CN104400659B - 独立控制外部循环的抛光液进给系统 - Google Patents
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Abstract
独立控制外部循环的抛光液进给系统,它涉及一种数控抛光设备的抛光液进给系统,属于超精密光学加工设备领域。本发明的目的是解决现有数控抛光设备抛光液循环系统只能使用一种抛光液、且加工不同尺寸工件时抛光液用量不可控的局限性的问题。独立控制外部循环的抛光液进给系统由抛光液容器、抛光封闭室和气动搅拌装置组成。优点:一、实现了一台设备可以使用多种抛光液,克服了传统抛光设备“一台设备一种抛光液”的局限,提高了设备的加工能力;二、抛光液的用量可以根据被加工件的口径进行控制,有效降低了加工成本;三、本发明使用方便、稳定可控、造价低。本发明独立控制外部循环的抛光液进给系统主要用于为数控抛光设备提供抛光液。
Description
技术领域
本发明涉及一种数控抛光设备的抛光液进给系统,属于超精密光学加工设备领域。
背景技术
现有的大型超精密数控抛光设备需要抛光液的持续供给、自动搅拌。对于加工口径1米以上的工件,抛光设备往往需要加工十几小时甚至数十小时,这对抛光液的供给系统的可靠性和稳定性提出很高的要求。因为一旦抛光过程中出现抛光液供给中断,整个抛光过程就需要重新开始,甚至导致抛光工件报废,严重的情况下,还会损伤抛光设备。如果抛光液的供给不稳定,会严重影响加工精度,增加抛光时间,进而加大了加工成本。因此目前的大型工业抛光设备都对抛光液的供给系统有着较为严格设计。常用的设计方案是通过对抛光液在设备内部的自动循环进行控制,并提供报警装置,一旦抛光液不足或泄露,数控界面会出现警告提示。这种结构的抛光液循环系统往往需要较大的容器,对于特定的设备,比如,可加工最大口径为1米的抛光设备,也常用来加工口径0.1米左右的工件,此时,无论加工多大尺寸的工件,都需要同量的抛光液,因此提高了加工小口径工件的成本。另外,由于抛光过程是光学元件超精密成形的最后一道工序,它对抛光液的纯度及洁净度都有严格的标准,因此,现有的大型光学超精密抛光设备都严格控制一台设备仅使用一种类型的抛光液(例如,不同粒径的氧化铈、氧化铝、金刚石粉等),这在很大程度上限制了设备的使用和加工范围。
发明内容
本发明的目的是解决现有数控抛光设备抛光液循环系统只能使用一种抛光液、且加工不同尺寸工件时抛光液用量不可控的局限性的问题,而提供一种独立控制外部循环的抛光液进给系统。
独立控制外部循环的抛光液进给系统由抛光液容器1、抛光封闭室2和气动搅拌装置3组成;
所述的抛光液容器1由扬水泵1-1、外部支撑壳体盖1-2、抛光液存储容器1-3、外部支撑壳体1-4、水泵搅动叶片1-5、内部支撑结构1-6、高度可调的支撑部件1-7、温度控制计1-8、气动搅拌入口1-9、抛光液回收管入口1-10和抛光液供给出口1-11组成,抛光液存储容器1-3设置在外部支撑壳体1-4内部,在外部支撑壳体1-4内部底部和抛光液存储容器1-3外底部之间设置高度可调的支撑部件1-7,在外部支撑壳体1-4内部侧壁和抛光液存储容器1-3外侧壁之间设置内部支撑结构1-6,在抛光液存储容器1-3内侧壁上设置温度控制计1-8,采用外部支撑壳体盖1-2将外部支撑壳体1-4遮盖,在外部支撑壳体盖1-2上设置扬水泵1-1,与扬水泵1-1连接的水泵搅动叶片1-5伸入到抛光液存储容器1-3底部,气动搅拌入口1-9贯穿外部支撑壳体盖1-2与抛光液存储容器1-3连通,抛光液回收管入口1-10贯穿外部支撑壳体盖1-2与抛光液存储容器1-3连通,抛光液经过扬水泵1-1由抛光液供给出口1-11供给抛光封闭室2;
