CN104858787B - 一种研磨盘表面自生长的研磨机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种研磨盘表面自生长的研磨机构，主要包括研磨盘、超声波发射装置、扇形喷头、UV光照射装置，所述研磨盘下方还安装一根支撑并带动研磨盘转动的多级传动轴，所述多级传动轴中心有一个空腔，所述超声波发射装置安装在多级传动轴的空腔内，所述扇形喷头安装在研磨盘上方，所述扇形喷头均匀喷洒混有磨粒的UV光固化涂料在研磨盘表面，然后进行研磨盘表面自生长，所述UV光照射装置一共有两个，分别安装在扇形喷头两侧，所述UV光照射装置内装有UV光灯管。使用上述机构，对研磨盘修复时无须拆卸且更加简单快捷，省时省力，且对环境污染小，修复后的研磨表面更加平整，极大程度的提高了工件的加工质量及加工精度。

Description

一种研磨盘表面自生长的研磨机构

技术领域

本发明涉及研磨/抛光领域，尤其是超精密研磨加工领域。

背景技术

超精密研磨抛光是超精密加工领域的一种主要加工方法，近年来发展起来的超精密研磨抛光是一种可以实现先进材料工件高精度、高质量加工的方法。一般的研磨抛光方法采用的加工方式是：在表面平整均匀的研磨盘上铺设固着磨粒，加工工件安装于研磨盘上方的工件安装头上，研磨时，在工件安装头上施加压力，研磨盘转动，使工件与固着磨粒间有相对运动进行磨削从而完成研磨加工。另一方面，一般所用的研磨盘表面附着着大量的磨粒，并由于研磨盘制作工艺的局限，研磨盘表面会出现磨粒分布不均造成的凹槽，同时在加工过程中，由于压力等外部因素，使得研磨盘表面不同部位磨粒与工件间磨削程度不同，会造成局部磨粒磨损加剧，进一步造成研磨盘表面的局部凹陷及研磨盘表面的不平整，使得工件安装头和工件在与研磨盘接触的过程中，产生振动和跳动，危害工件加工质量和精度。

目前常用的研磨盘修复保养方法是：利用硬脂和硫为基础的各种浸渍剂来处理磨盘，即将研磨盘拆下来然后放入被加热到130‐135℃的浸渍剂溶融物中，将研磨盘从浸渍剂溶融物中抽出来以后甩掉多余的浸渍剂溶融物，再利用电镀金刚石的修正轮修整，整个修复工作需要几个小时。

使用常规方法修复研磨盘，需要将磨盘拆卸下来，而根据研磨盘的磨损速度一般需要5天对研磨盘修复一次，采用传统修复方法，修复繁琐麻烦耗费人力同时耗费时间，而所用修复材料对环境有污染，同时修复效果不佳，所以，寻找一种新的研磨盘表面修复方法显得尤为重要。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种既能够进行工件研磨加工又能够快速对研磨盘进行修复、且使用简单的研磨机构。

为了解决这一问题，本发明提出了一种研磨盘表面自生长的研磨机构，主要包括研磨盘、超声波发射装置、扇形喷头、UV光照射装置，所述研磨盘下方还安装一根支撑并带动所述研磨盘转动的多级传动轴，所述多级传动轴中心有一个空腔，所述超声波发射装置安装在所述多级传动轴的空腔内，所述扇形喷头安装在所述研磨盘上方，所述扇形喷头均匀喷洒混有磨粒的UV光固化涂料在所述研磨盘表面，然后进行所述研磨盘表面自生长，所述UV光照射装置一共有两个，分别安装在所述扇形喷头两侧，所述UV光照射装置内装有UV光灯管。

所述研磨盘表面自生长是将一种UV光固化涂料均匀喷洒覆盖在研磨盘表面后，照射UV光引发UV光固化涂料固化，从而在研磨盘表面生长出一层均匀平整的研磨层，其具体操作是：首先将UV光固化涂料与磨粒均匀混合，然后通过扇形喷头将混有磨粒的UV光固化涂料均匀喷洒于研磨盘表面，待整个研磨盘表面的混有磨粒的UV光固化涂料摊平后，照射UV光，引发UV光固化涂料固化，使UV光固化涂料生长成坚硬的平整面，同时使磨粒借助于UV光固化涂料均匀的固着于研磨盘表面，在修复研磨盘表面缺陷及刮痕的同时，形成一层均匀平整的研磨层。

所述UV光固化涂料是一种新型环保型节能涂料，在UV光(紫外线)的照射下，液态UV光固化涂料中的光引发剂受激发变为自由基或阳离子，从而引发UV光固化涂料中具有反应活性的物质间发生化学反应，最终导致体型结构的形成，从而使UV光固化涂料固化，其固化时间根据厚度不同而改变，具体固化时间可以控制在1分钟内。本发明利用UV光固化涂料的这种特性，将其喷洒在研磨盘表面，然后引发UV光固化涂料固化，即相当于让研磨盘表面生长出一层新的研磨层，形成的研磨层的硬度大、厚度可控，故称这种方法为研磨盘表面自生长技术。由于UV光固化涂料的固化时间很短且无需拆卸研磨盘，所以这种方法快捷简单。

