一種超精密研磨頭裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種超精密研磨頭裝置，包括研磨頭(1)和勵(lì)磁裝置(2)，研磨頭(1)與勵(lì)磁裝置(2)連接，勵(lì)磁裝置(2)帶動(dòng)研磨頭(1)轉(zhuǎn)動(dòng)并將磁性傳遞給研磨頭(1)；勵(lì)磁裝置(2)內(nèi)部設(shè)置有氣體通道(3)，氣體通道(3)與研磨頭(1)相連通，氣體通道(3)內(nèi)的氣流可以經(jīng)過(guò)研磨頭(1)從研磨頭(1)外表面噴出。本實(shí)用新型解決了磁性流體難以有效更換的問(wèn)題，提供一種超精密研磨頭裝置。
【專利說(shuō)明】
一種超精密研磨頭裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型涉及超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種超精密研磨頭裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]微小非球面光學(xué)零件的口徑一般在數(shù)毫米到數(shù)十毫米范圍之內(nèi)，是一種非常重要的光學(xué)零件。在軍用方面，激光制導(dǎo)系統(tǒng)、雷達(dá)測(cè)距系統(tǒng)、航空、航天望遠(yuǎn)攝像系統(tǒng)、紅外熱成像工程等光電儀器的光學(xué)系統(tǒng)都廣泛的應(yīng)用到各種光學(xué)材料微小口徑非球面鏡。而在民用方面更為廣泛，攝像鏡頭、紅外遠(yuǎn)程監(jiān)視鏡、錄像機(jī)鏡頭、激光視盤(pán)裝置、醫(yī)療診斷用的X光鏡頭、間接眼底鏡、內(nèi)窺鏡、漸進(jìn)鏡片、數(shù)碼相機(jī)、CCD攝像鏡頭等光電產(chǎn)品，這些都需要大量的微小口徑非球面光學(xué)零件，隨著光學(xué)工程、通訊工程、國(guó)防、航空航天、計(jì)量檢測(cè)、生物醫(yī)學(xué)，汽車產(chǎn)業(yè)等多領(lǐng)域的迅速發(fā)展，對(duì)超精密微小非球面光學(xué)零件的加工需求日益迫切，各種超精密非球面的加工技術(shù)正受到國(guó)內(nèi)外企業(yè)與研究機(jī)構(gòu)越來(lái)越多的重視。
[0003]隨著微小非球面光學(xué)零件市場(chǎng)的日益擴(kuò)大，客戶對(duì)其制造精度的要求越來(lái)越高，如何同時(shí)獲得小型高性能的光學(xué)透鏡成為光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造的重點(diǎn)和難點(diǎn)。雖然各種非球面加工技術(shù)不斷的出現(xiàn)和發(fā)展，目前為止已經(jīng)出現(xiàn)了多種超精密非球面加工技術(shù)，例如超精密車削、磨削技術(shù)、拋光技術(shù)，復(fù)制成型技術(shù)以及延伸一些特種加工技術(shù)等等，但是如何能高效率的獲得高精度的表面質(zhì)量及形狀精度是目前制約微小口徑非球面光學(xué)零件應(yīng)用的最大瓶頸，如何獲得高質(zhì)量、高精度的非球面光學(xué)零件仍是各個(gè)國(guó)家和地區(qū)研究的熱點(diǎn)。特別以光學(xué)玻璃，碳化硅，碳化鎢，結(jié)晶硅等硬脆材料為代表的微小非球面光學(xué)元器件對(duì)光學(xué)加工技術(shù)提出了更為嚴(yán)格的要求。在硬脆材料的微小非球面透鏡及其模具的制造技術(shù)中，最為有效的高形狀精度和高表面質(zhì)量創(chuàng)成的手段是采用微粉砂輪的超精密鏡面磨削。它能夠高效率地獲得亞微米級(jí)的形狀精度、納米級(jí)的表面粗糙度，但在高精度激光光學(xué)系統(tǒng)、短波光源光學(xué)系統(tǒng)中，光學(xué)非球面零件既要有納米級(jí)或者納米級(jí)以下的非常低的表面粗糙度，又要具有P-VlOOnm量級(jí)的高形狀精度，而且要求極低的亞表面損傷。