本發明涉及一種拋光頭機構，尤其是涉及一種可調式磁性復合拋光的拋光頭機構。

背景技術：

磁性復合流體(Magnetic compound fluid，MCF)拋光是一種新型納米級超精密加工技術，它是利用磁性復合流體在磁場作用下，呈半固態介質，對工件進行拋光的加工技術。它具有拋光過程可控、加工工件表面面形精度高、不產生亞表面損傷、拋光頭尺寸可控可變、實現對材料的確定性加工等優點，磁性復合流體拋光具有廣泛的發展前途和工程應用價值。

現有的磁性復合流體拋光頭裝置中，起到承載磁性復合流體的載液板多以光滑平面為主，與磁性復合流體間的摩擦力相對較小，不利于提高磁性復合流體拋光的去除效率。另外，磁性復合流體在加工過程中易受外界條件影響，使磁性簇尺寸發生改變。本發明根據MCF磁性簇的尺寸，設計表面具有正四面體凹槽且可調的載液板，提高載液板對磁性復合流體的摩擦驅動力，實現更高的拋光頭材料的去除能力。

技術實現要素：

本發明的目的旨在針對傳統磁性復合流體拋光材料去除效率較低的缺點，對磁性復合流體拋光頭中載液板進行結構設計，提出了一種載液板表面具有正四面體凹槽且尺寸可調的磁性復合流體拋光頭機構。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：一種可調式磁性復合流體拋光頭機構，包括磁鐵旋轉機構、載液板旋轉機構，所述磁鐵旋轉機構包括：主軸、磁鐵盤、永久磁鐵和電機一，所述永久磁鐵偏心固定在磁鐵盤下方，磁鐵盤通過主軸連接電機一，由電機一驅動主軸帶動永久磁鐵轉動，產生高速旋轉的磁場；所述載液板旋轉機構包括連接支架，載液板，V型帶，V型帶輪和電機二，連接支架為圓形套筒，安裝于所述磁鐵旋轉機構的外側；載液板作為連接支架的端蓋，安裝在永久磁鐵下方；V型帶套接在V型帶輪和連接支架上，電機二通過聯軸器連接V型帶輪，由電機二通過V型帶輪驅動連接支架及其上的載液板旋轉，使載液板上的磁性復合流體旋轉，從而實現對工件拋光去除。

所述載液板由五個表面具有正四面體凹槽或正三棱臺通孔結構、直徑相同、厚度不同的圓形薄板組成，分為基板、附板Ⅰ、附板Ⅱ、附板Ⅲ、和附板Ⅳ；附板上的正三棱臺通孔與基板上均勻分布的正四面體凹槽配合，形成形狀不變、尺寸可調的正四面體凹槽，且正四面體凹槽的尺寸大小由磁性復合流體的磁性簇大小來確定，用于提高載液板對磁性復合流體的摩擦驅動力，實現更高的拋光去除效率。

一種可調式磁性復合流體拋光頭機構中的基板表面的正四面體凹槽和附板的正三棱臺通孔結構設計方法，其步驟為：

1)設頂端為半球形的磁性簇標準直徑為a，載液板上正四面體凹槽的棱長為x，磁性簇頂端與底面正三角形內切，即有：

得正四面體棱長為：

由正四面體棱長得正四面體凹槽深度h₀為：

2)按照2：2：1：0.5：0.25的比例設計基板的正四面體凹槽深度和各附板的正三棱臺的厚度，即基板的正四面體凹槽深度、附板Ⅰ、附板Ⅱ、附板Ⅲ、和附板Ⅳ的正三棱臺厚度h₁，h₂，h₃，h₄，h₅與h₀關系為：

基板、附板Ⅰ、附板Ⅱ、附板Ⅲ、和附板Ⅳ的正四面體凹槽和正三棱臺通孔底面正三角形的邊長分別為x₁，x₂，x₃，x₄，x₅，得：

3)載液板組合情況有：基板、基板+附板Ⅰ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ+附板Ⅳ，這五種組合載液板配合的磁性簇最大直徑分別為a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，計算：

a₃＝a (16)

上述載液板能滿足配合的磁性簇直徑范圍為：

基板、基板+附板Ⅰ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ、基板+附板Ⅰ+附板Ⅱ+附板Ⅲ+附板Ⅳ，這五種組合載液板滿足的磁性簇直徑調節范圍分別為：

