置中变单一磁体为多个微磁柱体，嵌于非导磁基体中，利用磁极的排布方式、尺寸等参数变化影响微磨头的材料去除效率。这种装置的缺点是：磁流变不便于更新，而且永磁铁的磁通密度不可控制，使得设备的结构复杂化，且加工完成后不易消磁，磁流变液易粘附在磁性研磨工具上。

ZL201310229989.9专利披露了一种磁流变平面抛光装置，由非导磁夹具夹持工件，夹具与工件轴之间设软磁板，与下方的电磁铁配合，形成均匀磁场；主轴带动载液槽，连带抛光垫与磁流变液一同旋转，在工件上下对等布置的磁极作用下，磁流变液发生流变反应形成宾汉姆粘塑性体，对工件完成材料去除、抛光。这种装置的缺点是：抛光行程短，加工碎屑不能及时排出，加工表面易产生缺陷，影响工件的抛光质量。

上述磁流变装置，由于存在磁场位置不可变、抛光区运动干涉叠加较少、抛光行程短等缺陷，影响工件材料的去除量以及抛光表面的完整性和均匀性。

技术实现要素：

本实用新型的目的是针对上述现有技术存在的缺陷提供一种具有抛光区运动干涉叠加充分、抛光工件表面形成的微观纹理轨迹复杂、抛光表面完整性和均匀性好、磁流变液在抛光加工区内交换顺畅、加工碎屑容易排出的长行程同步摆动磁流变抛光装置。

为实现上述目的，本实用新型提供的长行程同步摆动磁流变抛光装置包括抛光头、盛有磁流变液的抛光盘和位于抛光盘下部、与抛光头对应的电磁铁；所述抛光头和电磁铁分别由传动机构通过转轴驱动的上摇臂机构和下摇臂机构带动可同步做小于180°的往复摆动；所述抛光盘在调速电机驱动下可绕轴向转动。

所述传动机构包括传动机构电机、内嵌偏心轮和侧部带有齿条的工作板、与齿条啮合的齿轮、与齿轮通过键连接的转轴和安装在工作板下部的滑块导轨；传动机构电机通过偏心轮驱动工作板在滑块导轨上按一定行程往复移动，使与工作板侧部的齿条啮合的齿轮做小于180°的往复转动，齿轮带动与其键连接的转轴做小于180°的往复转动，转轴带动一端分别与转轴固定连接的所述上摇臂机构和下摇臂机构同步做小于180°的往复摆动，上摇臂机构和下摇臂机构分别带动抛光头和电磁铁同步做小于180°的往复摆动。

利用上述磁流变抛光装置进行抛光的方法，包括以下步骤：

(1)把工件安装在抛光头中，并浸入抛光盘中的磁流变液中,调整工件与抛光盘的间隙，使其满足磁流变抛光要求；

(2)启动调速电机，驱动抛光盘转动；加载电磁铁线圈电流，使之达到设定的磁通密度；

(3)启动传动电机，使工作板在滑块导轨配合下按设定行程往复运动，通过齿条齿轮往复啮合，使转轴在齿轮的驱动下带动上摇臂机构与下摇臂机构在180°范围内同步往复摆动；

(5)抛光结束，关停调速电机和传动机构电机，抛光盘和传动机构停止运转；切断电磁铁线圈电流，使电磁铁失去磁性，抛光盘中以宾汉姆黏塑性体形式存在的磁流变液重新转为液相；使工件离开磁流变液，从抛光头上卸下。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过传动机构使工件和电磁铁同步在180°范围内往复摆动，抛光轨迹行程长，使工件能得到大范围研抛，抛光充分，工件材料去除明显；在工件和电磁铁往复摆动的同时抛光盘做自转运动，运动干涉叠加充分，使工件表面形成的微观纹理轨迹复杂，抛光表面完整性和均匀性好。

