CN102615576B

CN102615576B - 自清洁磨抛工具

Info

Publication number: CN102615576B
Application number: CN 201210111544
Authority: CN
Inventors: 郭东明; 高航; 康仁科; 王旭
Original assignee: Dalian University of Technology
Current assignee: Dalian University of Technology
Priority date: 2012-04-16
Filing date: 2012-04-16
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2032-04-16
Also published as: CN102615576A

Abstract

本发明涉及一种自清洁磨抛工具，是一种在中心供液实现磨抛的同时通过真空吸附自清洁外溢磨抛液和磨抛屑的磨抛工具，由加压单元、供液和清洁单元和磨抛工作单元组成。加压单元用于调整磨抛压力；供液和清洁单元完成通入磨抛介质和抽真空吸收磨抛介质；磨抛工作单元完成磨抛作用。磨抛工具在计算机控制下以一定轨迹运动，实现大平面的全局平坦化。本装置的有益效果是：实现从磨抛头的中心通入磨抛介质，使磨抛介质与被磨抛材料接触更加充分，提高了磨抛质量和磨抛效率；通过磨抛工具外环的抽真空孔道，及时将参与磨抛后的磨抛介质吸走，防止污染已磨抛表面，起到了边磨抛、边清洁工件表面的自清洁作用，节省了后续的清洗工序，提高了加工效率。

Description

自清洁磨抛工具

技术领域

本发明涉及精密超精密磨抛技术，具体涉及一种在中心供液实现磨抛加工的同时通过真空吸附自动清洁外溢在工件表面的残液和磨抛屑的磨抛工具。

背景技术

对于一类易潮解晶体材料的超精密加工，采用基于水溶解原理的微纳潮解抛光是一种有效的新原理新方法，其原理是将含有微量水分子的液体浇注到抛光头与工件的界面，在机械作用力下使“油包水”结构破坏，水分子对抛光工具与工件相互作用的界面范围内晶体材料进行局部逐点微纳水解去除磨抛，但是抛光过程中外溢的多余液体会对已加工表面产生二次水解，破坏已加工表面。如何做到将抛光液注入到加工界面的同时及时清除外溢的抛光液是实现该新技术的关键之一。

在低表面粗糙度、高精度的表面加工中，磨削和抛光往往作为最后一道工序。一般在现有磨削和抛光技术中，采用外部浇注的方法加注冷却液等磨抛介质，磨抛介质若不能充分进入到磨抛工具与工件的接触面中，会影响加工质量，并造成磨抛介质的浪费；而且多余的磨抛介质对加工表面会造成二次污染，需要安排清洗工序，不仅降低加工效率，而且增加了加工成本和工人劳动强度，并且在清洗中如果操作不当会对磨抛后表面造成新的损伤。

在以往针对磨抛加工技术的专利发明中，有一些运用真空技术的不同类型的例子：

如专利名称用于光学加工的真空自励研磨抛光工具，授权公告号CN2352308Y，其特征在于对研磨抛光工具的一种改进，由抛光体、基座、真空泵、球头、驱动杆、球头、管接头、供液泵等部分组成，在抛光工作面上分布有正压微孔和负压微孔，依靠其节流作用，分别产生吸附力和悬浮力，从而在抛光工作面与加工元件表面间形成内应力，作为加工力；专利名称金属带材的磁控溅射真空抛光的方法和设备，公开号CN101346795A，涉及金属带材在真空腔中的磁控溅射真空抛光方法，是将经过抛光的金属带材被真空涂覆上保护镀层；专利名称金刚石膜高速精密抛光装置及抛光方法，公开号CN1586815A，装置包括床身、抛光盘驱动装置、金刚石膜驱动装置、真空抛光室外罩和加热器，加工时，抛光室整体抽真空，并向真空抛光室外罩内通入活性气体；专利名称用于高陡度光学零件的磁流变抛光装置，公开号CN101323098A，包括机床、磁流变抛光装置及与各组件相连的控制系统，该装置运用的真空技术是真空吸盘，用于固定工件，作为工件夹具。

