CN105290916A - 一种超精密磨削磨头及其使用方法 - Google Patents

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马占龙
赵越
朱峰
隋永新
杨怀江
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Abstract

本发明涉及一种超精密磨削磨头及其使用方法，属于光学先进制造领域，以解决大中型平面镜加工中铣磨面形收敛差、亚表面损伤层深、后续抛光效率低的问题。该超精密磨削磨头包括圆饼状的基底，含金刚石微粉的圆饼状丸片，具有导流作用的中空连接杆，导流槽，所述的金刚石丸片用胶粘的方式均布在磨头基底上并用铣磨机床修整到较高的平面度，所述的连接杆与基底为一体式结构并与机床主轴相连，所述连接杆中央的导流槽可以在加工过程中提供冷却液。本发明的磨头制作工艺简单，成本低廉，使用安全可靠；采用的超精密磨削磨头对大口径平面进行有效的磨削，有效提高光学元件的表面面形，降低亚表面损伤层深度，显著提高后续抛光加工的效率和精度。

Description

一种超精密磨削磨头及其使用方法
技术领域
本发明涉及光学冷加工，特别涉及一种超精密磨削磨头及其使用方法。
背景技术
随着现代光学技术的快速发展，对光学加工、检测和装调都提出了更高的要求。高精度的大中型平面镜的应用也日趋广泛，小到光学检测用的参考面和精密光学系统的窗口，大到光学系统装调中用的高精度参考基准面，都需要高精度的平面型光学元件，因此高效、低价的加工工艺显得尤为重要。
大中型光学平面镜制造工艺主要分为铣磨成型和抛光两个部分。当前采用较为普遍的加工工艺是铣磨成型后用大型环抛机进行抛光。铣磨机磨削加工后往往面形较差且亚表面损伤较深，后续抛光需要花费大量时间修正面形和去除亚表面损伤。环抛机为大型传统型加工设备，工艺复杂且效率很低，最终元件的面形很难达到很高的精度而且工艺受限于加工者的经验。目前尚未有介于铣磨与抛光之间的过渡工艺解决上述问题。
发明内容
本发明要解决现有技术中的技术问题，提供一种超精密磨削磨头及其使用方法。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案具体如下：
一种超精密磨削磨头，包括：圆饼状的基底，含有金刚石微粉的圆饼状丸片，具有导流作用的中空连接杆，导流槽；
所述的丸片均布在基底上；
所述的连接杆与基底为一体式结构并与机床主轴相连；所述连接杆中央的导流槽可以在加工过程中提供冷却液。
在上述技术方案中，所述的丸片胶粘在基底上。
在上述技术方案中，所述的丸片为金属基底或者树脂基底，口径为8-12mm，厚度为3-5mm。
在上述技术方案中，所述的丸片呈环状均匀分布于基底表面，环间距为8-10mm，同一环上间距为5-8mm；所述丸片的下表面面积之和与基底表面面积之比为1:1到1:2。
在上述技术方案中，所述的导流槽为直径为8-10mm的通孔。
上述的超精密磨削磨头的使用方法，包括以下步骤：
对光学元件的初始面形和中心厚度进行测量，根据测量结果规划超精密磨削磨头的加工路径和不同位置的驻留时间，根据前期的去除函数规划加工的去除量，生成加工文件；
将磨头移动到光学元件中心或边缘位置，调整冷却液喷管的位置，保证加工过程中冷却效果最佳，加工完成后重新测量光学元件的表面面形和中心厚度，若测量结果达标，则完成加工；若没有达到预期加工效果，则按照新的测量结果重新生成加工文件，再进行加工；
通过多次的检测和反复的迭代磨削加工，最终使光学元件达到预定的加工目标。
在上述技术方案中，所述的超精密磨削磨头进给方式为以螺旋线方式进给。
在上述技术方案中，所述的加工路径为超精密磨削磨头从平面光学元件的中心到边缘或者边缘到中心的路径。
本发明具有以下的有益效果：
本发明的超精密磨削磨头制作工艺简单，成本低廉，使用安全可靠；本发明采用的超精密磨削磨头可对大中型口径平面进行有效的磨削，快速形成稳定可靠的磨削工艺，抛光过程中可以通过元件的面形规划每轮的去除量和不同位置的驻留时间，通过反复的反馈式迭代最终达到修正面形和去除表面损伤层的目的，显著提高后续抛光加工的效率和精度。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明的超精密磨削磨头的结构示意图；
图2为采用图1所示的超精密磨削磨头加工平面光学元件的磨削原理示意图；
图3为采用图1所示的超精密磨削磨头加工平面光学元件的路径示意图；
图4为采用图1所示的超精密磨削磨头加工平面光学元件的工艺示意图。
图中的附图标记表示为：
1-超精密磨削磨头；2-基底；3-丸片；4-连接杆；5-光学元件；6-导流槽。
具体实施方式
本发明的发明思想为：
本发明的超精密磨削磨头包括圆饼状的基底，含有金刚石微粉的圆饼状丸片，具有导流作用的中空连接杆，导流槽；所述的金刚石丸片用胶粘的方式均布在磨头基底上并用铣磨机床修整到较高的平面度，所述的连接杆与基底为一体式结构并与机床主轴相连，所述连接杆中央的导流槽可以在加工过程中提供冷却液。
所述的丸片胶粘在基底上。
所述的丸片为金属基底或树脂基底，口径为8-12mm，厚度为3-5mm。。
所述的丸片均匀分布于基底表面，环间距为8-10mm，同一环上丸片间距为5-8mm，表面积比为1:1到1:2。
所述的导流槽为直径为8-10mm的通孔。
所述的超精密磨削磨头及其使用方法，该方法的加工步骤如下：
检测光学元件的初始面形和中心厚度，根据测量结果规划磨头的加工路径和不同位置的驻留时间，根据前期的去除函数规划加工的去除量，生成加工文件，将磨头移动到元件中心或边缘位置，调整冷却液喷管的位置，保证加工过程中冷却效果最佳，加工完成后重新测量元件的表面面形和中心厚度，若测量结果达标，则完成加工；若没有达到预期加工效果，则按照新的测量结果重新生成加工文件，再进行加工，通过多次的检测和反复的迭代磨削加工，最终使光学元件达到预定的加工目标。
所述的超精密磨削磨头进给方式为以螺旋线方式进给。
所述的超精密磨削磨头加工路径为超精密磨削磨头从平面光学元件的中心到边缘或者边缘到中心的路径。
下面结合附图对本发明做以详细说明。
如图1所示，本发明的超精密磨削磨头主要由：超精密磨削磨头1，基底2，丸片3，连接杆4，导流槽6组成，含有金刚石微粉的丸片3通过胶粘的方式均布在磨削磨头基底2上并且磨削面与基底表面积比为1:1到1:2，连接杆4与基底2为一体式结构，连接杆4中央的导流槽6可以保证磨削接触区域得到充分的冷却，连接杆4的另一端与机床主轴连接。
在本实施方式中，粘接在磨削磨头基底上的金刚石丸片为金属基底或者树脂基底。如图2所示，采用本发明的超精密磨削磨头对光学平面元件5进行磨削，丸片3层与光学元件5接触，超精密磨削磨头1的加工路径如图3所示的螺旋线路径，超精密磨削磨头1的受力方向始终与光学元件5表面法向重合，光学元件5与超精密磨削磨头1旋转方向相反，超精密磨削磨头1既可以从中心向边缘加工，也可以由边缘到中心加工。
通过调整超精密磨削磨头1在平面光学元件不同位置时的进给速度，控制超精密磨削磨头1在不同位置的驻留时间，实现光学元件5表面面形的误差修正。
如图4所示，采用本发明的超精密磨削磨头对光学元件5进行抛光具体步骤为：步骤一、制做安装超精密磨削磨头1；步骤二、检测光学元件5的初始面形误差；步骤三、根据光学元件5面形和亚表面损伤层深度，规划单轮去除量并确定超精密磨削磨头1磨削的起始位置；步骤四、规划超精密磨削磨头1在光学元件5不同位置的进给速度并生成加工文件；步骤五、调整冷却液喷管到最佳位置，开始加工；步骤六、磨削加工完成后重新对光学元件5面形进行检测，若面形满足要求，则完成抛光；反之，则重复步骤三、四、五，即利用光学平面元件的面形误差重新计算驻留时间并生成加工文件，再次进行磨削加工，通过多次的检测与反复迭磨削加工，最终使光学元件5的面形精度达到预定值。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (8)

