CN107414665B - 一种振动复合柔性磨抛装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种振动复合柔性磨抛装置，所述磨抛装置包括连接轴、背板、压电陶瓷、研磨盘以及研磨垫，所述背板固定在所述连接轴的一端，所述研磨盘固定在所述背板上；所述背板开设有容腔，所述背板的边缘朝向所述研磨盘凸起环形的固定部，所述研磨盘包括环形肩以及位于环形肩中部的凸台，所述环形肩与所述固定部固定连接，所述凸台与所述环形肩之间通过柔性铰链连接，所述容腔内对应所述凸台的位置设有所述压电陶瓷；所述研磨垫贴设在所述凸台上。本发明通过让凸台中部的振动幅度大于外围的振动幅度，有助于控制结构柔性和研磨的材料去除率。进一步，研磨垫的研磨面上开设有呈螺旋线分布的细沟槽使得研磨加工材料去除更佳均匀，提高研磨平面的磨抛质量。

Description

一种振动复合柔性磨抛装置

技术领域

本发明涉及磨抛工具的领域，具体而言，涉及一种振动复合柔性磨抛装置。

背景技术

精密光整加工技术是为了适应现代精密工程与高端元器件制造需求而发展起来的一种先进制造技术，其目的是为了获得更高质量得元器件表面以满足如光学、电子、机械等行业得需求，可以说，当前精密光整加工技术已成为精密工程技术的主要研究方向之一，其开发的装备和工艺技术也成为机械制造、电子元器件、光学制造等行业必不可少的重要保障，在国防科学技术现代化和国民经济建设中发挥着至关重要的作用。

在对重要元器件表面得高精度加工过程中，磨削和抛光往往作为最后一道工序而益发显得举足轻重。因此，具备高效高质量研磨加工能力得研磨装备与技术是目前研发得热点。目前常用的研磨工具主要是采用平面研磨头，由Preston方程关于研磨材料去除率与研磨界面的相对速度和压力分布状态有关的性质分析可知，该平面研磨头在其旋转中心区域的切向速度较低，其材料去除率较低，因此，平面研磨头的材料去除率是一个关于旋转中心对称的“V”字行，这种材料去除率分布特性容易导致研磨垫磨损不均，而且平面研磨垫的材料去除率本身也较低，且不易加工磨粒和液体进入中心区。

发明内容

本发明提供了一种振动复合柔性磨抛装置，旨在改善现有的平面研磨头的中心区域磨抛速度低、材料去除率低的问题。

本发明是这样实现的：

一种振动复合柔性磨抛装置，所述磨抛装置包括连接轴、背板、压电陶瓷、研磨盘以及研磨垫，所述背板固定在所述连接轴的一端，所述研磨盘固定在所述背板上；所述背板开设有容腔，所述背板的边缘朝向所述研磨盘凸起环形的固定部，所述研磨盘包括环形肩以及位于环形肩中部的凸台，所述环形肩与所述固定部固定连接，所述凸台与所述环形肩之间通过柔性铰链连接，所述容腔内对应所述凸台的位置设有所述压电陶瓷；所述研磨垫贴设在所述凸台上。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述研磨盘一体制成，所述研磨盘上开设环形凹槽，所述环形凹槽将所述环形肩与所述凸台分隔开来，所述环形凹槽处的厚度比所述环形肩与所述凸台的厚度薄，所述环形凹槽处形成柔性铰链。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述研磨盘为圆形盘，所述研磨盘相对的两面上分别开设有相对的设置的环形凹槽。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述背板为圆柱形，所述背板、所述研磨盘与所述连接轴同轴设置。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述压电陶瓷与所述研磨盘同轴设置，所述压电陶瓷与所述研磨盘连接并预紧；所述研磨盘朝向所述压电陶瓷开设有半球槽，所述压电陶瓷包括压电模块与半球体连接部，所述半球体连接部与所述半球槽配合。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述研磨垫的研磨面上开设有呈螺旋线分布的细沟槽。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述细沟槽的宽度从中心处向外沿螺旋线的轨迹逐渐增大。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述螺旋线为阿基米德螺线。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述细沟槽的横截面为圆弧形、矩形或梯形。

进一步地，在本发明较佳的实施例中，所述磨抛装置还包括滑环，所述滑环套设在所述连接轴上，所述连接轴上开设有第一通线孔，所述背板上开设有第二通线孔，所述连接轴内沿轴线开设有通孔，所述通孔与所述第一通线孔连通。

