一種旋轉(zhuǎn)磁流變拋光磨輪裝置制造方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型涉及一種旋轉(zhuǎn)磁流變拋光磨輪裝置，主要包括磨輪、磁芯、線(xiàn)圈、磁刷、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述磨輪包括至少一個(gè)磁極結(jié)構(gòu)，每一所述磁極結(jié)構(gòu)包括一圈內(nèi)磁極、一圈外磁極、內(nèi)磁極和外磁極之間設(shè)有分隔內(nèi)磁極和外磁極的非導(dǎo)磁材料填充物。所述內(nèi)磁極沿周向分割成多個(gè)間隔設(shè)置的內(nèi)磁極塊，所述外磁極對(duì)應(yīng)沿周向分割成多個(gè)間隔設(shè)置的外磁極塊，所述內(nèi)磁極塊和外磁極塊一一相對(duì)，從俯視方向看，相對(duì)的內(nèi)磁極塊和外磁極塊之間最上端的距離最短，當(dāng)磁極結(jié)構(gòu)通電產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí)，磁流變液被磁化形成斷續(xù)的賓漢體。本實(shí)用新型利用磁流變液向強(qiáng)磁場(chǎng)部分聚集的特性，大大地提高了加工效率，采用多個(gè)磁極結(jié)構(gòu)陣列排布，可以實(shí)現(xiàn)大面積拋光。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種旋轉(zhuǎn)磁流變拋光磨輪裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及光學(xué)零件表面超光滑加工【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種旋轉(zhuǎn)磁流變拋光磨輪裝置。

【背景技術(shù)】
[0002]磁流變拋光技術(shù)是利用磁流變液在磁場(chǎng)中的流變性進(jìn)行拋光，即在強(qiáng)磁場(chǎng)的作用下，梯度磁場(chǎng)中發(fā)生流變而形成的具有黏塑性的柔性磨輪，表現(xiàn)為類(lèi)似固體的性質(zhì)，去掉磁場(chǎng)時(shí)又恢復(fù)其流動(dòng)特性的現(xiàn)象。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)零件表面的拋光要求零件與磨輪之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在添加拋光液后會(huì)形成剪切力，達(dá)到去除目的，實(shí)現(xiàn)零件表面的高質(zhì)量拋光。在磁流變拋光過(guò)程中，剪切力的大小決定拋光效率的快慢，而剪切力大小又與磁場(chǎng)強(qiáng)度，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度等多種因素決定。
[0003]在公開(kāi)的磁流變拋光技術(shù)中，有各種形狀的磁流變磨輪結(jié)構(gòu)以及產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的方式，如:
[0004]中國(guó)專(zhuān)利ZL96198445.7公開(kāi)的是美國(guó)羅切斯基大學(xué)發(fā)明的磁流變拋光方法，采用一個(gè)點(diǎn)接觸式加工工具，加工過(guò)程中，加工工具保持固定不動(dòng)，其通過(guò)帶輪帶動(dòng)磁流變液進(jìn)去拋光區(qū)域，工件旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生大剪切力形成拋光。中國(guó)專(zhuān)利ZL03153996.3還公開(kāi)了一種電磁方式磁流變拋光頭，磨頭在加工過(guò)程中形成一個(gè)線(xiàn)狀具有黏塑性的柔性磨輪，通過(guò)磨輪的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)工件的拋光。中國(guó)專(zhuān)利ZL200910052609.2公開(kāi)了高效率可控多磨頭磁流變拋光裝置，采用單環(huán)或多環(huán)的圓周磁極結(jié)構(gòu)，同時(shí)采用陣列排布以實(shí)現(xiàn)不同用途工件的加工。中國(guó)專(zhuān)利ZL200820228337.8公開(kāi)了一種環(huán)帶旋轉(zhuǎn)式磁流變拋光頭，該技術(shù)在采用環(huán)帶磁極結(jié)構(gòu)，在加工過(guò)程中通過(guò)環(huán)帶磁極結(jié)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而達(dá)到工件表面拋光的目的。