2、本实用新型工件摆动和抛光盘转动相互叠加，便于抛光区域磁流变液的循环交换，使加工碎屑更容易跟随转为液相的磁流变液及时离开抛光区，不影响工件的抛光质量。

3、本实用新型磁流变抛光装置结构简单、紧凑，易于操作。

附图说明

图1为本实用新型磁流变抛光装置的原理结构示意图；

图2为上摇臂机构剖视图；

图3为下摇臂机构剖视图；

图4为传动机构的往复传动原理结构示意图；

图5为图4的左视图；

图6为抛光轨迹行程示意图。

图中：1-工件轴，2-上摇臂机构，2-1-工件轴套，2-2-上摇臂，2-3-上摇臂轴套，3-抛光头，4-工件，5-磁流变液，6-抛光盘，7-电磁铁，8-下摇臂机构，8-1-下摇臂，8-2-下摇臂轴套，9-转轴，10-传动机构，10-1-齿轮，10-2-齿条，10-3-偏心轮，10-4-工作板，10-5-滑块导轨。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

结合图1，本实用新型磁流变抛光装置包括抛光头3、盛有磁流变液5的抛光盘6和位于抛光盘下部、与抛光头对应的电磁铁7，待抛光工件4安装在抛光头3中。所述抛光头和电磁铁分别由传动机构10通过转轴9驱动的上摇臂机构2和下摇臂机构8带动可同步做小于180°的往复摆动；所述抛光盘在调速电机驱动下可绕轴向转动。

结合图1、图2和图3，所述上摇臂机构2包括上摇臂2-2，上摇臂的一端与工件轴套2-1固定连接，工件轴套通过键连接与工件轴1固接，工件轴的下端与抛光头固接，上摇臂的另一端与上摇臂轴套2-3固定连接；所述下摇臂机构8包括下摇臂8-1，下摇臂的中部带有供抛光盘的转轴穿越的弧形孔，弧形孔的弧长与下摇臂的摆动幅度相对应，下摇臂的一端与所述电磁铁的下端固定连接，下摇臂的另一端与下摇臂轴套8-2固定连接。

结合图4和图5，所述传动机构包括传动机构电机(未图示)、内嵌偏心轮10-3和侧部带有齿条10-2的工作板10-4(滑块安装在工作板底面上，导轨安装在未图示的基座上)、与齿条啮合的齿轮10-1、与齿轮通过键连接的转轴9和安装在工作板下部的滑块导轨10-5。所述上摇臂机构的上摇臂轴套2-3和所述下摇臂机构的下摇臂轴套8-2分别通过键连接固定在转轴9上。传动机构电机通过偏心轮驱动工作板在滑块导轨上按设定行程往复移动，通过工作板侧部的齿条驱动与其啮合的齿轮做小于180°的往复转动，齿轮带动与其键连接的转轴9做小于180°的往复转动，转轴带动与转轴固定连接的上摇臂机构和下摇臂机构同步做小于180°的往复摆动，上摇臂机构和下摇臂机构分别带动抛光头和电磁铁同步做小于180°的往复摆动，安装在抛光头中的工件4和电磁铁7同步摆动的行程轨迹如图6中A、B间弧线所示。

结合图1和图6，该磁流变抛光装置的抛光过程是，将工件装夹在抛光头中，调整工件与装有磁流变液的抛光盘的间隙，使其达到可抛光范围(一般小于2mm)。启动调速电机，驱动抛光盘以一定的角速度ω转动，将工件待加工面浸没磁流变液中，与电磁铁同步沿着抛光行程轨迹A—B做小于180°长行程弧线往复摆动。工件和电磁铁在极限A点开始抛光，沿着抛光行程轨迹至极限B点，做单行程抛光。抛光盘中对应区域的磁流变液在电磁铁作用下形成具有一定硬度和弹性的类固态宾汉姆黏塑性体，构成能承受较大剪切力和可控的点状区域抛光工具，该区域的磁流变液中抛光颗粒与工件下表面接触，利用类固态宾汉姆黏塑性体的剪切力对工件在该区域进行抛光。工件和电磁铁从极限B点沿着同样的行程轨迹至极限A点，完成一个抛光周期，磁流变液形成的类固态宾汉姆黏塑性体抛光工具对工件下表面完成全范围抛光，抛光行程长。与此同时，工件与电磁铁同步摆动，实现抛光区的磁流变液交换更新。由两项运动的叠加完成具有良好均化特性表面的长行程抛光过程。与此同时，随着抛光盘自转与电磁铁的往复摆动形成磁流变液类固态宾汉姆黏塑性体位置的不断改变，加工碎屑则跟随转为液相的磁流变液离开工件抛光区。