本发明涉及超精密加工领域，具体是一种激光、超声波和磁流变抛光液耦合抛光装置。
背景技术：
随着以强激光、短波光学为代表的工程光学领域和以大规模集成电路基片、磁记录头为主的电子工业领域的发展，对光学元件的需求日益增大，同时元件的表面质量要求也愈加苛刻。这些光电零件都要求具有超精密、超光滑的表面，即粗糙度小于ra1nm，面形精度控制在微米级，且无表面及亚表面损伤层与变质层。
磁流变抛光技术以流体力学、磁力学、界面化学、摩擦化学等原理为基础，有效应用于超精密光整加工实践中。磁流变抛光技术是一种利用磁流变抛光液在磁场中的流变特性对工件进行抛光的技术。在外加磁场的作用下，磁流变抛光液的黏性瞬间增大，形成具有一定塑性的类固态bingham体(即“磁流变抛光模”)，均匀混合在液体中的磨料在磁场作用下以半固着的形式分布于磁流变抛光模表层，在相对工件运动时产生一定的剪切力，对材料表面进行抛光。磁流变抛光主要是去除精磨后的凹凸层及裂纹层，对工件亚表面损伤极小，可以被认为是一种高质量、无损伤的先进光整加工工艺。然而，在磁流变加工过程中，一直存在着抛光效率低、堆积的问题。如何提高抛光效率，主要有两种方法。一种是增加工件与磁流变液之间的相对运动速度，通过增大剪切力来提高效率。第二种是通过增大磁场，提高磁力来改善效率。然而，过大的相对运动速度会导致磁流变液在加工过程中产生飞溅，过大的磁场会增大加工危险系数。另外，目前无论采用永磁铁还是电磁铁，所得到的磁力均在2t以下。改善堆积可以通过增大抛光头与工件之间的间隙来实现，但这样会降低抛光效率。因此，要满足光学元件的超光滑要求，并在此基础上力求提高光学加工的效率，就必须在完善传统的精密加工方法的同时，寻找新原理的光学加工工艺方法。
申请号为201910801145.4的文献公开了一种超声波振动辅助磁流变超精密抛光装置，包括机床、复合振动装置、抛光系统、抛光液循环系统以及与上述各组件分别连接的控制系统，抛光系统中在抛光轮的上方设置有传送带，通过抛光液循环系统将抛光液送至传送带上进行抛光。这种抛光装置优点是使磁流变抛光液运动时摆脱了离心力的影响，克服了传统磁流变抛光使用抛光轮抛光时产生的拐点问题；缺点是加工过程中会使磁流变液黏度发生变化，加工工件形状受限制，无法对各点进行抛光。
技术实现要素：
针对上述现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种激光、超声波和磁流变抛光液耦合抛光装置。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
一种激光、超声波和磁流变抛光液耦合抛光装置，其特征在于该装置包括垂直升降装置、激光进给装置、工件进给装置、磁流变抛光液循环装置和底座；
所述垂直升降装置包括支架、z线性模组、直角架，超声主轴夹具、超声主轴和永磁铁抛光头。支架下端通过螺栓与底座相连，上端与z线性模组连接；z线性模组通过直角架与超声主轴夹具相连；超声主轴夹具装夹超声主轴；永磁铁抛光头通过夹头螺帽固定在超声主轴上。永磁铁抛光头在z线性模组的作用下实现上下移动。
所述激光进给装置包括激光发射器、可旋转支架、支撑板、滑块、导轨和激光头。导轨固定在底座上；滑块一端与导轨相连，另一端与支撑板相连；可旋转支架一端固定在支撑板上，另一端安装着激光发射器。激光进给装置可以控制激光发射器左右移动和上下旋转。
所述工件进给装置包括x线性模组、y线性模组、工作台、主轴夹具、电主轴和工件。底座通过螺栓与y线性模组的底板相连，y线性模组的盖板上固定着x线性模组；x线性模组的盖板通过螺栓与工作台连接；主轴夹具固定在工作台上；电主轴装夹在主轴夹具上；电主轴与工件连接。工作进给装置控制工件在x、y两个方向上自由移动。
所述磁流变抛光液循环装置包括回收台、回收磁流变抛光液蠕动泵、磁流变抛光液搅拌器、喷射磁流变抛光液蠕动泵、喷嘴、喷嘴支架和导管。回收台通过螺栓固定在工作台上，位于工件的正下方；回收台通过导管与回收磁流变抛光液蠕动泵、磁流变抛光液搅拌器连接；喷嘴通过喷嘴支架固定在工件斜上方，通过导管与磁流变抛光液搅拌器、喷射磁流变抛光液蠕动泵连接。磁流变抛光液循环装置实现磁流变抛光液的循环往复。
与现有技术相比，本发明有益效果在于：
(1)励磁装置和抛光头一体化，简化了装置结构。
(2)磁流变抛光液在抛光区出现堆积情况时，可通过导轨和可旋转支架调整激光位置，使其照射在堆积处。激光产生的热量会降低磁流变抛光液的黏度，从而消除堆积，使单位时间内进入抛光区的磨粒增多，间接提高抛光效率。