[0005]上述磁流變拋光磨頭裝置都能夠?qū)崿F(xiàn)工件的表面拋光，具有一定的新穎性，但是在這些技術(shù)中忽略了一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)磁流變拋光的關(guān)鍵需要形成剪切力，剪切力越大，其拋光的效率越高，現(xiàn)有的技術(shù)依靠增大磁場(chǎng)強(qiáng)度和提高相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度來(lái)實(shí)現(xiàn)，相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度增加能讓剪切力增加，但只有部分的剪切力起到拋光作用，由于這些技術(shù)采用的是連續(xù)磁極結(jié)構(gòu)，在剪切力大于磁流變液與磨輪之間的摩擦力時(shí)，磁流變液會(huì)沿著磁場(chǎng)分布方向滑動(dòng)，因此現(xiàn)有磁流變拋光過(guò)程中剪切力的大小實(shí)際是受到磁流變液和磁極之間的摩擦力的限制。而要增大剪切力，就必須增大摩擦力，常用的方法是增大磁場(chǎng)強(qiáng)度，即增加磁流變液和磁極之間的吸引力，一般摩擦力近似等于吸引力乘以摩擦系數(shù)，摩擦系數(shù)必須小于等于1，一般實(shí)際應(yīng)用小于0.5，因此通過(guò)增大磁場(chǎng)強(qiáng)度的方法是很難增加有效的剪切力。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0006]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本實(shí)用新型的目的是在于提供一種提高有效剪切力，提高加工效率，實(shí)現(xiàn)大面積拋光的旋轉(zhuǎn)磁流變拋光磨輪裝置。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型可以通過(guò)以下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0008]一種旋轉(zhuǎn)磁流變拋光磨輪裝置，包括磨輪、磁芯、線(xiàn)圈、磁刷、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述磨輪包括至少一個(gè)磁極結(jié)構(gòu)，每一所述磁極結(jié)構(gòu)包括一圈內(nèi)磁極、一圈外磁極、內(nèi)磁極和外磁極之間設(shè)有分隔內(nèi)磁極和外磁極的非導(dǎo)磁材料填充物，每一所述磁極結(jié)構(gòu)的內(nèi)磁極與外磁極的極性相反，所述磨輪固定在磁芯上，所述線(xiàn)圈繞設(shè)在磁芯上，所述磁刷給線(xiàn)圈供電，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)磨輪、磁芯和線(xiàn)圈旋轉(zhuǎn)。所述內(nèi)磁極沿周向分割成多個(gè)間隔設(shè)置的內(nèi)磁極塊，所述外磁極對(duì)應(yīng)沿周向分割成多個(gè)間隔設(shè)置的外磁極塊，所述內(nèi)磁極塊和外磁極塊一一相對(duì)，從俯視方向看，相對(duì)的內(nèi)磁極塊和外磁極塊之間最上端的距離最短，當(dāng)磁極結(jié)構(gòu)通電產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí)，磁流變液被磁化形成斷續(xù)的賓漢體。
[0009]進(jìn)一步的，所述多個(gè)內(nèi)磁極塊的底端連在一起，所述多個(gè)外磁極塊的底端端連在一起，內(nèi)磁極和外磁極各自為一個(gè)整體，便于磁極通電產(chǎn)生磁場(chǎng)。
[0010]進(jìn)一步的，所述磨輪包含多個(gè)磁極結(jié)構(gòu)，多個(gè)磁極結(jié)構(gòu)由內(nèi)至外依次設(shè)置，每個(gè)磁極結(jié)構(gòu)的內(nèi)磁極塊和外磁極塊的數(shù)量相同，相鄰的兩個(gè)磁極結(jié)構(gòu)之間的磁極塊位置相對(duì)應(yīng)，相鄰的兩個(gè)磁極結(jié)構(gòu)相對(duì)的磁極塊連接在一起，相鄰的兩個(gè)磁極結(jié)構(gòu)相連的磁極塊極性相同。采用這種結(jié)構(gòu)可以形成多個(gè)斷續(xù)的賓漢體，適用于大口徑平面光學(xué)零件的加工。
