CN108406451A - 一种球形面抛光精磨装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种球形面抛光精磨装置及方法，包括液态金属泵、抛光液输送管、喷头、工件轴、液态金属抛光液、工件、加热丝、负电极、正电极、抛光槽、抛光轮、抛光轮驱动装置和工件驱动装置，所述抛光轮立在所述抛光槽内，抛光槽内盛有液态金属抛光液，液态金属泵工作时通过抛光液输送管抽取抛光槽内的液态金属抛光液并通过喷头喷洒到抛光轮的抛光表面上；本发明通过抛光金属液中的金属离子对工件进行抛光，金属抛光液可以抛光更加细微的表面，获得的抛光精度更高；通过在抛光槽内设置加热装置对抛光槽内的液态金属抛光液进行加热，提高液态金属抛光液内的金属离子的活性，增强了整体的抛光效率。
Description
技术领域
本发明涉及液态金属抛光的技术领域，更具体的说，尤其涉及一种球形面抛光精磨装置及方法。
背景技术
光学系统在军事、航天、核能以及重要的工业领域均有着广泛的应用。随着现代科学技术的发展，对应用于各种光学系统中的光学元件提出的要求也越来越高，要求最终生产的光学元件具有高的面形精度、好的表面质量及尽量减少亚表面损伤。面形精度越高，成像质量越好；表面越平滑，光散射越少；亚表面损伤越低，高能应用中破坏的概率便越小。光学元件的性能在很大程度上取决于其制造过程。一般而言，光学零件的制造包括铣磨成型、研磨、抛光3道工序，抛光决定了零件最终的光学表面质量。
目前我国光学零件的最终精密抛光主要采用传统的抛光方法:在相对运动的抛光模与工件间加入抛光粉，使抛光磨粒对工件进行刮擦、挤压等来实现加工。这种传统的抛光方法对工人自身的技艺依赖性很强，且生产效率低、加工周期长、易使光学表面产生破坏层和变质层，加工质量不容易得到保证，对光学零件的光学性能有很大的影响。
且对于球形面来说，传统的抛光更无法实现高精度抛光，严重影响球形面的抛光质量。
发明内容
本发明的目的在于解决现有传统抛光方法在对球形面进行抛光时对工人自身技艺依赖性强、生产效率低、加工周期长且容易使光学表面产生破坏层和变质层的问题，提出了一种加工效率高、加工精度高的球形面抛光精磨装置及方法。
本发明通过以下技术方案来实现上述目的：一种球形面抛光精磨装置，包括液态金属泵、抛光液输送管、喷头、工件轴、液态金属抛光液、工件、加热丝、负电极、正电极、抛光槽、抛光轮、抛光轮驱动装置和工件驱动装置，所述抛光轮立在所述抛光槽内，抛光槽内盛有液态金属抛光液，液态金属泵的入口通过抛光液输送管连接到液态金属抛光液内，液态金属泵的出口通过液态金属抛光液输入管连接喷头，喷头设置在抛光轮的一侧且喷头正对抛光轮的抛光表面，液态金属泵工作时通过抛光液输送管抽取抛光槽内的液态金属抛光液并通过喷头喷洒到抛光轮的抛光表面上；所述抛光轮驱动装置连接抛光轮并驱动抛光轮在竖直平面内转动；所述工件轴设置在抛光轮正上方，工件轴的底部连接工件，工件驱动装置连接工件轴并通过带动工件轴转动驱动工件自转和摆动；所述抛光轮内部设置有负电极，工件轴上设置有正电极，正电极和负电极工作时将喷头喷洒到抛光轮上的液态金属抛光液中的金属离子吸附在抛光轮表面。
进一步的，所述抛光槽内设置有加热装置。
进一步的，所述的加热装置为电热丝，且在抛光槽的左右两侧各设置有一条。
进一步的，所述抛光槽内还设置有用于检测抛光槽内液体金属抛光液温度的温度传感器。
进一步的，所述液态金属抛光液中的液态金属为镓离子、铷离子、铯离子中的一种或几种的化合物。
一种球形面抛光精磨方法，包括如下步骤：
步骤一：通过调整设置在抛光槽内部的加热丝，调节液态金属抛光液的温度，使得液态金属抛光液的温度大于熔点，但不超过其熔点的10℃；
步骤二：调整抛光液输送管和喷头位置，使喷头正对工件和抛光轮的抛光接触面，启动液态金属泵，使液态金属抛光液喷洒到工件和抛光轮之间的抛光接触面上；
