CN102756336B - 公自转磁流变抛光去除廓形的优化调节方法 - Google Patents

Abstract

公自转磁流变抛光去除廓形的优化调节方法，属于光学曲面精密加工技术领域。为优化现有公自转磁流变抛光技术中的公转去除廓形，使之满足从边缘处至回转中心处去除量单调增大的条件，本发明在现有装置基座板上，加装包含滑板、丝杠、丝杠支承座等的调节装置，通过驱动丝杠转动带动滑板相对基座板沿x轴直线移动，安装于滑板上的抛光轮也同步地相对基座板沿x轴直线移动，从而定量可控地调节抛光轮自转轴线相对于抛光轮公转轴线的偏心量e，使得调节后自转去除廓形的去除量最大处与公转轴线的距离e’在±1.5mm以内，经过优化调节后的公转去除廓形更有利于修正工件面形误差。

Description

公自转磁流变抛光去除廓形的优化调节方法

技术领域

本发明涉及公自转磁流变抛光技术及装置，属于光学曲面精密加工技术领域。 

背景技术

产生于二十世纪八十年代末的磁流变抛光和古典抛光方法相比，是一种柔性的去除量可确定的小磨头抛光方法，可以用于非球面乃至自由曲面的抛光。磁流变液是磁流变抛光的抛光介质，是一种在磁场作用下能够迅速硬化的智能材料，基本成分是：铁磁性颗粒、非铁磁性抛光粉、基载液和稳定剂，铁磁性颗粒大多采用微米量级的羰基铁粉，非铁磁性抛光粉通常为二氧化铈等抛光磨料，基载液主要有水基和油基两种，稳定剂的目的是抑制颗粒在基载液中的沉降与团聚，同时减缓铁磁性颗粒的氧化。磁流变抛光基本原理如图1a所示：随着抛光轮的转动，如图1a中ω₁方向，磁流变液11被抛光轮7带入抛光区域12与工件13接触，在抛光区域12磁场作用下（图1a中磁铁及磁感应线未画出），磁流变液11产生流变，铁粉紧密排列起来，把非铁磁性抛光粉挤向并贴合工件13以产生剪切力来起到抛光去除作用。以ω₁转动的磁流变抛光轮驻留在工件上某处做定点抛光时，在工件上该处产生去除廓形，由于磁场作用下产生流变的磁流变液11在工件13上不同的点所产生的剪切力不同，去除廓形具有抛光去除量各点不同的三维形状，图1b给出了磁流变去除廓形在xz平面内的截面曲线。由于去除廓形的各点去除量正比于定点抛光的时间，则在驱动抛光轮在工件表面进给的过程中，控制抛光轮在工件面形误差高点处驻留时间长，在工件面形误差低点处驻留时间短，从而达到确定性地降低工件面形误差的目的，而去除廓形的三维形状会直接影响工件面形修正的效果和效率，因此优化去除廓形的形状就非常重要。从更有效修正工件面形误差、更有效降低工件表面粗糙度角度考虑，去除廓形符合下面两个形状条件时最优：一是去除廓形是回转对称的，二是从去除廓形边缘处至其回转中心处抛光去除量单调增大，如图2b所示。 

如图1a所示，定义抛光轮绕自身轴线O₀旋转的运动ω₁为自转，定义抛光轮绕垂直于工件的轴线z旋转的运动ω₂为公转。定义当抛光轮只做自转不做公转时工件上得到的去除廓形为自转去除廓形，如图1b中14a所示；定义当抛光轮既做自转又做公转时工件上得到的去除廓形为公转去除廓形，如图2a和图2b中14b所示。由图1b可见，自转去除廓形14a不是回转对称的，而公转去除廓形理论上是自转去除廓形绕公转轴线旋转并积分的结果，显然公转去除廓形是绕抛光轮公转轴线回转对称的，如图2a和图2b中14b所示。针对去除廓形最优条件的第一条，为了改进普通磁流变抛光中自转去除廓形非回转对称的缺点，专利文献公开了“正交轴组合磁性抛光工具”（ZL03119281.5），该发明中抛光轮采取既做自转又做公转的复合运动形式，从而得到具有回转对称形状的公转去除廓形。 