[0011]進(jìn)一步的，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、軸承、皮帶輪1、皮帶輪I1、皮帶和機(jī)座，所述磁芯固定在軸承的內(nèi)圈上，所述軸承的內(nèi)圈與皮帶輪I固定連接，所述軸承的外圈和電機(jī)固定在機(jī)座上，所述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)有皮帶輪II，所述皮帶輪I和皮帶輪II通過(guò)皮帶連接起來(lái)。
[0012]進(jìn)一步的，所述內(nèi)磁極和外磁極的磁極塊頂端端面平齊，使所產(chǎn)生的賓漢體線(xiàn)條流暢。所述內(nèi)磁極和外磁極的磁極塊底端端面平齊，有利于磁極安裝在磁芯上。
[0013]進(jìn)一步的，所述磁芯為W形。
[0014]進(jìn)一步的，所述磨輪包含三個(gè)磁極結(jié)構(gòu)。
[0015]本實(shí)用新型采用斷續(xù)狀的磁極結(jié)構(gòu)，可形成斷續(xù)狀的賓漢體，利用磁流變液向強(qiáng)磁場(chǎng)部分聚集的特性，在磨輪旋轉(zhuǎn)的情況下，有效的剪切力的大小就等于磁極對(duì)磁流變液吸引力加上摩擦力，磁流變拋光過(guò)程中的剪切力能夠成倍的增加，大大地提高了加工效率，采用多個(gè)磁極結(jié)構(gòu)陣列排布，可以實(shí)現(xiàn)大面積拋光。
[0016]本實(shí)用新型的單個(gè)磁極結(jié)構(gòu)的磨輪裝置適用于球面和平面光學(xué)零件的加工。
[0017]本實(shí)用新型的多個(gè)磁極結(jié)構(gòu)的磨輪裝置適用于大口徑平面光學(xué)零件的加工。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖2是本實(shí)用新型的包含一個(gè)磁極結(jié)構(gòu)的磨輪的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖3是本實(shí)用新型的包含三個(gè)磁極結(jié)構(gòu)的磨輪的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0021]圖4是本實(shí)用新型所形成賓漢體的受力分析示意圖；
[0022]圖中:1-磨輪、11-磁極結(jié)構(gòu)、111-內(nèi)磁極、112-外磁極、113-非導(dǎo)磁材料填充物、114-內(nèi)磁極塊、115-外磁極塊、12-第一磁極結(jié)構(gòu)、13-第二磁極結(jié)構(gòu)、14-第三磁極結(jié)構(gòu)、2-賓漢體、3-磁芯、4-線(xiàn)圈、5-磁刷、6-驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、61-電機(jī)、62-軸承、63-皮帶輪1、64_皮帶輪I1、65-皮帶、66-機(jī)座、7-工件。

【具體實(shí)施方式】
[0023]下面將結(jié)合附圖以及【具體實(shí)施方式】對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步的說(shuō)明:
[0024]如圖1所示，本實(shí)用新型所述的旋轉(zhuǎn)磁流變拋光磨輪裝置，主要包括磨輪1、磁芯
3、線(xiàn)圈4、磁刷5、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)6，優(yōu)選的，磁芯3為W形磁芯。磨輪I固定在磁芯3上，確保磁極與磁芯3都能接觸到，線(xiàn)圈4繞設(shè)在磁芯3上，磁刷5給線(xiàn)圈4供電使磁極產(chǎn)生磁場(chǎng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)6包括電機(jī)61、軸承62、皮帶輪I 63、皮帶輪II 64、皮帶65和機(jī)座66。磁芯3固定在軸承62的內(nèi)圈上，軸承62的內(nèi)圈與皮帶輪I 63固定連接，軸承62的外圈和電機(jī)61分別固定在機(jī)座66的兩端，電機(jī)61的旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)有皮帶輪II 64，皮帶輪I 63和皮帶輪II 64通過(guò)皮帶65連接帶動(dòng)。電機(jī)61啟動(dòng)，電機(jī)旋轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)皮帶輪II 64，皮帶輪II 64又通過(guò)皮帶65帶動(dòng)皮帶輪I 63轉(zhuǎn)動(dòng)，皮帶輪I 63帶動(dòng)軸承62內(nèi)圈轉(zhuǎn)動(dòng)，繼而帶動(dòng)磁芯3轉(zhuǎn)動(dòng)，從而驅(qū)動(dòng)磨輪I順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。
