本發明涉及拋光設備和工藝，特別是一種采用單電機驅動并利用磁流變液對工件進行均勻拋光的裝置與方法。

背景技術：
：

隨著光學系統及精密儀器技術的迅速發展，超光滑大尺寸器件應用的日益廣泛對光電子器件的表面和形狀精度提出了更高的要求。超精密加工技術是光電子器件制造中的支撐技術，廣泛應用于航空航天、電子通信、生物工程、信息技術等領域，并取得了卓越的發展，已經成為高競爭企業中的重要領域。隨著光電產品使用性能的不斷提高，尺寸平面元件的應用越來越廣泛，對于加工這些器件，要滿足單位去除量少、殘余應力小等要求。而傳統的平面光整加工方法，如滾磨拋光、化學機械拋光，易腐蝕加工件的外表面，甚至會造成亞表面損傷、生產成本高、效率低等問題。

磁流變液是一種新興材料，未加磁場時，磁流變液就如普通流體一樣；加上一定強度磁場后，磁流變液會迅速變為具有粘塑性的Bingham介質，磁場消失后又可以變回為流動的液體。磁流變效應是由于磁性顆粒間存在相互吸引力從而促使微觀結構的形成而引起的，磁流變效應的核心是在外場作用下固體顆粒被感應成偶極子，偶極子間的吸引力引起顆粒成鏈與相分離。磁流變液具有的性能特征是：沉淀穩定性好、易于再分散、屈服應力高、零場粘度低，響應時間快、工作溫度范圍寬。

磁流變拋光是一種精密加工技術，用的是以磁流變液為基礎進行改進添加得到的磁流變拋光液對工件進行拋光，磁流變拋光液由磁敏微粒、非磁性拋光磨粒以及表面活性劑均勻分散在基載液后形成，磁敏微粒與表面活性劑作用后均勻分散于基載液中，非磁性拋光磨粒在加工前加到磁流變液中，經過攪拌，拋光磨粒也均勻分散于基載液中。磁流變拋光液在磁場作用下固化，在加工區域形成Bingham黏塑性體，用其作為可控的線狀區域的拋光工具，對工件進行拋光。

ZL201410528441.9專利文獻公開了一種往復式磁流變拋光裝置，拋光頭由工件軸、固定在工件軸下端的非導磁夾具及軟磁板構成，工件固定在非導磁夾具上，裝有磁流變液的載液槽位于拋光頭下部，拋光時工件浸入磁流變液中，載液槽的位置固定不變，電磁鐵位于載液槽下部，電磁鐵由往復傳動機構驅動、與工件拋光表面平行作直線往復移動，工件在磁場平動與工件轉動的復合運動下完成表面材料的去除。這種裝置的優點是磁場勻化性好，可加工狹長大平面工件，但由于載液槽的位置固定不變，磁流變液不會循環流動，在電磁鐵與工件拋光表面平行作直線往復運動時，只有當電磁鐵運動到工件正對的下方區域時，此處的磁流變液才形成Bingham黏塑性體，因此不能實現磁流變液的循環使用。

ZL201410120264.0專利文獻公開了一種適用于超大口徑光學加工的磁流變拋光裝置，該裝置由磁流變液拋光裝置系統和磁流變液循環裝置系統組成。磁流變液經過供給泵到達噴頭，噴頭流出的磁流變液運動到永磁鐵下方，在高強度梯度磁場下，形成緞帶突起，光學元件逆時針轉動，皮帶帶動緞帶在豎直平面內運動，二者相對運動實現鏡面拋光。該裝置解決了大口徑非球面加工去除效率低，加工周期長等問題，但缺點是零件相對較多，結構比較復雜。

