專利名稱：異形噴頭旋轉式磁射流拋光裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種磁射流拋光工具頭，尤其是涉及對光學元件加工的異形噴頭旋轉式磁射流拋光裝置，屬于超精密光學表面加工領域。
背景技術：
隨著對光學零件的形狀和質量要求的提高，傳統的研磨拋光在實際應用中受到了很大的限制，從而驅使各種新型拋光技術蓬勃發展。20世紀80年代，計算機控制光學表面成型技術(computer control optical surfacing)的出現有效的提高了光學表面修整的效率，但是由于磨頭的磨損變形、容易產生高頻誤差和機械干涉等原因，限制了其對光學零件加工的范疇。20世紀90年代后期磁流變拋光技術(magnetorheological finishing)被應用到光學加工中，實現了工具頭無磨損拋光和柔性超光滑加工，但是由于磁場發生裝置體積的影響使得拋光工具頭整體體積受到了限制，進而限制了其在大梯度光學凹面加工中的應用，例如對共形元件的拋光。隨著磁射流拋光技術(magnetorheological jetpolishing)的提出，這一技術難題得到了有效的解決。磁射流技術是一項由磨料水射流和磁流變技術發展而來的綜合性拋光技術。主要是混合有磨料的磁流變液射流束在軸向磁場的作用下磁化，從而增加射流束表面的穩定性，形成集束性、保形性及準直性優良的半硬化射流束，實現較遠距離精確的柔性拋光。因此其在光學加工領域占有重要的地位。目前已有的磁射流拋光裝置有單束靜噴射方式的磁射流設備和圓柱狀單束旋轉噴射方式的磁射流設備。對于單束靜噴射拋光方式，雖然結構簡單，但是其去除函數呈倒‘W’狀、面積較小，而且類型單一，因此限制了拋光加工的效率；對于圓柱狀單束旋轉拋光方式，雖然通過調節偏心距有效地解決了去除函數類型單一的問題，但是對增加去除函數面積的效果并不明顯。本發明采用異形噴頭旋轉噴射方式的磁射流拋光裝置，能夠實現利用較小噴孔面積獲得較大拋光斑面積和多樣性的去除函數分布。

發明內容
本發明針對傳統磁射流拋光裝置的拋光斑面積小和去除函數單一導致拋光效率低的問題，提供一種異形噴頭旋轉式磁射流拋光裝置。該裝置能夠在不增加系統壓力的情況下利用較小的噴射面實現較大的拋光斑面積，而且可以通過選擇不同形式的異形噴嘴獲得不同的去除函數分布，從而實現多樣性的加工。本發明解決的技術問題所采用的技術方案是本發明是一種異形噴頭旋轉式磁射流拋光裝置，包括支架、套筒、上下密封組件、上下軸承組件、轉軸、轉接件、電機架、電機、上外殼、密封圈、噴頭、噴頭螺母、線圈架、墊圈、腔蓋、線圈、隔磁腔和下外殼。所述的套筒固定在支架內；轉軸通過上下軸承組件轉動安裝在套筒內；上下密封組件固定在套筒內，并分布于轉軸側面開口處的上下兩側；轉軸上端通過轉接件與電機轉子固定，電機通過電機架固定安裝在套筒上表面；噴頭安裝在轉軸的下端，用噴頭螺母固定，并在噴頭和轉軸底部之間放置密封圈；線圈架通過螺釘固定在套筒的下表面；在腔蓋上表面和線圈架下表面之間墊入墊圈，并間接將腔蓋固定在線圈架上；線圈裝入隔磁腔內并通過隔磁腔和腔蓋卡緊，整體和腔蓋固定；上、下外殼分別安裝在套筒的上方和下方。所述噴頭為高磁導率耐磨材料，其出口處噴孔具有多種形式，例如特定分布的多孔形式和條形孔形式等，特別的對于定分布的多孔形式的噴頭，分布在不同同心圓上的噴孔數量和大小根據實際需要可不同。所述旋轉軸下端出口和噴頭實現間隙配合，特別是緊密配合狀態。所述墊圈為低磁導率材料，腔蓋和隔磁腔為高磁導率材料。所述密封組件和密封圈采用特殊耐磨抗壓材料制成，能夠實現對一定轉速和壓力系統的密封。所述噴頭的旋轉速度可由電機驅動控制，旋轉最大線速度要遠遠小于噴射速度，電機轉子、轉軸和噴頭能夠同軸無偏擺旋轉，噴頭和線圈同軸，液體通路實現無阻礙密封。