[0025]如圖2所示，磨輪I包含一個(gè)磁極結(jié)構(gòu)11，磁極結(jié)構(gòu)11包括一圈內(nèi)磁極111、一圈外磁極112、內(nèi)磁極111和外磁極112之間設(shè)置了非導(dǎo)磁材料填充物113，非導(dǎo)磁材料填充物113分隔內(nèi)磁極111和外磁極112，內(nèi)磁極111與外磁極112的極性相反。內(nèi)磁極111用膠粘或者螺釘?shù)倪B接方式與非導(dǎo)磁材料填充物113固連，同時(shí)保證兩者之間密封，外磁極112也用膠粘或者螺釘?shù)倪B接方式與非導(dǎo)磁材料填充物113固連，同時(shí)保證兩者之間密封，這樣設(shè)計(jì)能夠保證三者同時(shí)運(yùn)動(dòng)。內(nèi)磁極111沿周向被均勻地分割成多個(gè)間隔設(shè)置的內(nèi)磁極塊114，外磁極112對(duì)應(yīng)的也沿周向被均勻地分割成多個(gè)間隔設(shè)置的外磁極塊115，內(nèi)磁極塊114和外磁極塊115--相對(duì)。所有內(nèi)磁極塊114的底端連在一起，使內(nèi)磁極111成為一個(gè)整體；所有外磁極塊115的底端也連在一起，使外磁極112成為一個(gè)整體。內(nèi)磁極111和外磁極112的磁極塊頂端和底端的端面均平齊，磁極塊的寬度盡量小，從俯視方向看，相對(duì)的內(nèi)磁極塊114和外磁極塊115之間的最上端的距離最短，以保證確定性磁流變加工效果，不出現(xiàn)磁流變液打滑的現(xiàn)象。當(dāng)磁極結(jié)構(gòu)11通電產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí)，磁流變液被磁化形成斷續(xù)的賓漢體2。
[0026]如圖3所示，為磨輪的替換結(jié)構(gòu)，該磨輪I包含三個(gè)磁極結(jié)構(gòu)，這三個(gè)磁極結(jié)構(gòu)分別為第一磁極結(jié)構(gòu)12、第二磁極結(jié)構(gòu)13和第三磁極結(jié)構(gòu)14，以同心圓的形式由內(nèi)至外依次設(shè)置，每個(gè)磁極結(jié)構(gòu)的內(nèi)磁極塊114和外磁極塊115的數(shù)量相同，相鄰的兩磁極結(jié)構(gòu)之間的磁極塊位置相對(duì)應(yīng)，相鄰的兩個(gè)磁極結(jié)構(gòu)相對(duì)的磁極塊連接在一起，相鄰的兩個(gè)磁極結(jié)構(gòu)相連的磁極塊極性相同。每個(gè)磁極結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與圖2的單個(gè)磁極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一樣。其中，第一磁極結(jié)構(gòu)12的外磁極塊115與第二磁極結(jié)構(gòu)13的內(nèi)磁極塊114--相對(duì)，并且連接在一起，極性相同。第二磁極結(jié)構(gòu)13的外磁極塊115與第三磁極結(jié)構(gòu)14的內(nèi)磁極塊114一一相對(duì)，并且連接在一起，極性相同。該磨輪在添加磁流變液，施加磁場(chǎng)后，可以形成三個(gè)斷續(xù)的賓漢體2。
[0027]按照上述的設(shè)計(jì)思想，可以設(shè)計(jì)N個(gè)磁極結(jié)構(gòu)11組成的磨輪1，N大于等于I。在施加磁場(chǎng)，添加磁流變液后能形成多個(gè)斷續(xù)的賓漢體2。
[0028]如圖4所示，磨輪I的磁極結(jié)構(gòu)產(chǎn)生磁場(chǎng)，磁流變變液被磁化形成環(huán)帶斷續(xù)狀的賓漢體2，工件7逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)，磨輪I順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，環(huán)帶斷續(xù)狀的賓漢體2被磨輪I吸附，該吸附力為沿坐標(biāo)軸z方向向下，同時(shí)環(huán)帶斷續(xù)狀的賓漢體2受到與磨輪I的摩擦力，該力為平行于X0Z平面，沿磨輪I的環(huán)帶方向。同時(shí)環(huán)帶斷續(xù)狀的粘塑性磁流變液給工件7是施加有剪切力，那么工件7給予環(huán)帶斷續(xù)狀的賓漢體2有一個(gè)方向作用力，該力平行于xoz平面，方向與摩擦力相反。當(dāng)摩擦力小于剪切力時(shí)，由于磁流變液有向強(qiáng)磁場(chǎng)聚集的特性，磨輪I的環(huán)帶部分位置有磁場(chǎng)，部分位置沒(méi)有磁場(chǎng)，為斷續(xù)狀結(jié)構(gòu)，因此磁流變液被剪切力推離有磁場(chǎng)位置，會(huì)使得磁流變液有向強(qiáng)磁場(chǎng)聚集的特性發(fā)生作用，形成大于或等于剪切力。同時(shí)與剪切力方向相同的吸附力，依然能夠保證環(huán)帶斷續(xù)狀的賓漢體2與吸附磁極點(diǎn)的位置不變，進(jìn)而可以顯著增加剪切力，提高拋光效率。
