本发明属于光学元件加工设备，具体涉及一种基于磁流变液的超薄硬脆曲面磨削加工装夹装置及方法。
背景技术：
1、一些光学元件通常为超薄硬脆曲面结构，其加工难度较大，由于这类元件的毛胚材料硬脆度高，在磨削加工过程中，若磨削力不够则无法对毛胚进行有效的加工，若磨削力过大则易使毛胚产生裂纹并损坏毛胚，故在加工时需使用夹具填充超薄硬脆曲面毛胚的凹面，以有效避免磨削时产生的应力损坏毛胚的情况出现。目前较为普遍的做法是使用机械夹具进行曲面光学元件的批量加工，对于传统的机械夹具，其通常为固定式结构，不仅柔性较差，而且每种机械夹具只能固定针对一种形状的工件进行装夹，而无法满足各种不同尺寸形状超薄硬脆曲面毛坯的装夹定位需求，因此，这种加工方法只适用于同一批次形状相同的超薄硬脆曲面光学元件，若更改超薄硬脆曲面的样式或者采用不同的加工工序则无法满足精密装夹的需求。
2、为了有效满足低刚度及形状不规则工件的定位夹紧需求，同时，为了有效缩短生产制造时间、降低生产成本，亟需提供一种能够满足各种复杂形状超薄硬脆曲面的精密装夹装置。
技术实现思路
1、针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于磁流变液的超薄硬脆曲面磨削加工装夹装置及方法，该装置结构简单、制造成本低、安装过程方便、操作过程简单，能够满足各种复杂形状超薄硬脆曲面的精密装夹要求，并且能极大地降低加工成本，有利于提高生产效率，同时，能有助于降低薄壁结构元件在加工时发生碎裂的几率。该方法步骤简单，可以在降低成本的同时减少加工工件崩碎的几率。
2、本发明提供一种基于磁流变液的超薄硬脆曲面磨削加工装夹装置，包括底座、芯棒、铁芯、腔壳、活塞杆、磁流变液、励磁线圈和卡套；
3、所述底座的中心区域开设有调节通孔；
4、所述芯棒的轴心开设有与圆孔尺寸相适配的轴向通孔，并于轴向通孔中设置有一段内螺纹结构；芯棒的下端与底座的上端固定连接，且轴向通孔与调节通孔同轴地连通；
5、所述铁芯的轴心开设有与芯棒外径尺寸相适配的轴向安装孔，并通过轴向安装孔同轴地套装在芯棒的外部，同时，铁芯的下端与底座的上端固定连接；
6、所述腔壳为筒状结构，其内径大于轴向通孔内径，腔壳的下端同轴地固定连接在芯棒的上端；
7、所述活塞杆由塞帽和主杆体组成，所述塞帽为球冠状，其外径与腔壳的内径相适配；所述主杆体的外径与轴向通孔的内径相适配，其长度大于芯棒的高度，主杆体的末端外部设置有一段外螺纹结构，且其端部于轴心处开设有调节沉孔；活塞杆的主杆体通过螺纹配合插装于轴向通孔中，同时，其塞帽轴向滑动地装配于腔壳的内部；
8、所述磁流变液装填在腔壳的内部，且位于塞帽以上的空间中；
9、所述励磁线圈绕设在铁芯的外部；
10、所述卡套的内部具有与腔壳外径相适配的圆柱形夹持空间，并于圆柱形夹持空间的上端设置有环形凹槽，且环形凹槽中装配有环形的弹性元件；卡套通过圆柱形夹持空间夹持在腔壳上端的外部，其内部的弹性元件用于夹持待加工的超薄硬脆曲面毛胚。
11、进一步，为了方便进行拆装作业，同时，也为了方便进行维护作业，还包括四根锁紧螺栓；所述腔壳的下端外侧固定连接有环形连接台，且在环形连接台的周向上均匀地开设有四个圆形通孔；所述芯棒的上端在对应四个圆形通孔的位置开设有四个螺纹孔；四根锁紧螺栓在分别穿过四个圆形通孔后通过螺纹配合插装于四个螺纹孔中，并将腔壳固定连接在芯棒的上端。