目前现有的相关专利技术中，未发现利用中心供液的磨抛工具进行加工的同时将外溢磨抛液及磨抛屑真空吸附去除达到自清洁的例子。

发明内容

为了有效提高磨抛加工质量和加工效率，提供一种结构简单，性能可靠的新型磨抛工具。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种利用中心供液进行磨削或抛光加工的同时将外溢抛光液真空吸附去除达到自清洁的小磨头抛光工具，包括加压单元I、供液和清洁单元II、磨抛工作单元III。

加压单元I：包括夹持杆，螺套，弹簧，键和中心轴；采用弹簧加压方式，利用调节弹簧的变形量来控制抛光过程中的加载压力。包括夹持杆，夹持杆上端连接在机床旋转主轴上；夹持杆下部开圆孔，中心轴可在夹持杆圆孔内上下滑动；螺套通过下部的螺纹与中心轴上的螺纹连接，调节螺纹旋入深度可以调节弹簧的预压缩量；螺套上部有凸台，与夹持杆下部的轴肩配合，起限位作用；螺套内设有弹簧，弹簧的压缩量由夹持杆和中心轴在竖直方向上的相对位移决定；通过调整弹簧的压缩量可以控制抛光压力；夹持杆和中心轴之间设有键，使夹持杆和中心轴同步旋转；

供液和清洁单元II：包括中心轴，上端盖，调整垫片，轴承一，带唇密封圈，外壳，轴承二，下端盖，O型密封圈，套筒，真空系统，真空孔，中心孔，腔室二，腔室一，磨抛介质供给系统，定位螺母；采用中心轴旋转，外壳不转的“内转外不转”结构，中心轴旋转带动抛光头转动，外壳不转，固定和连接真空系统和抛光介质供给系统的管路；中心轴与外壳之间采用密封圈进行动密封，在旋转中防止抛光介质泄露。外壳套在中心轴中部上；上端盖通过螺钉固定在外壳上端；上端盖设有一个以上孔，用于固定外壳整体，使其无法旋转；外壳和中心轴之间设有轴承一和轴承二，使中心轴在外壳内可自由旋转；下端盖通过螺钉固定在外壳下端；上端盖、下端盖与外壳之间设有调整垫片，用于调整轴承轴向间隙；外壳内壁上有凹槽，与中心轴形成腔室一和腔室二；腔室一和腔室二采用带唇密封圈密封，使抛光介质通入的腔室二与抽真空的腔室一隔绝；中心轴正中开中心孔，与腔室二相连；中心孔周围有一个以上的真空孔，与腔室一相连；外壳上对应腔室二处设有螺纹孔，连接管接头，与抛光介质供给系统相连通，从此处供给抛光介质；外壳上对应腔室一处设有螺纹孔，连接管接头，与真空系统相连通，将多余抛光介质从此处抽走，起到清洁作用；加工时外壳不转，中心轴旋转，这种结构在中心轴旋转时也可以完成通入磨抛介质和真空抽取溢出的磨抛介质与磨抛屑；旋转定位螺母拧在中心轴对应的螺纹上；套筒套设在中心轴上，套筒下端顶在定位螺母上，起轴向定位作用；

磨抛工作单元III：包括中心轴，护罩，磨抛头，销，真空孔，中心孔；中心轴最下端加工成球头；与磨抛头的锥面配合，使磨抛头可以自由活动，形成柔性连接，磨抛头可以随着工件表面形状的变化以一定角度摆动；磨抛头中心留有通孔，该通孔与中心轴上的中心孔相通，磨抛介质从磨抛头中心此处喷出，与工件充分接触；中心轴上设有销，可以使磨抛头和中心轴同步旋转；磨抛头在中心轴带动下以一定速度旋转，抛光工件；护罩通过螺纹连接在中心轴上，套在磨抛头外部；磨抛头底部粘抛光垫，以一定速度旋转磨抛工件；护罩与磨抛头和中心轴下端球头之间形成腔室，与真空孔相连，真空系统将从磨抛头四周溢出的磨抛介质从此处抽出，防止污染已磨抛表面，起到了边磨抛、边清洁工件表面的自清洁效果。磨抛头和护罩可根据被磨抛工件的尺寸自由更换，能够磨抛不同尺寸的工件。采用计算机控制小磨头磨抛技术，磨抛头面积小于被磨抛工件表面面积的十分之一；磨抛时，磨抛工具在计算机控制下运动，实现大平面的全局平坦化。

