一种针对大面积超光滑表面的气液固三相磨粒流抛光装置

摘要

本发明公开了一种针对大面积超光滑表面的气液固三相磨粒流抛光装置，包括装有抛光液的承载箱体、平移装置、旋转支撑平台和升降装置，承载箱体底部固定有工件装夹盘，被抛光工件被装夹在箱体底部的工件装夹盘上，抛光液充入箱体并浸没被抛光工件，平移装置包括平移驱动电机、线性模组和超声波发生器，平移装置固定在旋转支撑装置上，旋转支撑装置固定在升降装置上；本发明通过现行模组的进给，有效的控制了抛光的有效面积；通过旋转支撑平台为超声波发生器提供了速度可控的回转运动；通过升降装置有效的控制了超声波发生器与工件表面的间隙高度；该方案便于试验操作和处理，其控制方法准确度高、适用面广。

说明书

技术领域

本发明涉及精密加工领域，更具体的说，涉及一种针对大面积超光滑表面的气液固三相 磨粒流抛光装置。

背景技术

在现代光学、电子信息及薄膜科学等高新科技领域，需要在精密光学零件和功能晶体材 料表面实现超光滑表面加工(Ultrasmooth Surface Manufacturing)，例如软X射线光学系统、 激光陀螺反射镜、高密度波分复用器、高能激光反射镜、功能光电器件、光学窗口等。一般 来说，超光滑表面加工为实现原子级材料去除，加工时对工件表面的作用力很小，因此属于 典型的慢工出细活的加工方式，效率极低，且加工成本很高。在确保不出现加工变质层和亚 表面损伤的前提下实现低成本、高效率的超光滑表面加工是精密制造领域急需解决的技术难 题。

现有超光滑表面加工方法，总体可分为两类，一类依靠加工工具接触工件表面实现加工 (如使用砂轮、砂带或其它柔性材料作为工具的磨削、抛光等)，另一类则不依靠加工工具 直接接触工件表面，而是利用携带微细磨粒的磨粒流的高速流动实现对工件表面的加工，可 以将这一类加工方法统称为流体抛光。工具接触工件表面的加工，实际上是通过工具作用于 微细磨粒对工件表面形成微切削以去除表面材料的微隆起，由于微细磨粒及其混于其中的杂 质的粒径不均匀和工具表面本身的形态误差，导致磨粒受工具作用力的不均匀，因此受力过 大(特别是会导致法向力过大)的磨粒难以避免地会造成表面加工变质层和亚表面损伤。因 此，从超光滑表面加工的特殊要求看，流体抛光使用柔性好得多的流体驱动微细磨粒对工件 表面形成的微切削或微撞击的力度则要小得多，特别是可以对法向力有充足的缓冲，因此可 以有效避免加工层变质和亚表面损伤，是更为合理的超光滑表面加工方法。

目前液体抛光方法的缺陷是有效加工面积小，加工效率低，针对此问题，本发明型专利 提出了一种全新的抛光结构，有效的改善了上述问题。

发明内容

本发明的目的在于解决气液固三相磨粒流抛光过程中有效加工面积小、加工效率低的问 题，提供了一种加工平移无振动、能够适应调整加工角度及间隙的大面积超光滑表面的气液 固三相磨粒流抛光装置。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种针对大面积超光滑表面的气液固三相磨 粒流抛光装置，包括装有抛光液的承载箱体、平移装置、旋转支撑平台和升降装置，所述承 载箱体底部固定有工件装夹盘，被抛光工件被装夹在箱体底部的工件装夹盘上，抛光液充入 箱体并浸没被抛光工件；所述平移装置包括平移驱动电机、线性模组和超声波发生器，超声 波发生器固定在线性模组的滑块上，平移驱动电机连接线性模组并驱动线性模组运动从而带 动超声波发生器进行平移运动；所述旋转支撑平台包括旋转驱动电机和十字交叉轴承，所述 线性模组固定在十字交叉轴承上端面，十字交叉轴承的外侧设有外齿圈，旋转驱动电机的输 出端设有齿轮并通过该齿轮与十字交叉轴承的外齿圈相啮合，从而驱动线性模组作旋转运动； 所述升降装置包括升降驱动电机、光轴导轨、丝杠和支撑平板，旋转支撑平台固定在支撑平 板上，升降驱动电机连接丝杠上端并驱动丝杠的转动，支撑平板的两端通过光轴导套套装在 光轴导轨上，丝杠上套装有丝杠轴套，丝杠轴套固接支撑平板，所述升降驱动电机驱动丝杠 转动时带动支撑平板的升降运动，从而带动旋转支撑平台的升降运动；所述支撑平板设在承 载箱的正上方。

