CN105328318A - 一种大气等离子体射流加工对刀方法 - Google Patents

一种大气等离子体射流加工对刀方法 Download PDF

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Abstract

一种大气等离子体射流加工对刀方法，涉及精密光学加工领域。解决了大气等离子体射流的对刀问题。该方法包括：步骤一、组装大气等离子体射流加工对刀装置；步骤二、安装大气等离子体射流加工对刀装置；步骤三、等离子体射流发射装置发射等离子体射流，调节机床使等离子体射流发射装置与通孔发生相对运动，压强传感器记录等离子体射流产生压强数据，机床控制系统记录大气等离子体射流加工对刀装置的X轴向运动距离和Y轴向运动距离，并根据压强数据、X轴向运动距离和Y轴向运动距离获得X轴方向射流位置X0和Y轴方向射流位置Y0；步骤四、确定等离子体射流中心位置坐标，完成对刀。它适用于其他需要对刀的场合。

Description

一种大气等离子体射流加工对刀方法
技术领域
本发明涉及精密光学加工领域，特别是一种大气等离子体射流加工对刀方法。
背景技术
采用大气等离子体加工方法加工光学镜片，去除速率高，而且不产生亚表层损伤，属于与一种无亚表层损伤加工方法，这种方法能够实现高精度曲面加工，采用大气等离子体加工方法加工工件时，首先要实现准确对刀。
加工工件时，该方法的工作气体产生等离子体射流，喷射到工件表面，从而实现加工。然而，由于等离子体射流是一种流体，无法采用传统的接触式对刀，而且由于其存在多种活性粒子，存在光子激发，具有特定的光谱特性，也无法采用光电式对刀方式。
因此，如何解决大气等离子体射流的对刀问题，如何开发设计一种可以准确得到等离子体射流的中心、完成射流对刀的大气等离子体射流加工对刀方法是十分必要的。
发明内容
本发明的目的是为了解决大气等离子体射流的对刀问题，也是为了满足对能够准确得到等离子体射流的中心、完成射流对刀的大气等离子体射流加工对刀方法的需求，提出了一种大气等离子体射流加工对刀装置。
一种大气等离子体射流加工对刀方法，该方法是基于机床5实现的，机床5包括机床控制系统5-1和等离子体射流发射装置5-2；机床控制系统5-1用于记录机床5的工作台的移动距离；等离子体射流发射装置5-2位于机床5的工作台上方；
该方法包括下述步骤：
步骤一、组装大气等离子体射流加工对刀装置；
步骤二、安装大气等离子体射流加工对刀装置；
步骤三、等离子体射流发射装置5-2发射等离子体射流，调节机床5工作台移动，使等离子体射流发射装置5-2与通孔2-1发生相对运动，压强传感器4记录等离子体射流发射装置5-2发射的等离子体射流产生压强数据，机床控制系统5-1记录等离子体射流发射装置5-2的X轴向运动距离和Y轴向运动距离，并根据压强数据、X轴向运动距离和Y轴向运动距离获得X轴方向射流位置X0和Y轴方向射流位置Y0；
步骤四、确定等离子体射流中心位置坐标X0，Y0，完成对刀。
大气等离子体射流加工对刀装置，它包括基座1、熔石英片2、连接管3及压强传感器4；
基座1的上表面设有凹槽，熔石英片2固定设置在基座1的凹槽内，熔石英片2的中心位置开设有通孔2-1；
基座1上表面开有通道1-4，通道1-4包括竖直通道1-4-1和水平通道1-4-2；竖直通道1-4-1和水平通道1-4-2构成L型，竖直通道1-4-1的一端与所述通孔2-1连通，水平通道1-4-2的一端贯通基座1的外侧面，且与连接管3的一端连通；连接管3的另一端设置有压强传感器4；压强传感器4用于记录等离子体射流发射装置5-2的等离子体射流的压强数据，并将该等离子体射流的压强数据发送至机床控制系统5-1。
