一種新型強(qiáng)約束流可控拋光裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及拋光領(lǐng)域，尤其涉及強(qiáng)約束磨粒流噴射拋光領(lǐng)域，具體的說是一種新型強(qiáng)約束流可控拋光裝置。
【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，因而被廣泛的應(yīng)用于各個領(lǐng)域，但其加工精度和表面質(zhì)量要求也越來越嚴(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。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。超精密拋光技術(shù)如小磨頭拋光、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盡管能夠達(dá)到較高的拋光精度和較好的拋光效果。但都存在不同程度的拋光缺陷，比如氣囊拋光和小磨頭拋光加工壓力較大，加工后的工件表面會產(chǎn)生劃痕，離子束拋光可獲得極高的表面粗糙度，但材料去除率極低，通常僅用于化學(xué)機(jī)械等拋光工藝后，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，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，對于強(qiáng)激光高聚能系統(tǒng)高分辨率探測系統(tǒng)尤為顯著。另一方面，磁流變裝置復(fù)雜，需要針對不同的工件材料配置不同的磁流變液，加工成本較高。由于磨料流無約束，導(dǎo)致微磨料射流到工件表面是發(fā)散的，導(dǎo)致微磨料射流的加工精度偏低。另外，微磨粒射流對工件表面的機(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。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。本實(shí)用新型針對現(xiàn)有硬脆材料零件的拋光加工中加工精度低、加工效率較低、損傷較大、成本較高的不足，提出一種精度高、加工效率高、損傷小、成本低的強(qiáng)約束磨粒流超精密加工裝置。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問題在于針對磨料射流拋光中存在的射流束發(fā)散與沖擊損傷等問題，提供了一種加工過程完全可控的新型強(qiáng)約束流拋光裝置。
[0004]為達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是:一種新型強(qiáng)約束流可控拋光裝置，用于對待加工工件表面進(jìn)行拋光，包括噴嘴護(hù)套可動機(jī)構(gòu)、間隙控制機(jī)構(gòu)、磨粒流輸入座、預(yù)壓系統(tǒng)和固定板，噴嘴護(hù)套可動機(jī)構(gòu)通過直線軸承安裝在豎直放置的固定板上，磨粒流輸入座套裝在噴嘴護(hù)套可動機(jī)構(gòu)上并且通過固定螺栓固定安裝在固定板上，預(yù)壓系統(tǒng)裝在所述噴嘴護(hù)套可動機(jī)構(gòu)頂部用于對噴嘴護(hù)套可動機(jī)構(gòu)施加預(yù)壓力，間隙控制系統(tǒng)用于監(jiān)控所述噴嘴護(hù)套可動機(jī)構(gòu)的移動距離；
[0005]所述噴嘴護(hù)套可動機(jī)構(gòu)包括豎直放置的磨粒流直管、噴嘴和噴嘴護(hù)套，所述噴嘴裝在磨粒流直管的底端，所述磨粒流直管上開有通孔并與設(shè)置在磨粒流輸入座套上的磨粒流輸入孔對齊。
[0006]進(jìn)一步的，所述間隙控制機(jī)構(gòu)包括位移傳感器、傳感器安裝座和傳感器檢測板，所述位移傳感器通過傳感器安裝座與磨粒流輸入座固接，所述傳感器檢測板固定在磨粒流直管上，所述位移傳感器用于測量所述位移傳感器與所述傳感器檢測板的相對移動距離。
[0007]進(jìn)一步的，所述預(yù)壓系統(tǒng)為砝碼型預(yù)壓系統(tǒng)，包括砝碼支座板、砝碼安裝板，所述砝碼支座板通過砝碼安裝板固定在磨粒流直管頂端。
[0008]進(jìn)一步的，所述預(yù)壓系統(tǒng)為氣缸型預(yù)壓系統(tǒng)，包括安裝在所述磨粒流直管頂端的壓蓋、氣缸安裝板、氣缸和氣缸支架，所述氣缸通過氣缸支架固定在氣缸安裝板上，所述氣缸安裝板固接所述固定板，所述氣缸的活塞桿連接所述壓蓋。
[0009]進(jìn)一步的，所述氣缸型預(yù)壓系統(tǒng)上還設(shè)有精密調(diào)壓閥，通過調(diào)節(jié)精密調(diào)壓閥控制輸出氣缸的大小來控制預(yù)壓力的大小。
[0010]進(jìn)一步的，所述磨粒流直管上通孔的兩側(cè)開有環(huán)槽，用于加裝O型密封圈將所述磨粒流直管與所述磨粒流輸入座套密封處理。
[0011]進(jìn)一步的，所述噴嘴為錐形結(jié)構(gòu)噴嘴。
[0012]進(jìn)一步的，所述噴嘴護(hù)套采用耐磨的高分子材料制成。