受零件尺寸空間的限制，傳統(tǒng)的彈性拋光頭和手工拋光工藝受加工效率、產(chǎn)量以及精度穩(wěn)定性的限制，除了難以保證均勻的表面粗糙度外，還或多或少的破壞前磨削工序所得到的形狀精度，很難應(yīng)用于微小非球面的自動(dòng)拋光，已經(jīng)在被慢慢淘汰。特別是對(duì)于微小非球面、微小復(fù)雜曲面(如鼻錐體，圓柱體、自由曲面)體、高陡度的凹形光學(xué)零件及其模具等，傳統(tǒng)的研拋工具還會(huì)產(chǎn)生機(jī)械干涉難以拋光。隨著人們對(duì)亞納米級(jí)光滑表面形成機(jī)理認(rèn)識(shí)的深入和超光滑加工以及檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了各種應(yīng)用化學(xué)、電磁學(xué)、流體力學(xué)和能量場(chǎng)原理加工超光滑表面的新加工方法，但是針對(duì)微小非球面透鏡和微細(xì)模具的加工制造，目前國(guó)內(nèi)外都缺乏理想的高效率、高精度的自動(dòng)拋光方法。譬如，計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成形(CCOS)技術(shù)與應(yīng)力拋光技術(shù)主要是針對(duì)大口徑非球面零件的加工，并且受其加工原理的影響，很難有效的控制復(fù)雜微小口徑非球面零件的形狀精度;傳統(tǒng)的MRF磁流變拋光技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)大中口徑的非球面零件的加工，但由于受其拋光輪大小的限制，對(duì)于微小口徑特別是口徑1mm以下的零件很難實(shí)現(xiàn)磁流體的循環(huán)，從而存在一定的加工難度;至于ERF電流變液技術(shù)彈性發(fā)射加工技術(shù)、離子束拋光(簡(jiǎn)稱IBF)技術(shù)、等離子體輔助拋光(PACE)技術(shù)等多種特種加工技術(shù)，雖然可以實(shí)現(xiàn)微小口徑非球面零件的加工，但受去除效率低下的限制，并且這些特種加工方法需要昂貴的加工成本，并不能廣泛的應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)。
[0004]2009年10月28日公開(kāi)的申請(qǐng)?zhí)枮?00910043610.9的發(fā)明創(chuàng)造公開(kāi)了一種磁流變斜軸拋光方法及裝置，該發(fā)明創(chuàng)造利用拋光工具頭外殼較小前端區(qū)域一部分有磁場(chǎng)，另一部分無(wú)磁場(chǎng)或弱磁場(chǎng)，便于磁流變液更新。然而，該發(fā)明創(chuàng)造用于微小非球面光學(xué)零件的拋光時(shí)，由于工作空間窄小，僅依靠易磁化體的形狀差異來(lái)更換磁流變體，還是容易出現(xiàn)磁流變體中的鐵基顆粒包圍拋光頭前端，鐵基顆粒中的磨料難以對(duì)工件形成有效的磨削作用。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0005]本實(shí)用新型的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，克服了磁性流體難以有效更換的問(wèn)題，提供一種超精密研磨頭裝置。
[0006]—種超精密研磨頭裝置，包括研磨頭和勵(lì)磁裝置，研磨頭與勵(lì)磁裝置連接，勵(lì)磁裝置帶動(dòng)研磨頭轉(zhuǎn)動(dòng)并將磁性傳遞給研磨頭;勵(lì)磁裝置內(nèi)部設(shè)置有氣體通道，氣體通道與研磨頭相連通，氣體通道內(nèi)的氣流可以經(jīng)過(guò)研磨頭從研磨頭外表面噴出。
[0007]作為優(yōu)選，所述研磨頭包括磁芯磨頭和氣孔磨頭，磁芯磨頭前端位于氣孔磨頭內(nèi)，磁芯磨頭前端與氣孔磨頭之間形成有空隙，磁芯磨頭后端與勵(lì)磁裝置固定連接，氣孔磨頭與磁芯磨頭同步轉(zhuǎn)動(dòng);磁芯磨頭后端設(shè)置有空腔，氣體通道與空腔相連，磁芯磨頭上空腔與空隙之間設(shè)置有通氣孔;氣孔磨頭的工作面上設(shè)置有氣孔。
