一種小口徑回轉軸對稱光學元件拋光裝置及方法制造方法及圖紙

本發明專利技術公開了一種小口徑回轉軸對稱光學元件拋光裝置及方法。該裝置包括密封容器機構，安裝于密封容器機構內腔中的工作臺驅動系統，與密封容器機構連接的拋光流體循環系統；密封容器機構內腔上部形成負壓空間。拋光時利用負壓差的吸流效應使拋光流體吸出、復合負壓空穴效應對工件面進行加工，將加工的常壓環境轉換為負壓環境，減少噴射過程中空氣干擾，使拋光點縮小，增強微細磨粒的滑擦作用與穩定性；同時負壓空穴效應形成強烈的空穴沖擊波和高速微射流，提高了工件表面的去除效率。在磨粒切削與空穴沖蝕共同作用下進行材料去除，獲得高質量的表面。該裝置適用于各種回轉對稱曲面光學元件的拋光加工，對于自動化加工有很高的實用價值。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于超精密光學拋光加工
，涉及一種適用于加工小口徑回轉軸對稱光學元件曲面的流體拋光裝置及方法。
技術介紹
隨著小口徑光學元件在數碼相機、手機、攝影裝置、內窺鏡、瞄準系統等產品中需求量急劇增長，其加工表面質量要求也越來越高。對小口徑回轉軸對稱的光學元件及模具，一般采用磨削工藝能夠達到較高的形狀精度與光滑鏡面，但在要求嚴格的場合，磨削后產生的表面缺陷與損傷必須利用游離磨粒拋光以改善表面質量。針對幾毫米以下的小口徑回轉軸對稱工件的拋光，由于拋光頭難以進入微小拋光區，傳統的粘彈性拋光頭結合游離磨料的拋光工藝很難應用于微小或高陡度的凹形光學零件的自動拋光。由于微細磨料流體容易進入微小加工區域，流體噴射拋光可以作為鏡面磨削后進一步提高表面質量和減少表面 缺陷的拋光工序。目前采用高壓磨粒射流方式進行拋光。但傳統的高壓磨粒射流在開放式的常壓空氣環境中進行，流體受空氣動力擾動大，向外擴展影響大，導致拋光點大，從而致使射流束的最小加工尺度受限，而且難以實現形狀修正拋光；另外，用于高壓射流的高壓發生裝置結構較復雜，能耗大，成本高，性能不穩定。
技術實現思路
針對現有小口徑回轉軸對稱光學元件在拋光時，拋光工具難以進入拋光區、高壓射流存在部分技術缺陷，本專利技術旨在提供一種小口徑回轉軸對稱光學元件拋光裝置和利用該裝置進行的小口徑回轉軸對稱光學元件的負壓吸流拋光方法。該方法首先設計出密封加工區域的負壓差，產生吸流效應與空穴效應，利用負壓產生的吸流效應使微細磨料從微小限流噴嘴中吸出并對加工面進行微切削，同時負壓空穴效應產生的微射流增強流體的沖蝕能力，進而獲得超光滑曲面。為了實現上述目的，本專利技術所采用的技術方案是 所述小口徑回轉軸對稱光學元件拋光裝置包括密封容器機構2，安裝于密封容器機構2內腔中的工作臺驅動系統1，與密封容器機構2連接的拋光流體循環系統3 ； 所述工作臺驅動系統I包括能上下運動的伺服升降平臺11，設于伺服升降平臺11上的能旋轉運動的伺服旋轉平臺12，設于伺服旋轉平臺12上用于固定回轉軸對稱曲面工件15的工件支撐臺13 ； 所述密封容器機構2包括圓形支撐臺21，設于圓形支撐臺21上的密封圓筒22，套在密封圓筒22上部且通過可調定位塊24與密封圓筒22鎖緊連接的密封支撐蓋26 ;所述可調定位塊24、密封圓筒22和密封支撐蓋26之間由調位密封圈25密封；所述密封支撐蓋26外側壁上設有伺服擺動電機27 ;所述工件支撐臺13與密封圓筒22內壁之間的環隙由旋轉密封圈14密封，使密封容器機構2內腔上部形成密封的負壓空間；所述拋光流體循環系統3包括內部設有攪拌器305的儲液箱304，與儲液箱304出口連接的吸入管306，與吸入管306連接的擺動管308，與儲液箱304進口連接的回流管303，與回流管303連接的吸流泵302，與吸流泵302連接的吸出管301 ;所述吸出管301與密封支撐蓋26頂部連通；所述擺動管308末端設有限流噴嘴309 ;所述擺動管308穿過伺服擺動電機27中心主軸和密封支撐蓋26后伸入密封容器機構2內腔上部負壓空間，其末端限流噴嘴309指向工件支撐臺13的中心；所述擺動管308與密封支撐蓋26之間的環隙由擺動密封圈28密封。其中，所述可調定位塊24上設有鎖緊螺釘23，可調定位塊24可以旋轉調節密封支撐蓋26的高·度并利用鎖緊螺釘23將密封支撐蓋26與密封圓筒22鎖緊；所述限流噴嘴309的限流通道形狀可以為如圖4(a)所示的雙喇叭(圓錐圓柱圓錐)形，如圖4(b)所示的圓錐圓柱形，如圖4(c)所示的圓柱形或者如圖4(d)所示的圓錐形；所述限流噴嘴309的材料為陶瓷材料；所述工件支撐臺13為鋁合金材料；所述密封圓筒22采用鋼化玻璃材料制作；所述吸流泵302為變量泵，對工件拋光過程中，吸流泵302的真空度大于80%。作為一種改進，所述吸入管306與擺動管308之間的管道上設有吸入泵307 ;所述吸入泵307為變量泵，對工件拋光過程中，吸入泵307壓力小于4MPa。本專利技術還提供了一種基于上述裝置的小口徑回轉軸對稱光學元件拋光方法，包括如下步驟 (1)將小口徑回轉軸對稱曲面工件15固定在工件支撐臺13上，調節回轉軸對稱曲面工件15曲面與限流噴嘴309之間的距離為2mm IOmm ； (2)在儲液箱304內加入含有細微磨粒311的拋光流體；啟動攪拌器305和吸流泵302，降低負壓空間內的壓強，使拋光流體經吸入管306、擺動管308后從限流噴嘴309射出并對回轉軸對稱曲面工件15進行拋光，再經吸出管301、回流管303回到儲液箱中，拋光流體在整個加工過程中不停循環流動； (3)開啟伺服升降平臺11，帶動回轉軸對稱曲面工件15上下運動；開啟伺服旋轉平臺12，帶動回轉軸對稱曲面工件15旋轉；開啟伺服擺動電機28，使限流噴嘴309相對于回轉軸對稱曲面工件15的曲面擺動；實現回轉軸對稱曲面工件15曲面的拋光。當裝置中安裝有吸入泵307時，所述步驟(2)則為在儲液箱304內加入拋光流體；啟動攪拌器305、吸入泵307和吸流泵302，降低負壓空間內的壓強，使拋光流體經吸入管306、擺動管308后從限流噴嘴309射出并對回轉軸對稱曲面工件15進行拋光，再經吸出管301、回流管303回到儲液箱中，拋光流體在整個加工過程中不停循環流動。其中，所述拋光流體為本領域在流體拋光工藝中常規使用的含有微細磨粒的拋光流體。下面結合工作原理對本專利技術作進一步說明 本專利技術將工作臺驅動系統I安裝于密封容器機構2內腔中，并且通過密封圈將部件密封，在密封容器機構2內腔上部形成密封的負壓空間。用本專利技術的方法對回轉軸對稱曲面工件15進行拋光時，當吸入泵307與吸流泵301運行，負壓空間內的壓強降低，形成負壓，而擺動管308內的壓強要高于或等于大氣壓強，從而在限流噴嘴309出口處形成較高的壓強差，負壓空間產生的吸流效應使拋光流體以較高速度從限流噴嘴309中射出，并在負壓環境中向周圍擴散及向上吸出。