專(zhuān)利名稱(chēng)：基于分級(jí)結(jié)構(gòu)化復(fù)合彈性研拋盤(pán)的動(dòng)壓光整方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于分級(jí)結(jié)構(gòu)化復(fù)合彈性研拋盤(pán)的動(dòng)壓光整方法，集研磨與拋光功能于一體，能有效改善冷卻液(拋光液)的流動(dòng)性，加強(qiáng)磨粒的有效參與率和切削效果，適用于對(duì)光學(xué)元件、非晶薄膜襯底等工件表面的高效精密自動(dòng)化研磨與拋光。
背景技術(shù)：
光整加工是指從待加工工件上不切除或切除極薄材料層，用以改善工件表面粗糙度或強(qiáng)化其表面的加工過(guò)程，采用的方法包括研磨和拋光。傳統(tǒng)的利用研磨盤(pán)或拋光盤(pán)的光整方法將研磨與拋光工序分開(kāi)，使得由研磨過(guò)渡到拋光時(shí)系統(tǒng)需要將研磨盤(pán)更換為拋光盤(pán)，很難提升加工效率。即使是單一的研磨加工，單一磨粒粒度的研磨盤(pán)也并不能使工件完全達(dá)到所需的表面粗糙度或需要很長(zhǎng)的加工時(shí)間才能滿(mǎn)足拋光需求。同時(shí)，傳統(tǒng)加工方法，加工時(shí)需要人為添加砝碼或由工件和承托工件的器件本身的重力來(lái)決定施加于工件表面與研磨盤(pán)(或拋光盤(pán))表面的壓力，這使得所施加的壓力不能根據(jù)加工需求得到動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，且較難調(diào)節(jié)到低于工件和承托工件的器件本身重力的壓力，在更換研磨盤(pán)或拋光盤(pán)后需再次進(jìn)行修整、添加或更換砝碼，由于砝碼的質(zhì)量固定，很難實(shí)現(xiàn)施加壓力的連續(xù)變化，從而影響了加工效率，且受人為因素影響大，最終不易于提高工件加工質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的光整方法中存在的加工效率低、資源利用率低、自動(dòng)化程度不高、加工質(zhì)量不易于提高等不足和缺點(diǎn)，本發(fā)明提出一種基于分級(jí)結(jié)構(gòu)化復(fù)合彈性研拋盤(pán)，具有高加工效率、資源利用率、自動(dòng)化程度和加工質(zhì)量特性的新型光整方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提出一種基于分級(jí)結(jié)構(gòu)化復(fù)合彈性研拋盤(pán)的動(dòng)壓光整方法，該動(dòng)壓光整方法包括以下步驟提供工件；將工件固定于動(dòng)壓光整系統(tǒng)的加壓塊上；移動(dòng)加壓塊所在的動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置，使之與研拋盤(pán)最外沿的粗磨圈接觸；動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置根據(jù)反饋回的壓力與預(yù)設(shè)壓力之間的差值，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電磁裝置中的電流，使工件與研拋盤(pán)間的壓力動(dòng)態(tài)穩(wěn)定于預(yù)設(shè)壓力；液體噴射裝置的支導(dǎo)管分別與研拋盤(pán)上的結(jié)構(gòu)化流道連接，使工件表面充分與冷卻液(拋光液)等接觸；工件首先在具有一定轉(zhuǎn)速的研拋盤(pán)粗磨圈進(jìn)行加工，當(dāng)時(shí)間達(dá)到工藝預(yù)設(shè)值時(shí)，工件隨動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置再分別依次移動(dòng)到具有不同轉(zhuǎn)速的細(xì)磨圈、精磨圈和拋光內(nèi)圈進(jìn)行加工，在拋光內(nèi)圈加工完成后，即結(jié)束整個(gè)工件的研拋加工。進(jìn)一步，所述研拋盤(pán)由磨料層、粘結(jié)層和基體層組成。所述磨料層運(yùn)用分級(jí)理念，設(shè)置有研磨外圈和拋光內(nèi)圈，所述研磨外圈沿研拋盤(pán)直徑方向由外向內(nèi)分為粗磨圈、細(xì)磨圈和精磨圈。粗磨圈、細(xì)磨圈、精磨圈和拋光內(nèi)圈分別采用不同的磨粒配比和磨粒粒度，適用于工件粗磨、細(xì)磨、精磨和拋光加工。結(jié)合研磨相比于拋光需要較高相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度和材料去除量的特點(diǎn)，將研磨外圈與拋光內(nèi)圈由外向內(nèi)整合在一個(gè)研拋盤(pán)上，充分利用了研拋盤(pán)的有限空間，也解決了傳統(tǒng)方法中從研磨到拋光工序過(guò)渡時(shí)需頻繁更換研磨盤(pán)和拋光盤(pán)的缺點(diǎn)。進(jìn)一步，所述動(dòng)壓光整系統(tǒng)的動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)裝置可在研拋盤(pán)的粗磨圈、細(xì)磨圈、精磨圈和拋光內(nèi)圈間移動(dòng)。