[0008]作為優(yōu)選，所述勵(lì)磁裝置包括電磁鐵芯軸、線圈隔熱套筒和線圈，線圈纏繞在線圈隔熱套筒上，線圈隔熱套筒套在電磁鐵芯軸上，電磁鐵芯軸與研磨頭固定連接，氣體通道設(shè)置在電磁鐵芯軸內(nèi)部。
[0009]作為優(yōu)選，所述氣體通道中心線與電磁鐵芯軸中心線重合;所述電磁鐵芯軸上設(shè)置有氣道，氣道連通氣體通道和電磁鐵芯軸外表面，氣道位于線圈和電磁鐵芯軸之間。
[0010]作為優(yōu)選，所述氣孔磨頭表面的氣孔直徑為亞微米級(jí)。
[0011]作為優(yōu)選，所述氣孔磨頭表面的氣孔直徑為納米級(jí)。
[0012]作為優(yōu)選，所述氣孔在氣孔磨頭表面均勻布置;通氣孔相對(duì)于磁芯磨頭的中心線對(duì)稱布置。
[0013]作為優(yōu)選，所述磁芯磨頭的中心線和氣孔磨頭的中心線重合。
[0014]作為優(yōu)選，磁芯磨頭的材質(zhì)是軟鐵或者硅鋼材料。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果:
[0016](I)本實(shí)用新型利用氣流通過(guò)氣孔磨頭上的微小氣孔對(duì)吸附到氣孔磨頭上的磁性流體進(jìn)行更新，可以在工作過(guò)程中實(shí)現(xiàn)磁性流體的有效更新，避免磁性流體中僅鐵基顆粒包圍磨頭而使磨料難以對(duì)工件形成有效的磨削作用的現(xiàn)象;此外本實(shí)用新型利用氣流實(shí)現(xiàn)磁性流體的更換還起到一個(gè)難以預(yù)料的效果，即:利用磁場(chǎng)和氣流對(duì)磁性流體的復(fù)合作用來(lái)拋光非球面工件，使得研磨效果更佳，氣流可以提高研磨時(shí)的研磨壓力，而且利用氣體提高研磨壓力還可以減小研磨過(guò)程中的殘留磨痕。
[0017](2)本實(shí)用新型可以通過(guò)電磁鐵芯軸上的氣道以及各部件相互配合時(shí)自然形成的間隙利用氣體對(duì)發(fā)熱部件進(jìn)行冷卻，提高設(shè)備使用壽命的同時(shí)降低了安全隱患。
[0018](3)本實(shí)用新型可以實(shí)現(xiàn)微小非球面拋光(尺寸在10毫米以下)的自動(dòng)化，得到亞微米級(jí)的形狀精度和納米級(jí)的表面粗糙度，得到極小的表面損傷，同時(shí)可以有效回收價(jià)格不菲的金剛石粉末等研磨材料，提高了材料的利用率和回收率，與常規(guī)的磁力研磨機(jī)相比，能有效的提高加工效率，而且制造，裝配簡(jiǎn)單，所述裝置無(wú)須專用磁力研磨設(shè)備，可以直接利用已有立式銑床等普通機(jī)加工設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)磁力研磨加工，易于工業(yè)化實(shí)施。
[0019](4)本實(shí)用新型磁芯磨頭隨氣孔磨頭一起轉(zhuǎn)動(dòng)除了可以簡(jiǎn)化設(shè)備結(jié)構(gòu)，合理安排動(dòng)力傳動(dòng)，方便氣流輸送之外還有著難以預(yù)料的效果，即:如果磁芯磨頭不隨氣孔磨頭一起轉(zhuǎn)動(dòng)，磁性流體被吸附在氣孔磨頭上僅僅在磁芯流體和氣孔磨頭之間的摩擦力作用下隨氣孔磨頭轉(zhuǎn)動(dòng)，而且在此過(guò)程中需要克服離心力作用；而當(dāng)磁芯磨頭隨氣孔磨頭一起轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)磁性流體的隨氣孔磨頭的轉(zhuǎn)動(dòng)除了依靠摩擦力外更多的是依賴磁性流體和磁芯磨頭之間的吸附力，吸附效果更好，磁性流體更有效地隨氣孔磨頭一起轉(zhuǎn)動(dòng)，不但可以更好地對(duì)工件形成研磨的作用，還更利于磁性流體的更新。
【附圖說(shuō)明】

[0020]為了更清楚的說(shuō)明本實(shí)用新型的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他附圖。