[0029]對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，可根據(jù)以上技術(shù)方案以及構(gòu)思，做出其他各種相應(yīng)的改變以及變形，而所有的這些改變和變形都應(yīng)該屬于本實(shí)用新型權(quán)利要求的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種旋轉(zhuǎn)磁流變拋光磨輪裝置，包括磨輪、磁芯、線(xiàn)圈、磁刷、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，所述磨輪包括至少一個(gè)磁極結(jié)構(gòu)，每一所述磁極結(jié)構(gòu)包括一圈內(nèi)磁極、一圈外磁極、內(nèi)磁極和外磁極之間設(shè)有分隔內(nèi)磁極和外磁極的非導(dǎo)磁材料填充物，每一所述磁極結(jié)構(gòu)的內(nèi)磁極與外磁極的極性相反，所述磨輪固定在磁芯上，所述線(xiàn)圈繞設(shè)在磁芯上，所述磁刷給線(xiàn)圈供電，所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)磨輪、磁芯和線(xiàn)圈旋轉(zhuǎn)，其特征在于:所述內(nèi)磁極沿周向分割成多個(gè)間隔設(shè)置的內(nèi)磁極塊，所述外磁極對(duì)應(yīng)沿周向分割成多個(gè)間隔設(shè)置的外磁極塊，所述內(nèi)磁極塊和外磁極塊—相對(duì)，從俯視方向看，相對(duì)的內(nèi)磁極塊和外磁極塊之間最上端的距離最短，當(dāng)磁極結(jié)構(gòu)通電產(chǎn)生磁場(chǎng)時(shí)，磁流變液被磁化形成斷續(xù)的賓漢體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)磁流變拋光磨輪裝置，其特征在于:所述多個(gè)內(nèi)磁極塊的底端連在一起，所述多個(gè)外磁塊的底端連在一起。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的旋轉(zhuǎn)磁流變拋光磨輪裝置，其特征在于:所述磨輪包含多個(gè)磁極結(jié)構(gòu)，多個(gè)磁極結(jié)構(gòu)由內(nèi)至外依次設(shè)置，每個(gè)磁極結(jié)構(gòu)的內(nèi)磁極塊和外磁極塊的數(shù)量相同，相鄰的兩個(gè)磁極結(jié)構(gòu)之間的磁極塊位置相對(duì)應(yīng)，相鄰的兩個(gè)磁極結(jié)構(gòu)相對(duì)的磁極塊連接在一起，相鄰的兩個(gè)磁極結(jié)構(gòu)相連的磁極塊極性相同。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)磁流變拋光磨輪裝置，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括電機(jī)、軸承、皮帶輪1、皮帶輪I1、皮帶和機(jī)座，所述磁芯固定在軸承的內(nèi)圈上，所述軸承的內(nèi)圈與皮帶輪I固定連接，所述軸承的外圈和電機(jī)固定在機(jī)座上，所述電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸上設(shè)有皮帶輪II，所述皮帶輪I和皮帶輪II通過(guò)皮帶連接起來(lái)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)磁流變拋光磨輪裝置，其特征在于:所述內(nèi)磁極和外磁極的磁極塊頂端端面平齊，所述內(nèi)磁極和外磁極的磁極塊底端端面平齊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的旋轉(zhuǎn)磁流變拋光磨輪裝置，其特征在于:所述磁芯為W形。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的旋轉(zhuǎn)磁流變拋光磨輪裝置，其特征在于:所述磨輪包含三個(gè)磁極結(jié)構(gòu)。
【文檔編號(hào)】B24B1/00GK204183340SQ201420627214
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年10月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月27日
【發(fā)明者】白素華 申請(qǐng)人:白素華