本发明涉及复杂曲面零件精密超精密加工领域，尤其涉及一种基于热流变材料的抛光方法与装置。
背景技术：
精密、超精密加工是获得高形状精度、表面精度和表面完整性的必要手段，其中抛光是决定表面质量优劣至关重要的一步，随着对产品质量和多样化的要求日益提高，微小尺寸、复杂型面零件在航空、航天、国防以及高科技民用领域应用越来越广泛，这些零件尺寸小、多数属于硬脆难加工材料，对加工精度、可靠性要求很高，不允许存在表面损伤或者亚表面损伤，还要求具备高效、成批生产的能力，这些对目前的表面处理技术又提出了巨大的挑战。传统的抛光方法通常采用游离磨粒流、磨粒胶体对工件表面冲击达到材料去除的目的，这种方法能够得到较好的表面质量，但是依赖操作者的工作经验，工作周期比较长，效率较低，加工质量得不到保证；或者，直接用普通的橡胶砂轮磨削工件表面，这种方法的材料去除率相对较高，但是橡胶砂轮对面型的适应性差，不适合抛光复杂曲面工件，而且用橡胶砂轮加工的零件容易残留表面损伤和亚表面损伤。
为了解决现有抛光技术存在的问题，一些专家学者开始以智能微纳米材料为载体研究新型抛光介质，如磁流变液、剪切增稠液等，然而这些智能材料抛光液的稳定性差、易沉降、配置成本高，对环境有一定的污染。热流变弹性体是一种刚度可变的温敏材料，在一定的温度范围内，弹性体会在微观上产生物理或化学性质的变化，在宏观上表现为材料刚度的变化，而且这种变化具有可逆性，可以用在精密超精密加工领域。
技术实现要素：
为了克服现有抛光技术中抛光介质对复杂型面适应性差、抛光效率低、自动化程度低、而成本较高的不足，本发明提供一种加工效率高、成本较低的基于热流变材料的抛光方法与装置。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种基于热流变材料的抛光方法，与现有的抛光设备结合使用，包括以下步骤：
1）将工件固定在位于抛光池中的驱动轴的夹具上，然后向抛光池中注满载热体；
2）启动载热体循环系统，用温控装置控制载热体温度，从而调节热流变弹性体磨头的刚度满足工艺要求；
3）调节夹具，同时控制抛光主轴运动，使热流变弹性体磨头与工件对磨，利用磨粒的微切削作用实现对工件表面材料的确定性去除；
4）重复步骤2）和步骤3），根据抛光工艺要求，通过控制载热体温度实时调节热流变弹性体磨头的刚度，继续用来抛光工件，直到获得符合要求的工件表面。
进一步，所述的抛光设备为数控机床。
进一步，所述的载热体是低粘度液体，可以为水、硅油、植物油等，能提供0~150℃的恒温环境。
进一步，所述的热流变弹性体磨头主要由磨料、导热填充物和高分子聚合物基体组成，其刚度在不同的温度下具有特定的值。
进一步，所述步骤2）中，载热体循环系统使载热体循环流动，一方面通过接触式传热提供恒温环境，温度调节迅速，另一方面带走抛光产生的废屑并过滤掉。
进一步，所述步骤3）中，所述夹具可以转动，所述热流变弹性体磨头在抛光主轴的控制下可以上下左右移动、摆动及转动。
再进一步，所述磨粒优选为金刚石微粉、碳化硅微粉、氧化铝微粉等，所述导热填充物优选为石墨粉、石墨烯、导热碳纤维等，所述高分子聚合物基体优选为热塑性橡胶、橡胶复合物、改性沥青等。
还有一种基于热流变材料的抛光装置，与现有的抛光设备结合使用，所述抛光装置包括：抛光池、载热体、抛光主轴、热流变弹性体磨头、工件及夹具、载热体循环系统等，其中，所述载热体循环系统由过滤装置、高温液体恒温加热器、高温液体储液罐、低温液体储液罐、低温液体恒温加热器、温控装置、输液管以及泵组成，所述工件及夹具位于抛光池内部，与用于驱动夹具旋转的驱动机构连接，所述热流变弹性体磨头由抛光主轴夹持，并位于工件上方，所述载热体循环系统的循环出口与抛光池的上部入口连通，所述载热体循环系统的循环入口与抛光池的底部出口连通。
进一步，所述温控装置由抛光池内部的温度传感器、高温液体储液罐与低温液体储液罐出口的液体流量控制器以及控制电路组成，温度传感器、液体流量控制器与控制电路共同构成反馈回路及时迅速调节载热体温度。
进一步，所述过滤装置包括用于除去抛光过程产生的废屑的滤网以及与外部相连接的用于更新载热体的接口。
本发明的技术构思为：在载热体提供的恒温环境下，热流变弹性体磨头会产生微观上的物理或化学性质的变化，变化形式依高分子聚合物基体的类型而定，在宏观上表现为磨头刚度的变化，这种变化具有可逆性，根据待加工工件的面型、材质确定载热体的温度，进而确定热流变弹性体磨头的刚度，用来实现对工件表面的柔性抛光，抛光效率大大提高还能最大限度地减少表面损坏或亚表面损伤；载热体循环系统可以为热流变弹性体磨头的刚度变化提供稳定的恒温环境，采用载热体循环、冷、热流体调和方式调节温度，响应快捷迅速，载热体还可以通过循环将抛光过程中产生的废屑带走并过滤掉，从而避免了对加工过程的影响。
