一種可組態(tài)重構(gòu)的磁流變拋光裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型屬于光學(xué)元件加工領(lǐng)域，具體涉及一種可對(duì)磁流變拋光系統(tǒng)各功能單 元進(jìn)行組態(tài)重構(gòu)的拋光裝置，在一臺(tái)磁流變拋光機(jī)床上實(shí)現(xiàn)不同規(guī)格柔性磨頭與傳輸不同 類型拋光液介質(zhì)快速組合可形成四種不同加工能力的拋光工具軸，適于加工多尺寸規(guī)格、 多種材質(zhì)光學(xué)元件的高精度磁流變拋光。
【背景技術(shù)】
[0002] 磁流變拋光技術(shù)被譽(yù)為光學(xué)制造界的革命性技術(shù)，它利用磁流變拋光液的可控流 變性實(shí)現(xiàn)對(duì)工件材料的精確微量去除，能高效率獲得數(shù)十納米以下高精度型面、納米級(jí)表 面質(zhì)量且近無(wú)亞表面缺陷，很好地滿足航天、航空和國(guó)防等領(lǐng)域的加工要求，有著廣闊的應(yīng) 用前景。
[0003] 目前的磁流變拋光裝置，磁流變拋光液經(jīng)由循環(huán)系統(tǒng)及管路、拋光輪帶入拋光區(qū) 域，在區(qū)域梯度磁場(chǎng)作用下，成為具有粘塑性的Bingham介質(zhì)，形成具有一定形狀的柔性凸 起拋光緞帶，該緞帶流經(jīng)工件在工件表面產(chǎn)生的剪切力，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面材料的去除。
[0004] 根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)和專利可知，目前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的磁流變拋光裝置，主要配置單柔性 磨頭。發(fā)明名稱為"用于大口徑非球面光學(xué)零件的磁流變拋光裝置"的中國(guó)專利（公布號(hào) CN101318294A)文獻(xiàn)，公開(kāi)了配置一個(gè)較大規(guī)格柔性磨頭的磁流變拋光裝置，生成的去除函 數(shù)形態(tài)較大，無(wú)法滿足CPP的加工要求；發(fā)明名稱為"用于高陡度光學(xué)零件的磁流變拋光裝 置"的中國(guó)專利（公布號(hào)：CN101323098A)文獻(xiàn)和發(fā)明名稱為"一種小口徑非球面永磁式磁流 變拋光機(jī)床"的中國(guó)專利（公布號(hào)：CN103072047A)文獻(xiàn)，分別公開(kāi)了僅配置一個(gè)小規(guī)格柔性 磨頭的磁流變拋光裝置，但不具備大口徑光學(xué)元件的加工能力。發(fā)明名稱為"雙柔性磨頭磁 流變拋光裝置"的中國(guó)專利（公布號(hào)：CN102632435A)文獻(xiàn)，公開(kāi)了一種配置大小柔性磨頭、 可傳輸不同類型磁流變拋光液介質(zhì)的大小流量循環(huán)系統(tǒng)的磁流變拋光裝置，同時(shí)滿足大口 徑平面類和位相類元件的加工，但該裝置的磨頭系統(tǒng)與循環(huán)系統(tǒng)是一一對(duì)應(yīng)、固定組合，無(wú) 法實(shí)現(xiàn)大小柔性磨頭與傳輸不同類型磁流變拋光介質(zhì)的循環(huán)系統(tǒng)之間的靈活組合使用，限 制了該磁流變拋光裝置的加工能力和加工效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本實(shí)用新型提供一種大小柔性磨頭和傳輸不同類型磁流變拋光液介質(zhì)的循環(huán)單 元間進(jìn)行組態(tài)重構(gòu)的磁流變拋光裝置，通過(guò)大小柔性磨頭分別與循環(huán)單元I、循環(huán)單元II 間的不同組態(tài)和系統(tǒng)重構(gòu)，可形成"大柔性磨頭+循環(huán)單元I"、"大柔性磨頭+循環(huán)單元 II"、"小柔性磨頭+循環(huán)單元I"、"小柔性磨頭+循環(huán)單元II"四種具有不同加工能力的工 具軸，并且這四種工具軸在同一磁流變拋光裝置中可快速組合和切換，從而實(shí)現(xiàn)磁流變拋 光裝置對(duì)被加工零件材質(zhì)、加工尺度、加工精度和加工效率的廣泛適應(yīng)性。
