[发明专利]适用于超大口径光学加工的磁流变抛光装置

说明书

技术领域

本发明属于精密光学抛光加工技术领域，具体涉及一种适用于超大口径光学加工的磁流变抛光装置。

背景技术

大口径光学系统能够有效地提高空间角分辨率和能量收集能力，被广泛用于太空望远镜及高精度对地成像等领域中。而大口径反射镜需要在研磨抛光过程中去除更多的材料，在不降低加工精度的前提下，提高加工效率，缩短加工周期。

磁流变抛光技术始于上世纪70年代，1974年前苏联传热传质研究所的W.I.Kordonski将磁流变液用于机械加工中。到上世纪90年代初，W.I.Kordonski与美国罗彻斯特大学光学制造中心合作，提出并验证了确定性磁流变抛光技术用于非球面加工的概念。上世纪末我国也对磁流变抛光技术进行了研究。近年来，美国QED公司已经将磁流变抛光技术推向商业化。

目前广泛使用的磁流变抛光装置，主要由主动轮机械系统和磁流变液循环系统组成。磁流变液由载液、铁磁微粒、研磨抛光剂和辅助添加剂组成。工作机理为利用磁流变液在磁场中的流变性对工件进行抛光，磁流变液由抛光轮带入抛光区域，在抛光区域高强度的梯度磁场中，磁流变液变硬，成为具有粘塑性的Bingham介质，并形成缎带突起。当这种介质流经工件与运动盘之间的狭缝时，对工件表面与之接触的区域产生较大剪切力，实现工件材料去除。抛光区“柔性抛光模”的大小和形状可由抛光参数（抛光轮转速、抛光轮与光学元件距离等）实时控制，又能确保在该抛光条件下抛光磨头的稳定性，从而实现对工件表面的确定性加工。目前磁流变抛光技术在小口径光学元件的加工中得到了广泛的运用，取得了较好的抛光效果。目前的磁流变抛光去除效率与抛光轮直径d和抛光轮线速度v呈正相关关系。从抛光轮直径d来看，提高其去除效率则需要更大的抛光轮，但对于大口径光学元件而言，由于光学元件材料去除量随口径的三次方增长，SiC材料还有硬度高、耐磨性好的特点，抛光效率成为制约其应用的突出问题。当前使用的大抛光轮去除效率，不足以满足大口径加工的要求。

此外，QED公司和国防科大研制的磁流变抛光机床磁场由电磁铁提供，可通过控制电流来调节磁场强度，但是增加了系统复杂度；此外，在可以调节抛光轮与光学元件距离的情况下，控制磁场强度并不必要，尤其是对于大口径光学加工，磁场强度通常处于最大状态，无需控制。

另外，目前使用的磁流变抛光机床，其抛光材料去除效率与抛光轮直径d正相关。为提高去除效率，需要使用直径更大的抛光轮。目前QED公司的2m口径抛光中心采用的抛光轮直径330mm，国防科大最新研制的大口径磁流变抛光机床，其抛光轮直径达到了370mm。在抛光过程中，磁流变液被吸附在抛光轮上，形成缎带突起，抛光轮的圆度、轴向跳动等直接影响抛光效果。现有的大口径高精度抛光轮对加工和装配的精度要求极高。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的磁流变抛光装置材料去除效率过低的问题，提供一种能够应用于大口径光学元件的高效、高精度加工的，适用于超大口径光学加工的磁流变抛光装置。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：

一种适用于超大口径光学加工的磁流变抛光装置，包括：

磁流变液抛光装置，其包括可提供磁场的磁铁装置；所述磁铁装置的下端设有一水平突起段；

磁流变液循环装置，其可使磁流变液循环流经所述水平突起段时，在与流动方向垂直的磁场的作用下形成缎带突起。

在上述技术方案中，所述磁铁装置为一底部设有永磁铁的磁铁盒。

在上述技术方案中，所述磁铁装置为一装有两列多条条形永磁铁的磁铁盒；两列条形永磁铁的顶部以软铁连接，底部分别设有软铁。

在上述技术方案中，所述磁铁盒外部设有沿磁流变液循环流动方向传动的皮带。

在上述技术方案中，所述磁铁盒底部的水平突起段设有多个可以喷出气体的微孔。

在上述技术方案中，所述磁铁盒底部的水平突起段设有低摩擦系数塑料涂层。

本发明具有以下的有益效果：

本发明的磁流变抛光装置选择使用专门设计的永磁铁代替电磁铁，降低了系统复杂度，还可以通过设计磁铁形状改变磁场的空间分布，控制抛光模的形状，增加抛光模宽度，从而达到提高材料去除效率的目的。

本发明的磁流变抛光装置针对目前广泛应用的抛光轮直径局限，通过利用皮带包裹永磁铁盒，形成局部大曲率半径的抛光区，达到增加抛光区长度效果，并且克服了大轮难以制造和控制的问题。