本發(fā)明涉及一種拋光頭機(jī)構(gòu)，尤其是涉及一種可調(diào)式磁性復(fù)合拋光的拋光頭機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)：

磁性復(fù)合流體(Magnetic compound fluid，MCF)拋光是一種新型納米級(jí)超精密加工技術(shù)，它是利用磁性復(fù)合流體在磁場(chǎng)作用下，呈半固態(tài)介質(zhì)，對(duì)工件進(jìn)行拋光的加工技術(shù)。它具有拋光過(guò)程可控、加工工件表面面形精度高、不產(chǎn)生亞表面損傷、拋光頭尺寸可控可變、實(shí)現(xiàn)對(duì)材料的確定性加工等優(yōu)點(diǎn)，磁性復(fù)合流體拋光具有廣泛的發(fā)展前途和工程應(yīng)用價(jià)值。

現(xiàn)有的磁性復(fù)合流體拋光頭裝置中，起到承載磁性復(fù)合流體的載液板多以光滑平面為主，與磁性復(fù)合流體間的摩擦力相對(duì)較小，不利于提高磁性復(fù)合流體拋光的去除效率。另外，磁性復(fù)合流體在加工過(guò)程中易受外界條件影響，使磁性簇尺寸發(fā)生改變。本發(fā)明根據(jù)MCF磁性簇的尺寸，設(shè)計(jì)表面具有正四面體凹槽且可調(diào)的載液板，提高載液板對(duì)磁性復(fù)合流體的摩擦驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)更高的拋光頭材料的去除能力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的旨在針對(duì)傳統(tǒng)磁性復(fù)合流體拋光材料去除效率較低的缺點(diǎn)，對(duì)磁性復(fù)合流體拋光頭中載液板進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提出了一種載液板表面具有正四面體凹槽且尺寸可調(diào)的磁性復(fù)合流體拋光頭機(jī)構(gòu)。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種可調(diào)式磁性復(fù)合流體拋光頭機(jī)構(gòu)，包括磁鐵旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、載液板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，所述磁鐵旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括：主軸、磁鐵盤、永久磁鐵和電機(jī)一，所述永久磁鐵偏心固定在磁鐵盤下方，磁鐵盤通過(guò)主軸連接電機(jī)一，由電機(jī)一驅(qū)動(dòng)主軸帶動(dòng)永久磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)；所述載液板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括連接支架，載液板，V型帶，V型帶輪和電機(jī)二，連接支架為圓形套筒，安裝于所述磁鐵旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的外側(cè)；載液板作為連接支架的端蓋，安裝在永久磁鐵下方；V型帶套接在V型帶輪和連接支架上，電機(jī)二通過(guò)聯(lián)軸器連接V型帶輪，由電機(jī)二通過(guò)V型帶輪驅(qū)動(dòng)連接支架及其上的載液板旋轉(zhuǎn)，使載液板上的磁性復(fù)合流體旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件拋光去除。

所述載液板由五個(gè)表面具有正四面體凹槽或正三棱臺(tái)通孔結(jié)構(gòu)、直徑相同、厚度不同的圓形薄板組成，分為基板、附板Ⅰ、附板Ⅱ、附板Ⅲ、和附板Ⅳ；附板上的正三棱臺(tái)通孔與基板上均勻分布的正四面體凹槽配合，形成形狀不變、尺寸可調(diào)的正四面體凹槽，且正四面體凹槽的尺寸大小由磁性復(fù)合流體的磁性簇大小來(lái)確定，用于提高載液板對(duì)磁性復(fù)合流體的摩擦驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)更高的拋光去除效率。

一種可調(diào)式磁性復(fù)合流體拋光頭機(jī)構(gòu)中的基板表面的正四面體凹槽和附板的正三棱臺(tái)通孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，其步驟為：

1)設(shè)頂端為半球形的磁性簇標(biāo)準(zhǔn)直徑為a，載液板上正四面體凹槽的棱長(zhǎng)為x，磁性簇頂端與底面正三角形內(nèi)切，即有：

得正四面體棱長(zhǎng)為：

由正四面體棱長(zhǎng)得正四面體凹槽深度h₀為：

2)按照2：2：1：0.5：0.25的比例設(shè)計(jì)基板的正四面體凹槽深度和各附板的正三棱臺(tái)的厚度，即基板的正四面體凹槽深度、附板Ⅰ、附板Ⅱ、附板Ⅲ、和附板Ⅳ的正三棱臺(tái)厚度h₁，h₂，h₃，h₄，h₅與h₀關(guān)系為：

基板、附板Ⅰ、附板Ⅱ、附板Ⅲ、和附板Ⅳ的正四面體凹槽和正三棱臺(tái)通孔底面正三角形的邊長(zhǎng)分別為x₁，x₂，x₃，x₄，x₅，得：

3)載液板組合情況有：基板、基板+附板Ⅰ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ+附板Ⅳ，這五種組合載液板配合的磁性簇最大直徑分別為a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，計(jì)算：

a₃＝a (16)

上述載液板能滿足配合的磁性簇直徑范圍為：

基板、基板+附板Ⅰ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ+附板Ⅳ，這五種組合載液板滿足的磁性簇直徑調(diào)節(jié)范圍分別為：