[0021 ]圖1為超精密研磨頭裝置的示意圖。
[0022]圖2為圖1中A的局部放大示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地說(shuō)明。
[0024]實(shí)施例
[0025]圖1為超精密研磨頭裝置的不意圖、圖2為圖1中A的局部放大不意圖。如圖1、圖2所示，一種超精密研磨頭裝置，包括研磨頭I和勵(lì)磁裝置2，研磨頭I與勵(lì)磁裝置2連接，勵(lì)磁裝置2帶動(dòng)研磨頭I轉(zhuǎn)動(dòng)并將磁性傳遞給研磨頭I;勵(lì)磁裝置2內(nèi)部設(shè)置有氣體通道3，氣體通道3與研磨頭I相連通，氣體通道3內(nèi)的氣流可以經(jīng)過(guò)研磨頭I從研磨頭I夕卜表面噴出；所述研磨頭I包括磁芯磨頭11和氣孔磨頭12，磁芯磨頭11前端位于氣孔磨頭12內(nèi)，磁芯磨頭11前端與氣孔磨頭12之間形成有空隙4，磁芯磨頭11后端與勵(lì)磁裝置2固定連接，氣孔磨頭12與磁芯磨頭11同步轉(zhuǎn)動(dòng);磁芯磨頭11后端設(shè)置有空腔1101，氣體通道3與空腔1101相連，磁芯磨頭11上空腔1101與空隙4之間設(shè)置有通氣孔5;氣孔磨頭12的工作面上設(shè)置有氣孔6;所述勵(lì)磁裝置2包括電磁鐵芯軸21、線圈隔熱套筒22和線圈23，線圈23纏繞在線圈隔熱套筒22上，線圈隔熱套筒22套在電磁鐵芯軸21上，電磁鐵芯軸21與研磨頭I固定連接，氣體通道3設(shè)置在電磁鐵芯軸21內(nèi)部;所述氣體通道3中心線與電磁鐵芯軸21中心線重合;所述電磁鐵芯軸21上設(shè)置有氣道7，氣道7連通氣體通道3和電磁鐵芯軸21外表面，氣道7位于線圈23和電磁鐵芯軸21之間；所述氣孔磨頭12表面的氣孔6直徑為亞微米級(jí);所述氣孔磨頭12表面的氣孔6直徑為納米級(jí);所述氣孔6在氣孔磨頭12表面均勻布置;通氣孔5相對(duì)于磁芯磨頭11的中心線對(duì)稱布置;所述磁芯磨頭11的中心線和氣孔磨頭12的中心線重合;磁芯磨頭11的材質(zhì)是軟鐵或者硅鋼材料，值得說(shuō)明的是所述氣孔磨頭12上的氣孔6可以由亞微米/納米級(jí)微孔透氣材料替代。
[0026]本實(shí)用新型的工作過(guò)程:電磁鐵芯軸在外部動(dòng)力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)，電磁鐵芯軸一方面帶動(dòng)磁芯磨頭轉(zhuǎn)動(dòng)，另一方面通過(guò)連接部件帶動(dòng)氣孔磨頭同步轉(zhuǎn)動(dòng);氣流由高速旋轉(zhuǎn)接頭通入電磁鐵芯軸的氣體通道，大部分氣體沿氣體通道涌到磁芯磨頭，再通過(guò)通氣孔進(jìn)入氣孔磨頭，從氣孔排到外面，吹去吸附在磨頭上的鐵粉和金剛石粉末，使其更新，減少殘留，具體來(lái)講，氣流從研磨頭內(nèi)部通過(guò)氣孔磨頭的亞微米/納米級(jí)微氣孔中滲出，在氣孔磨頭與工件的狹小研磨間隙中形成穩(wěn)定的氣膜使研磨更加均勻并顯著提高研磨效果，同時(shí)利用磁場(chǎng)和氣流對(duì)磁性流體的復(fù)合作用來(lái)拋光非球面工件，也使得研磨效果更佳，而且由于磁芯磨頭和氣孔磨頭一起轉(zhuǎn)動(dòng)，使得磁性流體更有效地隨氣孔磨頭一起轉(zhuǎn)動(dòng)，除了可以依靠離心力對(duì)磁性流體進(jìn)行攪拌和更新外，還可以對(duì)工件形成更好的研磨作用;此外，還更利于磁性流體的更新，這是由于:在研磨頭的非加工表層，通過(guò)氣流的作用將吸附在氣孔磨頭的上磁性流體吹落，可達(dá)到磨粒自動(dòng)循環(huán)更新的目的。