一种大气等离子体射流加工对刀方法，步骤二中安装大气等离子体射流加工对刀装置，其具体安装方法为：
将大气等离子体射流加工对刀装置的基座1固定在机床5的工作台上，使等离子体射流发射装置5-2设置在所述熔石英片2的通孔2-1的上方，且位于以通孔2-1的中心为圆心的直径10mm的圆形范围内。
一种大气等离子体射流加工对刀方法，步骤三中等离子体射流发射装置5-2发射等离子体射流，调节机床5工作台移动，使等离子体射流发射装置5-2与通孔2-1发生相对运动，压强传感器4记录等离子体射流发射装置5-2发射的等离子体射流产生压强数据，机床控制系统5-1记录大气等离子体射流加工对刀装置的X轴向运动距离和Y轴向运动距离，并根据压强数据、X轴向运动距离和Y轴向运动距离获得X轴方向射流位置X0和Y轴方向射流位置Y0，其具体过程为：
等离子体射流发射装置5-2与熔石英片2上的通孔2-1先沿X轴方向相对运动，同时压强传感器4记录等离子体射流发射装置5-2发射的等离子体射流产生的压强数据，机床控制系统5-1记录机床5的工作台的X轴向运动距离，即大气等离子体射流加工对刀装置的X轴向运动距离；机床5的机床控制系统5-1根据记录的压强数据和大气等离子体射流加工对刀装置的X轴向运动距离，绘制X轴方向压强-位置曲线，并根据求取最大值法获得所述X轴方向压强-位置曲线最高点对应的X坐标，即为X轴方向射流位置X0；该X轴方向射流位置X0为压强最大值对应的X轴向运动距离的值；
然后，等离子体射流发射装置5-2与熔石英片2上的通孔2-1再沿Y轴方向相对运动，同时压强传感器4记录等离子体射流发射装置5-2发射的等离子体射流产生的压强数据，机床控制系统5-1记录机床5的工作台的Y轴向运动距离，即大气等离子体射流加工对刀装置的Y轴向运动距离；机床5的机床控制系统5-1根据记录的压强数据和大气等离子体射流加工对刀装置的Y轴向运动距离，绘制Y轴方向压强-位置曲线，并根据求取最大值法获得所述Y轴方向压强-位置曲线最高点对应的Y坐标，即为Y轴方向射流位置Y0；该Y轴方向射流位置Y0为压强最大值对应的Y轴向运动距离的值。
基座1内设有冷却腔1-3，且位于通道1-4的下方；基座1外侧面设有与冷却腔1-3连通的进水口1-1和出水口1-2；冷却腔1-3用于通入冷水，冷却熔石英片2；进水口1-1和出水口1-2用于使冷水从冷却腔1-3进出。
所述通孔2-1的直径为0.5mm-2mm。
本发明的有益效果在于：
1.本发明是一种非接触式的对刀方法，步骤一、组装大气等离子体射流加工对刀装置；步骤二、安装大气等离子体射流加工对刀装置和等离子体射流发射装置；步骤三、等离子体射流发射装置发射等离子体射流，调节机床工作台移动，使等离子体射流发射装置与通孔发生相对运动，压强传感器记录等离子体射流发射装置发射的等离子体射流产生压强数据，机床控制系统记录大气等离子体射流加工对刀装置的X轴向运动距离和Y轴向运动距离，并根据压强数据、X轴向运动距离和Y轴向运动距离获得X轴方向射流位置X0和Y轴方向射流位置Y0；步骤四、确定等离子体射流中心位置坐标(X0，Y0)，完成对刀。
该方法中，基座放置在机床的工作台上，并随工作台移动。工作台移动，使等离子体射流发射装置设置在所述熔石英片的通孔的上方，且位于以通孔的中心为圆心的直径10mm的圆形范围内；等离子体射流发射装置工作，发射出等离子体射流，压强传感器记录等离子体射流的压强数据，并将该压强数据发送至机床控制系统；然后工作台先进行X轴向运动，再进行Y轴向运动，机床控制系统记录工作台的X轴向运动距离和Y轴向运动距离，机床控制系统绘制X轴方向压强-位置曲线和Y轴方向压强-位置曲线，并根据求取最大值法获得所述X轴方向压强-位置曲线最高点对应的X坐标，即为X轴方向射流位置X0和所述Y轴方向压强-位置曲线最高点对应的Y坐标，即为Y轴方向射流位置Y0，坐标(X0，Y0)即为等离子体射流中心位置坐标，完成了大气等离子体射流的对刀，解决了大气等离子体射流的对刀问题。
