CN102658521B - 基于分级结构化复合弹性研抛盘的动压光整方法 - Google Patents

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Abstract

基于分级结构化复合弹性研抛盘的动压光整方法，包括以下步骤：提供工件；将工件固定于动压光整系统的加压块上；移动加压块所在的动压调节装置，使之与研抛盘最外沿的粗磨圈接触；动压调节装置根据反馈回的压力与预设压力之间的差值，通过实时调节电磁装置中的电流，使工件与研抛盘间的压力动态稳定于预设压力；液体喷射装置的支导管分别与研抛盘上的结构化流道连接，使工件表面充分与冷却液(抛光液)等接触；工件首先在具有一定转速的研抛盘粗磨圈进行加工，当时间达到工艺预设值时，工件随动压调节装置再分别依次移动到具有不同转速的细磨圈、精磨圈和抛光内圈进行加工。

Description

基于分级结构化复合弹性研抛盘的动压光整方法
技术领域
本发明涉及一种基于分级结构化复合弹性研抛盘的动压光整方法，集研磨与抛光功能于一体，能有效改善冷却液(抛光液)的流动性，加强磨粒的有效参与率和切削效果，适用于对光学元件、非晶薄膜衬底等工件表面的高效精密自动化研磨与抛光。
背景技术
光整加工是指从待加工工件上不切除或切除极薄材料层，用以改善工件表面粗糙度或强化其表面的加工过程，采用的方法包括研磨和抛光。传统的利用研磨盘或抛光盘的光整方法将研磨与抛光工序分开，使得由研磨过渡到抛光时系统需要将研磨盘更换为抛光盘，很难提升加工效率。即使是单一的研磨加工，单一磨粒粒度的研磨盘也并不能使工件完全达到所需的表面粗糙度或需要很长的加工时间才能满足抛光需求。同时，传统加工方法，加工时需要人为添加砝码或由工件和承托工件的器件本身的重力来决定施加于工件表面与研磨盘(或抛光盘)表面的压力，这使得所施加的压力不能根据加工需求得到动态调节，且较难调节到低于工件和承托工件的器件本身重力的压力，在更换研磨盘或抛光盘后需再次进行修整、添加或更换砝码，由于砝码的质量固定，很难实现施加压力的连续变化，从而影响了加工效率，且受人为因素影响大，最终不易于提高工件加工质量。
发明内容
为了克服现有的光整方法中存在的加工效率低、资源利用率低、自动化程度不高、加工质量不易于提高等不足和缺点，本发明提出一种基于分级结构化复合弹性研抛盘，具有高加工效率、资源利用率、自动化程度和加工质量特性的新型光整方法。
本发明的技术方案：为达到上述目的，本发明提出一种基于分级结构化复合弹性研抛盘的动压光整方法，该动压光整方法包括以下步骤：提供工件；将工件固定于动压光整系统的加压块上；移动加压块所在的动压调节装置，使之与研抛盘最外沿的粗磨圈接触；动压调节装置根据反馈回的压力与预设压力之间的差值，通过实时调节电磁装置中的电流，使工件与研抛盘间的压力动态稳定于预设压力；液体喷射装置的支导管分别与研抛盘上的结构化流道连接，使工件表面充分与冷却液(抛光液)等接触；工件首先在具有一定转速的研抛盘粗磨圈进行加工，当时间达到工艺预设值时，工件随动压调节装置再分别依次移动到具有不同转速的细磨圈、精磨圈和抛光内圈进行加工，在抛光内圈加工完成后，即结束整个工件的研抛加工。
进一步，所述研抛盘由磨料层、粘结层和基体层组成。所述磨料层运用分级理念，设置有研磨外圈和抛光内圈，所述研磨外圈沿研抛盘直径方向由外向内分为粗磨圈、细磨圈和精磨圈。粗磨圈、细磨圈、精磨圈和抛光内圈分别采用不同的磨粒配比和磨粒粒度，适用于工件粗磨、细磨、精磨和抛光加工。结合研磨相比于抛光需要较高相对运动速度和材料去除量的特点，将研磨外圈与抛光内圈由外向内整合在一个研抛盘上，充分利用了研抛盘的有限空间，也解决了传统方法中从研磨到抛光工序过渡时需频繁更换研磨盘和抛光盘的缺点。
进一步，所述动压光整系统的动压调节装置通过转动装置可在研抛盘的粗磨圈、细磨圈、精磨圈和抛光内圈间移动。当工件在粗磨圈的加工时间达到工艺要求后，工件随动压调节装置移到细磨圈再进行细磨加工，以此类推进行精磨加工与抛光加工。动压调节装置带动工件在研抛盘各加工圈间移动，实现了工件各加工工序的顺滑衔接，即可在中间无需停止动压光整系统的条件下在一个研抛盘上依次实现粗磨、细磨、精磨和抛光。
进一步，所述加压块通过轴承安装在动压调节装置上。加压块将工件压在研抛盘上，当研抛盘转动时，由于加压块上各部分的线速度不同，研抛盘将带动加压块做自转运动，从而实现加压块上工件表面的加工纹理无序化。
进一步，所述动压光整系统的动压调节装置可实时调节工件待加工表面与研抛盘间的压力。由于工件在不同的加工圈进行加工时所需的压力不同，利用装置上所安装的力反馈元件，动压调节装置可实现工件在不同加工圈压力的动态变化，并且可保证工件在同一加工圈时压力稳定在一定范围内。
