一种小尺寸磁流变抛光装置的设计方法及抛光装置

本发明涉及高精度抛光领域，尤其涉及一种小尺寸磁流变抛光装置的设计方法及抛光装置。

背景技术：

1、随着各种先进光学系统的不断发展，对小口径(直径一般为几毫米到几十毫米)、高陡度甚至面形具有特定浮雕结构的光学元件(例如连续位相元件)的需求不断增加。而这些光学元件均需要达到较高的表面质量和面形精度。磁流变抛光因高确定性、高材料去除稳定性、高表面质量和无亚表面损伤的显著优势被广泛应用于光学元件制造过程。1995年美国rochester大学首次将磁流变抛光技术应用于光学元件的加工，其加工装置中磁场发生装置为抛光提供柔性抛光工具，抛光平台为光学元件提供一定的运动。磁流变液通过循环系统离心泵喷射到抛光轮表面并随着抛光轮回收到循环系统中，通过调整节磁场发生装置的磁场强度，可以实现梯度磁场的产生，在抛光轮表面形成半固体bingham介质抛光缎带，实现对光学元件表面材料的去除，容易地获得具有优异表面质量和高表面形状精度的部件。因此，mrf方法特别广泛地应用于非球面等复杂光学器件的超精密加工工艺过程中。

2、而对于现有的轮式磁流变抛光技术，其抛光轮的尺寸决定了所能加工光学元件的口径和去除函数的尺寸,如果加工尺寸更小、更高梯度甚至表面具有微小结构的光学元件则应用现有尺寸的抛光工具将导致面形不收敛或者较差的面形，甚至抛光轮与加工元件发生干涉导致不能加工。此外经过先前研究表明，更小的去除函数将有更好的频谱修正能力，从而更有效的抑制加工元件表面频段误差。因此需要制造更小尺寸的磁流变抛光工具获得更小的去除函数，但目前仍缺乏相关的技术。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种小尺寸磁流变抛光装置的设计方法及抛光装置。

2、为实现上述发明目的，本发明提供一种小尺寸磁流变抛光装置的设计方法，包括以下步骤：

3、s1.确定出用于磁流变抛光装置的磁体的磁体结构和磁体参数；其中，所述磁体参数包括：磁体体积和独立形状参数；

4、s2.确定出用于磁流变抛光装置的抛光轮的抛光轮结构和抛光轮尺寸，并基于所述抛光轮尺寸确定出所述磁体的磁体体积；

5、s3.建立包含所述磁体和所述抛光轮的仿真模型，以及，基于所述仿真模型并采用正交试验法对所述独立形状参数中所包含的各个参数进行重要度排序并输出重要度排序结果；

6、s4.基于所述重要度排序结果对所述独立形状参数中的各个参数逐一优化，完成所述磁体的设计。

7、根据本发明的一个方面，确定出用于磁流变抛光装置的磁体的磁体结构的步骤中，所述磁体包括两个对称的磁极；

8、所述磁极包括：磁极上部，与所述磁极上部相连接的磁极下部；

9、所述磁极下部的下端面与所述磁极上部的上端面相平行的设置，所述磁极下部的外侧面包括倾斜的第一平面部分和用于连接所述第一平面部分和所述下端面的过渡部分，所述磁极下部的内侧面包括倾斜的第二平面部分和用于连接所述第二平面部分和所述下端面的竖直平面部分；

10、确定出用于磁流变抛光装置的磁体的磁体参数的步骤中，所述独立形状参数基于所述磁体结构的获得，其包括：所述第一平面部分的第一倾斜角β，所述第二平面部分的第二倾斜角α，所述下端面的下端面宽度e2，所述磁体下端开口的半开口宽度e1。

11、根据本发明的一个方面，确定出用于磁流变抛光装置的抛光轮的抛光轮结构的步骤中，所述抛光轮呈圆环状，且其外环面呈弧状；

12、确定出用于磁流变抛光装置的抛光轮的抛光轮尺寸的步骤中，所述抛光轮的外径为10～15mm，壁厚为0.4mm～1.5mm。

13、根据本发明的一个方面，基于所述抛光轮尺寸确定出所述磁体的磁体体积的步骤中，基于所述抛光轮的抛光轮尺寸和所述磁体与所述抛光轮的内环面之间的间隔确定出所述磁体的磁体体积。

14、根据本发明的一个方面，基于所述仿真模型并采用正交试验法对所述独立形状参数中所包含的各个参数进行重要度排序并输出重要度排序结果的步骤中，所述重要度排序结果包括：用于表示对磁场强度影响程度的第一重要度排序结果，用于表示对场强衰减率影响程度的第二重要度排序结果。

15、根据本发明的一个方面，基于所述仿真模型并采用正交试验法对所述独立形状参数中所包含的各个参数进行重要度排序并输出重要度排序结果的步骤中，包括：

16、根据预设的最优设计要求及所述抛光轮尺寸的限制，基于所述仿真模型并采用正交试验法分析所述独立形状参数中每个参数对磁场强度及场强衰减率的影响权重；

17、基于所述影响权重对所述独立形状参数中的每个参数进行排序；其中，所述第一重要度排序结果为：e2,e1,β,α对磁场强度的影响依次增大；所述第二重要度排序结果为：e1,e2,β,α对场强衰减率的影响依次增大。