2.由于在基座内下部设有冷却腔，使得本发明的方法能够应用在多种温度等离子体射流对刀中；通过后续数据处理，使得组装大气等离子体射流加工对刀装置重复性较好，能够保证对刀的重复定位精度为0.2mm。
3.本发明基于其流体特性，利用了其射流压强分布特点，可以准确得到等离子体射流的中心，完成射流对刀。
4.本发明采用常见的压强传感器，结构简单，成本较低，有利于实现商品化。。
本发明适用于其他需要对刀的场合。
附图说明
图1为一种大气等离子体射流加工对刀方法的流程图；
图2为大气等离子体射流加工对刀装置的结构示意图；
图3为图2的A-A剖视图；
图4为图2的使用演示图；
图5为X轴方向压强—位置曲线图；
图6为Y轴方向压强—位置曲线图；
图7为一种大气等离子体射流加工对刀装置的实验数据；
其中：1-基座；1-1-进水口；1-2-出水口；1-3-冷却腔；1-4-通道；2-熔石英片；2-1-通孔；3-连接管；4-压强传感器；5-机床；5-1-机床控制系统；5-2-等离子体射流发射装置。
具体实施方式
具体实施方式一、参照图1至图7具体说明本实施方式，本实施方式所述的一种大气等离子体射流加工对刀方法，该方法是基于机床5实现的，机床5包括机床控制系统5-1和等离子体射流发射装置5-2；机床控制系统5-1用于记录机床5的工作台的移动距离；等离子体射流发射装置5-2位于机床5的工作台上方；
该方法包括下述步骤：
步骤一、组装大气等离子体射流加工对刀装置；
步骤二、安装大气等离子体射流加工对刀装置；
步骤三、等离子体射流发射装置5-2发射等离子体射流，调节机床5工作台移动，使等离子体射流发射装置5-2与通孔2-1发生相对运动，压强传感器4记录等离子体射流发射装置5-2发射的等离子体射流产生压强数据，机床控制系统5-1记录大气等离子体射流加工对刀装置的X轴向运动距离和Y轴向运动距离，并根据压强数据、X轴向运动距离和Y轴向运动距离获得X轴方向射流位置X0和Y轴方向射流位置Y0；
步骤四、确定等离子体射流中心位置坐标(X0，Y0)，完成对刀。
具体实施方式二、参照图2至图4具体说明本实施方式，本实施方式是对实施方式一所述的一种大气等离子体射流加工对刀方法的进一步说明，本实施方式中，大气等离子体射流加工对刀装置，它包括基座1、熔石英片2、连接管3及压强传感器4；
基座1的上表面设有凹槽，熔石英片2固定设置在基座1的凹槽内，熔石英片2的中心位置开设有通孔2-1；
基座1上表面开有通道1-4，通道1-4包括竖直通道1-4-1和水平通道1-4-2；竖直通道1-4-1和水平通道1-4-2构成L型，竖直通道1-4-1的一端与所述通孔2-1连通，水平通道1-4-2的一端贯通基座1的外侧面，且与连接管3的一端连通；连接管3的另一端设置有压强传感器4；压强传感器4用于记录等离子体射流发射装置5-2的等离子体射流的压强数据，并将该等离子体射流的压强数据发送至机床控制系统5-1。
具体实施方式三、本实施方式是对实施方式二所述的一种大气等离子体射流加工对刀方法的进一步说明，本实施方式中，步骤二中安装大气等离子体射流加工对刀装置，其具体安装方法为：
将大气等离子体射流加工对刀装置的基座1固定在机床5的工作台上，使等离子体射流发射装置5-2设置在所述熔石英片2的通孔2-1的上方，且位于以通孔2-1的中心为圆心的直径10mm的圆形范围内。