(3)回收的磁流变抛光液经过导管、回收磁流变抛光液蠕动泵、磁流变抛光液搅拌器等部位后恢复到室温，在通过喷嘴喷出抛光工件，实现循环利用。
(4)通过工件进给装置使工件能够沿x，y方向移动，通过垂直升降装置带动抛光头在z方向移动，实现对形状不规则零件各点的加工。
附图说明
图1为本发明一种实施例的整体结构轴测示意图。
图2为本发明一种实施例的整体结构侧视示意图。
图3为本发明一种实施例的线性模组轴测示意图。
图4为本发明一种实施例的工件进给装置轴测示意图
图5为本发明一种实施例的磁流变抛光液循环装置示意图。
图6为本发明一种实施例的搅拌器示意图。
图中：11-z线性模组，12-支架，13-直角架，14-螺母，15-超声主轴，16-超声主轴夹具，17-永磁铁抛光头，18-螺栓，5-底座，21-激光发生器，22-导轨，23-滑块，24-支撑板，25-可旋转支架，26-激光头，31-x线性模组，32-y线性模组，33-工作台，34-工件，35-电主轴，36-主轴夹具，41-回收台，42-回收磁流变抛光液蠕动泵，43-导管，44-搅拌器，45-喷射磁流变抛光液蠕动泵，46-喷嘴支架，47-喷嘴，110-盖板，111-电机，112-左连接板，113-联轴器，114-轴架，115-丝杠，116-模组滑块，117-滚珠，118-模组导轨，119-右连接板，120-底板，440-搅拌电机，441-搅拌机联轴器，442-搅拌桨，443-搅拌桶，444-搅拌器支撑板，445-固定螺栓。
具体实施方式
下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。
本发明提供了一种激光、超声波和磁流变抛光液耦合抛光装置，其特征在于该装置包括垂直升降装置1、激光进给装置2、工件进给装置3、磁流变抛光液循环装置4和底座5；
所述垂直升降装置1包括z线性模组11、支架12、直角架13，超声主轴夹具16、超声主轴15和永磁铁抛光头17。z线性模组11包括盖板110，电机111，左连接板112，联轴器113，轴架114，丝杠115，模组滑块116，滚珠117，模组导轨118，右连接板119和底板120。丝杠115一端通过联轴器113与电机111和左连接板112连接，另一端与右连接板119连接；左连接板112和右连接板119通过螺栓固定在底板120上，模组导轨118一端固定在底板120上，另一端与模组滑块118连接；模组滑块118另一端与盖板110相连接；盖板110下端与丝杠115之间连接着滚珠117；电机111带动丝杠115旋转，丝杠115上的滚珠117将旋转运动转化为直线运动，通过模组滑块116带动盖板110在模组导轨118上往复运动。支架12下端通过螺栓18固定在底座5上；支架12上端通过螺栓18与z线性模组11上的底板120连接；z线性模组11上的盖板110通过直角架13，螺栓18螺母14与超声主轴夹具16连接；超声主轴夹具16装夹着超声主轴15；超声主轴15上连接着永磁铁抛光头17。通电后，z线性模组11会带动永磁铁抛光头17在z轴上上下移动，调整工件34与永磁铁抛光头17的位置。
所述工件进给装置3包括x线性模组31、y线性模组32、工作台33、主轴夹具36、电主轴35和工件34。x，y线性模组31，32和z线性模组11相同；y线性模组32的底板120固定在底座5上；y线性模组32的盖板110和x线性模组31的底板120相连；x线性模组31的盖板110和工作台33连接；工作台33通过螺栓18与主轴夹具36连接；主轴夹具36装夹着电主轴35，通过螺栓18螺母14夹紧；电主轴35通过夹紧螺母装夹着工件34。x，y线性模组31，32带动工件34在x，y方向上自由移动。
所述激光进给装置2包括激光发射器21、激光头26、可旋转支架25、支撑板24、滑块23和导轨22。导轨22的一端固定在底座5上，另一端与滑块23相连；滑块23的另一端与支撑板24相连；支撑板24与可旋转支架25相连；可旋转支架25与激光发射器21相连；激光发射器21与激光头26相连。通过导轨22和可旋转支架25调整从激光头26发射出的激光打在永磁铁抛光头17上的位置。
