一种可组态重构的磁流变抛光装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于光学元件加工领域，具体涉及一种可对磁流变抛光系统各功能单 元进行组态重构的抛光装置，在一台磁流变抛光机床上实现不同规格柔性磨头与传输不同 类型抛光液介质快速组合可形成四种不同加工能力的抛光工具轴，适于加工多尺寸规格、 多种材质光学元件的高精度磁流变抛光。
【背景技术】
[0002] 磁流变抛光技术被誉为光学制造界的革命性技术，它利用磁流变抛光液的可控流 变性实现对工件材料的精确微量去除，能高效率获得数十纳米以下高精度型面、纳米级表 面质量且近无亚表面缺陷，很好地满足航天、航空和国防等领域的加工要求，有着广阔的应 用前景。
[0003] 目前的磁流变抛光装置，磁流变抛光液经由循环系统及管路、抛光轮带入抛光区 域，在区域梯度磁场作用下，成为具有粘塑性的Bingham介质，形成具有一定形状的柔性凸 起抛光缎带，该缎带流经工件在工件表面产生的剪切力，实现对工件表面材料的去除。
[0004] 根据相关文献和专利可知，目前国内开发的磁流变抛光装置，主要配置单柔性 磨头。发明名称为"用于大口径非球面光学零件的磁流变抛光装置"的中国专利（公布号 CN101318294A)文献，公开了配置一个较大规格柔性磨头的磁流变抛光装置，生成的去除函 数形态较大，无法满足CPP的加工要求；发明名称为"用于高陡度光学零件的磁流变抛光装 置"的中国专利（公布号：CN101323098A)文献和发明名称为"一种小口径非球面永磁式磁流 变抛光机床"的中国专利（公布号：CN103072047A)文献，分别公开了仅配置一个小规格柔性 磨头的磁流变抛光装置，但不具备大口径光学元件的加工能力。发明名称为"双柔性磨头磁 流变抛光装置"的中国专利（公布号：CN102632435A)文献，公开了一种配置大小柔性磨头、 可传输不同类型磁流变抛光液介质的大小流量循环系统的磁流变抛光装置，同时满足大口 径平面类和位相类元件的加工，但该装置的磨头系统与循环系统是一一对应、固定组合，无 法实现大小柔性磨头与传输不同类型磁流变抛光介质的循环系统之间的灵活组合使用，限 制了该磁流变抛光装置的加工能力和加工效率。
【发明内容】
[0005] 本实用新型提供一种大小柔性磨头和传输不同类型磁流变抛光液介质的循环单 元间进行组态重构的磁流变抛光装置，通过大小柔性磨头分别与循环单元I、循环单元II 间的不同组态和系统重构，可形成"大柔性磨头+循环单元I"、"大柔性磨头+循环单元 II"、"小柔性磨头+循环单元I"、"小柔性磨头+循环单元II"四种具有不同加工能力的工 具轴，并且这四种工具轴在同一磁流变抛光装置中可快速组合和切换，从而实现磁流变抛 光装置对被加工零件材质、加工尺度、加工精度和加工效率的广泛适应性。
[0006] 本实用新型的目的，通过如下技术方案来实现：
[0007] 本实用新型所述的一种可组态重构的磁流变抛光装置，包括磁流变液循环管路、 大小两套柔性磨头单元（大柔性磨头单元和小柔性磨头单元）、传输不同抛光液介质的两 套循环单元(循环单元I和循环单元II)和PLC控制单元，磁流变液循环管路连接循环单元 I、循环单元II、大柔性磨头单元、小柔性磨头单元，形成磁流变液循环控制闭合回路。