技術實現要素：
：

針對現有技術的缺陷，本發明提供一種結構簡單以單電機驅動的、能實現磁流變液循環流動且在拋光區域內交換順暢的拋光裝置。

本發明采用以下技術方案：提供一種滾軸式磁流變拋光裝置，其特征在于，包括：機架，載液槽，拋光軸，永磁鐵，及傳動機構，所述載液槽中裝有磁流變液，工件通過位于載液槽內的非導磁夾具固定于所述載液槽的內側面，所述拋光軸位于所述載液槽的上部且豎直伸入所述載液槽中，所述永磁鐵以水平凸伸方式固定于一磁鐵架上，并放置在所述拋光軸內，所述磁鐵架與所述拋光軸外部固定連接，所述永磁鐵的磁極外端為球面結構并與工件拋光表面正對，所述磁極外端的頂端緣與所述拋光軸內表面的水平距離為3～5mm，所述拋光軸的外表面與工件拋光表面的水平距離為3～5mm，所述載液槽的底面安裝有導軌，與導軌配合的滑塊設置在所述機架上，所述載液槽的一側通過彈簧與所述機架連接，另一側連接有隔板，所述隔板連接一偏心輪，所述傳動機構包括蝸輪蝸桿傳動機構和螺旋齒輪傳動機構，所述蝸輪蝸桿傳動機構通過蝸輪帶動所述拋光軸轉動，所述螺旋齒輪傳動機構帶動所述偏心輪進而推動隔板使所述載液槽在導軌與滑塊的配合下作往復直線運動。

進一步地，所述蝸輪蝸桿傳動機構和所述螺旋齒輪傳動機構由同一電機驅動轉動，并通過聯軸器和軸承座連接固定。

進一步地，所述拋光軸的末端連接有葉片。

利用上述滾軸式磁流變拋光裝置進行拋光的方法，包括以下步驟：

步驟1、把工件安裝在非導磁夾具上，固定在載液槽內側面，將拋光軸浸入到載液槽內的磁流變液中，調節拋光軸和工件的相對位置，使工件關于拋光軸的軸線對稱分布；

步驟2、將永磁鐵固定在磁鐵架上，豎直放入拋光軸內，調節永磁鐵為球面結構的磁極與拋光軸內表面的間距為設定值，從而使工件表面的磁通密度為0.2-0.5T，調節拋光軸與工件拋光表面的間距為設定值；

步驟3、啟動電機，帶動蝸輪蝸桿和螺旋齒輪同步轉動，使拋光軸轉動和載液槽往復移動，調節載液槽的直線往復移動行程為100mm；

步驟4、在載液槽移動和拋光軸轉動的復合作用下，對工件拋光60分鐘，實現工件表面材料的去除；

步驟5、拋光結束，關停電機，工件軸和載液槽停止運動，取走磁鐵架，將工件從非導磁夾具中卸下，使工件離開磁流變液。

本發明的工作原理是:驅動電機驅動蝸輪蝸桿和螺旋齒輪運轉，蝸輪帶動拋光軸轉動，永磁鐵固定在磁鐵架中放入到拋光軸內，拋光軸豎直放入裝有磁流變液的載液槽中。在拋光過程中，永磁鐵可在拋光軸外表面產生高梯度磁場，載液槽中在此區域的磁流變液形成具有一定硬度的Bingham黏塑性體，成為可控的線狀區域的拋光工具，利用此黏塑性體的剪切力對載液槽內表面的工件進行拋光；在拋光的同時，螺旋齒輪帶動偏心輪轉動，偏心輪頂著隔板帶動載液槽沿導軌方向移動，載液槽一側安裝有彈簧，載液槽在偏心輪和彈簧共同作用下沿導軌方向往復移動，磁流變液在拋光軸轉動和載液槽移動的共同作用下對工件表面材料進行均勻去除。

本發明滾軸式磁流變拋光裝置與方法與現有技術相比，具有以下優點：

1、本發明設計的拋光設備創新式地采用了滾軸式的拋光方法，采用一個電機驅動整體裝置，簡化了傳統設備的整體結構，使得設備結構更緊湊，占用空間更小。

2、通過螺旋齒輪傳動機構使得載液槽沿著導軌作往復直線運動，可避免因磁場強度分布不均使得工件局部區域材料去除率低下問題，從整體上提高了加工效率，且所述永磁鐵的磁極外端為球面結構且朝向拋光軸內表面，并正對所述工件拋光表面，也使得工件邊緣的拋光效果更好，提高了工件的面形精度。

3、在拋光軸末端安裝了葉片，通過葉片對磁流變液進行攪拌，進一步促進了循環流動也保證了磁流變液內部顆粒分布的穩定性，并且簡化了設備的結構，使得整個設備結構更加緊湊。