還有一部分氣體通過(guò)電磁鐵芯軸上的氣道對(duì)線圈進(jìn)行冷卻，另外利用各部件連接時(shí)自然形成的空隙使氣體對(duì)線圈及發(fā)熱部件進(jìn)行冷卻;線圈接通電源對(duì)電磁鐵芯軸進(jìn)行勵(lì)磁，并將磁性傳遞給磁性磨頭，磁性磨頭吸附鐵粉并將夾在鐵粉中的金剛石粉末一起吸附在氣孔磨頭上，使鐵粉和金剛石粉末充滿氣孔磨頭和工件的接觸面;鐵粉和金剛石粉末組成的磁性流體在磁場(chǎng)的作用下在氣孔磨頭外部形成磨粒刷對(duì)工件進(jìn)行研磨，研磨頭內(nèi)部設(shè)置氣流通路并在氣孔磨頭上采用亞微米/納米級(jí)微孔透氣材料，氣流從微孔透氣材料中噴出可以提高研磨壓力，有效促進(jìn)磨料更新，而且在氣孔磨頭轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)形成的的非工作面上氣流可將磁性材料全部吹落徹底更新磁性磨料;通過(guò)線圈的通斷電來(lái)控制磁芯磨頭的磁性，斷電時(shí)可以消除磁性從而使磁性流體達(dá)到及時(shí)更新的效果，為了更好地傳遞并控制磁芯磨頭的磁性，磁芯磨頭采用消磁較快的金屬材料，可以是軟鐵或者娃鋼材料。
[0027]以上所述，僅為本實(shí)用新型較佳的【具體實(shí)施方式】，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實(shí)用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種超精密研磨頭裝置，其特征在于:包括研磨頭(I)和勵(lì)磁裝置(2)，研磨頭(I)與勵(lì)磁裝置(2)連接，勵(lì)磁裝置(2)帶動(dòng)研磨頭(I)轉(zhuǎn)動(dòng)并將磁性傳遞給研磨頭(I);勵(lì)磁裝置(2)內(nèi)部設(shè)置有氣體通道(3)，氣體通道(3)與研磨頭(I)相連通，氣體通道(3)內(nèi)的氣流可以經(jīng)過(guò)研磨頭(I)從研磨頭(I)外表面噴出。2.如權(quán)利要求1所述的一種超精密研磨頭裝置，其特征在于:所述研磨頭(I)包括磁芯磨頭(11)和氣孔磨頭(12)，磁芯磨頭(11)前端位于氣孔磨頭(12)內(nèi)，磁芯磨頭(11)前端與氣孔磨頭(12)之間形成有空隙(4)，磁芯磨頭(11)后端與勵(lì)磁裝置(2)固定連接，氣孔磨頭(12)與磁芯磨頭(11)同步轉(zhuǎn)動(dòng);磁芯磨頭(11)后端設(shè)置有空腔(1101)，氣體通道(3)與空腔(1101)相連，磁芯磨頭(11)上空腔(1101)與空隙(4)之間設(shè)置有通氣孔(5);氣孔磨頭(12)的工作面上設(shè)置有氣孔(6)。3.如權(quán)利要求1所述的一種超精密研磨頭裝置，其特征在于:所述勵(lì)磁裝置(2)包括電磁鐵芯軸(21)、線圈隔熱套筒(22)和線圈(23)，線圈(23)纏繞在線圈隔熱套筒(22)上，線圈隔熱套筒(22)套在電磁鐵芯軸(21)上，電磁鐵芯軸(21)與研磨頭(I)固定連接，氣體通道(3)設(shè)置在電磁鐵芯軸(21)內(nèi)部。4.如權(quán)利要求1所述的一種超精密研磨頭裝置，其特征在于:所述氣體通道(3)中心線與電磁鐵芯軸(21)中心線重合;所述電磁鐵芯軸(21)上設(shè)置有氣道(7)，氣道(7)連通氣體通道(3)和電磁鐵芯軸(21)外表面，氣道(7)位于線圈(23)和電磁鐵芯軸(21)之間。5.如權(quán)利要求2所述的一種超精密研磨頭裝置，其特征在于:所述氣孔磨頭(12)表面的氣孔(6)直徑為亞微米級(jí)。6.如權(quán)利要求2所述的一種超精密研磨頭裝置，其特征在于:所述氣孔磨頭(12)表面的氣孔(6)直徑為納米級(jí)。7.如權(quán)利要求2所述的一種超精密研磨頭裝置，其特征在于:所述氣孔(6)在氣孔磨頭(12)表面均勻布置;通氣孔(5)相對(duì)于磁芯磨頭(11)的中心線對(duì)稱布置。8.如權(quán)利要求2所述的一種超精密研磨頭裝置，其特征在于:所述磁芯磨頭(11)的中心線和氣孔磨頭(12)的中心線重合。9.如權(quán)利要求2所述的一種超精密研磨頭裝置，其特征在于:磁芯磨頭(11)的材質(zhì)是軟鐵或者娃鋼材料。
【文檔編號(hào)】B24B37/11GK205703716SQ201620556085
【公開(kāi)日】2016年11月23日
【申請(qǐng)日】2016年6月8日
【發(fā)明人】王宇, 曹勝, 李財(cái), 潘小強(qiáng)
【申請(qǐng)人】浙江科技學(xué)院