[发明专利]一种自由曲面的抛光方法及装置

说明书

一种自由曲面的抛光方法及装置，尤其涉及一种基于剪切增稠的角度可调整的振动抛光工件自由曲面的方法及装置。装置包括抛光系统、抛光液循环系统、振动装置、角度调节装置，抛光系统与抛光液循环系统连接，抛光液从抛光池底部侧面流出通过管路进入抛光液循环系统，角度调节装置与抛光系统相连。该方法是通过工件在具有剪切增稠效应的非牛顿流体里振动，保证抛光液发生剪切增稠现象。同时，度调节装置可以使工件在抛光液中的抛光角度变化，保证抛光的均匀性。工件表面在抛光液中振动冲刷以实现对内表面材料的高效、均匀去除。本发明可用于实现常规抛光工具难以加工的自由曲面面的抛光，且抛光效率高、可实现自由曲面的均匀抛光、装置简单。

技术领域

本发明属于精密/超精密加工领域，涉及一种自由曲面的抛光方法及装置，具体涉及一种基于剪切增稠的角度可调整的振动抛光自由曲面的方法及装置。

背景技术

抛光主要是指利用机械、化学或电化学的作用，使工件表面粗糙度降低，以获得光亮、平整表面的加工方法。抛光作为超精密加工中最后且最重要的加工工序，主要的作用是去除前道工序所产生的表面、亚表面损伤层，降低面型误差，减小表面粗糙度。抛光几乎是工件达到纳米级甚至亚纳米级精度的唯一加工方法。

自由曲面是工程中比较特殊又十分重要的一类零件表面，在航空、医疗、汽车、家电、军事等领域有着广泛的应用。例如，在软脆光学材料方面，将自由曲面引入光学成像系统可以极大地提高系统的成像质量和能量传输效率；具有自由曲面的飞机机翼和汽车骨架不仅可以满足其动力学性能，还增加了其结构的可靠性。但是随着对自由曲面零部件功能及性能需求的不断提高，功能性自由曲面的结构趋于复杂化且表面质量要求越来越高，其加工难度也越来越大。对于自由曲面零件来说，面形精度和表面质量是决定功能和性能的重要参数，在保证自由曲面的面形精度和表面质量的同时提高其加工效率是目前的主要目标。目前对于自由曲面来说，可以采用多轴数控加工、等离子体、手动抛光、单点金刚石超精密切削等方法进行加工。如Zhu等人【Zhu L,Li Z,Fang F,et al.Review on fast toolservo machining of optical freeform surfaces[J].The International Journal ofAdvanced Manufacturing Technology,2018,95(5-8):2071-2092.】使用快速伺服刀架并计算刀具轨迹的方法完成了对自由光学曲面的超精密加工。但是采用多轴数控加工方法的加工精度往往受制于制造系统的精度，并且刀具路径规划会花费大量时间。手动抛光虽然可以得到理想的表面质量，但是存在效率低和面形精度差的问题。

基于上述问题及自由曲面超精密制造的需求，迫切需要新的高效并且精确的加工方法以完成对自由曲面的超精密加工。专利(CN201210192915.8)公开了一种基于非牛顿流体剪切增稠效应的超精密曲面的抛光方法。此方法利用非牛顿流体抛光液的剪切增稠效应，在抛光液旋转时磨粒在剪切增稠作用下形成磨粒簇，利用磨粒簇的磨粒对工件表面的微切削作用实现对工件表面的抛光，能实现较高效率的抛光和较好的面形精度及表面质量保持。但是针对自由曲面来说，采用抛光液旋转的方法很难实现对自由曲面零件表面的均匀抛光。

发明内容

为了解决目前自由曲面抛光效率低和工件抛光不均匀的加工难题，本发明提供一种基于剪切增稠的角度可调整的振动抛光自由曲面工件的方法及装置，本发明适用范围广、加工效率高、加工质量高且装置简单。

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：