1.一种超精密磨削磨头，其特征在于，包括：圆饼状的基底(2)，含有金刚石微粉的圆饼状丸片(3)，具有导流作用的中空连接杆(4)，导流槽(6)；
所述的丸片(3)均布在基底(2)上；
所述的连接杆(4)与基底(2)为一体式结构并与机床主轴相连；所述连接杆(4)中央的导流槽(6)可以在加工过程中提供冷却液。
2.根据权利要求1所述的超精密磨削磨头，其特征在于，所述的丸片(3)胶粘在基底(2)上。
3.根据权利要求1所述的超精密磨削磨头，其特征在于，所述的丸片(3)为金属基底或者树脂基底，口径为8-12mm，厚度为3-5mm。
4.根据权利要求1所述的超精密磨削磨头，其特征在于，
所述的丸片(3)呈环状均匀分布于基底表面，环间距为8-10mm，同一环上间距为5-8mm；所述丸片(3)的下表面面积之和与基底表面面积之比为1:1到1:2。
5.根据权利要求1所述的超精密磨削磨头，其特征在于，所述的导流槽(6)为直径为8-10mm的通孔。
6.权利要求1所述的超精密磨削磨头的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
对光学元件(5)的初始面形和中心厚度进行测量，根据测量结果规划超精密磨削磨头(1)的加工路径和不同位置的驻留时间，根据前期的去除函数规划加工的去除量，生成加工文件；
将磨头移动到光学元件(5)中心或边缘位置，调整冷却液喷管的位置，保证加工过程中冷却效果最佳，加工完成后重新测量光学元件(5)的表面面形和中心厚度，若测量结果达标，则完成加工；若没有达到预期加工效果，则按照新的测量结果重新生成加工文件，再进行加工；
通过多次的检测和反复的迭代磨削加工，最终使光学元件(5)达到预定的加工目标。
7.根据权利要求6所述的超精密磨削磨头的使用方法，其特征在于，所述的超精密磨削磨头(1)进给方式为以螺旋线方式进给。
8.根据权利要求6所述的超精密磨削磨头的使用方法，其特征在于，所述的加工路径为超精密磨削磨头(1)从平面光学元件的中心到边缘或者边缘到中心的路径。
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