进一步的，所述旋转驱动电机固定在支撑平台上。

进一步的，所述光轴导轨设有四根，且均匀设在支撑平板短边的外侧，四根光轴导轨上 端固接上板，下端固接下板；所述丝杠的下端连接下板，丝杠的上端穿过上板连接升降驱动 电机，升降驱动电机通过电机座固定在上板上。

进一步的，所述超声波发生器底部固接滑块，超声波发生器的发射端正对被抛光工件。

进一步的，所述超声波发生器底部倾斜固定在滑块上，超声波发生器的发射端与被抛光 工件表面形成抛光角度。

承载箱体主要为被抛光工件提供一个装夹并与抛光液耦合接触的平台，一般的被抛光工 件为盘状硅片、光学玻璃或铝片，具体安装时，先将被抛光工件稳固的装夹在工件装夹盘上， 将混有一定比例磨粒的抛光液充入承载箱体中并浸没被抛光工件的上表面一定高度。

平移装置通过超声波发生器与线性模组的滑块调整超声波发生器相对于被抛光工件表面 的抛光角度，通过线性模组调整超声波发生器相对于被抛光工件的初始抛光位置，一般情况 下超声波发生器的初始抛光位置为被抛光工件中心位置。

升降装置通过调整升降驱动电机调整超声波发生器相对于被抛光工件表面的间隙。针对 不同的被抛光工件及不同比例的抛光液，超声波发生器相对于工件表面的间隙高度有所不同， 可通过调整升降驱动电机进行调整。

旋转支撑平板通过旋转驱动电机驱动平移装置进行自旋转，由于平移装置横卧固定在旋 转支撑平台上，从而使得超声波发生器相对于被抛光工件作以工件某一点为圆心的回转运动。 通过平移驱动电机驱动超声波发生器在平移装置上的位置，从而扩大其回转半径。

本发明的有益效果在于：本发明针对气液固三相磨粒流超光滑表面抛光方法中要求有效 抛光面积大、加工过程平整等难点，给出了一种较为理想的多自由度抛光方案，通过现行模 组的进给，有效的控制了抛光的有效面积；通过旋转支撑平台为超声波发生器提供了速度可 控的回转运动；通过升降装置有效的控制了超声波发生器与工件表面的间隙高度；该方案便 于试验操作和处理，其控制方法准确度高、适用面广；能够为气液固三相磨粒流超光滑表面 抛光提供加工保障，同时为气液固三相磨粒流抛光技术在超光滑表面抛光领域发挥其技术优 势和应用潜力奠定重要基础。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明旋转支撑平台装置结构示意图。

图3是本发明平移装置结构示意图。

图中，1-承载箱体、2-工件装夹盘、3-光轴导轨、4-丝杠、5-光轴导套、6-丝杠轴套、7- 上板、8-升降驱动电机、9-平移装置、10-旋转支撑平台、11-支撑平板、12-下板、13-旋转驱 动电机、14-齿轮、15-十字交叉轴承、16-超声波发生器、17-滑块、18-线性模组、19-平移驱 动电机。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

如图1、图2和图3所示，一种针对大面积超光滑表面的气液固三相磨粒流抛光装置， 包括装有抛光液的承载箱体1、平移装置9、旋转支撑平台10和升降装置。

承载箱体1底部固定有工件装夹盘2，被抛光工件被装夹在箱体底部的工件装夹盘2上， 保证被抛光工件的整体结构稳定，抛光液充入箱体并浸没被抛光工件。承载箱体1主要为被 抛光工件提供一个装夹并与抛光液耦合接触的平台，一般的被抛光工件为盘状硅片、光学玻 璃或铝片，具体安装时，先将被抛光工件稳固的装夹在工件装夹盘2上，将混有一定比例磨 粒的抛光液充入承载箱体1中并浸没被抛光工件的上表面一定高度。