本發明所述異形噴頭旋轉式磁射流拋光裝置的拋光過程如下根據具體要求，安裝相應的噴頭，通過數控機床控制裝置運動到指定的位置；電機通過轉軸驅動噴頭旋轉；電磁線圈通電后產生局部軸向磁場；具有一定壓力的拋光液，經過由支架和套筒的側面通孔、套筒和轉軸之間的腔、轉軸上通道和噴頭組成的內部通路后噴出，再通過由線圈產生的軸向磁場磁化后形成穩定且準直的射流束，最終噴射到工件表面，對工件表面產生去除。有益效果本發明目的是為了解決由于傳統磁射流拋光斑面積小和去除函數單一導致拋光效率低的問題。該裝置通過噴頭旋轉的方式實現了利用較小噴孔面積獲得大面積的去除斑；由于有效的噴孔面積的減小，從而有效的降低了噴射所需要的壓力以及對整個系統抗壓性能的要求，進而降低了系統的造價；通過選取不同形式的異形噴頭，可以獲得多樣性的去除函數分布，從而提高了加工效率；該裝置通過采用電機直趨方式，使結構簡單緊促、工作穩定且拆裝方便。


圖I為本發明的異形噴頭旋轉式磁射流拋光裝置的中心剖面結構示意圖；圖2為本發明裝置的轉軸的剖面和三維圖；圖3為本發明裝置的噴頭；圖4為本發明裝置的墊圈；圖5為本發明裝置的加工方式；其中1-支架，2-套筒，3-上下密封組件，4-上下軸承組件，5-轉軸，6-轉接件，7-電機架，8-電機，9-上外殼，10-密封圈，11-噴頭，12-噴頭螺母，13-線圈架，14-墊圈，15-腔蓋，16-線圈，17-隔磁腔，18-下外殼，19-軸上入口，20-軸內管路，21-軸內出口，22-軸出口外螺紋，23-噴頭入口外壁，24-圓形噴孔，25-噴頭底面，26-噴孔，27-射流束，28-工件。
具體實施方案
下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做進一步詳細說明。如圖1，為本發明的異形噴頭旋轉式磁射流拋光裝置的中心剖面結構示意圖，包括支架I、套筒2、上下密封組件
3、上下軸承組件4、轉軸5、轉接件6、電機架7、電機8、上外殼9、密封圈10、噴頭11、噴頭螺母12、線圈架13、墊圈14、腔蓋15、線圈16、隔磁腔17和下外殼18。其中，通過支架I將整體機構固定在精密機床上實現噴頭的整體運動；套筒2固定安裝在支架I內，套筒2的側面開口和支架I的側面開口同軸導通；上下密封組件3固定在套筒2內腔；轉軸5通過上下軸承組件4旋轉安裝在套筒2內，實現相對于套筒2的無偏擺旋轉；電機8的轉子和轉軸5的頂部通過轉接件6固定；電機8通過電機架7固定在套筒2上表面；密封圈10墊在噴頭11入口處；噴頭11安裝在轉軸5的下端出口處，并通過噴頭螺母12將噴頭11和轉軸5固定；線圈架13通過螺釘固定在套筒2的底面；墊圈14放置在腔蓋15和線圈架13之間，并通過螺釘將腔蓋15和墊圈14固定在線圈架13上；線圈16安裝在隔磁腔17內，并通過隔磁腔17和腔蓋15固定；上外殼9和下外殼18分別固定在套筒2的上、下側面。如圖2，為本發明轉軸5的剖面和三維圖。該轉軸5通過上下軸承組件4旋轉安裝在套筒2上，并利用上下密封組件3和套筒2之間形成旋轉密封結構；轉軸5頂部通過轉接件6和電機8的轉子固定，噴頭11通過噴頭螺母12固定在轉軸5的軸出口外螺紋22處；軸上入口 19和軸內出口 21分別為轉軸5的軸上液體入口、出口 ；軸內管路20為轉軸5的軸內通路；液體從軸上入口 19進入轉軸5，通過軸內管路20從軸內出口 21流出進入噴頭11。如圖3，為本發明的噴頭U。該噴頭11是異形噴頭，可具有多種噴射形式，例如特定分布的多孔形式和條形孔形式等。噴頭11的噴頭入口外壁23安裝在轉軸5的軸內出口21內，形成緊密配合，并通過噴頭螺母12和轉軸5固定；圖3(a)中的噴頭為特定分布的多孔形式，圓形噴孔24為錐柱形的噴射孔，孔分布在噴頭底面25不同的同心圓上，且根據需要不同圓上可有不同大小和數量的噴孔；圖3(b)為條形孔形式，噴孔26為條形的噴射孔。如圖4，本發明裝置的墊圈14。該墊圈14固定于線圈架13和腔蓋15之間，用低磁導率材料制成。如圖5，為本發明裝置的加工方式。加工時，選取適合的噴頭11并安裝；電機8的轉子帶動轉軸5旋轉，進而帶動噴頭11旋轉；隔磁腔17內的線圈16通電后產生局部的軸向磁場；具有一定壓力的拋光液通過由支架I和套筒2側面的通孔、轉軸5和套筒2構成的腔、轉軸5內部通道和噴頭11構成的液體內部通路后噴出，形成繞套筒2中心軸旋轉的射流束27，經過由通電線圈16產生的軸向磁場的磁化作用后，噴射到被加工工件28表面，對工件28進行面型修整。