當(dāng)工件在粗磨圈的加工時(shí)間達(dá)到工藝要求后，工件隨動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置移到細(xì)磨圈再進(jìn)行細(xì)磨加工，以此類(lèi)推進(jìn)行精磨加工與拋光加工。動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置帶動(dòng)工件在研拋盤(pán)各加工圈間移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了工件各加工工序的順滑銜接，即可在中間無(wú)需停止動(dòng)壓光整系統(tǒng)的條件下在一個(gè)研拋盤(pán)上依次實(shí)現(xiàn)粗磨、細(xì)磨、精磨和拋光。進(jìn)一步，所述加壓塊通過(guò)軸承安裝在動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置上。加壓塊將工件壓在研拋盤(pán)上，當(dāng)研拋盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于加壓塊上各部分的線速度不同，研拋盤(pán)將帶動(dòng)加壓塊做自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)加壓塊上工件表面的加工紋理無(wú)序化。進(jìn)一步，所述動(dòng)壓光整系統(tǒng)的動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置可實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)工件待加工表面與研拋盤(pán)間的壓力。由于工件在不同的加工圈進(jìn)行加工時(shí)所需的壓力不同，利用裝置上所安裝的力反饋元件，動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置可實(shí)現(xiàn)工件在不同加工圈壓力的動(dòng)態(tài)變化，并且可保證工件在同一加工圈時(shí)壓力穩(wěn)定在一定范圍內(nèi)。
進(jìn)一步，所述研拋盤(pán)采用雙層狀高聚物復(fù)合層結(jié)構(gòu)。磨料層中的磨粒受彈性粘結(jié)層和基體層的柔性支撐與力學(xué)行為約束。本發(fā)明使用高分子吸水聚合物使結(jié)構(gòu)化復(fù)合彈性研拋盤(pán)在去離子水的作用下產(chǎn)生溶脹現(xiàn)象，粘結(jié)層逐漸軟化，在磨料層和加工工件摩擦力的作用下，將鈍化的磨料層去除，即產(chǎn)生溶脹磨削脫落現(xiàn)象，形成新的磨料層，以實(shí)現(xiàn)研拋盤(pán)的自修正功能。進(jìn)一步，所述研拋盤(pán)采用結(jié)構(gòu)化表面，其表面結(jié)構(gòu)化流道有利于冷卻液(拋光液)在研拋盤(pán)表面的流動(dòng)，且有助于各加工圈磨屑的去除和加工區(qū)溫度場(chǎng)的穩(wěn)定。進(jìn)一步，所述動(dòng)壓光整系統(tǒng)設(shè)置有液體噴射系統(tǒng)，該噴射系統(tǒng)的總導(dǎo)管下分出數(shù)根支導(dǎo)管，其中每一根支導(dǎo)管分別與研拋盤(pán)中的結(jié)構(gòu)化流道相連，并隨研拋盤(pán)一起轉(zhuǎn)動(dòng)，有效改善了冷卻液(拋光液)在研拋盤(pán)表面的分布，增加了工件與冷卻液(拋光液)的接觸。進(jìn)一步，所述動(dòng)壓光整系統(tǒng)的動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置數(shù)量理論上可有I到8個(gè)。進(jìn)一步，所述動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置帶動(dòng)工件的運(yùn)動(dòng)可采用直線或圓弧等形式。本發(fā)明的有益效果在于研拋盤(pán)磨料層中的磨粒受柔性支撐，使磨粒群在微觀上具有動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)和行為約束特性，與硬質(zhì)研拋盤(pán)上的固結(jié)磨粒群有本質(zhì)區(qū)別。研拋盤(pán)具有自修整功能，提高了研拋盤(pán)的使用壽命，節(jié)約了資源。將研磨外圈與拋光內(nèi)圈由外向內(nèi)整合在一個(gè)研拋盤(pán)上，充分利用了研拋盤(pán)的有限空間，同時(shí)也解決了傳統(tǒng)方法中從研磨到拋光工序過(guò)渡時(shí)需頻繁更換研磨盤(pán)和拋光盤(pán)的缺點(diǎn)。工件隨動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置依次經(jīng)過(guò)研磨和拋光，實(shí)現(xiàn)從研磨到拋光的快速銜接，避免了加工過(guò)程中頻繁更換設(shè)備或工具，充分提高了加工效率與設(shè)備的利用率，節(jié)約了資源。利用研拋盤(pán)的結(jié)構(gòu)化流道和動(dòng)壓光整系統(tǒng)的分散式液體噴射系統(tǒng)，提高了冷卻液(拋光液)的流動(dòng)性，有助于各加工圈磨屑的去除和加工區(qū)溫度場(chǎng)的穩(wěn)定。施加于工件的壓力可根據(jù)工件所處的不同加工階段，進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)壓力的無(wú)級(jí)變化，減少了人為因素的影響，提高了工件的加工質(zhì)量。