具体实施方式四、本实施方式是对实施方式二所述的一种大气等离子体射流加工对刀方法的进一步说明，本实施方式中，步骤三中等离子体射流发射装置5-2发射等离子体射流，调节机床5工作台移动，使等离子体射流发射装置5-2与通孔2-1发生相对运动，压强传感器4记录等离子体射流发射装置5-2发射的等离子体射流产生压强数据，机床控制系统5-1记录大气等离子体射流加工对刀装置的X轴向运动距离和Y轴向运动距离，并根据压强数据、X轴向运动距离和Y轴向运动距离获得X轴方向射流位置X0和Y轴方向射流位置Y0，其具体过程为：
等离子体射流发射装置5-2与熔石英片2上的通孔2-1先沿X轴方向相对运动，同时压强传感器4记录等离子体射流发射装置5-2发射的等离子体射流产生的压强数据，机床控制系统5-1记录机床5的工作台的X轴向运动距离，即大气等离子体射流加工对刀装置的X轴向运动距离；机床5的机床控制系统5-1根据记录的压强数据和大气等离子体射流加工对刀装置的X轴向运动距离，绘制X轴方向压强-位置曲线，并根据求取最大值法获得所述X轴方向压强-位置曲线最高点对应的X坐标，即为X轴方向射流位置X0；该X轴方向射流位置X0为压强最大值对应的X轴向运动距离的值；
然后，等离子体射流发射装置5-2与熔石英片2上的通孔2-1再沿Y轴方向相对运动，同时压强传感器4记录等离子体射流发射装置5-2发射的等离子体射流产生的压强数据，机床控制系统5-1记录机床5的工作台的Y轴向运动距离，即大气等离子体射流加工对刀装置的Y轴向运动距离；机床5的机床控制系统5-1根据记录的压强数据和大气等离子体射流加工对刀装置的Y轴向运动距离，绘制Y轴方向压强-位置曲线，并根据求取最大值法获得所述Y轴方向压强-位置曲线最高点对应的Y坐标，即为Y轴方向射流位置Y0；该Y轴方向射流位置Y0为压强最大值对应的Y轴向运动距离的值。
具体实施方式五、本实施方式是对实施方式二所述的一种大气等离子体射流加工对刀方法的进一步说明，本实施方式中，基座1内设有冷却腔1-3，且位于通道1-4的下方；基座1外侧面设有与冷却腔1-3连通的进水口1-1和出水口1-2；冷却腔1-3用于通入冷水，冷却熔石英片2；
进水口1-1和出水口1-2用于使冷水从冷却腔1-3进出。
本实施方式中，由于部分大气等离子体射流温度较高，无冷却会使熔石英片2熔融变形，因而在温度范围为800℃～3000℃的高温等离子体射流下工作需增加水冷却。冷水从进水口1-1进入冷却腔1-3，从出水口1-2流出，使基座1凹槽内的熔石英片2冷却，不会发生熔融变形。
冷却腔1-3，使得本发明所述的装置，能够应用在多种温度等离子体射流对刀中。
具体实施方式六、本实施方式是对实施方式二所述的一种大气等离子体射流加工对刀装置的进一步说明，本实施方式中，所述通孔2-1的直径为0.5mm-2mm。

Claims (6)

1.一种大气等离子体射流加工对刀方法，该方法是基于机床(5)实现的，机床(5)包括机床控制系统(5-1)和等离子体射流发射装置(5-2)；机床控制系统(5-1)用于记录机床(5)的工作台的移动距离；等离子体射流发射装置(5-2)位于机床(5)的工作台上方；
其特征在于，该方法包括下述步骤：
步骤一、组装大气等离子体射流加工对刀装置；
步骤二、安装大气等离子体射流加工对刀装置；
步骤三、等离子体射流发射装置(5-2)发射等离子体射流，调节机床(5)工作台移动，使等离子体射流发射装置(5-2)与通孔(2-1)发生相对运动，压强传感器(4)记录等离子体射流发射装置(5-2)发射的等离子体射流产生压强数据，机床控制系统(5-1)记录等离子体射流发射装置(5-2)的X轴向运动距离和Y轴向运动距离，并根据压强数据、X轴向运动距离和Y轴向运动距离获得X轴方向射流位置X0和Y轴方向射流位置Y0；
步骤四、确定等离子体射流中心位置坐标(X0，Y0)，完成对刀。
2.根据权利要求1所述的一种大气等离子体射流加工对刀方法，其特征在于，
大气等离子体射流加工对刀装置，它包括基座(1)、熔石英片(2)、连接管(3)及压强传感器(4)；