18、根据本发明的一个方面，基于所述重要度排序结果对所述独立形状参数中的各个参数逐一优化，完成所述磁体的设计的步骤中，选择所述第一重要度排序结果或所述第二重要度排序结果对所述独立形状参数中的各个参数逐一优化，且所述第一重要度排序结果的选择优先级高于所述第二重要度排序结果。

19、为实现上述发明目的，本发明提供一种采用前述的设计方法所获得的抛光装置，包括，磁体和抛光轮；

20、所述磁体位于所述抛光轮中，且所述磁体与所述抛光轮的内环面具有间隔的设置；

21、所述磁体包括两个对称的磁极；

22、所述磁极包括：磁极上部，与所述磁极上部相连接的磁极下部；

23、所述磁极下部的下端面与所述磁极上部的上端面相平行的设置，所述磁极下部的外侧面包括倾斜的第一平面部分和用于连接所述第一平面部分和所述下端面的过渡部分，所述磁极下部的内侧面包括倾斜的第二平面部分和用于连接所述第二平面部分和所述下端面的竖直平面部分。

24、根据本发明的一个方面，所述抛光轮的外径为10～15mm，壁厚为0.4mm～1.5mm。

25、根据本发明的一种方案，本发明的小尺寸磁流变抛光装置实现了小尺寸的同时充分满足了磁流变液的稳定循环，并具有稳定的小尺寸去除函数，进而可充分实现小口径、高陡度光学零件的高精度加工、获得更高的频段控制能力。

26、根据本发明的一种方案，本发明通过对小口径轮式磁流变抛光装置设计及小尺寸去除函数对频段控制能力的研究，实现了对小口径磁流变抛光装备的制造和磁流变加工过程中去除函数的选取提供了理论依据，拓宽了磁流变抛光频谱修正范围及应用范围，具有很大的应用价值。

技术特征：

1.一种小尺寸磁流变抛光装置的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的设计方法，其特征在于，确定出用于磁流变抛光装置的磁体的磁体结构的步骤中，所述磁体包括两个对称的磁极；

3.根据权利要求2所述的设计方法，其特征在于，确定出用于磁流变抛光装置的抛光轮的抛光轮结构的步骤中，所述抛光轮呈圆环状，且其外环面呈弧状；

4.根据权利要求3所述的设计方法，其特征在于，基于所述抛光轮尺寸确定出所述磁体的磁体体积的步骤中，基于所述抛光轮的抛光轮尺寸和所述磁体与所述抛光轮的内环面之间的间隔确定出所述磁体的磁体体积。

5.根据权利要求4所述的设计方法，其特征在于，基于所述仿真模型并采用正交试验法对所述独立形状参数中所包含的各个参数进行重要度排序并输出重要度排序结果的步骤中，所述重要度排序结果包括：用于表示对磁场强度影响程度的第一重要度排序结果，用于表示对场强衰减率影响程度的第二重要度排序结果。

6.根据权利要求5所述的设计方法，其特征在于，基于所述仿真模型并采用正交试验法对所述独立形状参数中所包含的各个参数进行重要度排序并输出重要度排序结果的步骤中，包括：

7.根据权利要求6所述的设计方法，其特征在于，基于所述重要度排序结果对所述独立形状参数中的各个参数逐一优化，完成所述磁体的设计的步骤中，选择所述第一重要度排序结果或所述第二重要度排序结果对所述独立形状参数中的各个参数逐一优化，且所述第一重要度排序结果的选择优先级高于所述第二重要度排序结果。

8.一种采用权利要求1至7任一项所述的设计方法所获得的抛光装置，其特征在于，包括，磁体(1)和抛光轮(2)；

9.根据权利要求8所述的抛光装置，其特征在于，所述抛光轮的外径为10～15mm，壁厚为0.4mm～1.5mm。

技术总结
本发明涉及一种小尺寸磁流变抛光装置的设计方法及抛光装置，方法包括以下步骤：S1.确定出用于磁流变抛光装置的磁体的磁体结构和磁体参数；其中，所述磁体参数包括：磁体体积和独立形状参数；S2.确定出用于磁流变抛光装置的抛光轮的抛光轮结构和抛光轮尺寸，并基于所述抛光轮尺寸确定出所述磁体的磁体体积；S3.建立包含所述磁体和所述抛光轮的仿真模型，以及，基于所述仿真模型并采用正交试验法对所述独立形状参数中所包含的各个参数进行重要度排序并输出重要度排序结果；S4.基于所述重要度排序结果对所述独立形状参数中的各个参数逐一优化，完成所述磁体的设计。

技术研发人员：石峰,王博,宋辞,铁贵鹏,张万里,张志强,司海伦,彭星
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15