附圖說明：

圖1為本發明提供的滾軸式磁流變拋光裝置的立體圖；

圖2為圖1所示的滾軸式磁流變拋光裝置不包括電機的主視圖；

圖3為圖1所示的滾軸式磁流變拋光裝置不包括電機的俯視圖；

圖4為本發明提供的滾軸式磁流變拋光裝置的另一視角的立體圖；

圖5為圖4中磁鐵架與拋光軸的局部立體圖；

圖6為圖1所示的滾軸式磁流變拋光裝置中除去電機與傳動機構后的左視角的全剖視圖。

本實施例中：1-蝸輪蝸桿傳動機構，2-螺旋齒輪傳動機構，3-磁鐵架，4-拋光軸，5-載液槽，6-偏心輪，7-導軌，8-彈簧，9-電機，10聯軸器，11-軸承座，12隔板，13-葉片，14-工件，15-機架，16-滑塊，17-非導磁夾具，18-永磁鐵，19-蝸輪，20-螺旋齒輪。

具體實施方式：

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。

如圖1、圖2和圖6所示，本發明提供的一種以單電機驅動的滾軸式磁流變拋光裝置，可加工狹長工件平面，包括：機架15，載液槽5，拋光軸4，永磁鐵18，及傳動機構，所述載液槽5中裝有磁流變液，工件14通過位于載液槽5內的非導磁夾具17固定于所述載液槽5的內側面，所述拋光軸4位于所述載液槽5的上部且豎直伸入所述載液槽5中，使工件14和拋光軸4均浸入磁流變液中，增大了工件14和磁流變液的接觸面積，從而使得材料去除率更高。所述永磁鐵18以水平凸伸方式固定于一磁鐵架3上，并放置在所述拋光軸4內，所述磁鐵架3與所述拋光軸4外部固定連接，所述永磁鐵18的磁極外端為球面結構，且所述磁極外端正對工件拋光表面，進一步的，所述磁極外端的頂端緣與所述拋光軸4的內表面的水平距離為3～5mm，所述拋光軸4的外表面與工件拋光表面的水平距離為3～5mm。如圖5所示，所述拋光軸4的末端連接有葉片13，可對磁流變液進行攪拌。采用永磁鐵18來代替電磁鐵不僅能縮小裝置的體積，減小工作空間，還可以簡化裝置結構，便于故障維修。

如圖1、圖2和圖4所示，所述載液槽5的底面安裝有導軌7，與導軌7配合的滑塊16固定在機架15上，所述載液槽5的一側通過彈簧8與所述機架15連接，另一側連接一隔板12，所述隔板12連接一偏心輪6，并緊貼所述偏心輪6，所述傳動機構包括蝸輪蝸桿傳動機構1和螺旋齒輪傳動機構2，所述蝸輪蝸桿傳動機構1和所述螺旋齒輪傳動機構2由同一電機9驅動轉動，分別由聯軸器10和軸承座11進行連接固定。如圖1、圖2和圖3所示，所述蝸輪蝸桿傳動機構1由一對蝸輪蝸桿嚙合，通過蝸輪19帶動所述拋光軸4轉動，所述螺旋齒輪傳動機構2通過一對螺旋齒輪20嚙合來帶動所述偏心輪6，進而推動隔板12使所述載液槽5在導軌7與滑塊16的配合下作往復直線運動。拋光裝置中大部分零件的材料為非導磁材料，避免拋光過程中受磁場影響而出現不良結果。

利用上述滾軸式磁流變拋光裝置進行拋光，包括以下步驟：

(1)把工件安裝在非導磁夾具上，固定在載液槽內側面，將拋光軸浸入到載液槽內的磁流變液中，調節拋光軸和工件的相對位置，使工件關于拋光軸的軸線對稱分布；

(2)將永磁鐵固定在磁鐵架上，豎直放入拋光軸內，調節永磁鐵為球面結構的磁極與拋光軸內表面的間距為設定值，從而使工件表面的磁通密度為0.2-0.5T，調節拋光軸與工件拋光表面的間距為設定值；

(3)啟動電機，帶動蝸輪蝸桿和螺旋齒輪同步轉動，使拋光軸轉動和載液槽往復移動，調節載液槽的直線往復移動行程為100mm；

(4)在載液槽移動和拋光軸轉動的復合作用下，對工件拋光60分鐘，實現工件表面材料的去除；

(5)拋光結束，關停電機，工件軸和載液槽停止運動，取走磁鐵架，將工件從非導磁夾具中卸下，使工件離開磁流變液。

最后應說明的是：以上實施例僅用以說明本發明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解：其依然可以對前述實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質脫離本發明權利要求所限定的范圍。