具有一定流速的拋光流體在負壓狀態下對小口徑回轉軸對稱曲面或微結構表面進行滑擦、剪切。同時，當拋光流體通過負壓吸入到密封的負壓空間時，從限流噴嘴309射出的拋光流體在局部低壓時產生較強的空穴效應，形成大量微小空穴氣泡310，這些空穴氣泡在工作面附近及工作面壁上長大、壓縮、潰滅，并形成微射流沖擊壁面，在極小空間內產生瞬時的高溫高壓，形成強烈的沖擊波和高速微射流沖擊，從而使物體表面在非常小的區域迅速破壞而沖蝕。在負壓環境中，微細磨粒311噴射與空穴氣泡310沖蝕同時進行材料去除，從而拋光工件表面，降低表面磨痕深度和亞表面缺陷。另外，通過控制吸入泵307與吸流泵302壓力，通過調整伺服升降平臺11、伺服旋轉平臺12、伺服擺動電機27的工藝方式，使工件旋轉速度、上下移動速度、限流噴嘴擺動角度與速度等的加工參數達到最佳狀態，完成小口徑回轉軸對稱曲面工件15的自動化拋光。與現有技術相比，本專利技術的有益效果是 本專利技術的拋光裝置中形成了密封的負壓空間，在拋光時利用負壓差的吸流效應使拋光流體吸出、復合負壓空穴效應對工件面進行加工，將加工的常壓環境轉換為負壓環境，減少噴射過程中空氣干擾，使拋光點縮小，從而增強微細磨粒的滑擦作用與穩定性；同時負壓空穴效應形成強烈的空穴沖擊本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種小口徑回轉軸對稱光學元件拋光裝置，其特征在于，所述裝置包括密封容器機構（2），安裝于密封容器機構（2）內腔中的工作臺驅動系統（1），與密封容器機構（2）連接的拋光流體循環系統（3）；所述工作臺驅動系統（1）包括伺服升降平臺（11），設于伺服升降平臺（11）上的伺服旋轉平臺（12），設于伺服旋轉平臺（12）上用于固定回轉軸對稱曲面工件（15）的工件支撐臺（13）；所述密封容器機構（2）包括圓形支撐臺（21），設于圓形支撐臺（21）上的密封圓筒（22），套在密封圓筒（22）上部且通過可調定位塊（24）與密封圓筒（22）鎖緊連接的密封支撐蓋（26）；所述可調定位塊（24）、密封圓筒（22）和密封支撐蓋（26）之間由調位密封圈（25）密封；所述密封支撐蓋（26）外側壁上設有伺服擺動電機（27）；所述工件支撐臺（13）與密封圓筒（22）內壁之間的環隙由旋轉密封圈（14）密封，使密封容器機構（2）內腔上部形成密封的負壓空間；所述拋光流體循環系統（3）包括內部設有攪拌器（305）的儲液箱（304），與儲液箱（304）出口連接的吸入管（306），與吸入管（306）連接的擺動管（308），與儲液箱（304）進口連接的回流管（303），與回流管（303）連接的吸流泵（302），與吸流泵（302）連接的吸出管（301）；所述吸出管（301）與密封支撐蓋（26）頂部連通；所述擺動管（308）末端設有限流噴嘴（309）；所述擺動管（308）穿過伺服擺動電機（27）中心主軸和密封支撐蓋（26）后伸入密封容器機構（2）內腔上部負壓空間，其末端限流噴嘴（309）指向工件支撐臺（13）的中心；所述擺動管（308）與密封支撐蓋（26）之間的環隙由擺動密封圈（28）密封。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：陳逢軍，尹韶輝，胡天，余劍武，許志強，
申請(專利權)人：湖南大學，
類型：發明
國別省市：