12、作为一种优选，所述调节沉孔为内六角沉孔。
13、进一步，为了在确保夹持固定效果的同时，还能方便地实现卡套与腔壳之间的快速装配和分离，所述卡套由相配合的两个夹持单体组成，所述夹持单体由位于中部的弧形夹板段和相对称地固定连接在弧形夹板段两端外部的两个平直连接段组成，且在弧形夹板段的一端内侧开设有弧形凹槽；两个夹持单体同一侧相配合的两个平直连接段上相对应地开设有一对安装圆孔；两个夹持单体通过两个弧形夹板段扣合所形成的圆柱形夹持空间相对地套设在腔壳的外部，并通过扣合状态下的两个弧形凹槽形成用于容纳弹性元件的环形凹槽，且同一侧的两个平直连接段之间通过穿设于一对安装通孔中的连接螺栓固定连接在一起。
14、作为一种优选，所述底座为板状结构。
15、本发明中，将芯棒固定连接在底座上，可以使夹具的主体更稳固，同时，也能便于利用底座建立夹具主体与工作台之间的连接。使铁芯通过其轴心的轴向安装孔同轴地套装在芯棒的外部，并与底座固定连接，不仅可以对芯棒起到径向限位的作用，还能进一步增强芯棒与底座的连接强度。在芯棒的上端同轴地固定连接腔壳，可以为磁流变液提供承载载体。在芯棒的轴心处开设有与腔壳内腔相连通的轴向通孔，并于相连通的腔壳内腔和轴向通孔中装配尺寸相适配的活塞杆，可以利用滑动装配于腔壳中的塞帽来调节磁流变液在腔壳内的高度。使轴向通孔中设置有一段内螺纹结构，并使主杆体的外部设置有一段外螺纹结构，可以使活塞杆通过螺纹配合稳定地装配于轴向通孔中，进而可以使塞帽定位在任意高度的位置，另外，这种螺纹配合的装配方式还可以有效防止在磨削加工过程中出现活塞杆受力回退的情况，从而有效确保了支撑的稳定性。在底座上对应轴向通孔地开设有调节通孔，并在主杆体末端轴心开设有调节沉孔，可以便于从底座下方利用调节扳手来旋转活塞杆，进而改变塞帽在腔壳中的位置，以满足加工过程工磁流变液不同高度的需求。通过在铁芯的外部绕设励磁线圈，可以便于利用通电状态下的励磁线圈作用于铁芯并向磁流变液施加强磁场，在强磁场的作用下，能使原先表现为非牛顿流体特性的磁流变液粘度增加，流动性下降，表现出宾汉流体的特性，此时磁流变液的体积增加，并会产生变形，再配合呈球冠状塞帽的支撑作用可以控制磁流变液的变形形态，进而能使磁流变液的顶端呈鼓起状，这样超薄硬脆曲面毛胚的凹面便可以扣置在磁流变液上，而鼓起的磁流变液将适应超薄硬脆曲面毛胚凹面处的形状，实现对超薄硬脆曲面整个凹面的覆盖，并适应超薄硬脆曲面毛胚凹面处的形状进行完全贴合式充填，从而可以在进行超薄硬脆曲面加工的过程中起到有效的支撑保护作用。将呈球冠状的塞帽设置在磁流变液的底部，不仅可以起到支撑的作用，而且在磁流变液材料在磁场中受到沿磁场方向的外加正应力时，可以有助于提升磁流变液的剪切屈服应力，进而可以起到增大对超薄硬脆曲面毛坯夹持力的作用。另外，由于反作用力的原因，在塞帽受到超薄硬脆曲面毛胚凹面通过磁流变液对它的挤压的同时，其亦产生一个相应的压力，由于塞帽为球冠状，所以其表面上的轴向位置各不相同，因此可以起到更好的支撑作用，能更好的保持磁流变液的形状，有效提高了磁流变液支撑的稳定性和可靠性。