但单纯采用“正交轴组合磁性抛光工具”(ZL03119281.5)，公转去除廓形如图2a所示，不满足从边缘处至回转中心处抛光去除量单调增大的条件，原因如下：图1b给出了xz平面 内自转去除廓形14a的截面曲线，可见未经优化调节时磁流变自转去除廓形的抛光去除量最大处与抛光轮公转轴线存在偏移量e₀，e₀的大小由抛光轮与工件的间距、工件材料本身性质、磁流变液成分、磁场强度等因素决定，而公转去除廓形理论上是自转去除廓形绕公转轴线旋转并积分的结果，因为e₀的存在，未经优化调节时的公转去除廓形会出现图2a所示的截面曲线，可见该公转去除廓形从边缘处至回转中心处抛光去除量不是单调增大，如前所述，这种公转去除廓形不符合最优条件的第二条。 

发明内容

本发明的目的是提供一种公自转磁流变抛光去除廓形的优化调节方法，以解决单纯采用“正交轴组合磁性抛光工具”时公转去除廓形从边缘处至回转中心处抛光去除量非单调增大的问题，使得公转去除廓形既满足是回转对称的、又满足从去除廓形边缘处至其回转中心处抛光去除量单调增大这两个条件，更有利于工件面形误差的修正。 

本发明的技术方案如下： 

一种公自转磁流变抛光去除廓形的优化调节方法，其特征在于：在现有的公自转磁流变抛光装置的基座板上加装调节装置，该调节装置包括滑板、丝杠、丝杠支承座和驱动机构；滑板通过丝杠螺母副与丝杠相配合，可以沿基座板上的导轨相对基座板沿x轴直线移动，滑板与抛光轮轴承座固定联接；丝杠支承座固定安装于基座板上，丝杠由丝杠支承座支承；驱动机构驱动丝杠绕其自身轴线转动； 

具体调节方法：当抛光轮只做自转不做公转时，通过驱动机构驱动丝杠绕其自身轴线转动，固定安装于滑板上的抛光轮随滑板同步地相对基座板沿x轴直线移动，从而调节抛光轮自转轴线与公转轴线的偏心量e；使调节后自转去除廓形的抛光去除量最大处相对于抛光轮公转轴线的距离e’在±1.5mm以内，其中e’＝e-e₀，从而在抛光轮既做自转又做公转时公转去除廓形得到优化，即既满足回转对称、又满足从边缘处至回转中心处抛光去除量单调增大这两个条件；其中，e₀为调节前自转去除廓形的去除量最大处相对抛光轮公转轴线的偏移量。 

上述技术方案中，所述的驱动机构采用蜗轮蜗杆或齿轮传动机构。 

本发明与现有技术相比具有以下优点和突出性效果： 

本发明应用于正交公自转磁流变抛光轮，解决了现有技术中单纯采用“正交轴组合磁性抛光工具”时公转去除廓形从边缘处至回转中心处抛光去除量非单调增大的问题，使得公转去除廓形既满足是回转对称的、又满足从去除廓形边缘处至其回转中心处抛光去除量单调增大这两个条件，更有利于工件面形误差的修正。 

附图说明

图1a为磁流变抛光轮相对工件的公自转复合运动形式；图1b为自转去除廓形在xz平面内的截面曲线示意图；图1c为图1a的俯视图。 

图2a为优化调节前的公转去除廓形在xz平面内的截面曲线示意图，其从边缘处至回转中心处抛光去除量非单调增大；图2b为应用本发明通过调节抛光轮公转轴线与自转轴线偏心量后得到的公转去除廓形在xz平面内的截面曲线示意图，其从边缘处至回转中心处抛光去除 量单调增大。 