进一步，所述研抛盘采用双层状高聚物复合层结构。磨料层中的磨粒受弹性粘结层和基体层的柔性支撑与力学行为约束。本发明使用高分子吸水聚合物使结构化复合弹性研抛盘在去离子水的作用下产生溶胀现象，粘结层逐渐软化，在磨料层和加工工件摩擦力的作用下，将钝化的磨料层去除，即产生溶胀磨削脱落现象，形成新的磨料层，以实现研抛盘的自修正功能。
进一步，所述研抛盘采用结构化表面，其表面结构化流道有利于冷却液(抛光液)在研抛盘表面的流动，且有助于各加工圈磨屑的去除和加工区温度场的稳定。
进一步，所述动压光整系统设置有液体喷射系统，该喷射系统的总导管下分出数根支导管，其中每一根支导管分别与研抛盘中的结构化流道相连，并随研抛盘一起转动，有效改善了冷却液(抛光液)在研抛盘表面的分布，增加了工件与冷却液(抛光液)的接触。
进一步，所述动压光整系统的动压调节装置数量理论上可有1到8个。
进一步，所述动压调节装置带动工件的运动可采用直线或圆弧等形式。
本发明的有益效果在于：研抛盘磨料层中的磨粒受柔性支撑，使磨粒群在微观上具有动态运动和行为约束特性，与硬质研抛盘上的固结磨粒群有本质区别。研抛盘具有自修整功能，提高了研抛盘的使用寿命，节约了资源。将研磨外圈与抛光内圈由外向内整合在一个研抛盘上，充分利用了研抛盘的有限空间，同时也解决了传统方法中从研磨到抛光工序过渡时需频繁更换研磨盘和抛光盘的缺点。工件随动压调节装置依次经过研磨和抛光，实现从研磨到抛光的快速衔接，避免了加工过程中频繁更换设备或工具，充分提高了加工效率与设备的利用率，节约了资源。利用研抛盘的结构化流道和动压光整系统的分散式液体喷射系统，提高了冷却液(抛光液)的流动性，有助于各加工圈磨屑的去除和加工区温度场的稳定。施加于工件的压力可根据工件所处的不同加工阶段，进行动态调节，实现压力的无级变化，减少了人为因素的影响，提高了工件的加工质量。
附图说明
图1是本发明涉及的一种动压光整方法的加工步骤流程图。
图2是本发明所涉及的动压光整系统示意图。
图3是本发明所涉及的动压调节装置的结构示意图。
图4是本发明所涉及的一种分级结构化复合弹性研抛盘示意图。
图5是本发明所涉及的工件在研抛盘上的运动形式示意图。
具体实施方式
参照图1～5，本发明提出一种基于分级结构化复合弹性研抛盘的动压光整方法，该动压光整方法包括以下步骤：提供工件S1；将工件S1固定于动压光整系统的加压块84上；移动加压块84所在的动压调节装置8，使之与研抛盘最外沿的粗磨圈9323接触；动压调节装置8根据检测元件82反馈回的压力与预设压力之间的差值，通过实时调节电磁装置831中的电流，使工件S1与研抛盘9间的压力动态稳定于预设压力；液体喷射装置6的支导管7分别与研抛盘9上的结构化流道94连接，使工件表面充分与冷却液(抛光液)等接触；工件S1首先在具有一定转速的研抛盘9粗磨圈9323进行加工，当时间达到工艺预设值时，工件S1随动压调节装置8再分别依次移动到具有不同转速的细磨圈9322、精磨圈9321和抛光内圈931进行加工，在抛光内圈931加工完成后，即结束整个工件S1的研抛加工。
下面结合图1～5及实例做进一步描述：依据本发明之动压光整方法加工时，工件S1安装在研抛盘9与加压块84之间，加工前先设定工件S1在粗磨、细磨、精磨和抛光时的压力，工件S1表面所受到的压力可通过支撑导向体81上的检测元件82反馈应力换算得到，通过将所得到的实时压力与设定的所需压力进行比较便得到压力差值，动压控制系统4利用压力差值对电磁装置83中的电流进行动态调节，动态电流使得电磁装置83产生了动态磁场，在动态磁场影响下磁性运动块86连同加压块84的受力状况发生改变，进而使工件S1表面所受压力改变并达到所需值，实现压力的动态变化。动压光整系统所使用的分级结构化复合弹性研抛盘9由外向内具有粗磨圈9323、细磨圈9322、精磨圈9321和抛光内圈931，这样工件S1沿着路径S2在研抛盘9上移动便可实现工件S1的研磨与抛光，动压调节装置8的支撑导向体81所连接的转动装置3可使动压调节装置8在研抛盘9上由粗磨圈9323逐渐向抛光内圈931移动，实现工件S1由研磨到抛光的光滑过渡，从而使工件S1在一个研抛盘9上即完成了所需的研磨与抛光工序。同时，由于加压块84通过轴承85安装在动压调节装置8上，可实现自由转动，因此，当研抛盘9转动时，带动加压块84作自转运动。工件S1在研抛盘9转动和加压块84自转的共同作用下实现待加工表面的加工纹理无序化。
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围的不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (3)