[0006] 本實(shí)用新型的目的，通過(guò)如下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)：
[0007] 本實(shí)用新型所述的一種可組態(tài)重構(gòu)的磁流變拋光裝置，包括磁流變液循環(huán)管路、 大小兩套柔性磨頭單元（大柔性磨頭單元和小柔性磨頭單元）、傳輸不同拋光液介質(zhì)的兩 套循環(huán)單元(循環(huán)單元I和循環(huán)單元II)和PLC控制單元，磁流變液循環(huán)管路連接循環(huán)單元 I、循環(huán)單元II、大柔性磨頭單元、小柔性磨頭單元，形成磁流變液循環(huán)控制閉合回路。
[0008] 柔性磨頭單元包括拋光輪、磁場(chǎng)、噴嘴、傳感檢測(cè)器件及流體傳輸管路等，柔性磨 頭單元將經(jīng)由循環(huán)單元的磁流變拋光液由拋光輪帶入拋光區(qū)域，形成具有拋光能力的柔性 凸起拋光緞帶，實(shí)現(xiàn)對(duì)工件表面材料的去除，并將拋光區(qū)域的拋光緞帶由拋光輪帶回回收 器。
[0009] 循環(huán)單元包括離心泵、攪拌器、磁流閥、流量計(jì)、管路流體狀態(tài)在線檢測(cè)裝置、回收 器、回收泵、載液罐、微量泵、拋光液儲(chǔ)存罐及流體傳輸管路和回收管路等。拋光液在拋光液 儲(chǔ)存罐中經(jīng)攪拌器勻化，并通過(guò)離心泵泵入傳輸管路、并通過(guò)離心泵的轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)快速調(diào)節(jié) 管路流量；然后拋光液通過(guò)磁流閥調(diào)控其流量、流量計(jì)將管路實(shí)際流量值反饋回PLC控制 器，通過(guò)閉環(huán)回路實(shí)現(xiàn)對(duì)流量的精確調(diào)控；然后通過(guò)噴嘴傳輸至柔性磨頭單元；管路流體 狀態(tài)在線檢測(cè)裝置對(duì)管路流體成分的檢測(cè)值反饋回PLC控制器單元，并通過(guò)微量泵補(bǔ)液調(diào) 控拋光液成分維持穩(wěn)定；然后拋光液經(jīng)由回收器、回收泵和回收管路回到拋光液儲(chǔ)存罐中， 從而實(shí)現(xiàn)對(duì)拋光液介質(zhì)的傳輸與回收、流量和壓力調(diào)節(jié)、拋光液介質(zhì)的勻化與更新等。在循 環(huán)管路和回收管路中，通過(guò)三通電磁閥實(shí)現(xiàn)管路輸入流體的選擇和管路輸出流體的控制。
[0010] PLC控制單元主要由過(guò)程控制器、磁流閥恒流源、磁場(chǎng)恒流源、離心泵驅(qū)動(dòng)器、回收 泵驅(qū)動(dòng)器、拋光輪驅(qū)動(dòng)器、傳感儀表等，實(shí)現(xiàn)對(duì)磁流變拋光系統(tǒng)參數(shù)的配置、各功能單元的 監(jiān)測(cè)與控制、系統(tǒng)的磁流變拋光工藝過(guò)程控制和邏輯控制。
[0011] 本實(shí)用新型的特點(diǎn)是：構(gòu)成磁流變拋光裝置的各功能單元模塊化，可靈活組態(tài)重 構(gòu)，一方面可以形成具有四種不同加工能力的工具軸，滿足被加工零件材質(zhì)、加工尺度、加 工精度的不同應(yīng)用需求，擴(kuò)展了磁流變裝置的加工能力和加工效率；另一方面，提高了設(shè)備 功能單元的重用性，當(dāng)某一功能部件存在故障時(shí)候，通過(guò)重新組態(tài)重構(gòu)，確保拋光裝置有一 套磁流變拋光系統(tǒng)能夠正常工作，實(shí)現(xiàn)在不影響裝置工作的情況下，更換功能部件。