所述磁流变抛光液循环装置4，包括回收台41、回收磁流变抛光液蠕动泵42、导管43、磁流变抛光液搅拌器44、喷射磁流变抛光液蠕动泵45、喷嘴支架46和喷嘴47。回收台41通过螺栓18固定在工作台33上，位于工件34的正下方；回收台41通过导管43与回收磁流变抛光液蠕动泵42、磁流变抛光液搅拌器44连接；喷嘴47通过喷嘴支架46固定在工件34斜上方，通过导管43与磁流变抛光液搅拌器44、喷射磁流变抛光液蠕动泵45连接。磁流变抛光液搅拌器44包括搅拌器电机440、搅拌器联轴器441、搅拌桨442、搅拌桶443和搅拌器支撑板444。搅拌器电机440通过搅拌器联轴器441和搅拌桨442相连接，搅拌桶443和搅拌器支撑板444通过螺栓445连接。磁流变抛光液通过导管43流入搅拌桶443内，搅拌器电机440通过联轴器441带动搅拌桨442做旋转运动搅拌磁流变抛光液，使磁流变抛光液充分混合，在通过导管43流出，经由喷射磁流变抛光液蠕动泵45和喷嘴47喷射到永磁铁抛光头17表面。
本激光、超声波和磁流变抛光液耦合抛光装置，x，y，z线性模组所用电机均为伺服电机。
本激光、超声波和磁流变抛光液耦合抛光装置，采用磁流变抛光液循环装置4，实现了磁流变抛光液的循环更新。
本激光、超声波和磁流变抛光液耦合抛光装置，结构简单，制造成本低。
本发明的工作原理和工作流程是：
1、将需要加工的工件34装夹在电主轴35上，通过x，y线性模组31，32的电机111带动丝杠115将工作台33移动到合适的位置，通过z线性模组11调整永磁铁抛光头17与工件34之间的距离，使工件的一个部位处于抛光区域。
2、开始抛光工件，根据需要调整电主轴35、超声主轴15的转速，先后打开回收磁流变抛光液蠕动泵42、磁流变抛光液搅拌器44和喷射磁流变抛光液蠕动泵45，磁流变抛光液在喷射磁流变抛光液蠕动泵45的驱动下通过喷嘴47将磁流变抛光液喷射在永磁铁抛光头17上，磁流变抛光液在磁场作用下形成类固体抛光模。接通激光发射器21的电源，调整激光位置，将激光照射在附着在永磁铁抛光头17上的磁流变抛光液上，在激光和超声波的共同作用下，对工件进行抛光。多余的和由于离心力被甩出的磁流变抛光液流到回收台41中，在回收磁流变抛光液蠕动泵42的作用下进入磁流变抛光液搅拌器44中，混合均匀后，在喷射磁流变抛光液蠕动泵45的带动下由喷嘴47喷到永磁铁抛光头17上，实现磁流变抛光液的循环利用。
3、通过工件进给装置和垂直升降装置调整工件34的位置，使工件34的另一部位处于抛光区，重复步骤2，完成此部分的抛光，以此类推，完成整个工件的抛光。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本专利宗旨的前提下做出各种变化。
1.一种激光、超声波和磁流变抛光液耦合抛光装置，其特征在于该装置包括垂直升降装置、激光进给装置、工件进给装置、磁流变抛光液循环装置和底座；
所述垂直升降装置包括支架、z线性模组、直角架，超声主轴夹具、超声主轴和永磁铁抛光头。支架下端通过螺栓固定在底座上，上端连接着z线性模组；z线性模组通过直角架与超声主轴夹具相连；超声主轴夹具装夹着超声主轴；超声主轴通过夹紧螺母固定永磁铁抛光头。永磁铁抛光头在z线性模组的带动下在z轴上上下移动，以调整永磁铁抛光头和工件的位置。
所述激光进给装置包括激光发射器、可旋转支架、支撑板、滑块、导轨和激光头。导轨固定在底座上；滑块一端与导轨相连，另一端与支撑板相连；可旋转支架一端固定在支撑板上，另一端安装着激光发射器。激光发射器产生的激光从激光头射出。激光进给装置控制激光发射器的左右移动和上下旋转，用来调整激光照射在永磁铁抛光头上的位置。
所述工件进给装置包括x线性模组、y线性模组、工作台、主轴夹具、电主轴和工件。底座通过螺栓与y线性模组的底板连接，y线性模组的盖板上与x线性模组相连；x线性模组的盖板通过螺栓与工作台连接；主轴夹具通过螺栓固定在工作台上；主轴夹具装夹着电主轴；电主轴与工件连接。工作进给装置控制工件在x、y两个方向上自由移动。
所述磁流变抛光液循环装置包括回收台、回收磁流变抛光液蠕动泵、磁流变抛光液搅拌器、喷射磁流变抛光液蠕动泵、喷嘴、喷嘴支架和导管。回收台通过螺栓固定在工作台上，位于工件的正下方；回收台通过导管与回收磁流变抛光液蠕动泵、磁流变抛光液搅拌器连接；喷嘴通过喷嘴支架固定在工件斜上方，通过导管与磁流变抛光液搅拌器、喷射磁流变抛光液蠕动泵连接。磁流变抛光液循环装置实现磁流变抛光液的循环往复。
2.根据权利要求1所述的一种激光、超声波和磁流变抛光液耦合抛光装置，其特征在于：励磁装置与抛光头一体化，简化了装置结构，更易于加工小型异型工件。
3.根据权利要求1所述的一种激光、超声波和磁流变抛光液耦合抛光装置，其特征在于：激光、超声波和磁流变抛光液三者耦合，共同加工工件，使加工效率和质量成倍增加。
4.根据权利要求1所述的一种激光、超声波和磁流变抛光液耦合抛光装置，其特征在于：磁流变抛光液循环装置包含磁流变抛光液搅拌器，不仅可以使磁流变抛光液循坏，还可以使磁流变抛光液的温度恢复到室温，黏度始终保持在一定范围。
技术总结