一種約束磨粒流的超精密加工裝置制造方法
【專利摘要】一種約束磨粒流的超精密加工裝置，包括拋光工具頭、供料裝置、回收底座和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，拋光工具頭中，護(hù)套套裝在噴嘴的安裝臺(tái)階上，噴嘴與拋光頭管座固定連接，彈簧套裝在噴嘴上并壓緊護(hù)套，護(hù)套和噴嘴配合面上開(kāi)有密封槽，護(hù)套為由對(duì)磨粒磨損不敏感的彈性材料制成的護(hù)套，噴嘴中心打通孔，拋光頭管座內(nèi)設(shè)有供磨粒流流入的通道，拋光頭管座固定在安裝板上，激光位移傳感器固定在拋光頭管座的一側(cè)，安裝板與運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接；回收底座中心為安裝工件的凸臺(tái)，凸臺(tái)四周有磨粒流回收槽，回收槽外圍有一圈磨粒流擋板，磨粒流擋板高于工件上表面，回收槽內(nèi)有磨粒流回收出口。本實(shí)用新型精度高、加工效率高、損傷小、成本低。
【專利說(shuō)明】一種約束磨粒流的超精密加工裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種超精密加工裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]光學(xué)玻璃、工程陶瓷等硬脆材料具有硬度高、耐磨性和抗蝕性好等優(yōu)異機(jī)械性能以及獨(dú)特的光學(xué)性能，其加工精度和表面質(zhì)量要求也越來(lái)越嚴(yán)格，硬脆材料零件的超精密加工技術(shù)成為迫切需求和最具挑戰(zhàn)性的加工【技術(shù)領(lǐng)域】之一。
[0003]傳統(tǒng)的機(jī)械拋光方法在材料可控去除、表面損傷和加工效率等方面存在明顯缺陷，難以滿足高精度超光滑低損傷表面的加工要求，不再適用于此類元件的超精密加工。
[0004]如何實(shí)現(xiàn)高精度高質(zhì)量高效率的拋光加工是硬脆材料超精密加工急需解決的問(wèn)題。采用計(jì)算機(jī)控制的確定性拋光(CCOS)技術(shù)，通過(guò)確定的去除函數(shù)，進(jìn)行逐點(diǎn)可控拋光，可以獲得高精度高質(zhì)量的加工表面，在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)的先進(jìn)拋光技術(shù)如計(jì)算機(jī)控制小磨頭拋光、離子束拋光、氣囊拋光、磨料射流拋光、磁流變拋光與磁射流拋光等代表了超精密拋光技術(shù)的發(fā)展方向。
[0005]但是氣囊拋光去除率有限，對(duì)于工件中存在的高頻信息很難去除，這也是計(jì)算機(jī)控制光學(xué)表面成形技術(shù)中普遍存在的現(xiàn)象。離子束拋光等可獲得極高的表面粗糙度，但材料去除率極低，通常僅用于CMP等拋光工藝后，進(jìn)一步減小工件表面損傷層，提高表面質(zhì)量，且加工成本高。磁流變拋光在有效去除低頻面形誤差的同時(shí)，容易產(chǎn)生中高頻誤差，從而惡化光學(xué)系統(tǒng)的成像質(zhì)量，對(duì)于強(qiáng)激光高聚能系統(tǒng)高分辨率探測(cè)系統(tǒng)尤為顯著。另一方面，磁流變裝置復(fù)雜，需要針對(duì)不同的工件材料配置不同的磁流變液，加工成本較高。由于磨料流無(wú)約束，導(dǎo)致微磨料射流到工件表面是發(fā)散的，不是確定的集束，導(dǎo)致微磨料射流的加工精度偏低。另外，微磨粒射流對(duì)工件表面的機(jī)械沖擊容易引起加工損傷，不能滿足低損傷光學(xué)元件拋光的實(shí)際需要。磁射流拋光技術(shù)減小了磨粒流的發(fā)散角，在高陡度的凹形光學(xué)零件和內(nèi)腔等復(fù)雜形面的確定性精密拋光中具有潛在的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。但是，磁射流拋光需要特殊的磁流變液，與磁流變拋光一樣，加工成本較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有硬脆材料零件的拋光加工的加工精度低、加工效率較低、損傷較大、成本較高的不足，本實(shí)用新型提出一種精度高、加工效率高、損傷小、成本低的約束磨粒流超精密加工裝置。
[0007]本實(shí)用新型解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:
[0008]一種約束磨粒流的超精密加工裝置，包括拋光工具頭、供料裝置、回收底座和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述拋光工具頭包括噴嘴、護(hù)套、安裝板、拋光頭管座、彈簧和激光位移傳感器，所述護(hù)套套裝在噴嘴的安裝臺(tái)階上，所述噴嘴與拋光頭管座固定連接，所述彈簧套裝在噴嘴上并壓緊護(hù)套，所述護(hù)套和噴嘴配合面上開(kāi)有密封槽，所述護(hù)套為由對(duì)磨粒磨損不敏感的彈性材料制成的護(hù)套，所述噴嘴中心打通孔，所述拋光頭管座內(nèi)設(shè)有供磨粒流流入的通道，所述拋光頭管座固定在安裝板上，所述激光位移傳感器固定在拋光頭管座的一側(cè)，所述安裝板與運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接；所述回收底座中心為安裝工件的凸臺(tái)，所述凸臺(tái)四周有磨粒流回收槽，所述回收槽外圍有一圈磨粒流擋板，所述磨粒流擋板高于工件上表面，所述回收槽內(nèi)有磨粒流回收出口。
[0009]進(jìn)一步，所述磨粒流回收出口通過(guò)管道與回收泵的進(jìn)料口連接，所述回收泵的出料口與攪拌裝置的進(jìn)料口接通，所述攪拌裝置的出料口與供料泵的進(jìn)料口連接，所述供料泵的出料孔與拋光工具頭上端面的磨料進(jìn)料孔接通。所述壓力表安裝在攪拌裝置和供料裝置的連接氣管之間，所述供料泵和回收泵上都有流量調(diào)節(jié)裝置。
[0010]更進(jìn)一步，所述噴嘴上部銑有安裝平面，所述拋光頭管座四周均布螺紋孔通過(guò)螺栓與安裝板連接，所述拋光頭管座中心有與噴嘴連接的中心螺紋孔，所述拋光頭管座從側(cè)面設(shè)有管螺紋孔且與中心螺紋孔相通，所述磨粒流供料管與拋光頭上的管螺紋孔連接。
[0011 ] 所述激光位移傳感器處于拋光工具頭運(yùn)動(dòng)方向的前端，所述激光位移傳感器與上位機(jī)連接，所述上位機(jī)與所述運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。
[0012]本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思為:拋光工具頭通過(guò)彈簧預(yù)加一個(gè)可調(diào)的彈性壓力，拋光工具頭里沒(méi)有磨粒流或者磨粒流的壓力不夠大時(shí)，拋光工具下端面被壓在工件表面上；一旦拋光工具中的磨粒流壓力大于外加彈性壓力，拋光工具下端面與工件表面形成一個(gè)縫隙，磨粒流從該縫隙沿著拋光工具端面流出，強(qiáng)制磨粒對(duì)工件表面進(jìn)行拋光加工。通過(guò)激光位移傳感器可準(zhǔn)確測(cè)量出工件表面信息，通過(guò)控制拋光工具頭的停留拋光的時(shí)間或磨粒流流量進(jìn)行超精密拋光加工。
[0013]磨粒流在拋光工具的約束下，完全改變了磨料水射流的形成方式，無(wú)須極小極細(xì)的噴嘴即可實(shí)現(xiàn)射流加工，加工狀態(tài)時(shí)拋光頭壓向工件表面，磨料流在拋光工具頭的約束下，改變了射流方向，通過(guò)拋光工具頭端面沿著與工件表面的切向高速流出。應(yīng)用該方法進(jìn)行拋光加工時(shí)將松散的磨粒流法向噴射的加工方式改變?yōu)閺?qiáng)制約束的切向磨粒流加工方式，不僅解決了射流束界面的不穩(wěn)定性問(wèn)題，而且使得磨粒沿工件表面運(yùn)動(dòng)，強(qiáng)化了磨粒對(duì)工件表面的剪切作用，弱化了磨粒對(duì)工件表面的法向沖擊作用，主要是磨粒流的剪切和劃擦作用去除工件表面材料。因此，該方法既可以減小沖擊損傷，又具有較強(qiáng)的材料去除能力。
[0014]磨粒流可以通過(guò)回收槽被回收循環(huán)利用，節(jié)約了加工成本，減少了環(huán)境污染。
[0015]本實(shí)用新型的有益效果為:精度高、加工效率高、損傷小、成本低。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1是一種約束磨粒流的超精密加工裝置的示意圖。
[0017]圖2是拋光頭管座的示意圖。
[0018]圖3是圖2的B-B截面圖。
[0019]圖4是系統(tǒng)原理不意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步描述。
[0021]參照?qǐng)D1-圖4，一種約束磨粒流的超精密加工裝置，包括拋光工具頭、供料裝置、回收底座21和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)20，所述拋光工具頭包括噴嘴3、護(hù)套1、安裝板9、拋光頭管座