【附圖說(shuō)明】
[0012] 圖1是可組態(tài)重構(gòu)的磁流變拋光裝置結(jié)構(gòu)示意圖；
[0013] 圖2是本實(shí)用新型的磁流變拋光控制流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0014] 下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的作詳細(xì)說(shuō)明。
[0015] 圖1中，1?拋光液儲(chǔ)存罐，2.離心泵I，3?-進(jìn)二出電磁閥I1，4.二進(jìn)一出電 磁閥I2, 5.磁流閥I，6. -進(jìn)二出電磁閥I3, 7.二進(jìn)一出電磁閥I4,8.流量計(jì)，9.管 路流體狀態(tài)在線檢測(cè)裝置I，10. -進(jìn)二出電磁閥I5,11.二進(jìn)一出電磁閥I6,12.噴嘴 I，13.拋光輪I和磁場(chǎng)，14.PLC控制器，15.回收器I，16. -進(jìn)二出電磁閥17,17.二 進(jìn)一出電磁閥I8,18.回收泵I，19. 一進(jìn)二出電磁閥I9, 20.二進(jìn)一出電磁閥I10, 21. 載液罐I，22.微量泵I，23.攪拌器I，24.二進(jìn)一出電磁閥II6, 25. -進(jìn)二出電磁閥 II5,26.管路流體狀態(tài)在線檢測(cè)裝置II，27.流量計(jì)II，28.二進(jìn)一出電磁閥II4,29. - 進(jìn)二出電磁閥II3，30.磁流閥II，31.二進(jìn)一出電磁閥II2,32. -進(jìn)二出電磁閥III， 33.離心泵II，34.噴嘴II，35.拋光輪II件含磁場(chǎng)，36.回收器II，37. -進(jìn)二出電磁閥 117,38.二進(jìn)一出電磁閥118,39.回收泵11，40.-進(jìn)二出電磁閥119,41.二進(jìn)一出電 磁閥II10,42.載液罐II，43.攪拌器II，44.微量泵II，45.磁場(chǎng)I，46.磁場(chǎng)II。
[0016] 本實(shí)用新型的可組態(tài)重構(gòu)的磁流變拋光裝置，其系統(tǒng)組態(tài)方法如下。
[0017] 在磁流變拋光裝置組態(tài)時(shí)，以拋光輪為核心部件和基準(zhǔn)部件，即：大磨頭磁流變 拋光系統(tǒng)以拋光輪I件13、小磨頭磁流變拋光系統(tǒng)以拋光輪II件35為基準(zhǔn)部件，電磁激勵(lì) 的磁場(chǎng)I件45內(nèi)置于拋光輪I件13,永磁激勵(lì)的磁場(chǎng)II件46內(nèi)置于拋光輪II件35 ;按照 表一所示，大磨頭磁流變拋光系統(tǒng)和小磨頭磁流變拋光系統(tǒng)對(duì)離心泵、磁流閥、流量計(jì)、回 收泵進(jìn)行選擇，控制系統(tǒng)程序?qū)⒏鲉卧腎/O物理地址映射至對(duì)應(yīng)的大磨頭磁流變拋光系 統(tǒng)或小磨頭磁流變拋光系統(tǒng)的邏輯地址，以此建立邏輯中的器件與實(shí)際物理器件間的關(guān)聯(lián) 與對(duì)應(yīng)；下位軟件通過(guò)控制電磁閥I1件3、電磁閥I2件4、電磁閥I3件6、電磁閥I4 件7、電磁閥I5件10、電磁閥I6件11、電磁閥I7件16、電磁閥I8件17、電磁閥I9件 19、電磁閥I10件20、電磁閥II1件32、電磁閥II2件31、電磁閥II3件29、電磁閥II4件 28、電磁閥II5件25、電磁閥II6件24、電磁閥II7件37、電磁閥II8件38、電磁閥II9件 40、電磁閥II10件41的通電與否邏輯，配置循環(huán)管路的正確連接，并通過(guò)控制電磁閥I9 件19、電磁閥I10件20、電磁閥II9件40、電磁閥II10件41的邏輯，實(shí)現(xiàn)磁流變拋光液回 收對(duì)應(yīng)其傳輸均為同一拋光液儲(chǔ)存罐，從而實(shí)現(xiàn)組態(tài)配置生效。
