一种基于剪切增稠抛光的修形装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于剪切增稠抛光的修形装置及方法，本发明专利技术修形装置包括运动平台、外置驱动电机、连接杆、抛光轮、驱动轴和抛光槽，外置驱动电机和连接杆分别安装在运动平台上，驱动轴转动安装在连接杆上且通过传动机构与外置驱动电机的输出轴相连，抛光槽安装在机床的C轴转盘上，抛光槽中设有剪切增稠抛光液，抛光轮安装在驱动轴上且伸出布置于抛光槽内的剪切增稠抛光液中。本发明专利技术具有对中、高精度的工件表面修形的能力，不需要辗转各种加工设备之间，避免了由于更换设备引起的各种误差，不仅对工件表面具有修形能力，同时还可以提高工件表面的粗糙度，最终实现具有良好面形精度的超光滑表面，具有装置简单，容易搭建，成本较低的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于剪切增稠抛光的修形装置及方法
本专利技术光学加工
，具体涉及一种基于剪切增稠抛光的修形装置及方法，用于实现高效率、超光滑光学表面的抛光加工。
技术介绍
光学加工技术在航空、航天、电子、半导体等行业具有极其重要的地位，特别是具有超光滑表面质量的精密光学元件是现代超精密光学系统的核心元件。在各种激光系统、微机电系统、激光陀螺、磁头加工、深紫外、X射线等领域都有非常重要的应用。随着科学技术的发展，目前传统抛光几乎已经达到其加工极限，其精度和效率很难满足新一代产品的需求，因此需要新的加工装置和加工方法。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题：针对现有技术的上述问题，提供一种基于剪切增稠抛光的修形装置及方法，本专利技术具有对中、高精度的工件表面修形的能力，不需要辗转各种加工设备之间，避免了由于更换设备引起的各种误差，不仅对工件表面具有修形能力，同时还可以提高工件表面的粗糙度，最终实现具有良好面形精度的超光滑表面，具有装置简单，容易搭建，成本较低的优点。为了解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种基于剪切增稠抛光的修形装置，包括运动平台、外置驱动电机、连接杆、抛光轮、驱动轴和抛光槽，所述运动平台安装在机床上，所述外置驱动电机和连接杆分别安装在运动平台上，所述驱动轴转动安装在连接杆上且通过传动机构与外置驱动电机的输出轴相连，所述抛光槽安装在机床的C轴转盘上，所述抛光槽中设有剪切增稠抛光液，所述抛光轮安装在驱动轴上且伸出布置于抛光槽内的剪切增稠抛光液中。可选地，所述剪切增稠抛光液中包含用于实现剪切增稠效果的二氧化硅。可选地，所述剪切增稠抛光液中包含二氧化硅的质量比为0.5-30％。可选地，所述剪切增稠抛光液中还包含聚乙二醇或乙二醇、纯净水和分散剂，其中聚乙二醇或乙二醇的质量比为50％-70％，纯净水的质量比为5％-20％，分散剂的质量比为1％以下。可选地，所述分散剂为丙烯酸钠或者多功能助剂AMP-95。可选地，所述抛光轮为圆柱形。可选地，所述抛光轮为球形。此外，本专利技术还提供一种前述基于剪切增稠抛光的修形装置的应用方法，包括：将加工工件固定在抛光槽的中心处且位于抛光轮的下侧，通过抛光轮对加工工件抛光，同时通过调节抛光轮的转速增强抛光轮、加工工件的微小抛光区域处剪切增稠抛光液的粘度以提高抛光效率。可选地，所述通过抛光轮对加工工件抛光时，还包括通过机床的C轴转盘带动抛光槽沿着C轴转动，抛光轮最外圆处的抛光颗粒在抛光轮转速的作用下会拥有一个向下的初速度，从而加速抛光轮、加工工件之间的剪切增稠抛光液中的纳米抛光颗粒和工件表面的接触速度和密度，增加发生界面化学反应的速度、提高其抛光效率。可选地，所述通过抛光轮对加工工件抛光之前还包括对抛光轮进行超声波清洗的步骤。和现有技术相比，本专利技术具有下述优点：1、本专利技术具有对中、高精度的工件表面修形的能力，不需要辗转各种加工设备之间，避免了由于更换设备引起的各种误差。2、本专利技术不仅对工件表面具有修形能力，同时还可以提高工件表面的粗糙度，同时也属于确定性加工，在确定参数下具有确定的去除函数，可提高工件的面形精度，实现具有良好面形精度的超光滑表面。3、本专利技术装置简单，容易搭建，成本较低。附图说明图1为本专利技术实施例修形装置的结构示意图。图2为本专利技术实施例修形装置在抛光作业时的结构示意图。图3为本专利技术实施例中剪切增稠抛光液的粘度流变曲线测试数据。具体实施方式如图1和图2所示，本实施例基于剪切增稠抛光的修形装置包括运动平台1、外置驱动电机2、连接杆3、抛光轮4、驱动轴5和抛光槽6，运动平台1安装在机床上，外置驱动电机2和连接杆3分别安装在运动平台1上，驱动轴5转动安装在连接杆3上且通过传动机构与外置驱动电机2的输出轴相连，抛光槽6安装在机床的C轴转盘上，抛光槽6中设有剪切增稠抛光液，抛光轮4安装在驱动轴5上且伸出布置于抛光槽6内的剪切增稠抛光液中。运动平台1、抛光轮4以及加工工件7之间形成一个机械控制的微米级的微小抛光区域8，利用抛光槽6中抛光液的流体特性和理化性质可实现对加工工件7的工件表面进行超光滑抛光。