1.基于分级结构化复合弹性研抛盘的动压光整方法，包括以下步骤：提供工件；将工件固定于动压光整系统的加压块上；移动加压块所在的动压调节装置，使之与研抛盘最外沿的粗磨圈接触；动压调节装置根据反馈回的压力与预设压力之间的差值，通过实时调节电磁装置中的电流，使工件与研抛盘间的压力动态稳定于预设压力；液体喷射装置的支导管分别与研抛盘上的结构化流道连接，使工件表面充分与冷却液接触；工件首先在具有一定转速的研抛盘粗磨圈进行加工，当时间达到工艺预设值时，工件随动压调节装置再分别依次移动到具有不同转速的细磨圈、精磨圈和抛光内圈进行加工，在抛光内圈加工完成后，即结束整个工件的研抛加工。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：分级结构化复合弹性研抛盘由磨料层、粘结层和基体层组成。所述磨料层运用分级理念，设置有研磨外圈和抛光内圈，所述研磨外圈沿研抛盘直径方向由外向内分为粗磨圈、细磨圈和精磨圈；粗磨圈、细磨圈、精磨圈和抛光内圈分别采用不同的磨粒配比和磨粒粒度，适用于工件粗磨、细磨、精磨和抛光加工。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于：所述的基于分级结构化复合弹性研抛盘表面设计有结构化流道。
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