[0018] 表一
[0019]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可組態(tài)重構(gòu)的磁流變拋光裝置，其特征在于：所述的拋光裝置包括模塊化的大 柔性磨頭單元、小柔性磨頭單元、循環(huán)單元I、循環(huán)單元II、PLC控制單元，所述循環(huán)單元I 和循環(huán)單元II具有磁流變液循環(huán)管路，連接循環(huán)單元I、循環(huán)單元II、大柔性磨頭單元、小 柔性磨頭單元，形成磁流變液循環(huán)閉合回路；PLC控制單元控制循環(huán)單元I和循環(huán)單元II 循環(huán)管路中的電磁閥，將"循環(huán)單元I和大柔性磨頭單元"、"循環(huán)單元I和小柔性磨頭單 元"、"循環(huán)單元II和大柔性磨頭單元"、"循環(huán)單元II和小柔性磨頭單元"形成磁流變液管路 傳輸循環(huán)回路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述可組態(tài)重構(gòu)的磁流變拋光裝置，其特征在于：所述大柔性磨頭 單元由拋光輪I (13)和磁場(chǎng)I (45)組成，電磁激勵(lì)的磁場(chǎng)I (45)內(nèi)置于拋光輪I (13)內(nèi)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述可組態(tài)重構(gòu)的磁流變拋光裝置，其特征在于：所述小柔性磨頭 單元由拋光輪II (35)和磁場(chǎng)II (46)組成，永磁激勵(lì)的磁場(chǎng)II (46)內(nèi)置于拋光輪II (35)內(nèi)。
【專利摘要】本實(shí)用新型提供了一種可組態(tài)重構(gòu)的磁流變拋光裝置。本實(shí)用新型采用模塊組態(tài)重構(gòu)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)本裝置，通過(guò)大小柔性磨頭與循環(huán)單元Ⅰ和循環(huán)單元Ⅱ的不同組態(tài)和系統(tǒng)重構(gòu)，形成“大柔性磨頭+循環(huán)單元Ⅰ”、“大柔性磨頭+循環(huán)單元Ⅱ”、“小柔性磨頭+循環(huán)單元Ⅰ”、“小柔性磨頭+循環(huán)單元Ⅱ”四種具有不同加工能力、可快速組合和切換的拋光工具軸，在同一臺(tái)磁流變拋光裝置中實(shí)現(xiàn)對(duì)零件材質(zhì)、加工尺度、加工精度和加工效率的廣泛適應(yīng)性，解決了目前單臺(tái)磁流變拋光裝置加工能力和加工范圍受局限的問(wèn)題；同時(shí)本裝置通過(guò)組態(tài)重構(gòu)實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能單元的復(fù)用，裝置可靠性高。
【IPC分類】B24B1-00, B24B51-00
【公開(kāi)號(hào)】CN204565795
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201520104676
【發(fā)明人】陳華, 黃文 , 吉方, 何建國(guó), 羅清, 唐小會(huì), 陳東生, 張連新, 鄭永成, 張?jiān)骑w, 魏齊龍, 魚(yú)勝利, 劉坤
【申請(qǐng)人】中國(guó)工程物理研究院機(jī)械制造工藝研究所
【公開(kāi)日】2015年8月19日
【申請(qǐng)日】2015年2月13日