權利要求
1.異形噴頭旋轉式磁射流拋光裝置，包括支架、套筒、上下密封組件、上下軸承組件、轉軸、轉接件、電機架、電機、上外殼、密封圈、噴頭、噴頭螺母、線圈架、墊圈、腔蓋、線圈、隔磁腔和下外殼； 上述組成部分的連接關系為 套筒固定在支架內，并實現套筒側面開口和支架側面開口同軸導通；轉軸通過上下軸承組件轉動安裝在套筒內，實現轉軸相對于套筒的無偏旋轉；上下密封組件固定在套筒內，并分布于轉軸側面開口處的上下兩側，在套筒內和轉軸之間實現轉動密封；轉軸上端通過轉接件與電機轉子固定，電機通過電機架固定安裝在套筒上表面；噴頭安裝在轉軸的下端，并用噴頭螺母固定；在噴頭的入口處通過密封圈與轉軸內腔形成密封管路；線圈架通過螺釘固定在套筒的下表面；在腔蓋上表面和線圈架下表面之間墊入墊圈，并將腔蓋固定在線圈架上；線圈裝入隔磁腔內并通過腔蓋和隔磁腔卡緊，整體和腔蓋固定，實現噴頭出口段部分沉入線圈內；上、下外殼分別安裝在套筒的上方和下方。整體安裝不僅要實現電機轉子、轉軸、噴頭的無偏擺同軸旋轉和噴頭、線圈之間的同軸，而且要實現液體通路的無阻礙密封。裝置整體通過支架固定在精密機床上，以實現噴頭整體的精密運動。
本發明的異形噴頭旋轉式磁射流拋光裝置的工作過程如下 工作時，通過數控機床控制噴頭整體以一定的姿態運動到指定的位置；電機通過轉軸驅動噴頭繞其中軸線做無偏擺旋轉運動；電磁線圈通電后產生局部的軸向磁場；具有一定壓力的拋光液，經過由支架和套筒的側面通孔、套筒和轉軸之間的腔、轉軸內通道和噴頭組成的內部通路后噴出，經過由通電線圈產生的局部軸向磁場發生磁流變效應，獲得穩定的射流束；當穩定的拋光液柱噴射到工件表面后，對工件表面產生去除，實現精確拋光。
2.根據權利要求I所述的異形噴頭旋轉式磁射流拋光裝置，其特征在于所述噴頭為高磁導率耐磨材料，其出口處噴孔具有多種形式，例如特定分布的多孔形式和條形孔形式等，特別的對于特定分布多孔形式的噴頭，分布在不同同心圓上的噴孔數量和大小根據實際需要可不同。
3.根據權利要求I所述的異形噴頭旋轉式磁射流拋光裝置，其特征在于所述旋轉軸下端出口和噴頭實現間隙配合，特別是緊密配合狀態。
4.根據權利要求I所述的異形噴頭旋轉式磁射流拋光裝置，其特征在于所述墊圈為低磁導率材料，腔蓋和隔磁腔為高磁導率材料。
5.根據權利要求I所述的異形噴頭旋轉式磁射流拋光裝置，其特征在于所述密封組件和密封圈采用特殊耐磨抗壓材料制成，能夠實現對一定轉速和壓力系統的密封。
6.根據權利要求I所述的異形噴頭旋轉式磁射流拋光裝置，其特征在于所述噴頭的旋轉速度可由電機驅動控制，旋轉最大線速度要遠遠小于噴射速度，電機轉子、轉軸和噴頭能夠同軸無偏擺旋轉，噴頭和線圈同軸，液體通路實現無阻礙密封。
全文摘要
本發明公開了屬于精密光學表面加工領域的一種拋光工具。包括支架、套筒、外殼、電機、電機架、轉接件、轉軸、軸承組件、密封組件、噴頭、噴頭螺母、線圈架、線圈和隔磁組件等。支架內固定有套筒；轉軸通過軸承組件轉動安裝在套筒內，并通過密封組件與套筒實現旋轉密封；利用轉接件將轉軸與電機轉子固定，電機通過電機架固定在套筒上；利用噴頭螺母將噴頭固定在轉軸下端；隔磁腔與腔蓋配合卡緊線圈，整體通過線圈支架固定于套筒下端；外殼與套筒固定。工作時，電機驅動噴頭轉圈，液體通過設備內部通路經噴頭噴出，再經過通電線圈產生的磁場后，拋光工件。本發明利用異形噴頭旋轉噴射獲得比噴孔面積大的拋光斑，有效的提高了磁射流加工效率。
文檔編號B24C5/02GK102975124SQ20121054975
公開日2013年3月20日 申請日期2012年12月17日 優先權日2012年12月17日
發明者程灝波, 王譚, 陳永 申請人:北京理工大學