所述的抛光封闭室2由封闭壁2-1、抛光液供给入口2-2、抛光液回流出口2-3、抛光液喷嘴2-4、支撑件2-5和卡具2-6组成;封闭室2-1的底部与抛光设备工作台设计成2°的斜坡,斜坡最低处、封闭壁2-1侧壁底部上设置抛光液回流出口2-3;
所述的气动搅拌装置3由气源3-1、二次过滤系统3-2、软管3-3和气孔阵列管3-4组成,气孔阵列管3-4放置在抛光液存储容器1-3内底部,气源3-1来源的气体通过二次过滤系统3-2进行过滤,软管3-3一端与二次过滤系统3-2连通,软管3-3另一端穿过气动搅拌入口1-9与气孔阵列管3-4连通。
本发明优点:一、本发明设计的独立控制外部循环的抛光液进给系统是一种可独立控制、外部循环的抛光液进给系统,解决了现有大型抛光设备在抛光大口径工件时,对抛光液的流量、浓度以及稳定性难以控制的缺陷,并且实现了一台设备可以使用多种抛光液。克服了传统抛光设备“一台设备一种抛光液”的局限,提高了设备的加工能力。二、利用本发明独立控制外部循环的抛光液进给系统进给抛光液时,抛光液的用量可以根据被加工件的口径进行控制,有效降低了加工成本。三、本发明使用方便、稳定可控、造价低。
附图说明
图1是具体实施方式一独立控制外部循环的抛光液进给系统的结构示意图;
图2是抛光封闭室的立体示意图;
图3是独立控制外部循环的抛光液进给系统应用于IRP1200智能抛光机的现场图;
图4是独立控制外部循环的抛光液进给系统应用于IRP1200智能抛光机的实例图;
图5是75mm×150mm的光学红外材料ZnS抛光后的效果图。
具体实施方式
具体实施方式一:本实施方式是独立控制外部循环的抛光液进给系统由抛光液容器1、抛光封闭室2和气动搅拌装置3组成;
所述的抛光液容器1由扬水泵1-1、外部支撑壳体盖1-2、抛光液存储容器1-3、外部支撑壳体1-4、水泵搅动叶片1-5、内部支撑结构1-6、高度可调的支撑部件1-7、温度控制计1-8、气动搅拌入口1-9、抛光液回收管入口1-10和抛光液供给出口1-11组成,抛光液存储容器1-3设置在外部支撑壳体1-4内部,在外部支撑壳体1-4内部底部和抛光液存储容器1-3外底部之间设置高度可调的支撑部件1-7,在外部支撑壳体1-4内部侧壁和抛光液存储容器1-3外侧壁之间设置内部支撑结构1-6,在抛光液存储容器1-3内侧壁上设置温度控制计1-8,采用外部支撑壳体盖1-2将外部支撑壳体1-4遮盖,在外部支撑壳体盖1-2上设置扬水泵1-1,与扬水泵1-1连接的水泵搅动叶片1-5伸入到抛光液存储容器1-3底部,气动搅拌入口1-9贯穿外部支撑壳体盖1-2与抛光液存储容器1-3连通,抛光液回收管入口1-10贯穿外部支撑壳体盖1-2与抛光液存储容器1-3连通,抛光液经过扬水泵1-1由抛光液供给出口1-11供给抛光封闭室2;
所述的抛光封闭室2由封闭壁2-1、抛光液供给入口2-2、抛光液回流出口2-3、抛光液喷嘴2-4、支撑件2-5和卡具2-6组成;封闭室2-1的底部与抛光设备工作台设计成2°的斜坡,斜坡最低处、封闭壁2-1侧壁底部上设置抛光液回流出口2-3;
所述的气动搅拌装置3由气源3-1、二次过滤系统3-2、软管3-3和气孔阵列管3-4组成,气孔阵列管3-4放置在抛光液存储容器1-3内底部,气源3-1来源的气体通过二次过滤系统3-2进行过滤,软管3-3一端与二次过滤系统3-2连通,软管3-3另一端穿过气动搅拌入口1-9与气孔阵列管3-4连通。