圖I是本發(fā)明涉及的一種動(dòng)壓光整方法的加工步驟流程圖。圖2是本發(fā)明所涉及的動(dòng)壓光整系統(tǒng)示意圖。
圖3是本發(fā)明所涉及的動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是本發(fā)明所涉及的一種分級(jí)結(jié)構(gòu)化復(fù)合彈性研拋盤(pán)示意圖。圖5是本發(fā)明所涉及的工件在研拋盤(pán)上的運(yùn)動(dòng)形式示意圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)DI 5，本發(fā)明提出一種基于分級(jí)結(jié)構(gòu)化復(fù)合彈性研拋盤(pán)的動(dòng)壓光整方法，該動(dòng)壓光整方法包括以下步驟提供工件SI ;將工件SI固定于動(dòng)壓光整系統(tǒng)的加壓塊84上；移動(dòng)加壓塊84所在的動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置8，使之與研拋盤(pán)最外沿的粗磨圈9323接觸；動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置8根據(jù)檢測(cè)元件82反饋回的壓力與預(yù)設(shè)壓力之間的差值，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電磁裝置831中的電流，使工件SI與研拋盤(pán)9間的壓力動(dòng)態(tài)穩(wěn)定于預(yù)設(shè)壓力；液體噴射裝置6的支導(dǎo)管7分別與研拋盤(pán)9上的結(jié)構(gòu)化流道94連接，使工件表面充分與冷卻液(拋光液)等接觸；工件SI首先在具有一定轉(zhuǎn)速的研拋盤(pán)9粗磨圈9323進(jìn)行加工，當(dāng)時(shí)間達(dá)到工藝預(yù)設(shè)值時(shí)，工件SI隨動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置8再分別依次移動(dòng)到具有不同轉(zhuǎn)速的細(xì)磨圈9322、精磨圈9321和拋光內(nèi)圈931進(jìn)行加工，在拋光內(nèi)圈931加工完成后，即結(jié)束整個(gè)工件SI的研拋加工。下面結(jié)合圖I 5及實(shí)例做進(jìn)一步描述依據(jù)本發(fā)明之動(dòng)壓光整方法加工時(shí)，工件SI安裝在研拋盤(pán)9與加壓塊84之間，加工前先設(shè)定工件SI在粗磨、細(xì)磨、精磨和拋光時(shí)的壓力，工件SI表面所受到的壓力可通過(guò)支撐導(dǎo)向體81上的檢測(cè)元件82反饋應(yīng)力換算得至IJ，通過(guò)將所得到的實(shí)時(shí)壓力與設(shè)定的所需壓力進(jìn)行比較便得到壓力差值，動(dòng)壓控制系統(tǒng)4利用壓力差值對(duì)電磁裝置83中的電流進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，動(dòng)態(tài)電流使得電磁裝置83產(chǎn)生了動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)，在動(dòng)態(tài)磁場(chǎng)影響下磁性運(yùn)動(dòng)塊86連同加壓塊84的受力狀況發(fā)生改變，進(jìn)而使工件SI表面所受壓力改變并達(dá)到所需值，實(shí)現(xiàn)壓力的動(dòng) 態(tài)變化。動(dòng)壓光整系統(tǒng)所使用的分級(jí)結(jié)構(gòu)化復(fù)合彈性研拋盤(pán)9由外向內(nèi)具有粗磨圈9323、細(xì)磨圈9322、精磨圈9321和拋光內(nèi)圈931，這樣工件SI沿著路徑S2在研拋盤(pán)9上移動(dòng)便可實(shí)現(xiàn)工件SI的研磨與拋光，動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置8的支撐導(dǎo)向體81所連接的轉(zhuǎn)動(dòng)裝置3可使動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置8在研拋盤(pán)9上由粗磨圈9323逐漸向拋光內(nèi)圈931移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)工件SI由研磨到拋光的光滑過(guò)渡，從而使工件SI在一個(gè)研拋盤(pán)9上即完成了所需的研磨與拋光工序。同時(shí)，由于加壓塊84通過(guò)軸承85安裝在動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置8上，可實(shí)現(xiàn)自由轉(zhuǎn)動(dòng)，因此，當(dāng)研拋盤(pán)9轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)加壓塊84作自轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。