在研磨工件时会在研磨盘表面添加研磨液，所谓研磨液即磨粒的混合液，其作用是使磨粒与工件磨削，增加研磨盘对工件的磨削速度，因此，本发明在进行研磨盘表面自生长时，将磨粒与UV光固化涂料混合，这样，在UV光固化涂料固化之后，磨粒可以通过UV光固化涂料固着于研磨盘表面，形成一层均匀平整的磨粒层，进而可以让研磨盘生长出的新的研磨层能够直接参与工件研磨加工而无需再次添加研磨液，提高了修复效率减小由于研磨盘修复造成的时间损失。

由于研磨盘表面生长出的研磨层直接参与研磨加工，新的研磨层表面必须均匀平整，因此，保证喷洒到研磨盘表面的UV光固化涂料的均匀性及平整性至关重要。考虑到在UV光固化涂料的喷洒过程中，研磨盘保持旋转会产生向心力，同时基于圆盘的特性：圆盘不同直径处线速度不同，离圆心远处圆环线速度大、被喷洒的时间短而近圆心处圆环线速度小、被喷洒的时间长，若用同等喷洒量喷洒整个圆盘，会导致中心盘厚度较外环厚，同时，由于磨粒与UV光固化涂料均匀混合，需要保证混有磨粒的UV光固化涂料喷洒的流畅性防止堵塞，因此，使用了所述扇形喷头，所述扇形喷头的喷口形状为矩形，所述扇形喷头的喷口呈扇形排列，其面积变化原则是近研磨盘圆心处矩形的矩形面积小而远研磨盘圆心处矩形的矩形面积大，这样UV光固化涂料在近圆心处喷洒的范围小、量少而在远圆心处喷洒的范围大、量多，保证混有磨粒的UV光固化涂料更加均匀的喷洒于研磨盘上。

进一步的，所述超声波发射装置安装在所述多级传动轴的空腔内，所述超声波发射装置发射出的超声波的传播方式是漩涡扩散式，当扇形喷头喷洒混有磨粒的UV光固化涂料于研磨盘上之后，超声波发射装置发射的超声波振动UV光固化涂料使之均匀摊开。

进一步的，由于在角速度相同而转动半径不同时，各处线速度不同，因此，在研磨盘表面各圆环区域上UV光涂料接触的UV光照射时间不同，为了保证UV光固化涂料在固化时能够保持均匀、同步，所述UV光灯管安装有灯罩，所述UV光灯管的功率变化规律是：沿着所述研磨盘中心向外围方向，UV光灯管的功率逐渐增强。保证研磨盘外围处的UV光固化涂料受到的UV光强度强，协调UV光照射强度与UV光照射时间，保证研磨盘表面各处的UV光固化涂料能够均匀、同步固化。

由于本发明所述的基于研磨盘表面自生长技术对研磨盘表面进行修复的方法，需要先喷洒液态的UV光固化涂料，在照射UV光使UV光固化涂料生长，在此过程中，不能加工工件，只有当研磨盘表面修复完成之后，才能重新安装工件，进行研磨加工。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

(1)结构简单，便于生产加工和操作；(2)对研磨盘修复时无须拆卸且更加简单快捷，省时省力；(3)采用UV光固化涂料，固化速度快，保证了加工效率，且污染小；(4)采用扇形喷头保证UV光固化涂料在填补研磨盘凹坑、刮痕等缺陷后能生长成更加平整均匀的平整面；(5)研磨盘表面自生长技术对研磨盘表面进行修复，修复后的研磨表面更加平整，减少了工件加工时的振动和跳动，极大程度的提高了工件的加工质量及加工精度。

附图说明

图1为本发明研磨机构整体结构剖视图。

图2本发明扇形喷头结构图。

图3本发明研磨机构俯视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

如图1、图3所示，多级传动轴3支撑在研磨盘5下方，同时通过联轴器2与电动机1连接，在多级传动轴3的空腔内安装有超声波发射装置4，在研磨盘5上方分别安装有工件安装头6、扇形喷头8、UV光照射装置7以及流量调节阀9。研磨盘5由电动机1带动转动，研磨盘5上方的工件安装头6安装工件，由于工件与研磨盘5之间的摩擦，带动工件相对研磨盘5做无序运动，从而达到研磨效果。

为了保证研磨盘5转动时的平稳性，采用了一种多级传动轴3支撑研磨盘5同时带动研磨盘5转动。为了保证UV光固化涂料在喷洒到研磨盘表面后能够均匀摊开，使用了超声波发射装置6，超声波发射装置6安装在多级传动轴3的空腔内。

