技術領域

本專利屬于光學曲面精密加工技術領域，特別涉及一種磁流變拋光液循環裝置。

背景技術

光學零件的磁流變拋光技術是一種新興的確定性拋光技術。磁流變液是一種由磁性顆粒、載液和其他添加成分組成的智能材料。由于其中的磁性材料在磁場中會進行重新排列，磁流變液在磁場的作用下會在毫秒時間量級內發生流變，由液態變為類固態。發生流變后的磁流變液具有較高的剪切屈服強度。在磁流變液中加入拋光磨料后可形成磁流變拋光液，在磁場作用下，磁流變拋光液發生流變，形成拋光模，帶動拋光磨料實現對光學玻璃等非導磁性材料的拋光。與傳統光學拋光技術相比，磁流變拋光技術在對工件面形進行修正和降低工件表面粗糙度的基礎上，不會產生亞表面損傷。

美國QED?Technology公司與Rochester大學的光學制造中心合作，把磁流變拋光技術和數控技術相結合，研制出一系列可用于光學零件拋光的QED數控磁流變拋光機床，這種數控磁流變拋光技術是目前最常用的磁流變拋光技術。

圖1為常用的磁流變拋光技術原理示意圖。磁流變拋光液儲存在儲液罐10中，輸送泵9連接到儲液罐10底部，并將磁流變拋光液輸入到循環管道中。管道中有壓力流量測量裝置7，用于對磁流變拋光液當前狀態進行監控。拋光輪1沿自身幾何中心軸旋轉(如圖示ω₁方向)，可稱其為拋光輪1的自轉運動。拋光輪1內部裝有磁鐵，磁鐵被固定在軸承座16上，并能在拋光輪1表面形成磁場。當注液嘴6將磁流變拋光液加注到拋光輪1上時，由于磁場的作用，磁流變拋光液將吸附在拋光輪1上，并隨之旋轉，形成帶狀，可稱其為緞帶5。拋光輪1表面有較強的加工區磁場4和較弱的維系區磁場2，加工區磁場4的作用是在加工區形成一個強磁場，從而使磁流變拋光液粘度增加并達到適當的強度。維系區磁場2的作用是使磁流變拋光液吸附在拋光輪1上，并將其帶離加工區。拋光輪1與工件3上表面有一間隙，間隙小于緞帶5的厚度，所以拋光輪1本身并不與工件3接觸，只有磁流變拋光液會觸及工件3上表面。當磁流變拋光液隨著拋光輪1做自轉運動并被帶入加工區時，將與工件3發生擠壓和摩擦作用，在工件3表面產生拋光去除，該拋光去除的函數分布和加工區內的摩擦力分布直接相關。隨后，磁流變拋光液被帶離加工區，被收集器14收集起來。抽吸泵12將收集器14中的磁流變拋光液抽出并注入到儲液罐10中。攪拌器11用來將儲液罐10中的磁流變拋光液攪拌均勻。此外，還有恒溫裝置和補水裝置等輔助維持磁流變拋光液的特性保持恒定。磁流變拋光液持續在拋光輪1、儲液罐10和管路中流動，使加工區的磁流變拋光液一直在更新，從而保證拋光去除函數的穩定性。軸承座16被固定在安裝底座15上，所以拋光輪1能夠隨著軸承座16和安裝底座15做平移運動。根據工件3初始面形誤差和拋光去除函數，預先計算出拋光輪1在工件3表面運行的路徑和進給速度分布，將拋光輪1沿著該路徑以計算出的進給速度遍歷整個工件3表面，就能達到對面形進行修正和降低工件3表面粗糙度的目的。

在常用的磁流變拋光技術中，由于拋光輪1只做自轉運動，所以緞帶5會在工件3表面留下單一方向的拋光紋路，這種單一紋路對降低工件3表面粗糙度不利。

清華大學提出了一種公自轉磁流變拋光技術(ZL03119281.5)。圖2為公自轉磁流變拋光技術示意圖。與常用的磁流變拋光技術相比，公自轉磁流變拋光時，拋光輪1不僅做自轉運動，而且繞一豎直軸旋轉(如圖示ω₂方向)，可稱其為拋光輪1的公轉運動。在進行公自轉磁流變拋光時，由于兩個旋轉運動的存在，拋光紋路更加復雜，不會出現常用磁流變拋光技術中單一方向的拋光紋路，所以公自轉拋光對降低工件3表面粗糙度有利，而且加入公轉運動后，與常用的磁流變拋光技術相比，在自轉速度相同的情況下能夠提高拋光效率。此外，在將自轉中心相對公轉中心做一定量的偏心調整后，公自轉拋光的拋光去除函數會形成類似于高斯分布的回轉對稱形狀，這種拋光去除函數分布對于數控編程中的路徑規劃非常有利。