工件SI在研拋盤(pán)9轉(zhuǎn)動(dòng)和加壓塊84自轉(zhuǎn)的共同作用下實(shí)現(xiàn)待加工表面的加工紋理無(wú)序化。本說(shuō)明書(shū)實(shí)施例所述的內(nèi)容僅僅是對(duì)發(fā)明構(gòu)思的實(shí)現(xiàn)形式的列舉，本發(fā)明的保護(hù)范圍的不應(yīng)當(dāng)被視為僅限于實(shí)施例所陳述的具體形式，本發(fā)明的保護(hù)范圍也及于本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明構(gòu)思所能夠想到的等同技術(shù)手段。
權(quán)利要求
1.基于分級(jí)結(jié)構(gòu)化復(fù)合彈性研拋盤(pán)的動(dòng)壓光整方法包括以下步驟提供エ件；將エ件固定于動(dòng)壓光整系統(tǒng)的加壓塊上；移動(dòng)加壓塊所在的動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置，使之與研拋盤(pán)最外沿的粗磨圈接觸；動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置根據(jù)反饋回的壓カ與預(yù)設(shè)壓カ之間的差值，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電磁裝置中的電流，使エ件與研拋盤(pán)間的壓カ動(dòng)態(tài)穩(wěn)定于預(yù)設(shè)壓カ；液體噴射裝置的支導(dǎo)管分別與研拋盤(pán)上的結(jié)構(gòu)化流道連接，使エ件表面充分與冷卻液(拋光液)等接觸；エ件首先在具有一定轉(zhuǎn)速的研拋盤(pán)粗磨圈進(jìn)行加工，當(dāng)時(shí)間達(dá)到エ藝預(yù)設(shè)值時(shí)，エ件隨動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置再分別依次移動(dòng)到具有不同轉(zhuǎn)速的細(xì)磨圈、精磨圈和拋光內(nèi)圈進(jìn)行加工，在拋光內(nèi)圈加 エ完成后，即結(jié)束整個(gè)エ件的研拋加工。
2.如權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于分級(jí)結(jié)構(gòu)化復(fù)合彈性研拋盤(pán)由磨料層、粘結(jié)層和基體層組成。所述磨料層運(yùn)用分級(jí)理念，設(shè)置有研磨外圈和拋光內(nèi)圈，所述研磨外圈沿研拋盤(pán)直徑方向由外向內(nèi)分為粗磨圈、細(xì)磨圈和精磨圈。粗磨圈、細(xì)磨圈、精磨圈和拋光內(nèi)圈分別采用不同的磨粒配比和磨粒粒度，適用于エ件粗磨、細(xì)磨、精磨和拋光加工。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述的基于分級(jí)結(jié)構(gòu)化復(fù)合彈性研拋盤(pán)表面設(shè)計(jì)有結(jié)構(gòu)化流道。
全文摘要
基于分級(jí)結(jié)構(gòu)化復(fù)合彈性研拋盤(pán)的動(dòng)壓光整方法，包括以下步驟提供工件；將工件固定于動(dòng)壓光整系統(tǒng)的加壓塊上；移動(dòng)加壓塊所在的動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置，使之與研拋盤(pán)最外沿的粗磨圈接觸；動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置根據(jù)反饋回的壓力與預(yù)設(shè)壓力之間的差值，通過(guò)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)電磁裝置中的電流，使工件與研拋盤(pán)間的壓力動(dòng)態(tài)穩(wěn)定于預(yù)設(shè)壓力；液體噴射裝置的支導(dǎo)管分別與研拋盤(pán)上的結(jié)構(gòu)化流道連接，使工件表面充分與冷卻液(拋光液)等接觸；工件首先在具有一定轉(zhuǎn)速的研拋盤(pán)粗磨圈進(jìn)行加工，當(dāng)時(shí)間達(dá)到工藝預(yù)設(shè)值時(shí)，工件隨動(dòng)壓調(diào)節(jié)裝置再分別依次移動(dòng)到具有不同轉(zhuǎn)速的細(xì)磨圈、精磨圈和拋光內(nèi)圈進(jìn)行加工。
文檔編號(hào)B24B55/06GK102658521SQ201210042630
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年2月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月24日
發(fā)明者張利, 敖海平, 文東輝, 計(jì)時(shí)鳴, 金明生 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)大學(xué)