CN108356712A - 一种形成高斯型去除函数的射流抛光加工方法 - Google Patents

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    • B24C1/00—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods
    • B24C1/08—Methods for use of abrasive blasting for producing particular effects; Use of auxiliary equipment in connection with such methods for polishing surfaces, e.g. smoothing a surface by making use of liquid-borne abrasives

Abstract

本发明公开了一种形成高斯型去除函数的射流抛光加工方法，该方法首先通过获取一组在同工艺参数下固定喷嘴位置所产生的去除斑点；随后，检测并获得两个去除斑点的去除峰值点间距；最后，计算得到该工艺参数下高斯型去除函数形成的喷嘴高度。采用该方法可以避免当前多根据实际工艺参数不断调整喷嘴高度直至出现所需去除函数的实验方法，从理论及建模方面快速得到抛光加工中各工艺参数下形成高斯型去除函数的入射高度，从而避免了时间与样品的浪费，提升了科研实验与实际加工的效率。

Description

一种形成高斯型去除函数的射流抛光加工方法
技术领域
本发明属于光学制造技术领域，具体涉及一种形成高斯型去除函数的射流抛光加工方法。
背景技术
射流抛光技术是一种新兴的超精密加工技术。射流抛光技术于1998年由荷兰Delft大学的Oliver W. Fähnle和Hedser VanBrug等人提出，其主要原理为利用混合有微/纳米尺度磨料颗粒的抛光液经供压系统提供初始压力，流经喷嘴而形成射流束，以一定的速度到达材料表面，利用磨料颗粒对材料的剪切和冲击作用从而达到去除抛光的效果。与传统的抛光技术以及其他的超精密加工技术相比，射流抛光的主要特点与优势体现在针对高陡度曲面工件，利用射流束可以深入工件内部，从而避免机械干涉，进行内表面加工并获得较高的加工精度，因此已成为一种新兴的超精密抛光方法被广泛关注。
现有的单喷嘴固定入射形成的去除函数均包含多个去除峰，该类型去除函数在面型加工中极易产生中高频误差。因此获得单峰的高斯型去除函数是整个射流抛光加工过程中非常关键的步骤，单峰的高斯型去除函数能有效地降低面形加工中的中高频误差。当前针对不同工艺参数下高斯型去除函数的获得方法多为根据实际工艺参数不断调整并优化喷嘴高度直至出现所需去除函数。其过程较为繁杂，对于不同的工艺参数都需要进行长时间的前期准备，极大地降低了射流抛光加工的整体生产效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种形成高斯型去除函数的射流抛光加工方法。
本发明的形成高斯型去除函数的射流抛光加工方法包括如下步骤：
a. 将喷嘴安装在机床的旋转轴上，并使喷嘴的轴线与旋转轴处于同一平面；
b. 装夹待加工工件并调平，将喷嘴与待加工工件表面的夹角置为θ；
c.在给定的工艺参数下，设定喷嘴与待加工工件表面的高度差为H，保持喷嘴位置固定不变，将储液罐中的抛光液通过压力泵输送至喷嘴产生射流束，射流束冲击待加工工件表面，经过时间t后，在待加工工件表面形成去除斑Ⅰ；
d.将喷嘴沿射流束在待加工工件平面的投影方向移动距离ΔX，并将喷嘴绕旋转轴旋转180°，重复步骤c，在待加工工件表面形成去除斑Ⅱ；
e.测量去除斑Ⅰ与去除斑Ⅱ之间的峰值距离，获得去除点间距X′；
f.在与步骤c相同工艺参数下，调整喷嘴与待加工工件表面的高度差为，而后喷嘴绕旋转轴以角速度w旋转，同时将储液罐中的抛光液通过压力泵输送至喷嘴产生射流束，射流束冲击待加工工件表面，在待加工工件表面形成高斯型去除函数。
所述的喷嘴与待加工工件表面夹角0<θ<90°。
本发明的形成高斯型去除函数的射流抛光加工方法具有以下优点：
1.通过两次去除实验即可获得相应工艺参数下形成高斯型去除函数的喷嘴高度，避免了繁杂的多次遍历实验，节省了准备时间与试件的消耗。
2.从理论上建立了射流抛光加工中旋转扫略形成去除函数的模型，进而得出了快速形成高斯型去除函数的实验方法，避免了无目的的盲目实验，使整个加工过程更加科学合理。
本发明的形成高斯型去除函数的射流抛光加工方法是一种在相关理论模型指导下快速形成高斯型去除函数的方法，极大缩短了射流抛光加工中的前期准备时间，提升了整个加工过程的效率。
附图说明
图1为本发明的形成高斯型去除函数的射流抛光加工方法中的射流抛光机床结构图；
图2为本发明的形成高斯型去除函数的射流抛光加工方法中的两次固定喷嘴采斑所得去除函数截面图；