图3为现有公自转磁流变抛光装置结构示意图。 

图4为本发明具体实施方式的主视图。 

图5为图4的俯视图。 

图中：1-基座板；2-滑板；3-丝杠；4-丝杠支承座；5-抛光轮轴承座；6-抛光轮自转轴；7-抛光轮；8-永磁铁支承座及永磁铁；9-驱动机构；11-磁流变液；12-抛光区域；13-工件；14a-自转去除廓形；14b-公转去除廓形；ω₁-抛光轮自转方向；ω₂-抛光轮公转方向；x-x轴方向；y-y轴方向；z-z轴方向；O₀-调节前抛光轮自转轴线初始的位置；O’-调节后相对公转轴线的偏心量为e时的抛光轮自转轴线的位置；e₀-调节前自转去除廓形的去除量最大处相对抛光轮公转轴线的偏移量；e-调节后抛光轮自转轴线相对于公转轴线的偏心量；e’-调节后自转去除廓形的抛光去除量最大处相对于抛光轮公转轴线的距离。 

具体实施方式

下面结合附图对本发明的原理和具体实施方式做进一步说明。 

实际的公自转磁流变抛光轮的公转轴线由机床结构所决定，视为固定参照物，实际机床结构中公转轴线始终通过基座板的圆心，如图5所示，因此以下相对公转轴线的偏移相当于是相对于基座板的移动。如图1a、图4、图5所示，以公转轴线为z轴、以抛光轮自转轴线初始位置O₀为y轴建立坐标系，在本发明优化调节下，抛光轮相对公转轴线可以沿x轴平移，但不可以沿y轴平移，从而保证优化调节过程中抛光轮始终关于xz平面对称。本发明基本原理如下：视公转轴线为固定，相对公转轴线向x轴正向平移抛光轮，使得抛光轮自转轴线从O₀位置偏移至O’位置，偏移的距离为e，则自转去除廓形也相应偏移了距离e，图1b虚线代表自转去除廓形偏移后的位置，这样自转去除廓形去除量最大处相对公转轴线z的距离也由e₀变为e’，e’=e-e₀，鉴于公转去除廓形理论上是自转去除廓形绕公转轴线旋转并积分的结果，e’在±1.5mm内就能使得抛光轮既做自转又做公转时的公转去除廓形如图2b所示，满足从边缘处至回转中心处抛光去除量单调增大的条件。e’为正的情况是自转去除廓形的抛光去除量最大处的x轴坐标为正，e’为负的情况是自转去除廓形的抛光去除量最大处的x轴坐标为负，e’数值大小可以是0但又不仅限于0。 

图3为现有公自转磁流变抛光装置结构示意图，包括基座板1、抛光轮轴承座5、抛光轮自转轴6、抛光轮7、永磁铁支承座及永磁铁8，一对抛光轮轴承座5固定安装于基座板1上，抛光轮自转轴6通过轴承安装于抛光轮轴承座5上，抛光轮7固定安装于抛光轮自转轴6上，永磁铁支承座及永磁铁8固定安装于抛光轮轴承座5上。图中未画出的电机等机构带动基座板1、从而带动抛光轮7做公转运动ω₂，公转轴线z与抛光轮自转轴6的轴线垂直相交。 