本实施方式设计的独立控制外部循环的抛光液进给系统是一种可独立控制、外部循环的抛光液进给系统,解决了现有大型抛光设备在抛光大口径工件时,对抛光液的流量、浓度以及稳定性难以控制的缺陷,并且实现了一台设备可以使用多种抛光液。克服了传统抛光设备“一台设备一种抛光液”的局限,提高了设备的加工能力。
利用本实施方式独立控制外部循环的抛光液进给系统进给抛光液时,抛光液的用量可以根据被加工件的口径进行控制,有效降低了加工成本。
本实施方式使用方便、稳定可控、造价低。
具体实施方式二:本实施方式与具体实施方式一的不同点是:所述的外部支撑壳体盖1-2上安装把手。其他与具体实施方式一相同。
具体实施方式三:本实施方式与具体实施方式一或二之一不同点是:所述的温度控制计1-8由温度计和加热器组成,利用温度控制计1-8监控和调节抛光液的温度。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四:本实施方式与具体实施方式一至三之一不同点是:所述的抛光液供给入口2-2处安装阀门,利用阀门调节抛光液的流量。其他与具体实施方式一至三相同。
具体实施方式五:本实施方式与具体实施方式一至四之一不同点是:所述的抛光液存储容器1-3的容积为20L至80L,根据待加工工件的大小和抛光时间选择相应容积的抛光液存储容器1-3。其他与具体实施方式一至四相同。
具体实施方式六:本实施方式与具体实施方式一至五之一不同点是:所述的抛光封闭室2直接安装在抛光设备的工作台上,且抛光封闭室2的尺寸根据抛光设备的工作台的大小和待加工工件的口径设计。其他与具体实施方式一至五相同。
采用下述试验验证本发明效果
试验一:利用独立控制外部循环的抛光液进给系统的抛光方法,具体是按以下步骤完成的:
首先将尺寸为75mm×150mm的光学红外材料ZnS安装在抛光封闭室2的支撑件2-5上,利用卡具2-6将尺寸为75mm×150mm的光学红外材料ZnS卡紧;将抛光封闭室2安装在大型智能抛光设备的工作台上,然后将抛光封闭室2密封;将抛光液喷嘴2-4调节至距离待抛光件合适的距离,开启气动搅拌装置的气源3-1,启动扬水泵1-1电源,该设备即可工作,以粒径为1微米的氧化铝抛光液作为抛光液,抛光液的用量为25L,打开抛光液供给入口2-2处的阀门,调节阀门将抛光液流量控制在5L/min,在抛光液流量为5L/min和抛光液温度21℃下进行抛光处理30min,即完成尺寸为75mm×150mm的光学红外材料ZnS的抛光。
本试验所述的独立控制外部循环的抛光液进给系统由抛光液容器1、抛光封闭室2和气动搅拌装置3组成;
所述的抛光液容器1由扬水泵1-1、外部支撑壳体盖1-2、抛光液存储容器1-3、外部支撑壳体1-4、水泵搅动叶片1-5、内部支撑结构1-6、高度可调的支撑部件1-7、温度控制计1-8、气动搅拌入口1-9、抛光液回收管入口1-10和抛光液供给出口1-11组成,抛光液存储容器1-3设置在外部支撑壳体1-4内部,在外部支撑壳体1-4内部底部和抛光液存储容器1-3外底部之间设置高度可调的支撑部件1-7,在外部支撑壳体1-4内部侧壁和抛光液存储容器1-3外侧壁之间设置内部支撑结构1-6,在抛光液存储容器1-3内侧壁上设置温度控制计1-8,采用外部支撑壳体盖1-2将外部支撑壳体1-4遮盖,在外部支撑壳体盖1-2上设置扬水泵1-1,与扬水泵1-1连接的水泵搅动叶片1-5伸入到抛光液存储容器1-3底部,气动搅拌入口1-9贯穿外部支撑壳体盖1-2与抛光液存储容器1-3连通,抛光液回收管入口1-10贯穿外部支撑壳体盖1-2与抛光液存储容器1-3连通,抛光液经过扬水泵1-1由抛光液供给出口1-11供给抛光封闭室2;