图3为本发明的形成高斯型去除函数的射流抛光加工方法获得的喷嘴高度下旋转扫略加工形成的去除函数截面图；
图中，1.喷嘴 2.旋转轴 3. 待加工工件 4.压力泵 5.射流束 6.储液罐。
具体实施方式
下面结合附图和实施例详细说明本发明。
本发明的形成高斯型去除函数的射流抛光加工方法包括如下步骤：
a.将喷嘴1安装在机床的旋转轴2上，并使喷嘴1的轴线与旋转轴2处于同一平面；
b.装夹待加工工件3并调平，将喷嘴1与待加工工件3表面的夹角置为θ；
c.在给定的工艺参数下，设定喷嘴1与待加工工件3表面的高度差为H，保持喷嘴1位置固定不变，将储液罐6中的抛光液通过压力泵4输送至喷嘴1产生射流束5，射流束5冲击待加工工件3表面，经过时间t后，在待加工工件3表面形成去除斑Ⅰ；
d.将喷嘴1沿射流束5在待加工工件3平面的投影方向移动距离ΔX，并将喷嘴1绕旋转轴2旋转180°，重复步骤c，在待加工工件3表面形成去除斑Ⅱ；
e.测量去除斑Ⅰ与去除斑Ⅱ之间的峰值距离，获得去除点间距X′；
f.在与步骤c相同工艺参数下，调整喷嘴1与待加工工件3表面的高度差为，而后喷嘴1绕旋转轴2以角速度w旋转，同时将储液罐6中的抛光液通过压力泵4输送至喷嘴1产生射流束5，射流束5冲击待加工工件3表面，在待加工工件3表面形成高斯型去除函数。
所述的喷嘴1与待加工工件3表面夹角0<θ<90°。
实施例1
抛光设备为一台旋转扫略式射流抛光工艺机床，基本的加工参数为：机床最大加工进给速度为FMAX=400mm/min，射流束5与待加工工件3装夹平面夹角θ= 45°且夹角固定不变，旋转轴2转速ω = 50 rpm，喷嘴1直径d=1.03mm，喷嘴1压强为0.6MPa。待加工工件3为口径20mm×20mm×10mm的BK7工件。
通过下述方法对所述工件进行采斑实验：
a.将喷嘴1安装于旋转轴2上，并使喷嘴1轴线与旋转轴2处于同一平面；
b.将待加工工件3装夹至加工平台并调平，目测得到旋转轴2旋转时射流束5回转点与待加工工件3表面重合时喷嘴1的高度H，H=233.080mm，实验用机床z轴正方向为竖直向下；
c.选取H=233.080mm为去除实验的喷嘴1高度条件，旋转喷嘴1使得射流束5入射方向为机床坐标轴x轴正方向，保持喷嘴1位置固定不变，将储液罐6中的抛光液通过压力泵4输送至喷嘴1产生射流束5，冲击待加工工件3表面，经过时间t=240s后，形成去除斑Ⅰ；
d.在相同工艺参数与喷嘴1高度下，将喷嘴1在机床坐标轴x轴正方向移动距离ΔX=2mm，并将喷嘴1旋转180°（即射流束5入射方向为机床坐标轴x轴负方向），重复步骤c，形成去除斑Ⅱ；
e. 利用激光干涉仪对步骤a、b中形成的去除斑Ⅰ、去除斑Ⅱ进行测量，得到如图2所示的两次采斑去除函数截面图，并测得去除峰值点的距离X′=3.308mm；
f.调整喷嘴1高度为=232.046mm；而后喷嘴1绕旋转轴2以角速度w=50rpm旋转，将储液罐6中的抛光液通过压力泵4输送至喷嘴1产生射流束5，冲击待加工工件3表面，经过时间t=240s后，形成去除斑Ⅲ；
g.利用白光干涉仪对步骤f中形成的去除斑Ⅲ进行测量，得到如图3所示的高斯型去除函数，该高斯型去除函数形状良好，能够满足实验目的，实验完成。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种形成高斯型去除函数的射流抛光加工方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：
将喷嘴（1）安装在机床的旋转轴（2）上，并使喷嘴（1）的轴线与旋转轴（2）处于同一平面；
装夹待加工工件（3）并调平，将喷嘴（1）与待加工工件（3）表面的夹角置为θ；
在给定的工艺参数下，设定喷嘴（1）与待加工工件（3）表面的高度差为H，保持喷嘴（1）位置固定不变，将储液罐（6）中的抛光液通过压力泵（4）输送至喷嘴（1）产生射流束（5），射流束（5）冲击待加工工件（3）表面，经过时间t后，在待加工工件（3）表面形成去除斑Ⅰ；
将喷嘴（1）沿射流束（5）在待加工工件（3）平面的投影方向移动距离ΔX，并将喷嘴（1）绕旋转轴（2）旋转180°，重复步骤c，在待加工工件（3）表面形成去除斑Ⅱ；
测量去除斑Ⅰ与去除斑Ⅱ之间的峰值距离，获得去除点间距X′；
在与步骤c相同工艺参数下，调整喷嘴（1）与待加工工件（3）表面的高度差为，而后喷嘴（1）绕旋转轴（2）以角速度w旋转，同时将储液罐（6）中的抛光液通过压力泵（4）输送至喷嘴（1）产生射流束（5），射流束（5）冲击待加工工件（3）表面，在待加工工件（3）表面形成高斯型去除函数。
2.根据权利要求1所述的形成高斯型去除函数的射流抛光加工方法，其特征在于：所述的喷嘴（1）与待加工工件（3）表面夹角0<θ<90°。
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