本发明的有益效果是：本发明通过上述设计得到的振动复合柔性磨抛装置，通过将研磨盘的凸台设在中部，且将凸台与位于凸台外围的环形肩柔性铰链连接，使得凸台能够相对环形肩沿凸台的轴线振动。进一步，通过压电陶瓷驱动凸台的中心处，使得凸台中部的振动幅度大于外围的振动幅度，控制研磨盘与研磨平面的接触压力。有助于控制研磨去的材料去除率。有助于磨粒与研磨液的循环更换，使得研磨盘、研磨垫能够更好的清洁，有效防止研磨垫的堵塞，提高研磨效率。进一步，所述研磨垫的研磨面上开设有呈螺旋线分布的细沟槽。所述细沟槽的宽度从中心处向外沿螺旋线的轨迹逐渐增大。根据界面的有限差分分析，设置呈螺旋线分布的细沟槽，进一步促进研磨液在研磨界面的充分流动，使得研磨加工材料去除更佳均匀，提高研磨平面的磨抛质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明实施例，振动复合柔性磨抛装置在第一视角下的结构示意图；

图2是图1所示振动复合柔性磨抛装置的爆炸图；

图3是本发明实施例，振动复合柔性磨抛装置在第二视角下的结构示意图；

图4是本发明实施例，振动复合柔性磨抛装置在第三视角下的结构示意图；

图5是图3所示的振动复合柔性磨抛装置沿A-A方向的剖视图；

图标：连接轴1；滑环2；定子21；转子22；第一通线孔11；通孔12；背板3；研磨盘4；柔性铰链41；环形肩42；凸台43；半球槽44；研磨垫5；细沟槽51；固定部31；容腔32；压电陶瓷6；压电模块61；半球体62。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

参照图1至图5所示，一种振动复合柔性磨抛装置用于设置与磨抛设备上，磨抛装置包括连接轴1、背板3、压电陶瓷6、研磨盘4、研磨垫5以及滑环2。背板3固定在所述连接轴1的一端，连接轴1的另一端与磨抛设备连接，磨抛设备可以驱动连接轴1旋转，进而驱动整个磨抛装置的旋转。研磨盘4设在背板3上，压电陶瓷6设在背板3与研磨盘4之间。所述研磨垫5贴设在所述研磨盘4上。

所述滑环2套设在所述连接轴1上。具体的，滑环2包括转子22和定子21，转子22套设在连接轴1上并与其固定连接，转子22随连接轴1同步旋转。定子21套设在转子22上，定子21不会随着连接轴1的旋转而旋转。优选的，所述连接轴1上开设有第一通线孔11，所述背板3上开设有第二通线孔，所述连接轴1内沿轴线开设有通孔12，所述通孔12与所述第一通线孔11连通。滑环2与压电陶瓷6之间通过导线连接，导线从第一通线孔11经过，并从通孔12、第二通线孔穿过。使得压电陶瓷6与滑环2建立稳定的电连接关系，不会因为磨抛装置的旋转而造成连接关系的不稳定。且使得磨抛装置整体更佳美观整洁，避免导线外露带来隐患。

优选的，所述背板3开设有容腔32，所述背板3的边缘朝向所述研磨盘4凸起环形的固定部31，容腔32由环形的固定部31围合而成。所述研磨盘4包括环形肩42以及位于环形肩42中部的凸台43，所述环形肩42与所述固定部31固定连接。所述凸台43与所述环形肩42之间通过柔性铰链41连接，所述容腔32内对应所述凸台43的位置设有所述压电陶瓷6，所述研磨垫5贴设在所述凸台43上。优选的，所述压电陶瓷6与所述研磨盘4同轴设置，所述压电陶瓷6与所述研磨盘4连接并预紧。所述研磨盘4采用具有一定弹性变形的材料制成，使得研磨盘4的凸台43能够在压电陶瓷6的驱动作用下振动。

通过将研磨盘4的凸台43设在中部，且将凸台43与位于凸台43外围的环形肩42柔性铰链41连接，使得凸台43能够相对环形肩42沿凸台43的轴线振动。进一步，通过压电陶瓷6驱动凸台43的中心处，使得凸台43中部的振动幅度大于外围的振动幅度，控制研磨盘4与研磨平面的接触压力。因此，在研磨过程中，凸台43朝向远离研磨平面振动时，凸台43与研磨平台之间空间的真空度提高，促进磨粒与研磨液流入研磨抛光区。当凸台43朝向研磨平面振动时，在凸台43的压力作用下，促使将磨粒与研磨液流出研磨抛光区。基于Preston方程，有助于控制研磨去的材料去除率。有助于磨粒与研磨液的循环更换，使得研磨盘4、研磨垫5能够更好的清洁，有效防止研磨垫5的堵塞，提高研磨效率。