本装置的有益效果是：

(1)实现从磨抛工具的中心通入磨抛介质，使磨抛介质与被磨抛材料接触更加充分，提高了磨抛质量，避免了磨抛介质的浪费。

(2)通过磨抛头外环的抽真空孔道，及时将参与磨抛后的磨抛介质吸走，防止污染已磨抛表面。本装置在磨抛过程中起到了自清洁的作用，避免了已加工表面的二次水解破坏，同时也节省了后续的清洗工序，提高了加工效率。

(3)可以根据工件的尺寸自由更换磨抛头和护罩，适应各种尺寸的工件，应用范围大。

(4)本装置结构简单，应用简便，成本较低，性能可靠。

附图说明

图1是装置整体结构示意图。

图2是加压单元结构图。

图3是供液和清洁单元结构图。

图4是磨抛工作单元结构图。

图中：1夹持杆；2中心轴；3螺套；4弹簧；5键；6上端盖；7调整垫片；8轴承一；9带唇密封圈；10外壳；11轴承二；12下端盖；13 O型密封圈；14套筒；15真空孔；16真空系统；17腔室一；18磨抛介质供给系统；19腔室二；20中心孔；21定位螺母；22护罩；23磨抛头；24销。

具体实施方式

下面结合技术方案和附图详细叙述本发明的具体实施方式。

装置结构如图1-图4所示。本装置由加压单元I、供液和清洁单元II和磨抛工作单元III组成。

加压：工作时，首先把夹持杆1连接在机床的旋转主轴上，外壳10通过上端盖6上法兰孔固定，使其无法旋转；根据磨抛压力选择合适刚度的弹簧；控制螺套的旋入长度，调节弹簧4的预压缩量；磨抛头23底部粘抛光垫，与被磨抛工件接触；控制机床竖直方向进给，夹持杆1与中心轴2相对移动，弹簧4被压缩，对工件产生一定的压力，压力的大小由弹簧4的压缩量控制。

通入/抽出磨抛介质：磨抛介质通入系统18开始工作，磨抛介质通过外壳10上螺纹孔首先进入腔室二19；工作时外壳10不旋转，中心轴2旋转；磨抛介质在充满腔室二19后，进入到中心孔20中，实现在磨抛加工过程中连续通入磨抛介质；通入磨抛介质的同时，真空系统16开始工作，通过腔室一16在真空孔15内产生吸力，将护罩22内的磨抛介质抽走；中心轴2旋转、外壳10不转的结构，便于磨抛介质通入系统和真空系统的管路布置。

磨抛工作：磨抛头以一定压力压在被磨抛工件上，机床主轴带动夹持杆1旋转，夹持杆1通过键5带动中心轴2同步旋转；中心轴2通过销24带动磨抛头23同步旋转；磨抛头23底部粘磨抛垫；磨抛头23旋转，磨抛工件；磨抛介质从中心孔20流出，通过磨抛头23中间的圆孔直接加注到磨抛区域，与被磨抛工件接触更充分；参与磨抛后的磨抛介质从磨抛头23四周溢出，进入到护罩22与磨抛头23形成的腔室，该腔室与真空孔15相连；真空系统16将从磨抛头23四周溢出到护罩内的磨抛介质抽走，防止多余的磨抛介质污染已磨抛的表面，达到自清洁的效果。

在实际使用时，操作人员将磨抛工具的夹持杆1装夹在机床旋转主轴上。磨抛头23压在被磨抛工件上，外壳10通过上端盖6上法兰孔固定，使外壳10无法旋转；将连接真空系统16和磨抛介质供给系统18的管路接好；控制机床竖直方向上位移，调整装置磨抛压力；开启磨抛介质通入系统和真空系统；启动机床，磨抛头23旋转，开始磨抛加工；磨抛工具在计算机控制下按照事先编好的程序以一定轨迹运动，实现大平面的全局平坦化。