图4是本发明具体实施方式装配图的主视图，除现有的基座板1、抛光轮轴承座5、抛光轮自转轴6、抛光轮7、永磁铁支承座及永磁铁8外，还包括本发明提出的在基座板1上加装的滑板2、丝杠3、丝杠支承座4和驱动机构9组成的调节装置。图中未画出的电机等机构带动基座板1做公转运动ω₂，公转轴线z始终通过基座板1的圆心，并将公转轴线z和基座板 1视为固定参照物，优化调节过程中平移滑板2和抛光轮7是相对公转轴线z和基座板1的直线移动。图中未画出的同步带等机构带动抛光轮7做自转运动ω₁。滑板2通过丝杠螺母副与丝杠3配合，并可以沿图5所示的沿丝杠3轴向方向的导轨相对基座板1沿x轴方向移动，一对抛光轮轴承座5固定安装于滑板2上；两个丝杠支承座4固定安装在基座板1上，丝杠3由这两个丝杠支承座4支承，故相对基座板1，丝杠3仅可以绕自身轴线转动，而不能移动；驱动机构9带动丝杠3绕其自身轴线转动，驱动机构9可以是蜗杆蜗轮、啮合的齿轮等。抛光轮自转轴6通过轴承安装在抛光轮轴承座5上，抛光轮7固定安装在抛光轮自转轴6上，永磁铁支承座及永磁铁8固定安装于抛光轮轴承座5上。 

图5是本发明具体实施方式装配图的俯视图，公转轴线z通过基座板1圆心。滑板2、通过抛光轮轴承座5安装在滑板2上的抛光轮7在y轴方向均不能平移，而只能在丝杠3转动时相对基座板1沿丝杠3轴向方向平移，即只沿x轴方向平移，从而确保调节过程中抛光轮7始终关于xz平面对称。 

当抛光轮7只做自转不做公转时，转动驱动机构9带动丝杠3绕其自身轴线转动，滑板2相对基座板1将只沿丝杠3轴向方向平移，即只沿x轴方向平移，那么抛光轮7也在滑板2的带动下同步地沿x轴方向相对基座板1平移，即相对公转轴线z沿x轴方向平移，如图4中双点画线所示，从而实现抛光轮自转轴线与公转轴线偏心量e的调节，使调节后自转去除廓形的抛光去除量最大处与抛光轮公转轴线的距离e’在±1.5mm范围内，其中e’＝e-e₀，e₀为调节前自转去除廓形的去除量最大处相对抛光轮公转轴线的偏移量，进而使得抛光轮既做自转又做公转时的公转去除廓形得到优化，如图2b所示，既满足是回转对称，又满足从边缘处至回转中心处抛光去除量单调增大这两个条件，更有利于修正工件面形误差。 

Claims (2)

1.一种公自转磁流变抛光去除廓形的优化调节方法，其特征在于：在现有的公自转磁流变抛光装置的基座板（1）上加装调节装置，该调节装置包括滑板（2）、丝杠（3）、丝杠支承座（4）和驱动机构（9）；所述滑板（2）通过丝杠螺母副与丝杠（3）相配合，并沿基座板（1）上的导轨相对基座板沿x轴直线移动，滑板（2）与抛光轮轴承座（5）固定联接；所述丝杠支承座（4）固定安装于基座板（1）上，丝杠（3）由丝杠支承座（4）支承；驱动机构（9）驱动丝杠（3）绕其自身轴线转动；

所述优化调节方法如下：当抛光轮（7）只做自转不做公转时，通过驱动机构（9）驱动丝杠（3）绕其自身轴线转动，固定安装于滑板（2）上的抛光轮（7）随滑板（2）同步地相对基座板（1）沿x轴直线移动，从而实现抛光轮（7）自转轴线与公转轴线调节偏心量e；使调节后自转去除廓形（14a）的抛光去除量最大处相对于抛光轮（7）公转轴线的距离e’在±1.5mm以内，其中e’=e-e₀，从而在抛光轮（7）既做自转又做公转时公转去除廓形（14b）得到优化，即既满足回转对称、又满足从边缘处至回转中心处抛光去除量单调增大这两个条件；其中，e₀为调节前自转去除廓形的去除量最大处相对抛光轮公转轴线的偏移量。

2.根据权利要求书1所述的一种公自转磁流变抛光去除廓形的优化调节方法，其特征在于：所述的驱动机构（9）采用蜗轮蜗杆或齿轮传动机构。