[0008] 柔性磨头单元包括抛光轮、磁场、喷嘴、传感检测器件及流体传输管路等，柔性磨 头单元将经由循环单元的磁流变抛光液由抛光轮带入抛光区域，形成具有抛光能力的柔性 凸起抛光缎带，实现对工件表面材料的去除，并将抛光区域的抛光缎带由抛光轮带回回收 器。
[0009] 循环单元包括离心泵、搅拌器、磁流阀、流量计、管路流体状态在线检测装置、回收 器、回收泵、载液罐、微量泵、抛光液储存罐及流体传输管路和回收管路等。抛光液在抛光液 储存罐中经搅拌器匀化，并通过离心泵泵入传输管路、并通过离心泵的转速调节快速调节 管路流量；然后抛光液通过磁流阀调控其流量、流量计将管路实际流量值反馈回PLC控制 器，通过闭环回路实现对流量的精确调控；然后通过喷嘴传输至柔性磨头单元；管路流体 状态在线检测装置对管路流体成分的检测值反馈回PLC控制器单元，并通过微量泵补液调 控抛光液成分维持稳定；然后抛光液经由回收器、回收泵和回收管路回到抛光液储存罐中， 从而实现对抛光液介质的传输与回收、流量和压力调节、抛光液介质的匀化与更新等。在循 环管路和回收管路中，通过三通电磁阀实现管路输入流体的选择和管路输出流体的控制。
[0010] PLC控制单元主要由过程控制器、磁流阀恒流源、磁场恒流源、离心泵驱动器、回收 泵驱动器、抛光轮驱动器、传感仪表等，实现对磁流变抛光系统参数的配置、各功能单元的 监测与控制、系统的磁流变抛光工艺过程控制和逻辑控制。
[0011] 本实用新型的特点是：构成磁流变抛光装置的各功能单元模块化，可灵活组态重 构，一方面可以形成具有四种不同加工能力的工具轴，满足被加工零件材质、加工尺度、加 工精度的不同应用需求，扩展了磁流变装置的加工能力和加工效率；另一方面，提高了设备 功能单元的重用性，当某一功能部件存在故障时候，通过重新组态重构，确保抛光装置有一 套磁流变抛光系统能够正常工作，实现在不影响装置工作的情况下，更换功能部件。
【附图说明】
[0012] 图1是可组态重构的磁流变抛光装置结构示意图；
[0013] 图2是本实用新型的磁流变抛光控制流程图。
【具体实施方式】
[0014] 下面结合附图对本实用新型的作详细说明。
[0015] 图1中，1?抛光液储存罐，2.离心泵I，3?-进二出电磁阀I1，4.二进一出电 磁阀I2, 5.磁流阀I，6. -进二出电磁阀I3, 7.二进一出电磁阀I4,8.流量计，9.管 路流体状态在线检测装置I，10. -进二出电磁阀I5,11.二进一出电磁阀I6,12.喷嘴 I，13.抛光轮I和磁场，14.PLC控制器，15.回收器I，16. -进二出电磁阀17,17.二 进一出电磁阀I8,18.回收泵I，19. 一进二出电磁阀I9, 20.二进一出电磁阀I10, 21. 载液罐I，22.微量泵I，23.搅拌器I，24.二进一出电磁阀II6, 25. -进二出电磁阀 II5,26.管路流体状态在线检测装置II，27.流量计II，28.二进一出电磁阀II4,29. - 进二出电磁阀II3，30.磁流阀II，31.二进一出电磁阀II2,32. -进二出电磁阀III， 33.离心泵II，34.喷嘴II，35.抛光轮II件含磁场，36.回收器II，37. -进二出电磁阀 117,38.二进一出电磁阀118,39.回收泵11，40.-进二出电磁阀119,41.二进一出电 磁阀II10,42.载液罐II，43.搅拌器II，44.微量泵II，45.磁场I，46.磁场II。
[0016] 本实用新型的可组态重构的磁流变抛光装置，其系统组态方法如下。