Claims

1.一种自清洁磨抛工具，包括加压单元（Ⅰ）、供液和清洁单元（Ⅱ）和磨抛工作单元（Ⅲ）其特征在于：

加压单元（Ⅰ）：

包括夹持杆（1），螺套（3），弹簧（4），键（5）和中心轴（2）；夹持杆（1）下部开圆孔，中心轴（2）能够在夹持杆（1）圆孔内上下滑动；螺套（3）通过下部的螺纹与中心轴（2）上的螺纹连接；螺套（3）上部有凸台，与夹持杆（1）下部的轴肩配合，起限位作用；螺套（3）内设有弹簧（4），弹簧（4）的压缩量由夹持杆（1）和中心轴（2）在竖直方向上的相对位移决定；通过调整弹簧（4）的压缩量可以控制抛光压力；夹持杆（1）和中心轴（2）之间设有键（5），使夹持杆（1）和中心轴（2）同步旋转；

供液和清洁单元（Ⅱ）：

包括中心轴（2），上端盖（6），调整垫片（7），轴承一（8），帯唇密封圈（9），外壳（10），轴承二（11），下端盖（12），O型密封圈（13），套筒（14），真空系统（16），真空孔（15），中心孔（20），腔室二（19），腔室一（17），磨抛介质供给系统（18），定位螺母（21）；采用中心轴（2）旋转，外壳（10）不转的“内转外不转”结构，中心轴（2）旋转带动抛光头转动，外壳（10）不转，外壳（10）上固定和连接真空系统（16）和磨抛介质供给系统（18）的管路；中心轴与外壳之间采用密封圈进行动密封，在旋转中防止磨抛介质泄露；外壳（10）套在中心轴（2）中部上；上端盖（6）通过螺钉固定在外壳（10）上端；上端盖（6）设有一个以上孔，用于固定外壳（10）整体，使其无法旋转；外壳（10）和中心轴（2）之间设有轴承一（8）和轴承二（11），使中心轴（2）在外壳（10）内能够自由旋转；下端盖（12）通过螺钉固定在外壳（10）下端；上端盖（6）、下端盖（12）与外壳（10）之间设有调整垫片（7），用于调整轴承轴向间隙；外壳（10）内壁上有凹槽，与中心轴（2）形成腔室一（17）和腔室二（19）；腔室一（17）和腔室二（19）采用帯唇密封圈（9）密封；中心轴（2）正中开中心孔（20），与腔室二（19）相连；中心孔（20）周围有一个以上的真空孔（15），与腔室一（17）相连；外壳（10）上对应腔室二（19）处设有螺纹孔，连接管接头，与磨抛介质供给系统（18）相连通供给磨抛介质；外壳（10）上对应腔室一（17）处设有螺纹孔，连接管接头，与真空系统（16）相连通，将多余磨抛介质抽走，起到清洁作用；定位螺母（21）拧在中心轴（2）对应的螺纹上；套筒（14）套设在中心轴（2）上，套筒（14）下端顶在定位螺母（21）上，起轴向定位作用；

磨抛工作单元（Ⅲ）：

包括中心轴（2），护罩（22），磨抛头（23），销（24），真空孔（15），中心孔（20）；中心轴（2）最下端加工成球头，与磨抛头（23）的锥面配合，使磨抛头（23）自由活动，形成柔性连接，磨抛头能够随着工件表面形状的变化摆动；磨抛头（23）中心留有通孔，该通孔与中心轴（2）上的中心孔（20）相通，磨抛介质由此通孔喷出；中心轴（2）上设有销（24），使磨抛头（23）和中心轴（2）同步旋转；磨抛头（23）底部粘磨抛垫；护罩（22）通过螺纹连接在中心轴（2）上，套在磨抛头（23）外部；护罩（22）与磨抛头（23）和中心轴（2）下端球头之间形成腔室，与真空孔（15）相连，真空系统将从磨抛头四周溢出的磨抛介质吸走，防止污染已磨抛表面，实现起到边磨抛、边清洁工件表面；磨抛时，磨抛工具在计算机控制下运动，实现大平面的全局平坦化。

2.根据权利要求1所述的自清洁磨抛工具，其特征在于，磨抛头（23）和护罩（22）根据被磨抛工件的尺寸更换。