优选的，所述研磨盘4一体制成，研磨盘4采用具有铁材质制成，具有一定的刚性与柔性。所述研磨盘4上开设环形凹槽，所述环形凹槽将所述环形肩42与所述凸台43分隔开来，所述环形凹槽处的厚度比所述环形肩42与所述凸台43的厚度薄，所述环形凹槽处形成柔性铰链41。由于环形凹槽处的厚度较薄，使得环形凹槽处相比环形肩42与凸台43柔性更佳，进而形成柔性铰链41。

更优选的，所述研磨盘4为圆形盘，所述研磨盘4相对的两面上分别开设有相对的设置的环形凹槽。将研磨盘4的上下两面分别开设相对的环形凹槽，使得凸台43的朝向研磨平面与远离研磨平面的振动幅度相近，促进磨粒与研磨液更好的流入、流出。

优选的，所述背板3为圆柱形，所述背板3、所述研磨盘4与所述连接轴1同轴设置。更优选的，研磨盘4为圆形，所述研磨的外径与背板3的外径相同。使得连接轴1旋转时，所述背板3与所述研磨盘4同轴旋转，便于研磨盘4的旋转控制。

优选的，所述压电陶瓷6与所述研磨盘4同轴设置，所述压电陶瓷6与所述研磨盘4连接并预紧。所述研磨盘4朝向所述压电陶瓷6开设有半球槽44，所述压电陶瓷6包括压电模块61与半球体62连接部。所述半球体62连接部与所述半球槽44配合，使得压电陶瓷6与研磨盘4的连接位置准确，压电陶瓷6对研磨盘4的驱动更有效。

优选的，所述研磨垫5的研磨面上开设有呈螺旋线分布的细沟槽51。所述细沟槽51的宽度从中心处向外沿螺旋线的轨迹逐渐增大。根据界面的有限差分分析，设置呈螺旋线分布的细沟槽51，进一步促进研磨液在研磨界面的充分流动，使得研磨加工材料去除更佳均匀，提高研磨平面的磨抛质量。更优选的，所述螺旋线为阿基米德螺线，使得研磨区的接触压力更佳均匀化，促进研磨液的流动，进而提高材料去除的效率以及提高研磨平面的加工精度与质量。

优选的，所述细沟槽51的横截面为圆弧形，减少研磨垫5的磨损，提高研磨垫5的使用寿命。所述细沟槽51的横截面还可以是矩形或梯形。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种振动复合柔性磨抛装置，其特征在于，所述磨抛装置包括连接轴、背板、压电陶瓷、研磨盘以及研磨垫，所述背板固定在所述连接轴的一端，所述研磨盘固定在所述背板上；所述背板开设有容腔，所述背板的边缘朝向所述研磨盘凸起环形的固定部，所述研磨盘包括环形肩以及位于环形肩中部的凸台，所述环形肩与所述固定部固定连接，所述凸台与所述环形肩之间通过柔性铰链连接，所述容腔内对应所述凸台的位置设有所述压电陶瓷，所述凸台朝向所述压电陶瓷开设有半球槽，所述压电陶瓷包括压电模块与半球体连接部，所述半球体连接部与所述半球槽配合；所述研磨垫贴设在所述凸台上；其中，所述研磨盘一体制成，所述研磨盘相对的两面上分别开设有相对的设置的环形凹槽，所述环形凹槽将所述环形肩与所述凸台分隔开来，所述环形凹槽处的厚度比所述环形肩与所述凸台的厚度薄，所述环形凹槽处形成柔性铰链。

2.根据权利要求1所述的振动复合柔性磨抛装置，其特征在于，所述研磨盘为圆形盘。

3.根据权利要求2所述的振动复合柔性磨抛装置，其特征在于，所述背板为圆柱形，所述背板、所述研磨盘与所述连接轴同轴设置。

4.根据权利要求3所述的振动复合柔性磨抛装置，其特征在于，所述压电陶瓷与所述研磨盘同轴设置，所述压电陶瓷与所述研磨盘连接并预紧。

5.根据权利要求4所述的振动复合柔性磨抛装置，其特征在于，所述研磨垫的研磨面上开设有呈螺旋线分布的细沟槽。

6.根据权利要求5所述的振动复合柔性磨抛装置，其特征在于，所述细沟槽的宽度从中心处向外沿螺旋线的轨迹逐渐增大。

7.根据权利要求6所述的振动复合柔性磨抛装置，其特征在于，所述螺旋线为阿基米德螺线。

8.根据权利要求5所述的振动复合柔性磨抛装置，其特征在于，所述细沟槽的横截面可为圆弧、矩形或梯形。

9.根据权利要求1所述的振动复合柔性磨抛装置，其特征在于，所述磨抛装置还包括滑环，所述滑环套设在所述连接轴上，所述连接轴上开设有第一通线孔，所述背板上开设有第二通线孔，所述连接轴内沿轴线开设有通孔，所述通孔与所述第一通线孔连通。