一种适用于球面金刚石抛光的抛光机

摘要

本发明公开了一种适用于大尺寸球面金刚石抛光的抛光机，由上腔体、下腔体、定位压杆机构、上轴磁流体密封机构、下轴磁流体密封机构、钼托、下磨体和加热器构成，定位压杆机构和上轴磁流体密封机构安装在上腔体上，下轴磁流体密封机构安装在下腔体上，钼托安装在下轴磁流体密封机构的一端上，下磨体安装在钼托内，加热器安装在下腔体内。本发明抛光机结构设计简单，只需两个转动机构就可实现曲面抛光；安装调试简便，采用自动定心技术，降低了安装制造的难度；操作使用方便，对环境没有特殊要求，无废弃污染物的排放；其加工后的光学级金刚石，在国际国内均有市场需求，经济效益潜力巨大。

说明书

技术领域

本发明涉及一种抛光机机械结构，更具体地说，是通过下磨体与研球磨头的旋转实现与大尺寸球面金刚石的接触抛光的一种高精度抛光机。

背景技术

随着金刚石制备技术的发展，自支撑厚膜人造金刚石的成本逐渐降低，加之金刚石本身优异的物理性能，使得其在光学领域的应用越来越突出，成为各种苛刻环境下光学成像设备的首选。但人造金刚石在制备之后，表面光洁度很差，其粗糙度值一般从几个微米到几十微米，严重影响了它的光学性能。因此，作为高精度的光学级产品，需要对金刚石表面进行抛光。由于金刚石是自然界中最硬的物质，用普通方法很难加工，需通过特殊方式来实现。

目前，采用较多的金刚石抛光方法有机械法、热化学机械法、气氛保护法激光及等离子法等。国内外相关科研机构运用上述方法，展开了平面金刚石的抛光研究。而对于曲面(球面)金刚石抛光的研究，相对较少，而相应曲面抛光设备更是罕有报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种适用于大尺寸球面金刚石抛光的抛光机，通过上轴磁流体密封机构和下轴磁流体密封机构的转动实现以球面大尺寸金刚石为加工对象，加工出具有光学应用价值的高品质厚膜金刚石。

本发明是一种适用于球面金刚石抛光的抛光机，由上腔体、下腔体、定位压杆机构、上轴磁流体密封机构、下轴磁流体密封机构、钼托、下磨体和加热器构成，定位压杆机构和上轴磁流体密封机构安装在上腔体上，下轴磁流体密封机构安装在下腔体上，钼托安装在下轴磁流体密封机构的一端上，下磨体安装在钼托内，加热器安装在下腔体内；

所述下轴磁流体密封机构由转轴穿过磁流体并在其端部连接一同步带轮构成，转轴的另一端套接在钼托上，转轴是穿过下腔体的中心线轴孔伸入腔体内的，并且在下腔体内的中心位置安装有加热器，加热器与下腔体的底部之间填充有隔热材料；

所述上轴磁流体密封机构由转轴穿过磁流体并在其端部连接一同步带轮，转轴的另一端套接在钼套内，钼套的端部连接有研磨球头构成，钼套与磁流体接合处设有弹簧，上轴磁流体密封机构是穿过上腔体的安装孔通过密封套将其固定在上腔体上的；

所述定位压杆机构的定位轴的一端为V形锥，V形锥上设有内锥口，内锥口大小与研磨球头的球面适配，定位轴另一端与波纹管连接，波纹管外部套接有挡套，波纹管另一端连接有提升杆，挡杆穿过提升杆上设有的孔安装在提升杆上，定位压杆机构是穿过上腔体的中心线轴孔并固定在上腔体的顶部；

所述上腔体上设有中心轴孔、观察窗和密封凸台，密封凸台的中心是用于安装上轴磁流体密封机构的安装孔，在上腔体的边缘设有耳环。

本发明抛光机的优点：(1)结构设计简单，只需两个转动机构就可实现曲面抛光；(2)安装调试简便，采用自动定心技术，降低了安装制造的难度；(3)操作使用方便，对环境没有特殊要，无废弃污染物的排放；(4)其加工后的光学级金附石，在国际国内均有市场需求，经济效益潜力巨大；(5)本发明抛光机加工出具有光学应用价值的高品质金刚石，提升我国金刚石加工水平，促进金刚石在光学领域的应用。

