[发明专利]基于非牛顿流体剪切增稠机理抛光方法的加工装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于非牛顿流体剪切增稠机理抛光方法的加工装置。

背景技术

各种面形零件广泛应用于天文、航空、汽车零部件、模具等领域。如在天文观测领域使用非球面光学零件能够很好地矫正多种像差，提高观测设备的鉴别能力并简化设备结构；复杂曲面反射镜可有效减少反射次数和功率损失，提高设备的精度以及稳定性；随着产品外形设计日趋复杂与精度要求的提高，模具及汽车零部件越来越多的应用了复杂曲面外形；大量的模具型腔采用复杂的自由曲面；在航空及航海领域，涡扇发动机、涡轮机发动机叶片以及大型船用螺旋桨等零件就属于大中型复杂曲面。复杂曲面的加工质量对设备性能有重要影响，如光学系统中的反射镜，其面型误差会给系统成像带来各种像差，而其表面粗糙度则会使光线发生大角度散射，降低镜面反射率及系统分辨率；美国太阳动力学观测站(Solar dynamics observatory，SDO)中焦距为3750mm的AIA望远镜，其反射镜的表面粗糙度为0.44nm，所导致的散射在13.1~30.4nm波段产生了约0.42″的分辨率误差；而应用于发电机组的涡轮叶片，其表面经过精密加工后发电机组的整机效率可提高1%；航空发动机的压气机转子叶片在经过精加工其面型误差由60μm降至12μm、表面粗糙度由0.5μm降至0.2μm后，则发动机的压缩效率将由87%提高至94%；潜艇的螺旋桨叶片表面经过精加工后其噪音将降至原来的15%。

目前开发的曲面抛光技术主要包括计算机控制表面成型、磨粒流抛光、电解抛光、磁场辅助抛光以及气囊抛光等。计算机控制表面成型属于传统的接触式抛光技术，一般是通过较小的抛光工具来适应工件曲面曲率的变化，以牺牲抛光效率来获得高的面形精度要求，但接触式抛光中抛光工具曲率与被加工曲面曲率吻合差，影响了抛光的精度；加工效率较低，且表面质量对磨粒尺寸差异敏感。磨粒流抛光是通过载有磨料的黏弹体在压力下反复通过工件表面实现抛光加工，其需要复杂的磨粒流推动系统，且工件抛光效率较低；电解抛光加工表面质量好，加工效率高，但其仅适用于部分金属工件，且电解液易对环境造成不利影响。磁场辅助抛光方法是利用磁场控制磁性磨粒或磁流变抛光液对工件表面进行抛光，是一类高效、柔性的抛光方法，能够获得很好的加工效果，但较为复杂的磁场辅助设备和较高的加工介质使用成本制约了这类抛光方法的应用。气囊抛光是使用一个气压可控的充气气囊作为抛光工具进行抛光加工，由于加工工具尺寸的限制仅可抛光中-大口径曲面，且对工件边缘抛光质量控制较差。

一种利用非牛顿流体剪切增稠效应的抛光方法，主要是利用抛光液与工件接触部分受剪切而增稠，接触区域的抛光液的粘度增大，增强了对磨粒或微粉的把持力，抛光液中具有抛光作用的磨粒或微粉对工件产生微切削作用或化学机械作用实现工件表面材料的去除，从而实现对工件表面的抛光。已公开中国发明专利，申请号：201210192915.8，专利名称：一种基于非牛顿流体剪切增稠效应的超精密曲面抛光方法，由于所采用加工方式的局限性或者一些技术上的难题没有解决，该发明尚没有解决基于非牛顿流体剪切增稠机理的抛光装置及相关设备问题。

发明内容

针对目前的抛光装置的抛光效果差、成本高、对工件边缘抛光质量控制差的问题，本发明提出了一种适用范围广、加工能力强、效率高、成本低、装置结构与控制简单、高效环保的基于非牛顿流体剪切增稠机理抛光方法的加工装置。

本发明所述的基于非牛顿流体剪切增稠机理抛光方法的加工装置，其特征在于：包括工作台、抛光工具系统、磨料液循环装置、计算机控制模块，所述的抛光工具安装在所述的工作台上的龙门架上，所述的磨料液循环装置的进口与所述的工作台上设置的磨料回流口连通，所述的工作台、抛光工具系统、磨料液循环装置分别与所述的计算机控制模块连接；

所述的工作台带有装夹各类尺寸大小的工件的工件夹具，并且具有多个的自由度，在所述的计算机控制模块的控制下作出适应各类面形抛光时所需要的工件的位姿变换；

所述的抛光工具系统固定于工作台的龙门架横梁下方，并位于装夹于工作台的待加工工件的上方，具有多个自由度，且绕中心轴自转的抛光工具由所述的计算机控制模块精确控制运行轨迹；