倒置式磁流变抛光装置研究

论文摘要

磁流变抛光(Magnetorheological Finishing,简称MRF)是上世纪90年代初逐渐发展起来的的一种先进光学加工技术,它将电磁学、流体动力学理论、分析化学与光学加工理论相结合,提供了一种可以准确控制去除量的确定性抛光策略,通过计算机控制,可以精确的控制抛光后的光学零件面形,同时保证低粗糙度的表面加工质量、微小的工件亚表面损伤和高的加工效率。但是,目前国内各相关机构所研制的磁流变抛光系统大多是一种相对传统的磁流变抛光技术,即将工件置于抛光轮上方,利用抛光轮与工件之间磁流变液的相变效应进行磁流变超精密抛光。这种抛光装置对小型工件的加工具有一定的优势,但是对于大型工件,却由于它们体积庞大,质量大,难于装夹等原因不利于进行工件在上方的磁流变抛光。本研究将传统磁流变抛光装置倒置,即将工件置于磁流变抛光轮下方进行加工,以便对大尺寸工件进行磁流变抛光。本文主要进行了以下几个方面的研究工作:首先,根据电磁场基本理论和倒置式磁流变抛光加工要求,利用MATLAB软件对磁场发生装置——电磁铁进行初步设计与仿真,计算出电磁铁各部分尺寸,线圈匝数,电流大小等主要参数数据值。其次,针对MATLAB所计算的数据及其所设计的电磁铁模型,利用ANSYS对该电磁铁模型进行二维与三维的APDL电磁场仿真,并利用正交设计等方法对该电磁铁模型,尤其是磁极模型的各主要参数进行优化。最后,根据所设计的电磁铁,研制出倒置式磁流变抛光装置,即抛光轮及相关附属机构,并研究了磁流变液传输和循环系统,为倒置式磁流变抛光技术的进一步研究与发展打下基础。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源及意义
• 1.1.1 课题来源
• 1.1.2 研究背景
• 1.1.3 研究的目的与意义
• 1.2 磁流变抛光技术的加工原理
• 1.3 国内外磁流变抛光技术的发展状况
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 倒置式磁流变抛光装置的初步设计
• 2.1 引言
• 2.2 倒置式磁流变抛光装置的总体设计
• 2.2.1 抛光装置的总体设计
• 2.2.2 主要部件材料的选择
• 2.3 电磁铁的初步设计
• 2.3.1 计算的近似条件
• 2.3.2 电磁铁的MATLAB 初步设计
• 2.4 电磁场的MATLAB 计算与仿真
• 2.4.1 磁场标量磁位分析
• 2.4.2 抛光区域磁场强度的计算
• 2.5 本章小结
• 第3章 电磁场的 ANSYS 仿真与优化
• 3.1 引言
• 3.2 ANSYS 电磁场仿真简介
• 3.2.1 磁场分析对象与计算原理
• 3.2.2 节点法与棱边单元法
• 3.3 电磁铁的APDL 二维参数模型的仿真与优化
• 3.4 电磁铁的APDL 三维参数模型的仿真
• 3.5 电磁铁磁极参数的优化
• 3.5.1 磁极总体形状的优化
• 3.5.2 磁极相对面形式的优化
• 3.5.3 气隙宽度的初步优化
• 3.5.4 磁极参数的优化
• 3.6 本章小结
• 第4章 倒置式抛光装置的结构设计与磁流变液传输系统研究
• 4.1 引言
• 4.2 倒置式抛光装置的结构设计
• 4.3 磁流变液传输系统的设计
• 4.3.1 搅拌装置
• 4.3.2 磁流变液循环装置
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的学术论文
• 致谢