图2展示了扇形喷头8的喷口面积变化，为了保证混有磨粒的UV光固化涂料喷洒的流畅性防止堵塞，扇形喷头8的喷口的形状被设计成矩形，且喷口的面积变化原则是近研磨盘5圆心处矩形的矩形面积小远研磨盘5圆心处矩形的矩形面积大，使UV光固化涂料在近圆心处喷洒的范围小、量少而在远圆心处喷洒的范围大、量多。

在扇形喷头8的两侧，装有两个UV光照射装置7，UV光照射装置7内装有5根UV光灯管71，每一根UV光灯管71被隔开，且每一根UV光灯管71的功率不同，具体功率变化规律是：UV光灯管71的功率沿着研磨盘5中心向外围方向，UV光灯管71功率逐渐增强。

本发明提供一种具体实施例，其流程为：

首先，调节电动机1转速并启动，通过多级传动轴3带动研磨盘5低速转动。将磨粒混入UV光固化涂料并搅拌均匀，调节好流量调节阀9。将混有磨粒的UV光固化涂料通过扇形喷头8均匀的喷洒于研磨盘5表面，同时，启动超声波发射装置4，利用超声波振荡混合有磨粒的UV光固化涂料，使混有磨粒的UV光固化涂料更加均匀的摊开并覆盖于研磨盘5表面。在开始喷洒涂料后，研磨盘5再转动2周，混有磨粒的UV光固化涂料停止喷洒。同时，启动UV光照射装置7，照射UV光，引发UV光固化涂料固化，保持研磨盘5转速不变，等待混有磨粒的UV光固化涂料固化，完成研磨盘表面自生长，从而完成研磨盘表面凹坑、刮痕等缺陷的修复。在完成研磨盘表面自生长之后，停止超声波发射装置4，并调节电动机1转速，使研磨盘5以工作转速转动。之后，将工件与研磨盘5贴合，开始加工。

在加工过程中，可以多次重新喷洒混有磨粒的UV光固化涂料，重复上述过程，以保证整个加工过程中研磨盘5表面磨粒的锐度以及平整度。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (5)

1.一种研磨盘自生长的研磨机构，主要包括研磨盘(5)、超声波发射装置(4)、扇形喷头(8)、UV光照射装置(7)，其特征在于：所述研磨盘(5)下方还安装一根支撑并带动所述研磨盘(5)转动的多级传动轴(3)，所述多级传动轴(3)中心有一个空腔，所述超声波发射装置(4)安装在所述多级传动轴(3)的空腔内，所述扇形喷头(8)安装在所述研磨盘(5)上方，所述扇形喷头(8)均匀喷洒混有磨粒的UV光固化涂料在所述研磨盘(5)表面，然后进行所述研磨盘(5)表面自生长，所述UV光照射装置(7)一共有两个，分别安装在所述扇形喷头(8)两侧，所述UV光照射装置(7)内装有UV光灯管(71)。

2.根据权利要求1所述的一种研磨盘自生长的研磨机构，其特征在于：所述研磨盘(5)表面自生长是将一种UV光固化涂料均匀喷洒覆盖在研磨盘(5)表面后，照射UV光引发UV光固化涂料固化，从而在研磨盘(5)表面生长出一层均匀平整的研磨层，其具体操作是：首先将UV光固化涂料与磨粒均匀混合，然后通过扇形喷头(8)将混有磨粒的UV光固化涂料均匀喷洒于研磨盘(5)表面，待整个研磨盘(5)表面的混有磨粒的UV光固化涂料摊平后，照射UV光，引发UV光固化涂料固化，使UV光固化涂料生长成坚硬的平整面，同时使磨粒借助于UV光固化涂料均匀的固着于研磨盘(5)表面，在修复研磨盘(5)表面缺陷及刮痕的同时，形成一层均匀平整的研磨层。

3.根据权利要求1所述的一种研磨盘自生长的研磨机构，其特征在于：所述扇形喷头(8)的喷口形状为矩形，所述扇形喷头(8)的喷口呈扇形排列，其面积变化原则是近研磨盘(5)圆心处矩形的矩形面积小而远研磨盘(5)圆心处矩形的矩形面积大，这样UV光固化涂料在近圆心处喷洒的范围小、量少而在远圆心处喷洒的范围大、量多，保证混有磨粒的UV光固化涂料更加均匀的喷洒于研磨盘(5)上。

4.根据权利要求1所述的一种研磨盘自生长的研磨机构，其特征在于：所述超声波发射装置(4)安装在所述多级传动轴(3)的空腔内，所述超声波发射装置(4)发射出的超声波的传播方式是漩涡扩散式，当扇形喷头(8)喷洒混有磨粒的UV光固化涂料于研磨盘(5)上之后，所述超声波发射装置(4)发射的超声波振动UV光固化涂料使之均匀摊开。

5.根据权利要求1所述的一种研磨盘自生长的研磨机构，其特征在于：所述UV光灯管(71)安装有灯罩，所述UV光灯管(71)的功率变化规律是：沿着所述研磨盘(5)中心向外围方向，UV光灯管(71)的功率逐渐增强。