平移装置9包括平移驱动电机19、线性模组18和超声波发生器16，超声波发生器16固 定在线性模组18的滑块17上，平移驱动电机19连接线性模组18并驱动线性模组18运动从 而带动超声波发生器16进行平移运动。超声波发生器16底部与滑块17可直接垂直安装，也 可以倾斜安装；平移装置9通过超声波发生器16与线性模组18的滑块17调整超声波发生器 16相对于被抛光工件表面的抛光角度，通过线性模组18调整超声波发生器16相对于被抛光 工件的初始抛光位置，一般情况下超声波发生器16的初始抛光位置为被抛光工件中心位置。

旋转支撑平台10包括旋转驱动电机13和十字交叉轴承15，所述线性模组18固定在十 字交叉轴承15上端面，十字交叉轴承15的外侧设有外齿圈，旋转驱动电机13的输出端设有 齿轮14并通过该齿轮14与十字交叉轴承15的外齿圈相啮合，从而驱动线性模组18作旋转 运动；所述旋转驱动电机13固定在支撑平台上。。旋转支撑平板10通过旋转驱动电机13驱 动平移装置9进行自旋转，由于平移装置9横卧固定在旋转支撑平台10上，从而使得超声波 发生器16相对于被抛光工件作以工件某一点为圆心的回转运动。通过平移驱动电机驱动超声 波发生器在平移装置上的位置，从而扩大其回转半径。

升降装置包括升降驱动电机8、光轴导轨3、丝杠4和支撑平板11，旋转支撑平台10固 定在支撑平板11上，升降驱动电机8连接丝杠4上端并驱动丝杠4的转动，支撑平板11的 两端通过光轴导套5套装在光轴导轨3上，丝杠4上套装有丝杠轴套6，丝杠轴套6固接支 撑平板11，所述升降驱动电机8驱动丝杠4转动时带动支撑平板11的升降运动，从而带动 旋转支撑平台10的升降运动；所述支撑平板11设在承载箱的正上方。所述光轴导轨3设有 四根，且均匀设在支撑平板11短边的外侧，四根光轴导轨3上端固接上板7，下端固接下板 12；所述丝杠4的下端连接下板12，丝杠4的上端穿过上板7连接上板8，上板8通过电机 座固定在上板7上。升降装置通过调整升降驱动电机8调整超声波发生器16相对于被抛光工 件表面的间隙。针对不同的被抛光工件及不同比例的抛光液，超声波发生器相对于工件表面 的间隙高度有所不同，可通过调整升降驱动电机8进行调整。

本发明的具体操作方式如下：

首先，将盘状的被抛光工件装夹在工件装夹盘2上，保证被抛光工件稳固不发生松动， 再将混有一定比例的磨粒的抛光液充入承载箱体1内，要求浸没被抛光工件，浸没高度根据 不同工件不同抛光液而设定。

其次，调整滑块17与超声波发生器16连接处的角度，使得超声波发生器16与水平角度 发生变化。驱动平移驱动电机19，使得线性模组18进行平移运动，进而带动滑块17和超声 波发生器16进行平移运动，一般抛光盘状的工件应使超声波波发生器发射端对准盘状被抛光 工件的回转中心位置。

再驱动升降驱动电机8，进而带动丝杠4旋转，丝杠4旋转带动丝杠轴套6作升降运动， 丝杠轴套6上固定支撑平板11，支撑平板11通过光轴导套5套装在光轴导轨3上，支撑平 板11上固定有旋转支撑平台10，从而使得旋转支撑平台10作升降运动，从而调节超声波发 生器16与被抛光工件之间的间隙，使超声波发生器16达到预定高度。

最后驱动旋转驱动电机13，其输出终端装有齿轮14，齿轮14与十字交叉轴承15的外齿 圈啮合，十字交叉轴承15上固定有平移装置9，从而带动平移装置9进行旋转运动，进而使 得超声波发生器16相对于被抛光工件进行旋转运动。通过上述步骤最终获得一个超声波发生 器16相对于被抛光工件进行一个旋转平移运动。

上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过 创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保 护范围内。