[发明专利]一种凹形曲面抛光工具

说明书

技术领域

本发明涉及一种抛光工具，尤其是涉及基于多自由度电机和磁流变技术的一种凹形曲面抛光工具。

背景技术

随着机械手等高精度复杂控制系统的发展，对于驱动机构精密度和稳定性能的要求日益提高。传统上由多个单自由度电机和复杂机械传动机构组成的控制系统误差的累计往往导致整个控制系统的精度下降，甚至影响系统整体的稳定性。多自由度球形电机能极大简化系统机构，提高系统动稳态性能，成为当今电机学研究前沿。引入永磁体的多自由度电机，可以大大提高电机磁能积，有效提高电机的运行效率，减小电机的体积，提高电机的可控性。永磁类型的多自由度电机克服了感应型多自由度电机定子铁心和绕组复杂以及异步电机固有的伺服特性相对较差的先天性缺点。所以永磁多自由度电机有令人激动的发展前景。在运动学中，球形是最有可能、最有利于作多自由度运动的几何体。因此，各国学者们纷纷把永磁体引入到球形电机的结构当中。永磁球形多自由度电机是目前电机学发展的一个崭新方向。(参见文献：Yusuf Oner，Engin Cetin，Harun Kemal Ozturk，et al．Design of a New Three-degree of Freedom Spherical Motor for Photovoltaic-tracking Systems［J］.Renewable Energy，2009，34:2751-2756）

磁流变抛光技术是利用磁流变抛光液在磁场中的流变性对工件进行确定性局部修行、抛光的技术。磁流变液被循环带入工件与抛光工具之间形成的微小间距的抛光区中，在该区域里，磁流变液在高梯度磁场的作用下，发生流变效应而变硬、黏度增大，其中的磁性颗粒沿着磁场强度的方向排列成链，就形成具有一定形状的凸起缎带，而其中的抛光粉颗粒不具有磁性，因此会被挤压而浮向磁场强度弱的上方，这样上表面浮着一层抛光颗粒的凸起缎带就构成了一个“柔性抛光模”，当“柔性抛光模”与工件表面存在相对运动时，会对工件表面产生很大的剪切力，对工件表面材料实现去除。“柔性抛光模”的形状和硬度可以由磁场实时控制，可以确保在一定磁场强度下抛光区的稳定性。然而，磁流变抛光技术虽然具有很高的抛光精度，但是存在抛光效率较低的问题（参见中国专利CN102284890A）。

发明内容

本发明的目的是提供结构简单，能有效提高磁流变抛光效率，基于多自由度电机和磁流变技术的一种凹形曲面抛光工具。

本发明设有多自由度电机固定座、多自由度电机、连接轴、区域磁场调节装置、曲面模具、控制器和磁流变液循环装置；

多自由度电机座与外部机床的进给机构连接，多自由度电机固于多自由度电机座上，多自由度电机轴与连接轴一端连接，连接轴另一端与区域磁场调节装置连接，曲面模具上端与多自由度电机固定座连接，所述区域磁场调节装置位于曲面模具内，曲面模具外表面面形与被抛光工件曲面的面形相同，控制器设于连接轴上，控制器与区域磁场调节装置电连接，磁流变液循环装置包括泵、导管和磁流变液，导管设于曲面模具外表面，导管与泵连接，磁流变液处于曲面模具外表面与被加工工件表面之间，磁流变液通过泵和导管形成循环流动。

所述区域磁场调节装置可采用现有技术产品（如采用中国专利200810030898.1，发明名称为“用于大口径非球面光学零件的磁流变抛光装置”中所述的磁场发生装置）。包括支座、隔磁套、磁芯对、线圈、丝杆组和微型电机。区域磁场调节装置内的线圈及微型电机通过导线与控制器电连接。

所述控制器为嵌入式控制器，最好采用单片机。控制器用于控制区域磁场调节装置内的线圈电流通断、线圈电流大小以及磁芯对间距离，从而改变区域磁场的强度。

与现有技术比较，本发明的工作原理及有益效果如下：

本发明采用多自由度电机控制多自由度电机轴带动区域磁场调节装置在曲面模具内部空间运动，以及区域磁场调节装置的自转。曲面模具和工件凹形表面之间通入磁流变液，通过嵌入式控制器来控制区域磁场调节装置内的线圈电流通断、线圈电流大小以及磁芯对间距离，从而改变区域磁场的强度。磁场使得曲面模具外表面和工件上与区域磁场调节装置对应的位置形成一个“柔性抛光模”，该“柔性抛光模”随着磁场强度的变化而改变形状，并随着区域磁场调节装置的自转而转动，即可对工件表面进行抛光加工。本发明利用了磁流变技术完成凹形曲面上任一点的法向抛光，并且通过磁流变法向旋转抛光代替剪切力抛光提高了抛光效率。本发明能够对各种凹形曲面进行确定性光学加工，能获得高质量的光学表面，易于实现计算机控制，加工效率高，并且加工过程稳定。

附图说明