[0017] 在磁流变抛光装置组态时，以抛光轮为核心部件和基准部件，即：大磨头磁流变 抛光系统以抛光轮I件13、小磨头磁流变抛光系统以抛光轮II件35为基准部件，电磁激励 的磁场I件45内置于抛光轮I件13,永磁激励的磁场II件46内置于抛光轮II件35 ;按照 表一所示，大磨头磁流变抛光系统和小磨头磁流变抛光系统对离心泵、磁流阀、流量计、回 收泵进行选择，控制系统程序将各单元的I/O物理地址映射至对应的大磨头磁流变抛光系 统或小磨头磁流变抛光系统的逻辑地址，以此建立逻辑中的器件与实际物理器件间的关联 与对应；下位软件通过控制电磁阀I1件3、电磁阀I2件4、电磁阀I3件6、电磁阀I4 件7、电磁阀I5件10、电磁阀I6件11、电磁阀I7件16、电磁阀I8件17、电磁阀I9件 19、电磁阀I10件20、电磁阀II1件32、电磁阀II2件31、电磁阀II3件29、电磁阀II4件 28、电磁阀II5件25、电磁阀II6件24、电磁阀II7件37、电磁阀II8件38、电磁阀II9件 40、电磁阀II10件41的通电与否逻辑，配置循环管路的正确连接，并通过控制电磁阀I9 件19、电磁阀I10件20、电磁阀II9件40、电磁阀II10件41的逻辑，实现磁流变抛光液回 收对应其传输均为同一抛光液储存罐，从而实现组态配置生效。
[0018] 表一
[0019]
【主权项】
1. 一种可组态重构的磁流变抛光装置，其特征在于：所述的抛光装置包括模块化的大 柔性磨头单元、小柔性磨头单元、循环单元I、循环单元II、PLC控制单元，所述循环单元I 和循环单元II具有磁流变液循环管路，连接循环单元I、循环单元II、大柔性磨头单元、小 柔性磨头单元，形成磁流变液循环闭合回路；PLC控制单元控制循环单元I和循环单元II 循环管路中的电磁阀，将"循环单元I和大柔性磨头单元"、"循环单元I和小柔性磨头单 元"、"循环单元II和大柔性磨头单元"、"循环单元II和小柔性磨头单元"形成磁流变液管路 传输循环回路。
2. 根据权利要求1所述可组态重构的磁流变抛光装置，其特征在于：所述大柔性磨头 单元由抛光轮I (13)和磁场I (45)组成，电磁激励的磁场I (45)内置于抛光轮I (13)内。
3. 根据权利要求1所述可组态重构的磁流变抛光装置，其特征在于：所述小柔性磨头 单元由抛光轮II (35)和磁场II (46)组成，永磁激励的磁场II (46)内置于抛光轮II (35)内。
【专利摘要】本实用新型提供了一种可组态重构的磁流变抛光装置。本实用新型采用模块组态重构系统的设计方法设计本装置，通过大小柔性磨头与循环单元Ⅰ和循环单元Ⅱ的不同组态和系统重构，形成“大柔性磨头+循环单元Ⅰ”、“大柔性磨头+循环单元Ⅱ”、“小柔性磨头+循环单元Ⅰ”、“小柔性磨头+循环单元Ⅱ”四种具有不同加工能力、可快速组合和切换的抛光工具轴，在同一台磁流变抛光装置中实现对零件材质、加工尺度、加工精度和加工效率的广泛适应性，解决了目前单台磁流变抛光装置加工能力和加工范围受局限的问题；同时本装置通过组态重构实现设备功能单元的复用，装置可靠性高。
【IPC分类】B24B1-00, B24B51-00
【公开号】CN204565795
【申请号】CN201520104676
【发明人】陈华, 黄文 , 吉方, 何建国, 罗清, 唐小会, 陈东生, 张连新, 郑永成, 张云飞, 魏齐龙, 鱼胜利, 刘坤
【申请人】中国工程物理研究院机械制造工艺研究所
【公开日】2015年8月19日
【申请日】2015年2月13日