[发明专利]复合运动姿态磁射流体喷射抛光装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种磁射流抛光工具头，尤其涉及对光学元件复合运动姿态磁射流体喷射抛光的装置，属于超精密光学表面加工领域。

背景技术

随着科技的不断发展，人们对光学零件的形状和质量的要求越来越苛刻，这也促进了各种抛光技术的蓬勃发展。目前，先进制造技术主要有：小工具头数控抛光技术、磁流变抛光技术、磨料水射流抛光技术等。小工具头数控抛光技术在研磨抛光过程中由于磨盘的磨损和变形，很难保证磨盘稳定的工作特性，从而降低了抛光误差收敛效率，再者，由于磨盘的尺寸的限制，使得难以对曲率较大的面型进行精确加工。磁流变抛光技术是一种柔性抛光技术，在抛光过程中抛光垫无磨损，因此能够实现稳定的超光滑表面抛光，但是由于需要磁场发生装置，所以难以实现抛光工具结构的精小化，因而难以实现对大梯度凹面的抛光。磨料水射流抛光技术是通过将带有磨料的液体喷射到工件表面，对表面产生切削作用，实现抛光的一项柔性抛光技术，抛光中，抛光头无磨损，且抛光斑面积较小，因此可以实现精确的超光滑表面加工，但是由于液柱在经过很短的距离后就发生紊乱，从而难以实现对较远距离的精确抛光，即难以实现对高陡度凹面面型的精确抛光。

磁射流技术是由磨料水射流及磁流变技术发展而来，主要使混合磨料的低粘度磁流变液的射流束通过局部轴向磁场后，发生磁流变效应来增加射流束表面的稳定性，形成集束性、保形性及准直性优良的硬化射流束喷射到工件表面实现残余误差的修正。因此不但可以实现超光滑面型的加工，而且在加工过程中对于喷嘴无损耗，最重要的是其能够实现远距离精确加工，对加工高梯度凹面有着明显的优势。

目前有两种磁射流喷头较为通用：一种磁射流喷头的结构是将喷嘴和线圈固定在底座，使得从喷头喷出的竖直方向的液体通过线圈产生竖直向磁场，直接冲击工件，对工件产生去除，再通过旋转和摆动工件来迎合喷射的液柱；另一种与第一种类似，但在喷射的时候使喷头相对于喷射中心有一定的偏心量，再通过电机带动喷头绕旋转中心旋转。这两种抛光方法可以实现三种喷射形式：第一种形式是垂直入射喷射，即喷射液柱的柱轴心和所加工点处工件面法线重合，其去除函数呈倒“W”形状；第二种形式是简单的斜入射喷射，即喷射液柱与加工点处工件面法线成一定角度，但是液柱不能绕此处工件面法线旋转，因此其去除函数呈现出中间去除大边缘去除小不规则的分布；第三种形式是有偏心量的旋转喷射，其去除函数为简单的回转对称类高斯形状。对于第一种形状的喷头，它能够实现前两种喷射方式，但难以实现呈回转对称的类高斯形状分布的去除函数的抛光，使得抛光的效率和精度降低；对于第二种形状的喷头，它可以获得第一种形式喷头所能得到去的除函数，而且可以获得回转对称的类高斯去除函数，但是为获得回转对称的去除函数，要求其喷射方式为垂直入射喷射，并且由于其控制偏心量不能大于喷射液柱的半径，从而约束了所能获得的类高斯状去除函数样式。本发明使得磁射流喷射抛光方式多样化，能够实现多种类型去除函数的抛光，进而实现高效精密抛光。

发明内容

本发明扩展了现有磁射流装置所能实现的抛光函数样式，使得抛光工件的面型质量和抛光效率得到提高。本发明提供一种复合运动姿态磁射流体喷射抛光装置，该喷头不仅能够实现现有的磁射流喷射方式，而且可以实现比现有磁射流喷射方式更加多样和实用的喷射加工方式，使得对各种面型的抛光质量和抛光误差收敛效率得到提高。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

本发明是一种复合运动姿态磁射流体喷射抛光装置，包括外壳、支架、旋转接头、电机、皮带轮、皮带、轴、空心轴滑环、空心轴滑环固定板、密封/固定圈、转接板、连接槽、燕尾槽、喷嘴、喷嘴卡盘、线圈、喷嘴固定架、软管、导线和螺栓。

所述支架固定在精密机床上；旋转接头和电机分别与支架固定，电机通过皮带传动旋转接头内轴转动；空心轴滑环内孔、旋转接头内轴与轴固定；密封/固定圈套在轴上，位于空心轴滑环和轴上出口之间；用转接板将连接槽和轴固定；利用燕尾槽将喷嘴固定架和连接槽连接；线圈、喷嘴卡盘和喷嘴卡入喷嘴固定架中；用软管将轴出口与喷嘴导通，用导线将空心轴滑环和线圈导通；外壳分别与空心轴滑环外壳、密封/固定圈外沿和支架固定。

所述旋转接头有一定的转速，所述旋转接头在转动过程中最大需要有1MPa的抗压性能。

所述密封/固定圈采用耐磨材料。

所述支架、轴、燕尾槽采用耐磨和高强度的材料，

所述喷嘴固定架、喷嘴和喷嘴卡盘采用高磁导率和高强度的耐磨材料制成。

所述液体导入管与旋转接头连接处、旋转接头内轴和轴连接处、轴上出口和软管连接处、软管和和喷嘴连接处应密封。