專利名稱：一種約束磨粒流的超精密加工裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及加工裝置。
背景技術：
光學玻璃、工程陶瓷等硬脆材料具有硬度高、耐磨性和抗蝕性好等優異機械性能以及獨特的光學性能，其加工精度和表面質量要求也越來越嚴格，硬脆材料零件的超精密加工技術成為迫切需求和最具挑戰性的加工技術領域之一。傳統的機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。如何實現高精度高質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題。采用計算機控制的確定性拋光(CCOS)技術，通過確定的去除函數，進行逐點可控拋光，可以獲得高精度高質量的加工表面，在此基礎上開發的先進拋光技術如計算機控制小磨頭拋光、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的發展方向。但是氣囊拋光去除率有限，對于工件中存在的高頻信息很難去除，這也是計算機控制光學表面成形技術中普遍存在的現象。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，進一步減小工件表面損傷層，提高表面質量，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，容易產生中高頻誤差，從而惡化光學系統的成像質量，對于強激光高聚能系統高分辨率探測系統尤為顯著。另一方面，磁流變裝置復雜，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，導致微磨料射流到工件表面是發散的，不是確定的集束，導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械沖擊容易引起加工損傷，不能滿足低損傷光學元件拋光的實際需要。磁射流拋光技術減小了磨粒流的發散角，在高陡度的凹形光學零件和內腔等復雜形面的確定性精密拋光中具有潛在的獨特優勢。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。

發明內容
本發明針對現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，本發明提出一種精度高、加工效率高、損傷小、成本低的約束磨粒流超精密加工裝置。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:
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、回收底座和運動執行機構，所述拋光工具頭包括噴嘴、護套、安裝板、拋光頭管座、彈簧和激光位移傳感器，所述護套套裝在噴嘴的安裝臺階上，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套，所述護套和噴嘴配合面上開有密封槽，所述護套為由對磨粒磨損不敏感的彈性材料制成的護套，所述噴嘴中心打通孔，所述拋光頭管座內設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，所述安裝板與運動執行機構連接；所述回收底座中心為安裝工件的凸臺，所述凸臺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，所述回收槽內有磨粒流回收出口。進一步，所述磨粒流回收出口通過管道與回收泵的進料口連接，所述回收泵的出料口與攪拌裝置的進料口接通，所述攪拌裝置的出料口與供料泵的進料口連接，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節裝置。更進一步，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面設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。所述激光位移傳感器處于拋光工具頭運動方向的前端，所述激光位移傳感器與上位機連接，所述上位機與所述運動執行機構連接。本發明的技術構思為:拋光工具頭通過彈簧預加一個可調的彈性壓力，拋光工具頭里沒有磨粒流或者磨粒流的壓力不夠大時，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縫隙，磨粒流從該縫隙沿著拋光工具端面流出，強制磨粒對工件表面進行拋光加工。通過激光位移傳感器可準確測量出工件表面信息，通過控制拋光工具頭的停留拋光的時間或磨粒流流量進行超精密拋光加工。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，無須極小極細的噴嘴即可實現射流加工，加工狀態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。應用該方法進行拋光加工時將松散的磨粒流法向噴射的加工方式改變為強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定性問題，而且使得磨粒沿工件表面運動，強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，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，又具有較強的材料去除能力。磨粒流可以通過回收槽被回收循環利用，節約了加工成本，減少了環境污染。本發明的有益效果為:精度高、加工效率高、損傷小、成本低。


圖1是一種約束磨粒流的超精密加工裝置的示意圖。圖2是拋光頭管座的示意圖。圖3是圖2的B-B截面圖。圖4是系統原理不意圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明作進一步描述。參照圖1-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和運動執行機構20，所述拋光工具頭包括噴嘴3、護套1、安裝板9、拋光頭管座
6、彈簧5、激光位移傳感器7，所述護套I套裝在噴嘴3的安裝臺階上，所述噴嘴3與拋光頭管座6通過螺紋連接，所述彈簧5套裝在噴嘴3上并壓緊護套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，所述安裝板9四周通過安裝孔8與運動執行機構20連接。 所述護套I和噴嘴3配合面上開有密封槽2，所述護套I采用對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從側面設有管螺紋孔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，所述工件22通過銷柱23固定在凸臺上，所述凸臺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，所述回收槽內有磨粒流回收出口 24，所述磨粒流回收出口 24通過管道與回收泵19的進料口連接，所述回收泵19的出料口與攪拌裝置18的進料口接通，所述攪拌裝置18的出料口與供料泵16的進料口連接，所述供料泵通過管道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節裝置。進一步，所述激光位移傳感器7安裝在拋光頭管座6的一側，加工過程中始終位拋光頭運動方向的前端，所述激光位移傳感器7可準確測量出拋光頭與工件表面的距離大小，根據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量點的駐留時間，從而實現工件可控去除的超精密加工。
權利要求
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、回收底座和運動執行機構，所述拋光工具頭包括噴嘴、護套、安裝板、拋光頭管座、彈簧和激光位移傳感器，所述護套套裝在噴嘴的安裝臺階上，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套，所述護套和噴嘴配合面上開有密封槽，所述護套為由對磨粒磨損不敏感的彈性材料制成的護套，所述噴嘴中心打通孔，所述拋光頭管座內設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，所述安裝板與運動執行機構連接；所述回收底座中心為安裝工件的凸臺，所述凸臺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，所述回收槽內有磨粒流回收出口。
2.按權利要求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管道與回收泵的進料口連接，所述回收泵的出料口與攪拌裝置的進料口接通，所述攪拌裝置的出料口與供料泵的進料口連接，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節裝置。
3.按權利要求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面設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.按權利要求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動方向的前端，所述激光位移傳感器與上位機連接，所述上位機與所述運動執行機構連接。
全文摘要
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、回收底座和運動執行機構，拋光工具頭中，護套套裝在噴嘴的安裝臺階上，噴嘴與拋光頭管座固定連接，彈簧套裝在噴嘴上并壓緊護套，護套和噴嘴配合面上開有密封槽，護套為由對磨粒磨損不敏感的彈性材料制成的護套，噴嘴中心打通孔，拋光頭管座內設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，安裝板與運動執行機構連接；回收底座中心為安裝工件的凸臺，凸臺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，回收槽內有磨粒流回收出口。本發明精度高、加工效率高、損傷小、成本低。
文檔編號B24C5/00GK103084985SQ201310045400
公開日2013年5月8日 申請日期2013年2月5日 優先權日2013年2月5日
發明者葉必卿, 袁巧玲, 孫建輝, 周海清, 單曉杭, 周丹峰 申請人:浙江工業大學