4)依據磁性簇直徑的范圍，選取所需的載液板組合情況。

本發明的有益效果為：

1.結構簡單，體積小，可行性高：該拋光頭僅由主軸、磁鐵盤、永久磁鐵、連接支架、載液板、V型帶，V型帶輪和電機組成。采用套筒作為連接支架，使結構緊湊有序，縮小體積，各部分均為常見元件，加工方便，可行性高。

2.拋光過程材料去除率有效提高：通過設計載液板表面的正四面體凹槽，增加載液板表面粗糙度，提高載液板對磁性復合流體的摩擦驅動力，實現更高的磁性復合流體拋光對材料去除效率。

3.適用范圍廣，通用型強：通過載液板表面正四面體凹槽尺寸的可調性設計，擴大了能滿足的磁性簇直徑范圍，使用方便。

附圖說明

圖1為本發明的可調式磁性復合流體拋光頭機構示意圖；

圖2為基板和4個附板組合的載液板主視示意圖；

圖3為基板和4個附板組合的載液板左視示意圖；

圖4為基板和4個附板組合的載液板與磁性復合流體作用示意圖。

具體實施方法

下面結合上述附圖，對本發明的技術方案做進一步的闡述。

如圖1所示，一種可調式磁性復合流體拋光頭機構，包括磁鐵旋轉機構和載液板旋轉機構。

磁鐵旋轉機構包括：主軸9、磁鐵盤8、永久磁鐵7和電機一10。其中永久磁鐵7通過螺釘偏心安裝在磁鐵盤8下方，磁鐵盤8通過螺釘與主軸9連接，主軸9通過聯軸器安裝在電機一10上，由電機一10驅動主軸9帶動永久磁鐵7轉動，產生高速旋轉的磁場。

如圖1，2所示，載液板旋轉機構包括：連接支架6，載液板5，V型帶3，V型帶輪2和電機二1。連接支架6為圓形套筒，安裝在上述磁鐵旋轉機構的外側；載液板5作為連接支架6的端蓋，通過螺釘11安裝于永久磁鐵7下方；V型帶3套在V型帶輪2和連接支架6上，電機二1和V型帶輪2通過聯軸器連接，電機二1通過V型帶輪2驅動連接支架6及其上的載液板5旋轉，使載液板5上的磁性復合流體4旋轉，從而實現對工件拋光去除。

如圖2至圖4所示，上述載液板5由5個表面具有正四面體凹槽或正三棱臺通孔結構、直徑相同、厚度不同的圓形薄板組成，分為基板13、附板Ⅰ14、附板Ⅱ15、附板Ⅲ16、和附板Ⅳ17。附板Ⅰ-Ⅳ14-17上的正三棱臺通孔19-22與基板13上同心均勻分布的正四面體凹槽18配合，通過螺釘12固定，形成形狀不變、尺寸可變的正四面體凹槽，通過磁性復合流體4的磁性簇23大小來確定正四面體凹槽的尺寸大小，提高載液板5對磁性復合流體4的摩擦驅動力，有效提高拋光的去除效率。

結合實例，基板13正四面體凹槽18和附板Ⅰ-Ⅳ14-17上正三棱臺通孔19-22的尺寸計算方法如下：

當磁性復合流體拋光液4成分及比例為：羰基鐵粉、氧化鈰、去離子水、α-纖維素，其比例為5:1:3:1時，測得磁性簇23的標準直徑約a＝5mm。

1、磁性簇23直徑a＝0.5，設載液板上正四面體凹槽的棱長為x，磁性簇23頂端與底面正三角形內接，由公式(2)得：

由公式(3)得正四面體凹槽深度h₀為

載液板組合情況有：基板13、基板13+附板Ⅰ14、基板13+附板Ⅰ14+附板Ⅱ15、基板13+附板Ⅰ14+附板Ⅱ15+附板Ⅲ16、基板13+附板Ⅰ14+附板Ⅱ15+附板Ⅲ16+附板Ⅳ17，這五種組合載液板配合的磁性簇最大直徑分別為a₁，a₂，a₃，a₄，a₅，計算：

a₃＝a＝5 (23)

以上知載液板5適用磁性簇23直徑范圍：0～5.75mm。這五種組合適用磁性簇調節范圍分別為：0～2mm，2～4mm，4～5mm，5～5.5mm，5.5～5.75mm。

若因外界條件導致磁性簇23尺寸減少為3.5mm，范圍在2～4mm間，則選擇基板13+附板Ⅰ14+附板Ⅱ15配合使用，提高載液板5對磁性復合流體4的摩擦驅動力，實現更高的磁性復合流體的去除效率。