所述的抛光封闭室2由封闭壁2-1、抛光液供给入口2-2、抛光液回流出口2-3、抛光液喷嘴2-4、支撑件2-5和卡具2-6组成;封闭室2-1的底部与抛光设备工作台设计成2°的斜坡,斜坡最低处、封闭壁2-1侧壁底部上设置抛光液回流出口2-3;
所述的气动搅拌装置3由气源3-1、二次过滤系统3-2、软管3-3和气孔阵列管3-4组成,气孔阵列管3-4放置在抛光液存储容器1-3内底部,气源3-1来源的气体通过二次过滤系统3-2进行过滤,软管3-3一端与二次过滤系统3-2连通,软管3-3另一端穿过气动搅拌入口1-9与气孔阵列管3-4连通;
所述的外部支撑壳体盖1-2上安装把手;
所述的温度控制计1-8由温度计和加热器组成,利用温度控制计1-8监控和调节抛光液的温度;
所述的抛光液供给入口2-2处安装阀门,利用阀门调节抛光液的流量;
所述的抛光液存储容器1-3的容积为40L;
所述的抛光封闭室2的直径为1米、高度为0.3米。
本试验所述的大型智能抛光设备是英国Zeeko公司的IRP1200智能抛光机。
经过30分钟的抛光试验,对该75mm×150mm的光学红外材料ZnS进行光学粗糙度、和光圈进行了检测,两项指标都满足要求。
本试验已成功应用于一台大型智能抛光设备英国Zeeko公司的IRP1200智能抛光机上,IRP1200智能抛光机是一台7自由度控制的机器人系统,价格昂贵,可实现平面、球面以及非球面的超精密加工。加工范围为口径1米,面形误差的加工精度RMS值可达15n,如图3所示,图3是独立控制外部循环的抛光液进给系统应用于IRP1200智能抛光机的现场图;该设备除了对抛光液进给的稳定性有很高要求外,对抛光液的纯净度也有严格的要求,为了使设备不受“污染”,该设备要求只能使用同一类型、同一粒径的抛光液(一般仅使用1-2微米粒径的氧化铈抛光液),这极大的限制了该设备加工能力和使用范围。由于抛光过程中抛光头高速旋转,抛光液在抛光设备内部四处飞溅,很容易导致抛光液浓度不稳定,且易出现抛光液水位不足的常见风险。因此需要大量的抛光液(一般为150升左右)来保证抛光液供给的稳定,这在加工小口径工件的时候造成抛光液的大量浪费,且清洗十分困难。本试验该测试中加工尺寸为75mm×150mm的工件,抛光液的用量仅仅25升,大大节约了抛光液的用量。该用量可以通过改变抛光液存储容器1-3的容积而改变,以适应加工不同尺寸工件的需要。
该设备在利用本发明之前仅能使用1-2微米粒径的氧化铈抛光液,用于抛光常见的光学玻璃,如微晶玻璃、BK7、融石英玻璃等。图4是独立控制外部循环的抛光液进给系统应用于IRP1200智能抛光机的实例图,图中1表示抛光液容器、2表示抛光封闭室、3表示气动搅拌装置,抛光液为1微米粒径氧化铝。该样件的材料为光学红外材料ZnS,尺寸为75mm×150mm,抛光后的效果如图5所示,图5是75mm×150mm的光学红外材料ZnS抛光后的效果图。
因此本发明设计的独立控制外部循环的抛光液进给系统使IRP1200智能抛光机克服了仅仅可以使用一种抛光液(1-2微米粒径的氧化铈抛光液)的缺陷,根据实际应用情况,多个独立控制外部循环的抛光液进给系统可以使用在一台抛光设备上,以便使用不同的抛光液,使得加工设备具有加工多种材料(光学玻璃、红外光学玻璃、金属类材料等)的能力。
试验二:本试验与试验一不同点是:连续处理10个尺寸为75mm×150mm的光学红外材料ZnS,观察独立控制外部循环的抛光液进给系统的稳定性。