本实施例中，连接杆3通过螺母连接方式将抛光轮4和机床的运动平台1相连接，以便于抛光轮4可以跟随运动平台1一起实现五轴联动，可以实现不同形状工件表面的加工。外置驱动电机2和驱动轴5相连，从而带动抛光轮4进行旋转，从而在抛光轮4和加工工件7的工件表面之间形成一层剪切抛光薄膜，为工件表面材料的去除提供条件。抛光轮4的抛光面为圆柱或球面，在精密加工时采用圆柱面线接触，可增加接触面积，提高加工效率。当精度达到一定水平后，采用球面点接触，提高了去除函数的精度和准确性，可进一步提高工件表面的粗糙度和面形精度。抛光槽6安装在机床的C轴转盘上，工件7安装在抛光槽中间部位，在抛光槽中放置有高度高于工件上表面的抛光液，这可以减少空气中杂质对工件表面的影响。所述抛光液是专门配置用于超精密抛光的，具有剪切增稠现象，即随着剪切力的增加，抛光液的粘度也随着增加的特性。本实施例中，剪切增稠抛光液中包含用于实现剪切增稠效果的二氧化硅。一般而言，剪切增稠抛光液中包含二氧化硅的质量比为0.5-30％，可使得剪切增稠抛光液具有稳定的剪切增稠效果，且其正、反剪切流变曲线具有极好的重合性。本实施例中，剪切增稠抛光液中还包含聚乙二醇或乙二醇、纯净水和分散剂，其中聚乙二醇或乙二醇的质量比为50％-70％，纯净水的质量比为5％-20％，分散剂的质量比为1％以下。图3所示分别为不同溶质尺寸、浓度以及溶剂的剪切增稠抛光液的流变曲线：1.溶质为直径100nmSiO2，溶剂为聚乙二醇(PEG200)，浓度为15％；2.溶质为直径100nmSiO2，溶剂为聚乙二醇(PEG200)，浓度为8％；3.溶质为直径15nmSiO2，溶剂为聚乙二醇(PEG200)，浓度为8％；4.溶质为直径15nmSiO2，溶剂为聚乙二醇(PEG400)，浓度为8％。通过图3可知，不同溶质尺寸、浓度以及溶剂的抛光液具有不同的剪切增稠性能，在实际加工中可以按照实际需求配制相应的抛光液。本实施例中，分散剂可选择丙烯酸钠或者多功能助剂AMP-95。抛光轮4可为圆柱形或球形。圆柱形的圆形侧面与抛光装置形成的加工区域较大，配合剪切增稠效果较高的抛光液可实现工件表面高效率的精密加工，此时以抛光液的剪切去除为主；球形侧面与抛光装置形成的加工区域极小，配合剪切增稠效果微弱的抛光液可实现工件表面的超光滑加工，此时以抛光液与工件表面原子的界面化学反应和流体的剪切去除为主。本实施例还提供一种前述基于剪切增稠抛光的修形装置的应用方法，包括：将加工工件7固定在抛光槽6的中心d处且位于抛光轮4的下侧，通过抛光轮4对加工工件7抛光，同时通过调节抛光轮4的转速增强抛光轮4、加工工件7的微小抛光区域8处剪切增稠抛光液的粘度以提高抛光效率。抛光轮4与加工工件7之间的抛光液在抛光轮4的转动下黏附在抛本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于剪切增稠抛光的修形装置，其特征在于，包括运动平台(1)、外置驱动电机(2)、连接杆(3)、抛光轮(4)、驱动轴(5)和抛光槽(6)，所述运动平台(1)安装在机床上，所述外置驱动电机(2)和连接杆(3)分别安装在运动平台(1)上，所述驱动轴(5)转动安装在连接杆(3)上且通过传动机构与外置驱动电机(2)的输出轴相连，所述抛光槽(6)安装在机床的C轴转盘上，所述抛光槽(6)中设有剪切增稠抛光液，所述抛光轮(4)安装在驱动轴(5)上且伸出布置于抛光槽(6)内的剪切增稠抛光液中。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于剪切增稠抛光的修形装置，其特征在于，包括运动平台(1)、外置驱动电机(2)、连接杆(3)、抛光轮(4)、驱动轴(5)和抛光槽(6)，所述运动平台(1)安装在机床上，所述外置驱动电机(2)和连接杆(3)分别安装在运动平台(1)上，所述驱动轴(5)转动安装在连接杆(3)上且通过传动机构与外置驱动电机(2)的输出轴相连，所述抛光槽(6)安装在机床的C轴转盘上，所述抛光槽(6)中设有剪切增稠抛光液，所述抛光轮(4)安装在驱动轴(5)上且伸出布置于抛光槽(6)内的剪切增稠抛光液中。


2.根据权利要求1所述的基于剪切增稠抛光的修形装置，其特征在于，所述剪切增稠抛光液中包含用于实现剪切增稠效果的二氧化硅。


3.根据权利要求2所述的基于剪切增稠抛光的修形装置，其特征在于，所述剪切增稠抛光液中包含二氧化硅的质量比为0.5-30％。


4.根据权利要求3所述的基于剪切增稠抛光的修形装置，其特征在于，所述剪切增稠抛光液中还包含聚乙二醇或乙二醇、纯净水和分散剂，其中聚乙二醇或乙二醇的质量比为50％-70％，纯净水的质量比为5％-20％，分散剂的质量比为1％以下。


5.根据权利要求4所述的基于剪切增稠抛光的修形装置，其特征在于，所述分散剂为丙烯酸钠或者多功能助剂AMP-95。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：戴一帆，彭小强，关朝亮，胡皓，杜春阳，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43