本发明的有益效果是：1)热流变弹性体磨头是一种磨粒完全固着的磨具，稳定性高，材料去除率高，所以具有较高的抛光效率；2）热流变弹性体磨头的刚度可以在温度的影响下变化，提高了对复杂型面的适应性，可以有效减少抛光过程中产生的表面损伤和亚表面损伤；3）热流变弹性体磨头的材料去除模型稳定，由数控机床控制磨头的运动姿态，自动化程度高；4）相对于用电阻丝对磨头直接加热，采用流体接触式传热，高、低温流体混合调温，温度分布会更加均匀，温控过程迅速高效，同时流体还具有清洁净化功能；5）整个装置结构简单，易于实现，成本相对较低。
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1为本发明的抛光装置示意图。
图2为本发明的热流变弹性体磨头结构图。
附图中，1为抛光池、2为载热体、3为抛光主轴、4为热流变弹性体磨头、5为工件、6为夹具、7为过滤装置、8为高温液体恒温加热器、9高温液体储液罐、10为低温液体储液罐、11为低温液体恒温加热器、12为温控装置、13为输液管、14为泵、401为抛光杆、402为微粉磨粒、403为导热填充物。
具体实施方式
参照图1和图2，本实施例的一种基于光流变材料的抛光方法，与现有的抛光设备结合使用，包括以下步骤但不限定于以下步骤，可以根据实际生产情况进行调整：
1）将工件5固定在位于抛光池1中的驱动轴的夹具6上，然后向抛光池1中注满载热体2；
2）启动载热体循环系统，用温控装置12控制载热体2温度，从而调节热流变弹性体磨头4的刚度满足工艺要求；
3）调节夹具6，同时控制抛光主轴3运动，使热流变弹性体磨头4与工件5对磨，利用磨粒的微切削作用实现对工件表面材料的确定性去除。
4）重复步骤2）和步骤3），根据抛光工艺要求，通过控制载热体温度实时调节热流变弹性体磨头的刚度，继续用来抛光工件，直到获得符合要求的工件表面。
进一步，所述的抛光设备为数控机床。
进一步，所述的载热体是低粘度液体，可以为水、硅油、植物油等，能提供0~150℃的恒温环境。
进一步，所述的热流变弹性体磨头主要由磨料、导热填充物和高分子聚合物基体组成，其刚度在不同的温度下具有特定的值。
进一步，所述步骤2）中，载热体循环系统使载热体循环流动，一方面通过接触式传热提供恒温环境，温度调节迅速，另一方面带走抛光产生的废屑并过滤掉。
进一步，所述步骤3）中，所述夹具可以转动，所述热流变弹性体磨头在抛光主轴的控制下可以上下左右移动、摆动及转动。
再进一步，所述磨粒优选为金刚石微粉、碳化硅微粉、氧化铝微粉等，所述导热填充物优选为石墨粉、石墨烯、导热碳纤维等，所述高分子聚合物基体优选为热塑性橡胶、橡胶复合物、改性沥青等。
一种基于热流变材料的抛光装置，与现有的抛光设备结合使用，所述抛光装置包括：抛光池1、载热体2、抛光主轴3、热流变弹性体磨头4、工件5及夹具6、载热体循环系统等，其中，所述载热体循环系统由过滤装置7、高温液体恒温加热器8、高温液体储液罐9、低温液体储液罐10、低温液体恒温加热器11、温控装置12、输液管13以及泵14组成，所述工件5及夹具6位于抛光池1内部，与用于驱动夹具6旋转的驱动机构连接，所述热流变弹性体磨头4由抛光主轴3夹持，并位于工件5上方，所述载热体循环系统的循环出口与抛光池1的上部入口连通，所述载热体循环系统的循环入口与抛光池1的底部出口连通。
进一步，所述温控装置由抛光池内部的温度传感器、高温液体储液罐与低温液体储液罐出口的液体流量控制器以及控制电路组成，温度传感器、液体流量控制器与控制电路共同构成反馈回路可及时迅速调节载热体温度。
进一步，所述过滤装置包括用于除去抛光过程产生的废屑的滤网以及与外部相连接的用于更新载热体的接口。
实际抛光过程中，夹具可以固定各种形状的工件，包括平面体、球面体、非球面体、圆柱体、凸台以及其他形状不规则的工件，本实施例选取非球面体玻璃镜头为待加工件，热流变弹性体磨头由优选的5000目金刚石微粉作为磨粒、导热碳纤维作为导热填充物、改性沥青作为聚合物基体制备而成，优选水作为载热体，可提供0~100℃的温度环境。先将待加工件装在夹具上，向抛光池内注满水，根据加工工艺确定热流变弹性体磨头的初始刚度，然后调节循环水到相应的温度（当需要升高循环水的温度时，可以控制液体流量控制器加大高温液体储罐中水的流量；当需要降低循环水的温度时，可以控制液体流量控制器加大低温液体储罐中水的流量，同时用温度传感器检测抛光池中的水温，并实时反馈给控制电路），启动驱动器使工件旋转，控制抛光主轴使热流变弹性体磨头按照数控机床计算好的轨迹与工件接触摩擦，借助磨粒的微切削作用定量去除工件表面材料，同时循环水带走抛光时产生的废屑以保证抛光区的清洁，当需要改变磨头的刚度时，可以实时调节循环水的温度到特定的值，持续抛光直到工件的表面质量满足工艺要求为止。
上述结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，凡采用了本发明的方法构思和技术方案进行非实质改进，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其他场合的，均在本发明的保护范围之内。