基座(1)的上表面设有凹槽，熔石英片(2)固定设置在基座(1)的凹槽内，熔石英片(2)的中心位置开设有通孔(2-1)；
基座(1)上表面开有通道(1-4)，通道(1-4)包括竖直通道(1-4-1)和水平通道(1-4-2)；竖直通道(1-4-1)和水平通道(1-4-2)构成L型，竖直通道(1-4-1)的一端与所述通孔(2-1)连通，水平通道(1-4-2)的一端贯通基座(1)的外侧面，且与连接管(3)的一端连通；连接管(3)的另一端设置有压强传感器(4)；压强传感器(4)用于记录等离子体射流发射装置(5-2)的等离子体射流的压强数据，并将该等离子体射流的压强数据发送至机床控制系统(5-1)。
3.根据权利要求2所述的一种大气等离子体射流加工对刀方法，其特征在于，步骤二中安装大气等离子体射流加工对刀装置，其具体安装方法为：
将大气等离子体射流加工对刀装置的基座(1)固定在机床(5)的工作台上，使等离子体射流发射装置(5-2)设置在所述熔石英片(2)的通孔(2-1)的上方，且位于以通孔(2-1)的中心为圆心的直径10mm的圆形范围内。
4.根据权利要求2所述的一种大气等离子体射流加工对刀方法，其特征在于，步骤三中等离子体射流发射装置(5-2)发射等离子体射流，调节机床(5)工作台移动，使等离子体射流发射装置(5-2)与通孔(2-1)发生相对运动，压强传感器(4)记录等离子体射流发射装置(5-2)发射的等离子体射流产生压强数据，机床控制系统(5-1)记录大气等离子体射流加工对刀装置的X轴向运动距离和Y轴向运动距离，并根据压强数据、X轴向运动距离和Y轴向运动距离获得X轴方向射流位置X0和Y轴方向射流位置Y0，其具体过程为：
等离子体射流发射装置(5-2)与熔石英片(2)上的通孔(2-1)先沿X轴方向相对运动，同时压强传感器(4)记录等离子体射流发射装置(5-2)发射的等离子体射流产生的压强数据，机床控制系统(5-1)记录机床(5)的工作台的X轴向运动距离，即大气等离子体射流加工对刀装置的X轴向运动距离；机床(5)的机床控制系统(5-1)根据记录的压强数据和大气等离子体射流加工对刀装置的X轴向运动距离，绘制X轴方向压强-位置曲线，并根据求取最大值法获得所述X轴方向压强-位置曲线最高点对应的X坐标，即为X轴方向射流位置X0；该X轴方向射流位置X0为压强最大值对应的X轴向运动距离的值；
然后，等离子体射流发射装置(5-2)与熔石英片(2)上的通孔2-1再沿Y轴方向相对运动，同时压强传感器(4)记录等离子体射流发射装置(5-2)发射的等离子体射流产生的压强数据，机床控制系统(5-1)记录机床(5)的工作台的Y轴向运动距离，即大气等离子体射流加工对刀装置的Y轴向运动距离；机床(5)的机床控制系统(5-1)根据记录的压强数据和大气等离子体射流加工对刀装置的Y轴向运动距离，绘制Y轴方向压强-位置曲线，并根据求取最大值法获得所述Y轴方向压强-位置曲线最高点对应的Y坐标，即为Y轴方向射流位置Y0；该Y轴方向射流位置Y0为压强最大值对应的Y轴向运动距离的值。
5.根据权利要求2所述的一种大气等离子体射流加工对刀方法，其特征在于，基座(1)内设有冷却腔(1-3)，且位于通道(1-4)的下方；基座(1)外侧面设有与冷却腔(1-3)连通的进水口(1-1)和出水口(1-2)；冷却腔(1-3)用于通入冷水，冷却熔石英片(2)；进水口(1-1)和出水口(1-2)用于使冷水从冷却腔(1-3)进出。
6.根据权利要求2所述的一种大气等离子体射流加工对刀方法，其特征在于，所述通孔(2-1)的直径为0.5mm-2mm。
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