6、彈簧5、激光位移傳感器7，所述護(hù)套I套裝在噴嘴3的安裝臺(tái)階上，所述噴嘴3與拋光頭管座6通過(guò)螺紋連接，所述彈簧5套裝在噴嘴3上并壓緊護(hù)套1，所述安裝板9上有拋光頭管座安裝孔10，所述拋光頭管座6通過(guò)螺栓固定在安裝板9上，所述激光位移傳感器7固定在拋光頭管座6的一側(cè)，所述安裝板9四周通過(guò)安裝孔8與運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)20連接。
[0022]所述護(hù)套I和噴嘴3配合面上開(kāi)有密封槽2，所述護(hù)套I采用對(duì)磨粒磨損不敏感的彈性材料制成，所述噴嘴3中心打通孔4，所述噴嘴3上部銑有安裝平面14，所述拋光頭管座6四周均布螺紋孔11通過(guò)螺栓與安裝板9連接，所述拋光頭管座6中心有與噴嘴連接的中心螺紋孔12，所述拋光頭管座6從側(cè)面設(shè)有管螺紋孔13且與中心螺紋孔相通12，所述回收底座21中心為安裝工件的凸臺(tái)，所述工件22通過(guò)銷柱23固定在凸臺(tái)上，所述凸臺(tái)四周有磨粒流回收槽，所述回收槽外圍有一圈磨粒流擋板，所述磨粒流擋板高于工件上表面，所述回收槽內(nèi)有磨粒流回收出口 24，所述磨粒流回收出口 24通過(guò)管道與回收泵19的進(jìn)料口連接，所述回收泵19的出料口與攪拌裝置18的進(jìn)料口接通，所述攪拌裝置18的出料口與供料泵16的進(jìn)料口連接，所述供料泵通過(guò)管道15與拋光頭上的管螺紋孔13連接，所述壓力表安裝在攪拌裝置和供料裝置的連接氣管之間，所述供料泵和回收泵上都有流量調(diào)節(jié)裝置。
[0023]進(jìn)一步，所述激光位移傳感器7安裝在拋光頭管座6的一側(cè)，加工過(guò)程中始終位拋光頭運(yùn)動(dòng)方向的前端，所述激光位移傳感器7可準(zhǔn)確測(cè)量出拋光頭與工件表面的距離大小，根據(jù)激光位移傳感器反饋的信息控制拋光工具頭在激光位移傳感器測(cè)量點(diǎn)的駐留時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)工件可控去除的超精密加工。
【權(quán)利要求】
1.一種約束磨粒流的超精密加工裝置，其特征在于:包括拋光工具頭、供料裝置、回收底座和運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)，所述拋光工具頭包括噴嘴、護(hù)套、安裝板、拋光頭管座、彈簧和激光位移傳感器，所述護(hù)套套裝在噴嘴的安裝臺(tái)階上，所述噴嘴與拋光頭管座固定連接，所述彈簧套裝在噴嘴上并壓緊護(hù)套，所述護(hù)套和噴嘴配合面上開(kāi)有密封槽，所述護(hù)套為由對(duì)磨粒磨損不敏感的彈性材料制成的護(hù)套，所述噴嘴中心打通孔，所述拋光頭管座內(nèi)設(shè)有供磨粒流流入的通道，所述拋光頭管座固定在安裝板上，所述激光位移傳感器固定在拋光頭管座的一側(cè)，所述安裝板與運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接；所述回收底座中心為安裝工件的凸臺(tái)，所述凸臺(tái)四周有磨粒流回收槽，所述回收槽外圍有一圈磨粒流擋板，所述磨粒流擋板高于工件上表面，所述回收槽內(nèi)有磨粒流回收出口。
2.如權(quán)利要求1所述的約束磨粒流的超精密加工裝置，其特征在于:所述磨粒流回收出口通過(guò)管道與回收泵的進(jìn)料口連接，所述回收泵的出料口與攪拌裝置的進(jìn)料口接通，所述攪拌裝置的出料口與供料泵的進(jìn)料口連接，所述供料泵的出料孔與拋光工具頭上端面的磨料進(jìn)料孔接通，所述壓力表安裝在攪拌裝置和供料裝置的連接氣管之間，所述供料泵和回收泵上都有流量調(diào)節(jié)裝置。
3.如權(quán)利要求1或2所述的約束磨粒流的超精密加工裝置，其特征在于:所述噴嘴上部銑有安裝平面，所述拋光頭管座四周均布螺紋孔通過(guò)螺栓與安裝板連接，所述拋光頭管座中心有與噴嘴連接的中心螺紋孔，所述拋光頭管座從側(cè)面設(shè)有管螺紋孔且與中心螺紋孔相通，所述磨粒流供料管與拋光頭上的管螺紋孔連接。
4.如權(quán)利要求1或2所述的約束磨粒流的超精密加工裝置，其特征在于:所述激光位移傳感器處于拋光工具頭運(yùn)動(dòng)方向的前端，所述激光位移傳感器與上位機(jī)連接，所述上位機(jī)與所述運(yùn)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)連接。
【文檔編號(hào)】B24C5/04GK203380784SQ201320067074
【公開(kāi)日】2014年1月8日 申請(qǐng)日期:2013年2月5日 優(yōu)先權(quán)日:2013年2月5日
【發(fā)明者】葉必卿, 袁巧玲, 孫建輝, 周海清, 單曉杭, 周丹峰 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)