试验一所述的独立控制外部循环的抛光液进给系统经过在IRP1200智能抛光机上连续处理10个尺寸为75mm×150mm的光学红外材料ZnS,发现本发明设计的独立控制外部循环的抛光液进给系统工作性能稳定,没有发现抛光液飞溅至设备内部,抛光液的浓度在两个小时内稳定在1.057-1.060之间,满足光学元件超精密抛光的要求。
Claims (6)
1.独立控制外部循环的抛光液进给系统,其特征在于独立控制外部循环的抛光液进给系统由抛光液容器(1)、抛光封闭室(2)和气动搅拌装置(3)组成;
所述的抛光液容器(1)由扬水泵(1-1)、外部支撑壳体盖(1-2)、抛光液存储容器(1-3)、外部支撑壳体(1-4)、水泵搅动叶片(1-5)、内部支撑结构(1-6)、高度可调的支撑部件(1-7)、温度控制计(1-8)、气动搅拌入口(1-9)、抛光液回收管入口(1-10)和抛光液供给出口(1-11)组成,抛光液存储容器(1-3)设置在外部支撑壳体(1-4)内部,在外部支撑壳体(1-4)内部底部和抛光液存储容器(1-3)外底部之间设置高度可调的支撑部件(1-7),在外部支撑壳体(1-4)内部侧壁和抛光液存储容器(1-3)外侧壁之间设置内部支撑结构(1-6),在抛光液存储容器(1-3)内侧壁上设置温度控制计(1-8),采用外部支撑壳体盖(1-2)将外部支撑壳体(1-4)遮盖,在外部支撑壳体盖(1-2)上设置扬水泵(1-1),与扬水泵(1-1)连接的水泵搅动叶片(1-5)伸入到抛光液存储容器(1-3)底部,气动搅拌入口(1-9)贯穿外部支撑壳体盖(1-2)与抛光液存储容器(1-3)连通,抛光液回收管入口(1-10)贯穿外部支撑壳体盖(1-2)与抛光液存储容器(1-3)连通,抛光液经过扬水泵(1-1)由抛光液供给出口(1-11)供给抛光封闭室(2);
所述的抛光封闭室(2)由封闭壁(2-1)、抛光液供给入口(2-2)、抛光液回流出口(2-3)、抛光液喷嘴(2-4)、支撑件(2-5)和卡具(2-6)组成;封闭室(2-1)的底部与抛光设备工作台设计成2°的斜坡,斜坡最低处、封闭壁(2-1)侧壁底部上设置抛光液回流出口(2-3);
所述的气动搅拌装置(3)由气源(3-1)、二次过滤系统(3-2)、软管(3-3)和气孔阵列管(3-4)组成,气孔阵列管(3-4)放置在抛光液存储容器(1-3)内底部,气源(3-1)来源的气体通过二次过滤系统(3-2)进行过滤,软管(3-3)一端与二次过滤系统(3-2)连通,软管(3-3)另一端穿过气动搅拌入口(1-9)与气孔阵列管(3-4)连通。
2.根据权利要求1所述的独立控制外部循环的抛光液进给系统,其特征在于所述的外部支撑壳体盖(1-2)上安装把手。
3.根据权利要求1所述的独立控制外部循环的抛光液进给系统,其特征在于所述的温度控制计(1-8)由温度计和加热器组成,利用温度控制计(1-8)监控和调节抛光液的温度。
4.根据权利要求1所述的独立控制外部循环的抛光液进给系统,其特征在于所述的抛光液供给入口(2-2)处安装阀门,利用阀门调节抛光液的流量。
5.根据权利要求1所述的独立控制外部循环的抛光液进给系统,其特征在于所述的抛光液存储容器(1-3)的容积为20L至80L,根据待加工工件的大小和抛光时间选择相应容积的抛光液存储容器(1-3)。
6.根据权利要求1所述的独立控制外部循环的抛光液进给系统,其特征在于所述的抛光封闭室(2)直接安装在抛光设备的工作台上,且抛光封闭室(2)的尺寸根据抛光设备的工作台的大小和待加工工件的口径设计。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant |