專利名稱：柔性被動適應型光順盤及其柔性夾層和柔性被動適應型光順盤的操作方法
技術領域：
本發明涉及到計算機控制拋光裝置領域，尤其涉及到大口徑、高陡度非球面加工中所需的柔性被動適應型光順盤。
背景技術：
現代光學加工對鏡面面形的低中高頻誤差都提出了嚴格的要求，而傳統的CCOS加工技術在對低頻誤差進行修正的同時極易引入大量的中高頻成分。傳統的光順工具是一個和被加工工件大小相近的膠盤，也稱浙青盤，然而這種整體式的膠盤對大口徑、高陡度的鏡面光順幾乎無能為力。美國亞利桑那州立大學使用主動應力盤技術光順大鏡，該種主動應力盤技術光順大鏡底盤上均布12個著力點，每個點連接有鋼絲繩，使用12個電機拉扯鋼絲繩，使之變形，國內成都光電技術研究所也研究了這種應力盤，并取得了一些實驗結果，但是這種光順盤控制復雜，成本高，轉速很慢，光順效率低。
發明內容
本發明要解決的技術問題是克服現有技術的不足，提供一種控制簡單、成本低、轉速快、光順效率高的柔性被動適應型光順盤。為解決上述技術問題，本發明提出的技術方案為一種柔性被動適應型光順盤，包括底盤和拋光膠，所述底盤上固接有連接法蘭，所述連接法蘭活動連接有可與機床相連的球頭軸，所述底盤下方通過隔離膜包裹有柔性夾層，所述拋光膠布置在隔離膜底部。上述柔性被動適應型光順盤中，優選的，所述連接法蘭上方中部開有沉孔，所述沉孔內放置有球頭軸端部的球頭，所述球頭上開設有小孔，所述小孔內穿設有銷釘，且所述銷釘兩端置于沉孔兩側開設的方形槽內。上述柔性被動適應型光順盤中，優選的，所述底盤上表面中部開有凹槽，所述連接法蘭的底部設有與凹槽配合實現定位的伸出部。上述柔性被動適應型光順盤中，優選的，所述底盤下表面為球面，所述球面的曲率半徑與待加工的非球面鏡面的最接近球面半徑相同，所述底盤的長徑比(長表示底盤的厚度，徑表示底盤的直徑)介于I : 20 I : 30之間，所述底盤的直徑不小于非球面鏡面的直徑(或口徑)的1/3。上述柔性被動適應型光順盤中，優選的，所述隔離膜通過壓環固定在所述底盤上。上述柔性被動適應型光順盤中，優選的，所述拋光膠形狀包括圓形、環形或者多邊形。作為一個總的技術構思，本發明還提供一種上述柔性被動適應型光順盤中所用柔性夾層材料，所述柔性夾層主要由硼酸、二甲基硅油按照I : 2.5 I : 5的比例在220°C 280°C條件下加熱2 3小時反應得到。上述柔性夾層中，優選的，所述柔性夾層為粘彈性材料，在相同頻率的外部載荷作用下，所述柔性夾層的動態彈性模量為光順盤用拋光膠的動態彈性模量的1/50 1/20。作為一個總的技術構思，本發明還提供一種上述柔性被動適應型光順盤的操作方法，包括以下步驟
(1)安裝設備將所述柔性被動適應型光順盤安裝好，并將所述柔性被動適應型光順盤上的球頭軸與機床相連；
(2)光順加工開啟機床，進行光順工作，所述柔性被動適應型光順盤在自轉的同時沿非球面鏡面的半徑來回進給，同時非球面鏡面在轉臺上旋轉，所述柔性被動適應型光順盤的轉速控制在60rpm以下，非球面鏡面的轉速控制在30rpm以下，所述光順盤和非球面鏡面的轉速方向相同或者相反。與現有技術相比，本發明的優點在于本發明柔性被動適應型光順盤的直徑較大，光順效率高，從而實現了大口徑、高陡度非球面等復雜面形的光順加工；本發明通過增加相對較軟的柔性夾層來被動適應光學鏡面面形，通過相對較硬的拋光膠去除中高頻誤差，可 以在光順的同時盡量保護低頻面形；而球鉸連接、最接近球面的底盤可以最大程度保證光順盤和鏡面面形的貼合；此外，本發明還提出了一種制備柔性夾層材料的方法，實驗證明簡易可行；拋光膠布置成不同形狀，如環形、多邊形，可以控制不同環帶的加工量。
圖I是本發明實施例中柔性被動適應型光順盤的整體結構剖視圖。圖2是本發明實施例中柔性被動適應型光順盤采用圓形拋光膠的仰視圖。圖3是本發明實施例中柔性被動適應型光順盤的俯視圖。圖4是本發明實施例中柔性被動適應型光順盤采用環形拋光膠的仰視圖。圖5是本發明實施例中柔性被動適應型光順盤采用多邊形拋光膠的仰視圖。圖6是本發明實施例中柔性被動適應型光順盤拋光過程示意圖。圖例說明
I、連接法蘭；2、底盤；3、壓環；4、柔性夾層；5、隔離膜；6、拋光膠；7、球頭軸；8、銷釘；
9、方形槽；10、沉孔；11、螺紋連接孔；12、伸出部；13、螺釘連接孔；14、安裝孔；15、側安裝孔；16、球頭；17、非球面鏡面18、光順盤。
具體實施例方式以下結合說明書附圖和具體實施例對本發明作進一步描述。一種本發明的如圖I 圖3所示的柔性被動適應型光順盤18，包括底盤2、連接法蘭I和柔性夾層4。底盤2下表面為球面，球面的曲率半徑與待加工的非球面鏡面17的最接近球面半徑相同，底盤2的長徑比為I : 25，底盤2的直徑為非球面鏡面17的口徑的1/3;底盤2上方連接有連接法蘭I，連接法蘭I上開設有沉頭螺釘穿過的多個螺紋連接孔11，連接法蘭I通過沉頭螺釘固定在底盤2上表面。連接法蘭I上方活動連接有可與機床相連的球頭軸7，連接法蘭I的上表面中部開有沉孔10，沉孔10內放置有球頭軸7端部的球頭16，球頭16上開設有小孔，小孔內穿設有銷釘8，且銷釘8兩端放置在沉孔10兩側開設的方形槽9內；球頭軸7上設有與機床連接的安裝孔14和側安裝孔15，且球頭軸7可以相對連接法蘭I在一定角度范圍內旋轉，并且可以在豎直面上平移，球頭軸7和銷釘8相互配合可以實現力和力矩的傳遞。為了減小傾覆力矩對加工的不利影響，應使沉孔10盡量深；此時，也能夠使得柔性被動適應型光順盤18盡可能適應非球面鏡面17的面形。底盤2上表面中部開有定位槽，連接法蘭I的下表面則設有與定位槽相配合的伸出部12，這樣不僅便于連接法蘭I的定位安裝，而且有利于保證連接法蘭I與底盤2的同軸度。底盤2下方通過隔離膜5包裹有柔性夾層4，隔離膜5通過壓環3固定在底盤2上，底盤2的外緣沿圓周方向均勻布設8個螺釘連接孔13，其與隔離膜5和壓環3的螺紋孔一一對應，以供固定隔離膜5和壓環3的螺釘通過。拋光膠6間隔布置在隔離膜5底部。拋光膠6由很多小膠塊組成，彼此之間留有縫隙，縫隙的寬度約為2_左右，便于磨料流通；拋光膠6可根據實際拋光要求選擇合理的形狀，例如，圖4 所示的環形拋光膠對環帶誤差具有一定的修形能力，圖5所示的多邊形拋光膠對邊緣效應的抑制作用比較明顯。本實施例中使用的柔性夾層4主要是通過硼酸、二甲基硅油、硅藻土等制備，具體方法包括以下步驟首先按照I : 3的體積比準備硼酸和二甲基硅油，將硼酸加熱至250°C，待其融化后混入二甲基硅油，繼續在250°C條件下加熱3小時(2 3小時均可)，此時硼酸和二甲基硅油發生離子型聚合反應，生成聚合度較大的聚二甲基硅氧烷，最后加入適量填充劑硅藻土等得到具有低動態彈性模量的的柔性夾層4，其中，柔性夾層為粘彈性材料，在相同頻率的外部載荷作用下，柔性夾層4的動態彈性模量為拋光膠6的動態彈性模量的 1/50。本實施例中的柔性被動適應型光順盤，工作時如圖6所示，具體操作步驟如下
1、首先將連接法蘭I和底盤2安裝在一起，在底盤2底部均勻鋪設一定厚度的柔性夾層4，柔性夾層4 一面與底盤2直接貼合，其余面均被隔離膜5包裹，在隔離膜延伸端蓋上壓環3，擰上螺釘固定在底盤2上；
2、然后將制作好的小塊拋光膠6按所需形狀粘在隔離膜5表面，待粘接牢固后將所有膠塊在非球面鏡面17上貼合壓平，最后將球頭軸7端部的球頭16置入沉孔10中，銷釘8對準方形槽9壓入；
3、將光順盤18通過球頭軸7與機床連接后，開動機床，機床通過球頭軸7對整個光順盤18施加一定的壓力，此壓力均勻分布在非球面鏡面17上，光順盤在設定程序的控制下按所需路徑和速度運行，即可實現光順目的。工作時，光順盤18在自轉的同時沿非球面鏡面17的半徑來回進給，同時非球面鏡面17在轉臺上旋轉,光順盤18的轉速控制在60rpm以下(本實施例可設定為50rpm),非球面鏡面17的轉速控制在30rpm以下(本實施例可設定為27rpm),光順盤18和非球面鏡面17的轉速方向相同(或者相反)。
權利要求
1.一種柔性被動適應型光順盤，包括底盤(2)和拋光膠(6)，其特征在于所述底盤(2)上固接有連接法蘭(I )，所述連接法蘭(I)活動連接有可與機床相連的球頭軸(7)，所述底盤(2 )下方通過隔離膜(5 )包裹有柔性夾層(4 )，所述拋光膠(6 )布置在隔離膜(5 )底部。
2.根據權利要求I所述的柔性被動適應型光順盤，其特征在于所述連接法蘭(I)上方中部開有沉孔(10)，所述沉孔(10)內放置有球頭軸(7)端部的球頭(16)，所述球頭(16)上開設有小孔，所述小孔內穿設有銷釘(8)，且所述銷釘(8)兩端置于沉孔(10)兩側開設的方形槽(9)內。
3.根據權利要求I所述的柔性被動適應型光順盤，其特征在于所述底盤(2)上表面中部開有凹槽，所述連接法蘭(I)的底部設有與凹槽配合實現定位的伸出部(12)。
4.根據權利要求I 3中任一項所述的柔性被動適應型光順盤，其特征在于所述底盤(2)下表面為球面，所述球面的曲率半徑與待加工的非球面鏡面(17)的最接近球面半徑相同，所述底盤(2)的長徑比介于I : 20 I : 30之間，所述底盤(2)的直徑不小于非球面鏡面(17)直徑的1/3。
5.根據權利要求I 3中任一項所述的柔性被動適應型光順盤，其特征在于所述隔離膜(5 )通過壓環(3 )固定在所述底盤(2 )上。
6.根據權利要求I 3中任一項所述的柔性被動適應型光順盤，其特征在于所述拋光膠(6)形狀包括圓形、環形或者多邊形。
7.一種用于柔性被動適應型光順盤中的柔性夾層，其特征在于所述柔性夾層(4)主要由硼酸、二甲基硅油按照I : 2. 5 I : 5的比例在220°C 280°C條件下加熱2 3小時反應得到。
8.根據權利要求7所述的柔性夾層，其特征在于所述柔性夾層(4)為粘彈性材料，在相同頻率的外部載荷作用下，所述柔性夾層(4)的動態彈性模量為光順盤用拋光膠的動態彈性模量的1/50 1/20。
9.一種如權利要求I 6任一所述的柔性被動適應型光順盤的操作方法，包括以下步驟 (1)安裝設備將所述柔性被動適應型光順盤安裝好，并將所述柔性被動適應型光順盤上的球頭軸(7)與機床相連； (2)光順加工開啟機床，進行光順工作，所述柔性被動適應型光順盤在自轉的同時沿非球面鏡面(17)的半徑來回進給，同時非球面鏡面(17)在轉臺上旋轉，所述柔性被動適應型光順盤的轉速控制在60rpm以下，非球面鏡面(17)的轉速控制在30rpm以下，所述光順盤和非球面鏡面(17)的轉速方向相同或者相反。
全文摘要
本發明公開了一種柔性被動適應型光順盤，包括底盤(2)和拋光膠(6)，底盤(2)上固接有連接法蘭(1)，連接法蘭(1)活動連接有可與機床相連的球頭軸(7)，底盤(2)下方通過隔離膜(5)包裹有柔性夾層(4)，拋光膠(6)布置在隔離膜(5)底部；柔性夾層(4)主要由硼酸、二甲基硅油按照配比在一定溫度下加熱反應制得；操作時先安裝光順盤，再按照一定的轉速和加工路徑進行加工即可。本發明具有控制簡單、成本低、轉速快、光順效率高等優點。
文檔編號B24B13/00GK102794718SQ20121026644
公開日2012年11月28日 申請日期2012年7月30日 優先權日2012年7月30日
發明者戴一帆, 彭小強, 李圣怡, 聶徐慶, 胡皓, 石峰 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學