使卡套的内部具有圆柱形夹持空间，同时，在卡套的上端的内部装配有弹性元件，可以在利用圆柱形夹持空间对腔壳外部进行夹持的同时，通过其内部的弹性元件同时对超薄硬脆曲面毛胚的外表面进行固定，这样，便可以配合充填在超薄硬脆曲面毛坯内部的磁流变液共同起到对超薄硬脆曲面毛胚的固定支撑作用，显著提高了对超薄硬脆曲面毛坯固定效果，进而可以在进行超薄硬脆曲面加工的过程中显著降低碎裂的几率。
16、本发明结构简单、制造成本低、安装过程方便、操作过程简单，有助于提高光学元件的生产效率，并能降低企业的生产成本，适用于各种不同超薄复杂曲面元件的柔性精密装夹需要，可有效地满足现阶段的生产需求。
17、本发明提供了一种基于磁流变液的超薄硬脆曲面磨削加工装夹方法，采用一种基于磁流变液的超薄硬脆曲面磨削加工装夹装置，包括以下步骤：
18、步骤一：先将基于磁流变液的超薄硬脆曲面磨削加工装夹装置放置在工作台上，并将底座与工作台进行固定；再利用导线将励磁线圈与直流电源相连接；
19、步骤二：利用调节扳手通过调节圆孔伸入到活塞杆下端的调节沉孔中，通过旋转的方式调节活塞杆向上方移动，使塞帽上升到设定位置，进而带动磁流变液升高至设定夹持位置；
20、步骤三：控制直流电源的输出电流增大，使铁芯产生的磁场增大，进而对磁流变液施加强磁场，以提高磁流变液的粘性，同时，利用塞帽的支撑作用使磁流变液的上端呈鼓起状；
21、步骤四：将待加工的超薄硬脆曲面毛胚扣置于腔壳中鼓起状的磁流变液的外部；
22、步骤五：先将弹性元件套设在待加工的超薄硬脆曲面毛胚的外表面，再将两个夹持单体的两个弧形夹板段相对地扣合在腔壳上端的外部，同时，利用两个弧形夹板段上相扣合的两个弧形凹槽将弹性元件进行限位固定，最后，利用两对连接螺栓将两个夹持单体所组成的卡套固定安装在腔壳上端的外部；
23、步骤六：对待加工的超薄硬脆曲面毛胚的进行磨削加工；
24、步骤七：加工结束后，先拆除卡套并移除弹性元件，再将加工好的超薄硬脆曲面元件从腔壳的上端移除，接着，利用调节扳手通过调节圆孔伸入到活塞杆下端的调节沉孔中，通过旋转的方式调节活塞杆向下方移动，使塞帽下降到设定位置，最后，断开直流电源，撤除外加磁场对磁流变液的作用，使磁流变液的流动性增强并恢复至初始状态。
25、本发明中，先将塞帽调整到设定位置，以带动磁流变液升高至夹持所需要的高度，再利用通电后的励磁线圈配合铁芯产生强磁场，进而通过磁场改变磁流变液性质的原理，使磁流变液形成适用于各种不同形状的超薄脆曲面的形态，从而能有效地填充并完全贴合超薄硬脆曲面毛胚的凹面，达到了满足不同形状超薄硬脆曲面毛坯装夹的要求。使固定套装在腔壳外部的卡套内部的弹性元件套设在超薄硬脆曲面毛胚的外表面，可以对超薄硬脆曲面毛胚的外表面起到有效固定的作用，进而能配合充填在超薄硬脆曲面毛胚凹面内的磁流变液对超薄硬脆曲面毛胚进行稳定可靠的固定支撑，可以有效减少加工过程中工件崩碎的几率。该方法步骤简单，可以在使用过程中根据超薄硬脆曲面毛坯的形状改变夹具的形态，既能起到装夹超薄硬脆曲面的目的，也能适应各种不同超薄硬脆曲面的加工要求。