[发明专利]一种用于电流变抛光的公自转组合式运动抛光工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种抛光工具，尤其涉及一种用于电流变抛光的公自转组合式运动抛光工具，属于超精密光学表面加工工具领域。

背景技术

目前，代表国际研究热点的先进光学制造技术主要有：使用旋转抛光盘的小工具数控抛光技术(CCOS)、采用磁场来改变散粒磨料粘度的磁流变抛光技术(MRF)和离子束抛光技术(Ion Polishing)等。其中，小工具数控抛光技术采用计算机控制一个小磨头对光学元件进行研磨或抛光，通过控制磨头在工件表面的驻留时间和相对压力来控制材料的去除量，因此，其加工过程中存在局部的机械应力，无法加工超薄的元件。磁流变抛光技术是一种不存在工具磨损的面型加工技术，没有亚表面缺陷，加工精度高，但由于细微磁性颗粒的存在，限制了磁流变技术在强激光领域的应用。离子束抛光技术基于原子或离子量级的材料去除，其抛光精度非常高，但抛光过程非常耗时，其在进行离子束抛光之前，需要对被加工工件进行预抛光处理，且抛光装置结构非常复杂。

电流变液辅助抛光(Electrorheological Fluid-assisted Polishing)技术作为一项革命性的技术，是一种将电磁学、流体动力学与分析化学相结合而提出的新型光学加工方法。电流变液通常是具有高介电常数的固体颗粒均匀分散于低介电常数的绝缘液体介质中所形成的一类稳定的悬浮液，在高强度的梯度电场中，悬浮在基础液中的磨料颗粒由于受到粒子间的相互作用，聚集在工具电极的附件，在抛光区域内形成微小的“柔性抛光头”，随着“柔性抛光头”和工件接触并发生相对旋转，实现工件表面材料的柔性去除。

实现电流变液辅助抛光技术的关键之一是：适于抛光加工的化学、物理性能稳定的电流变抛光液的合理配制；关键之二是：工具装置的设计要充分考虑外加电场施加方式、电场强度矢量等参数的优化匹配。然而，采用传统的点接触式电流变抛光工具进行抛光时，由于抛光区域中心处的线速度为零，根据Preston方程可知，中心位置材料去除量也为零；同时，由于传统工具正负电极都是采用分离式安装(即正极旋转，负极固定不动；或正极不动，负极旋转)，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；且传统工具头在抛光过程中会存在抛光轨迹效应。

发明内容

本发明的目的是为了克服点接触式电流变抛光工具材料去除率低，且存在抛光轨迹效应以及工具正负电极一体化难度大等缺陷，提供一种用于电流变抛光的公自转组合式运动抛光工具。该抛光工具的抛光轮可实现公自转组合式运动，在抛光区域可获得较高的相对速度，从而提高材料去除率，并且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，以及能有效降低抛光轨迹效应。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种用于电流变抛光的公自转组合式运动抛光工具，包括阳极抛光盘、阴极抛光盘、自转轴、绝缘片、自转电机、公转电机、公转齿轮组、自转齿轮组、公转轴、自转传动轴、轴承、带绝缘垫的螺栓、工具头支架、阳极导电圆环、阴极导电圆环、阳极导电板、阴极导电板、电刷、弹簧、锁紧盖、外壳、支架侧盖和上盖。

上述组成部分的连接关系为：

阳极抛光盘和阴极抛光盘之间放置绝缘片并正对放置，由此组合成抛光轮，抛光轮通过过盈配合固定在自转轴上，并用锁紧盖固定。自转轴通过与轴承连接，从而固定在工具头支架上。公转轴通过轴承和外壳连接。公转轴底部与工具头支架连接，作为一个整体。公转齿轮组中的公转副齿轮和公转轴固定在一起；公转电机通过驱动公转齿轮组，带动公转轴和工具头支架旋转，从而控制抛光轮做公转运动。自转传动轴和公转轴用轴承连接。自转电机通过控制自转传动轴旋转，带动自转齿轮组和自转轴运动，以实现抛光轮的自转运动。最终抛光轮在自转和公转电机的驱动下，具有公自转组合式运动。

阳极导电圆环和阴极导电圆环均镶嵌在公转轴底部，三者相互间均用绝缘片隔开。阳极导电板和绝缘片通过带绝缘垫的螺栓固定在工具头支架左侧的支架侧盖上，而支架侧盖固定在支架上。阳极导电板的两端通过弹簧分别连接有2个电刷，2个电刷分别与阳极导电圆环和阳极抛光盘接触，实现阳极抛光盘与电源正极连接；阴极导电板和绝缘片通过带绝缘垫的螺栓固定在工具头支架的右侧；阴极导电板的两端通过弹簧分别连接有2个电刷，2个电刷分别与阴极导电圆环和阴极抛光盘接触，实现阴极抛光盘与电源负极连接。

所述阳极导电板、阳极抛光盘、阳极导电圆环可以采用不锈钢或铁中的一种制成，与电源正极连接，作为阳极；