[发明专利]一种叶片电极正负交替式电流变抛光装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种抛光工具，尤其涉及一种叶片电极正负交替式电流变抛光工具，属于超精密光学表面加工工具领域。 

背景技术

随着光电子通讯技术的发展，光电子设备元件的尺寸在逐渐减小。光电子工业产品中大量需求较低表面粗糙度的微型光学非球面透镜，这促进了对非球面透镜加工新方法的研究。传统的抛光加工工具主要为抛光盘。在加工微小超精密三维工件或模具时，由于抛光的工件表面尺寸微小，很难制造微小的抛光模以及将磨料稳定地聚集在加工区域，因此传统的抛光方法不能满足加工要求。为了获得较低的表面粗糙度，在抛光过程中利用了磁场和电场辅助的抛光方法。 

电流变技术的研究可追溯到20世纪50年代。美国学者Winslow首先发明和制造具有高电粘度效应的液体，即电流变液体。并于1947年申请了世界上第一个电流变专利，被世界公认为电流变技术的创始人。电流变技术是一种通过外加电场来控制材料流变特性的高新技术，电流变技术的物质基础是电流变液。电流变液是由介于纳米与微米尺度之间的介电颗粒与高绝缘液体混合而成的复杂流体，在施加电场时，介电颗粒在感应偶极矩的作用下，沿着电场线的方向形成链状、柱状结构，这些链状、柱状结构改变了电流变液体的流变特性。使具有明显的屈服应力，成为强度可以与一般固体相比较的类固态(弱固态)物质，这种特殊的物理现象称为电流变效应。 

电流变技术应用于抛光领域最早由日本东北大学的厨川长源（T.Kuriyagawa）等人在1999年提出的，并且他在电流变液中混入微细磨料，通过外加高电压，电流变液在工具电极附近就会形成具有一定表观粘度和剪切力的柔性抛光头，并跟随工具电极运动对工件表面产生剪切，实现抛光。该技术是一种结合电动力学、流体力学和分析化学理论相结合的新型光学表面加工技术。在计算机的辅助下，可以实现高精度的确定性抛光。 

电流变液抛光技术由于其抛光斑尺寸小，从而可以准确地控制去除量，且不产生亚表面破坏层，有利于获得更高的表面粗糙度，制造超光滑表面。然而， 采用传统的针状电流变抛光工具进行抛光时，由于其剪切速度小且抛光压力有限，根据普雷斯顿经验方程可知，其去除效率较低；同时由于传统工具正负电极都是采用分离式安装，导致正负电极之间的电力线会因电极的高速旋转而发生断裂，从而影响电流变效应的稳定性。 

发明内容

本发明的目的是为了解决已有的电流变抛光工具材料去除率低以及工具正负电极一体化难度大的问题，设计了一种叶片电极正负交替式电流变抛光装置。该装置的结构采用流线型的设计，结合电场的非线性分布，能显著提高材料去除效率；并且该抛光装置的正负电极叶片交替周期排列，使电场分布紧凑，电流变效应充分体现；同时该抛光装置的正负极实现了整体旋转，有效避免了旋转过程中电力线断裂的问题，可实现复杂光学表面的确定性、柔性抛光。 

本发明采用的技术方案是： 

一种叶片电极正负交替式电流变抛光装置，包括电机、螺母、支架、绝缘套、转接板、联轴器、支撑杆、转轴、底座、电刷套、螺钉、圆环电刷、阳极导电圆筒、绝缘圆筒等，还包括集成电极抛光头。 

所述集成电极抛光头，包括阳极抛光叶片、叶片绝缘套、阴极抛光叶片；其连接关系为：阴极抛光叶片与转轴下端固定构成阴极,在与阳极导电圆筒接触处用叶片绝缘套绝缘；阳极抛光叶片与阳极导电圆筒固定构成阳极，通过叶片绝缘套与转轴固定，并与阴极抛光叶片交替分布，形成集成电极抛光头； 

所述集成电极抛光头，在电机的带动下可作自转运动； 

所述电机安装在支架上；支架通过其上的转接板固定在精密数控机床上，控制支架做多自由度运动；转轴上端与电机转子通过联轴器固定，转轴下端与电极抛光头固定为一体； 

所述转轴与直流高压电源负极连接，使阴极抛光叶片作为阴极； 

所述支撑杆的上端穿过支架上的螺孔和绝缘套，并通过螺母与支架固定，支撑杆的下端穿过底座上的螺孔和绝缘套，用螺母与底座固定连接；将电刷套固定在底座中心处；圆环电刷固定于电刷套的凹槽内，并且圆环电刷内侧与阳极导电圆筒外侧紧密接触； 

所述底座与直流高压电源正极连接，使得底座、电刷套、圆环电刷、阳极导电圆筒、阳极抛光叶片为阳极；