附图说明

图1是本发明的抛光机结构视图。

图2是本发明抛光机的剖视图。

图3A是下轴磁流体密封机构结构图。

图3B是钼托结构图。

图4A是上轴磁流体密封机构结构图。

图4B是研磨球头与钼套的结构图。

图5A是缺挡套的定位压杆机构结构图。

图5B是挡套结构图。

图6是上腔体结构图。

图7是下磨体结构图。

图8是被加工件结构示意图。

图中：    1.下轴磁流体密封机构        101.磁流体   102.同步带轮

103.转轴  2.上轴磁流体密封机构        201.磁流体   202.同步带轮

203.转轴  204.钼套      205.研磨球头  206.弹簧     3.定位压杆机构

301.挡套     302.波纹管   303.定位轴   304.挡杆      305.V形锥

306.内锥口   307.提升杆   4.上腔体     401.中心轴孔  402.安装孔

403.观察窗   404.密封凸台 405.耳环     406.密封套    5.下腔体

6.加热器     7.隔热材料   8.钼托       9.下磨体      901.内腔

10.被加工件

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种适用于大尺寸球面金刚石抛光的抛光机，由上腔体4、下腔体5、定位压杆机构3、上轴磁流体密封机构2、下轴磁流体密封机构1、钼托8、下磨体9和加热器6组成，定位压杆机构3和上轴磁流体密封机构2安装在上腔体4上，下轴磁流体密封机构1安装在下腔体5上，钼托8安装在下轴磁流体密封机构1的一端上，下磨体9安装在钼托8内，加热器6安装在下腔体5内。

所述下轴磁流体密封机构1由转轴103穿过磁流体101并在其端部连接一同步带轮102构成，转轴103的另一端套接在钼托8上，钼托8内安装有下磨体9，9内放置有被加工件10，转轴103与下磨体9底部用螺钉联接。在工作状态下，同步带轮102与一电机通过同步带连接，实现电机驱动转轴103旋转的同时带动下磨体9转动。下轴磁流体密封机构1的转轴103是穿过下腔体5的中心线轴孔伸入腔体内的，并且在下腔体5内的中心位置安装有加热器6，加热器6与下腔体5的底部之间填充有隔热材料7矿渣棉，加热器6可以选用电炉的加热方式。钼托8先安装在加热器6上然后再套接在转轴103上，钼托8能够解决在高温800℃～950℃加热方式下进行抛光时的热量传递，并能够保持高温下的形状精度。

所述上轴磁流体密封机构2由转轴203穿过磁流体201并在其端部连接一同步带轮202，转轴203的另一端套接在钼套204内，钼套204的端部连接有研磨球头205构成，钼套204与磁流体201接合处设有弹簧206。在工作状态下，同步带轮202与一电机通过同步带连接，实现电机驱动转轴203旋转的使研磨球头205与被加工件10接触达到抛光被加工件10内球面的目的。钼套204采用熔点较高的钼材料加工制成，研磨球头205采用20^#钢或35^#钢材料加工制成。上轴磁流体密封机构2是穿过上腔体4的安装孔402通过密封套406将其固定在上腔体4上的密封凸台404。

所述定位压杆机构3的定位轴303的一端为V形锥305，V形锥305上设有内锥口306，内锥口306大小与研磨球头205球面适配，定位轴303另一端与波纹管302连接，波纹管302外部套接有挡套301，波纹管302另一端连接有提升杆307，挡杆304穿过提升杆307上设有的孔安装在提升杆307上。定位压杆机构3是穿过上腔体4的中心线轴孔401并固定在上腔体4的顶部。定位压杆机构3用于调整上轴磁流体密封机构2的转轴203与下轴磁流体密封机构1的转轴103之间的定心，以提高本发明抛光机的两转轴的定心精度。

所述上腔体4上设有一个中心轴孔401、两个观察窗403和密封凸台404，密封凸台404的中心是安装孔402，在上腔体4的边缘设有三个耳环405，耳环405用于将上腔体4进行吊起或者移动开。

在本发明中，上轴磁流体密封机构2的转轴203与下轴磁流体密封机构1的转轴103在装配时需要保证两转轴的中心线之间的夹角为135度，这种结构设计的目的是为了避免研磨球头205与被加工件10球面线速度零点的重合，以实现均匀去除材料，满足抛光金刚石形位精度的要求。

本发明抛光机的工作原理是：被加工件10(球面金刚石膜)固定在下磨体9内，下磨体9为锥形结构，其内腔901是球面腔，内腔901的大小与被加工件10的大小适配。上轴磁流体密封机构2的研磨球头205通过定位压杆机构3的V形锥305上的内锥口306调整至与被加工件10表面接触。在采用气氛保护抛光的方法下，先使整个腔室(上腔体4和下腔体5连接组成的腔室)抽到一定真空度，然后开启电炉(加热器6)，当加热钼托8至所需温度，然后再分别开启电机使上轴磁流体密封机构2和下轴磁流体密封机构1的转轴(转轴203、转轴103)旋转，被加工件10与研磨球头205在高温作用下发生渗碳化学反应，从而去除被加工件10表面的突起，达到抛光的目的。

本发明的抛光机，如采用机械法进行抛光时，不用抽真空，也不用开启加热器6。

本发明的抛光机是针对曲面被加工件10的表面抛光技术而设计的，该装置适用于机械抛光、热化学机械抛光以及有气氛保护抛光等多种抛光方法，是一种适用性较强、应用广泛的抛光设备。