[发明专利]一种用于微结构的振动辅助磁性磨料抛光装置及方法

说明书

本发明涉及一种用于加工微结构的振动辅助磁性磨料抛光装置及方法，属于超精密加工领域。在振动辅助磁性磨料抛光装置中：刀具运动平台与Z向运动导轨连接，微位移振动器与Y向运动导轨连接，强磁铁运动机构与Y向运动导轨连接。该系统在进行抛光加工过程中：强磁铁运动机构与抛光头之间形成动态磁场区域，磁性磨料在动态磁场的作用下形成柔性磁性簇，柔性磁性簇在抛光刀具的带动下与被抛光工件产生相对运动，基于柔顺机构的振动平台使研磨力均匀分布，有效解决了材料堆积、应力集中等问题，以达到精准、均匀、高效的光整加工的效果。本发明可对具有微结构的工件进行抛光，且具有抛光范围大、抛光精度高和可控性好等优点。

技术领域

本发明属于超精密领域加工范围，尤指一种用于微结构的振动辅助磁性磨料抛光装置及方法。

背景技术

随着工业水平的快速发展，对电子元件的表面质量加工要求越来越高，需要元件的表面粗糙度达到纳米级，而具有微结构的元件也开始要求具有高的面形精度，好的表面质量以及尽量减少亚表面破坏层，高的表面精度以及小的加工损伤层可以保证元件好的成像质量，较小的加工损伤层可以减小高能应用中的破坏，因此元件的性能在很大程度上取决于制造过程。其实现高质量超光滑的技术主要是抛光，其中磁性磨料抛光技术具有较低的亚表面损伤、较高的抛光精度等优点，因此在超精密光学元件的抛光过程中开启了大量的研究和发展。

哈尔滨工业大学的王慧君针对具有小曲率半径的凹曲面和自由曲面光学元件提出了超声波磁流变复合抛光，并建立了材料去除数学模型，研究表明，超声的作用能够增强抛光的机械作用和化学作用，超声波磁流变复合抛光的表面质量略低于普通的磁流变抛光，但材料去除率是普通磁流变抛光的3.1倍，抛光效率明显提高。印度新德里理工学院的Rahul S.Mulik等人用超声辅助双盘磁性磨料抛光方法对两种不同的顺磁性材料进行了实验研究，研究表明，在顺磁性材料上加入超声振动可以在较短的时间内获得更为理想的表面粗糙度，抛光前的铜合金和不锈钢试样的平均初始表面粗糙度达到0.37ｕm和0.39ｕm，抛光后的铜合金试样表面粗糙度可以达到36nm，不锈钢试样表面粗糙度可以达到44nm。

针对于以上问题，本装置提出在磁性磨料抛光的基础上引入振动辅助改变加工动态性能去改善光学元件的表面质量不高这一问题。其中大多数振动辅助加工机构仍然是谐振型，其工作原理是利用压电致动器将电能转换成机械能。但是谐振类型振动辅助机构也局限在特定的工作频率和较差的散热性。随着精密元件在航空航天、国防科技及光电通讯等领域的广泛应用，对其持续加工时间提出了更高的要求，然而这种要求与传统的加工方式不兼容。本项目提出了一种基于非谐振振动辅助加工机构的振动辅助磁性磨料抛光装置及方法，以扩展现有精密抛光装置的加工能力。因此该振动辅助加工技术在非谐振的基础上引入传统磁性磨料抛光技术具有极高的应用前景。

发明内容

本发明提供一种用于加工微结构的振动辅助磁性磨料抛光装置及方法，以解决传统磁性磨料抛光技术抛光效率低等问题。

本发明采取的如下技术方案是：一种用于加工微结构的振动辅助磁性磨料抛光装置，包括Z向运动导轨、Y向运动导轨、X向运动导轨、抛光刀具运动平台、微振动器、强磁铁运动机构、基座和被抛光工件，被抛光工件固定在微振动器上,Y向运动导轨安装在底座上，X向运动导轨安装在龙门架上，Z向运动导轨通过螺纹连接与X向运动导轨连接，抛光刀具运动台通过螺纹连接与Z向运动导轨连接，微振动器通过螺纹与Y向运动导轨连接，强磁铁运动机构与Y向运动导轨连接。

所述抛光刀具运动台包括：气浮主轴、抛光刀具和配重气缸，配重气缸安装在Z向运动导轨上，气浮主轴安装在配重气缸上，抛光刀具装卡在气浮主轴上；

所述的抛光刀头包括永久磁铁、铝制挡板和抛光刀体，永久磁铁安装在抛光刀具刀头内部并用铝制挡板固定，铝制挡板通过强力胶固定在抛光刀体上。