[发明专利]用于光学元件的磁场辅助柔性旋转刷抛光方法及装置

权利要求书

1.用于光学元件的磁场辅助柔性旋转刷抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)工件(3)由工件夹具(11)固定于抛光转台(12)上；抛光主轴(1)的直径为3～8mm，相应产生的磁流变抛光刷(2)的工作面覆盖直径为5～15mm；抛光主轴(1)在加工过程中带动磁流变抛光刷(2)旋转，实现主抛光运动，通过调节转速来调节加工去除率，转速为60～3000转/分；

(2)抛光主轴(1)和工件(3)加工表面之间的区域为磁场强化区，磁场由位于工件(3)加工表面另一侧的激励磁极(4)提供；在激励磁极(4)的磁场激励下，抛光主轴(1)被磁化，使得抛光主轴(1)和工件(3)加工表面之间的空间区域内产生梯度磁场，磁场强度范围为200～3000高斯；

(3)磁流变液进入磁场强化区后产生流变作用，形成类固体状的磁流变抛光刷(2)并由抛光主轴(1)带动转动；磁流变抛光刷(2)内部成链状结构，由磁流变液中的铁粉颗粒在磁场中排列聚集成链而形成，磁流变液中的磨料颗粒受到链化铁粉颗粒的挤压并聚集到加工表面处，同时被磁流变刷的旋转带动在加工表面形成剪切抛光运动；

(4)磁流变液在整个加工过程中保持循环更新，磁流变液从磁流变液注入口(17)进入抛光主轴(1)，在磁场强化区形成磁流变抛光刷(2)，同时由于加工过程中工件的运动，多余的磁流变液从抛光磨头中带出并回收至储液槽(7)中，储液槽(7)中的磁流变液再通过蠕动泵重新注入抛光主轴(1)，参与循环。

2.根据权利要求1所述的用于光学元件的磁场辅助柔性旋转刷抛光方法，其特征在于，所述磁流变液为水基型或油基型；水基磁流变液包含水、羰基铁粉、研磨抛光剂和添加剂，其中水的体积分数为50～60％，羰基铁粉的体积分数为30～40％，研磨抛光剂的体积分数为2～15％，添加剂的体积分数不超过5％；油基磁流变液包含硅油、羰基铁粉、研磨抛光剂和添加剂，其中硅油的体积分数为40～60％，羰基铁粉的体积分数为30～50％，研磨抛光剂的体积分数为2～20％，添加剂的体积分数不超过5％。

3.根据权利要求2所述的用于光学元件的磁场辅助柔性旋转刷抛光方法，其特征在于，所述磁流变液中羰基铁粉的粒度范围为3～10μm。

4.根据权利要求2所述的用于光学元件的磁场辅助柔性旋转刷抛光方法，其特征在于，所述研磨抛光剂包括氧化铝磨料、氧化铈磨料、碳化硅磨料和金刚石微粉。

5.根据权利要求2所述的一种光学元件抛光方法，其特征在于，所述添加剂为聚乙二醇或油酸。

6.用于光学元件的磁场辅助柔性旋转刷抛光装置，其特征在于，抛光转台底座(13)与数控XY工作台(14)固定连接，具有中心孔的抛光转台(12)安装于抛光转台底座(13)上；激励磁极(4)穿过抛光转台(12)中心孔与数控XY工作台(14)固定连接，工件(3)倒置安装固定在工件夹具(11)上，工件夹具(11)与抛光转台(12)固定连接，并保持工件(3)的对称轴和抛光转台(12)的转动中心重合；抛光主轴(1)由主轴驱动器(16)驱动转动，抛光主轴(1)具有中心通孔，磁流变液从磁流变液注入口(15)进入抛光主轴(1)并在另一端受磁场作用形成磁流变抛光刷(2)；摆动电机(9)固定在数控Z向工作台(8)上，并连接同步轮传动装置(10)，抛光主轴(1)与主轴驱动器(16)一同固定在同步轮传动装置(10)上，在加工过程中由摆动电机(9)驱动进行摆动。

7.根据权利要求6所述的用于光学元件的磁场辅助柔性旋转刷抛光装置，其特征在于，所述激励磁极(4)为永磁铁或电磁铁形式，其表面与工件(3)外表面保持0.5～10mm间隙，使得抛光主轴(1)和加工表面之间的空间区域内产生梯度磁场，磁场强度为200～3000高斯。

8.根据权利要求6所述的用于光学元件的磁场辅助柔性旋转刷抛光装置，其特征在于，所述抛光主轴(1)采用铁磁性材料制成，包括：碳素钢、铁、钴、镍及其合金材料；加工过程中保持与加工表面垂直并保持2～10mm的间隙。

9.根据权利要求6所述的用于光学元件的磁场辅助柔性旋转刷抛光装置，其特征在于，所述抛光主轴(1)和磁流变抛光刷(2)相接的端面为锯齿状，以增大旋转时对磁流变抛光刷(2)磨头的附着力。