4)依據(jù)磁性簇直徑的范圍，選取所需的載液板組合情況。

本發(fā)明的有益效果為：

1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，可行性高：該拋光頭僅由主軸、磁鐵盤、永久磁鐵、連接支架、載液板、V型帶，V型帶輪和電機(jī)組成。采用套筒作為連接支架，使結(jié)構(gòu)緊湊有序，縮小體積，各部分均為常見(jiàn)元件，加工方便，可行性高。

2.拋光過(guò)程材料去除率有效提高：通過(guò)設(shè)計(jì)載液板表面的正四面體凹槽，增加載液板表面粗糙度，提高載液板對(duì)磁性復(fù)合流體的摩擦驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)更高的磁性復(fù)合流體拋光對(duì)材料去除效率。

3.適用范圍廣，通用型強(qiáng)：通過(guò)載液板表面正四面體凹槽尺寸的可調(diào)性設(shè)計(jì)，擴(kuò)大了能滿足的磁性簇直徑范圍，使用方便。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的可調(diào)式磁性復(fù)合流體拋光頭機(jī)構(gòu)示意圖；

圖2為基板和4個(gè)附板組合的載液板主視示意圖；

圖3為基板和4個(gè)附板組合的載液板左視示意圖；

圖4為基板和4個(gè)附板組合的載液板與磁性復(fù)合流體作用示意圖。

具體實(shí)施方法

下面結(jié)合上述附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的闡述。

如圖1所示，一種可調(diào)式磁性復(fù)合流體拋光頭機(jī)構(gòu)，包括磁鐵旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和載液板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。

磁鐵旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括：主軸9、磁鐵盤8、永久磁鐵7和電機(jī)一10。其中永久磁鐵7通過(guò)螺釘偏心安裝在磁鐵盤8下方，磁鐵盤8通過(guò)螺釘與主軸9連接，主軸9通過(guò)聯(lián)軸器安裝在電機(jī)一10上，由電機(jī)一10驅(qū)動(dòng)主軸9帶動(dòng)永久磁鐵7轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生高速旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)。

如圖1，2所示，載液板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括：連接支架6，載液板5，V型帶3，V型帶輪2和電機(jī)二1。連接支架6為圓形套筒，安裝在上述磁鐵旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的外側(cè)；載液板5作為連接支架6的端蓋，通過(guò)螺釘11安裝于永久磁鐵7下方；V型帶3套在V型帶輪2和連接支架6上，電機(jī)二1和V型帶輪2通過(guò)聯(lián)軸器連接，電機(jī)二1通過(guò)V型帶輪2驅(qū)動(dòng)連接支架6及其上的載液板5旋轉(zhuǎn)，使載液板5上的磁性復(fù)合流體4旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)工件拋光去除。

如圖2至圖4所示，上述載液板5由5個(gè)表面具有正四面體凹槽或正三棱臺(tái)通孔結(jié)構(gòu)、直徑相同、厚度不同的圓形薄板組成，分為基板13、附板Ⅰ14、附板Ⅱ15、附板Ⅲ16、和附板Ⅳ17。附板Ⅰ-Ⅳ14-17上的正三棱臺(tái)通孔19-22與基板13上同心均勻分布的正四面體凹槽18配合，通過(guò)螺釘12固定，形成形狀不變、尺寸可變的正四面體凹槽，通過(guò)磁性復(fù)合流體4的磁性簇23大小來(lái)確定正四面體凹槽的尺寸大小，提高載液板5對(duì)磁性復(fù)合流體4的摩擦驅(qū)動(dòng)力，有效提高拋光的去除效率。

結(jié)合實(shí)例，基板13正四面體凹槽18和附板Ⅰ-Ⅳ14-17上正三棱臺(tái)通孔19-22的尺寸計(jì)算方法如下：

當(dāng)磁性復(fù)合流體拋光液4成分及比例為：羰基鐵粉、氧化鈰、去離子水、α-纖維素，其比例為5:1:3:1時(shí)，測(cè)得磁性簇23的標(biāo)準(zhǔn)直徑約a＝5mm。

1、磁性簇23直徑a＝0.5，設(shè)載液板上正四面體凹槽的棱長(zhǎng)為x，磁性簇23頂端與底面正三角形內(nèi)接，由公式(2)得：

由公式(3)得正四面體凹槽深度h₀為

載液板組合情況有：基板13、基板13+附板Ⅰ14、基板13+附板Ⅰ14+附板Ⅱ15、基板13+附板Ⅰ14+附板Ⅱ15+附板Ⅲ16、基板13+附板Ⅰ14+附板Ⅱ15+附板Ⅲ16+附板Ⅳ17，這五種組合載液板配合的磁性簇最大直徑分別為a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，計(jì)算：

a₃＝a＝5 (23)

以上知載液板5適用磁性簇23直徑范圍：0～5.75mm。這五種組合適用磁性簇調(diào)節(jié)范圍分別為：0～2mm，2～4mm，4～5mm，5～5.5mm，5.5～5.75mm。

若因外界條件導(dǎo)致磁性簇23尺寸減少為3.5mm，范圍在2～4mm間，則選擇基板13+附板Ⅰ14+附板Ⅱ15配合使用，提高載液板5對(duì)磁性復(fù)合流體4的摩擦驅(qū)動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)更高的磁性復(fù)合流體的去除效率。