[0013]本實(shí)用新型的技術(shù)思路是:根據(jù)硬脆材料零件復(fù)雜曲面高精度超光滑低損傷光學(xué)表面的加工需求，針對磨料射流拋光中存在的射流束發(fā)散與沖擊損傷等問題，本實(shí)用新型提供了一種加工過程完全可控的新型強(qiáng)約束流可控拋光裝置，通過拋光工具頭對磨料射流施加平行于工件表面的約束，改變了磨粒射流形成的機(jī)制，強(qiáng)制磨粒射流沿著工件表面運(yùn)動，將磨粒射流對工件表面的作用力幾乎全部轉(zhuǎn)化為切向剪切應(yīng)力，工件的材料去除主要依賴磨粒對工件表面的剪切和劃擦作用，而不是機(jī)械沖擊，既減小了沖擊損傷，又提高了拋光加工的精度與效率，無須極小極細(xì)的噴嘴即可實(shí)現(xiàn)射流加工，而且可根據(jù)不同的加工工件表面跟換不同的拋光工具頭，大大提高了加工的范圍，而且在拋光過程中拋光頭與工件表面形成的間隙完全可控，加工后的工件不僅能夠達(dá)到較高的材料去除效果，而且加工后的工件擁有極好的的表面加工質(zhì)量。
[0014]在待加工工件表面加工前，拋光工具下端面即噴嘴護(hù)套的下端面在預(yù)壓力的作用下被壓在工件表面上，一旦拋光工具中的磨粒流壓力大于外界預(yù)壓力時，拋光工具下端面與工件表面形成一個縫隙，磨粒流從該縫隙沿著拋光工具端面流出，強(qiáng)制磨粒對工件表面進(jìn)行拋光加工。通過控制拋光工具頭的停留時間或磨粒流流量進(jìn)行超精密拋光加工。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)定性問題，而且使得磨粒沿工件表面運(yùn)動，強(qiáng)化了磨粒對工件表面的剪切作用，弱化了磨粒對工件表面的法向沖擊作用，通過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，由于在拋光過程中，拋光工具頭與工件表面的間隙大小很大程度上決定了工件的表面加工效果，本裝置能夠時時對加工間隙進(jìn)行監(jiān)控，使工件與拋光頭的間隙控制在最佳的加工狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)加工。
[0015]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單緊湊，生產(chǎn)成本低，利用強(qiáng)約束流對待加工工件表面進(jìn)行加工，避免了磨料射流拋光中的射流束發(fā)散和沖擊損傷等問題，使得加工后待加工工件不僅能夠達(dá)到較高的材料去除效果，而且加工后的工件擁有極好的表面加工質(zhì)量。
【附圖說明】
[0016]圖1是砝碼型拋光裝置的主視圖。
[0017]圖2是砝碼型拋光裝置的俯視圖。
[0018]圖3是氣缸型拋光裝置主視圖。
[0019]圖4是氣缸型拋光裝置俯視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明了，下面結(jié)合【具體實(shí)施方式】并參照附圖，對本實(shí)用新型進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)該理解，這些描述只是示例性的，而并非要限制本實(shí)用新型的范圍。此外，在以下說明中，省略了對公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，以避免不必要地混淆本實(shí)用新型的概念。
[0021]結(jié)合圖1、圖2、圖3和圖4，整個強(qiáng)約束拋光裝置由間隙控制機(jī)構(gòu)、預(yù)壓系統(tǒng)、磨粒流輸入座、噴嘴護(hù)套可動機(jī)構(gòu)等構(gòu)成，其中砝碼型拋光裝置與氣缸型拋光裝置共有部件包括噴嘴護(hù)套1、噴嘴2、直線軸承3、磨粒流直管4、軸承下安裝座5、傳感器檢測板6、磨粒流輸入座7、0型密封圈8、軸承上安裝座9，十字切槽扁圓頭螺釘14、內(nèi)六角花形圓柱螺釘15、傳感器安裝座16、內(nèi)六角花形圓柱螺釘17。砝碼型拋光裝置還包括砝碼座10、砝碼安裝板11、砝碼支座板12、十字切槽扁圓頭螺釘13。氣缸型拋光裝置包括壓蓋18、浮動接頭19、氣缸安裝板20、氣缸21、氣缸型支架板22、氣缸型安裝板23、內(nèi)六角花形圓柱螺釘24。
[0022]所述監(jiān)控系統(tǒng)由傳感器檢測板6，位移傳感器感等構(gòu)成，其中位移傳感器安裝在所述傳感器安裝座16上，所述傳感器檢測板6與所述磨粒流直管4通過內(nèi)六角花形圓柱螺釘15緊固連接，通過傳感器檢測所述傳感器檢測板的位移，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器將信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，傳送至顯示器讀取此時的傳感器檢測板位移。
[0023]所述預(yù)壓系統(tǒng)包括砝碼型預(yù)壓系統(tǒng)和氣缸型預(yù)壓系統(tǒng)，其中砝碼預(yù)壓系統(tǒng)主要由所述砝碼型安裝座10、所述砝碼安裝板11、所述砝碼支座板12等構(gòu)成，所述砝碼安裝座10與所述磨粒流直管4通過螺紋