步骤三：将工件安装在工件轴下表面，工件轴和工件之间安装正电极，抛光轮中部装有负电极，调整正负电极之间的电压，使液态金属抛光液向抛光轮的中心聚集，启动工件轴，通过工件驱动装置使工件轴转动和摆动，工件在工件轴的作用下与抛光轮的表面接触，抛光轮表面的液态金属抛光液对工件表面进行抛光，实现工件的均匀抛光加工；
步骤四：直至整个工件抛光结束后，关闭液态金属泵和工件驱动装置。
本发明的有益效果在于：
(1)本发明通过抛光金属液中的金属离子对工件进行抛光，金属抛光液可以抛光更加细微的表面，获得的抛光精度更高。
(2)本发明通过在抛光槽内设置加热装置对抛光槽内的液态金属抛光液进行加热，提高液态金属抛光液内的金属离子的活性，增强了整体的抛光效率。
(3)本发明通过设置在抛光槽内的温度传感器对液态金属抛光液的温度进行检测，并能够进行反馈控制，保持液态金属抛光液的温度恒定，从而获得稳定的加工效果，提高表面加工的均匀性。
(4)本发明通过抛光轮的转动与工件的自转相结合，能够实现曲面任意角度的无死角抛光。
附图说明
图1是本发明球形面抛光精磨装置的剖视结构示意图。
图中，1-液态金属泵、2-抛光液输送管、3-喷头、4-工件、5-工件轴、6-正电极、7-负电极、8-抛光轮、9-抛光槽、10-液态金属抛光液、11-加热丝。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1所示，一种球形面抛光精磨装置，包括液态金属泵1、抛光液输送管2、喷头3、工件轴5、液态金属抛光液10、工件4、加热丝11、负电极7、正电极6、抛光槽9、抛光轮8、抛光轮驱动装置和工件驱动装置，其中抛光轮驱动装置为传统的伺服电机与联轴器的结合，为抛光轮的旋转提供动力，工件驱动装置为工件旋转装置和三自由度机床的结合，为工件的旋转以及工件的运动提供动力。
所述抛光轮8立在所述抛光槽9内，抛光槽9内盛有液态金属抛光液10，抛光轮8的下表面并未浸入到液态金属抛光液10。液态金属泵1的入口通过抛光液输送管2连接到液态金属抛光液10内，液态金属泵1的出口通过液态金属抛光液10输入管连接喷头3，喷头3设置在抛光轮8的一侧且喷头3正对抛光轮8的抛光表面，液态金属泵1工作时通过抛光液输送管2抽取抛光槽9内的液态金属抛光液10并通过喷头3喷洒到抛光轮8的抛光表面上；抛光轮8上的液态金属抛光液10来源仅限于喷头的喷洒，而不是抛光轮8浸没在液态金属抛光液10时带来的液态金属抛光液10，这样可以保证加工时液态金属抛光液10来源的稳定性以及抛光轮8上液态金属抛光液10的均匀性，从而保证抛光加工的均匀性。
所述抛光轮驱动装置连接抛光轮8并驱动抛光轮8在竖直平面内转动；所述工件轴5设置在抛光轮8正上方，工件轴5的底部连接工件4，工件驱动装置连接工件轴5并通过带动工件轴5转动驱动工件4自转和摆动；所述抛光轮8内部设置有负电极7，工件轴5上设置有正电极6，正电极6和负电极7工作时形成电场，将喷头3喷洒到抛光轮8上的液态金属抛光液10中的金属离子吸附在抛光轮8表面。
所述抛光槽9内设置有加热装置；所述的加热装置为电热丝，且在抛光槽9的左右两侧各设置有一条，所述抛光槽9内还设置有用于检测抛光槽9内液体金属抛光液温度的温度传感器。
所述液态金属抛光液10中的液态金属为镓离子、铷离子、铯离子中的一种或几种的化合物。液态金属通常是指在常温下呈液态的合金功能材料，如熔点在30℃以下的金属及其合金材料，也包括在40℃～300℃工作温区内呈液态的低熔点合金材料。
利用上述装置进行的一种球形面抛光精磨方法，包括如下步骤：
步骤一：通过调整设置在抛光槽9内部的加热丝11，调节液态金属抛光液10的温度，使得液态金属抛光液10的温度大于熔点，但不超过其熔点的10℃；
步骤二：调整抛光液输送管2和喷头3位置，使喷头3正对工件4和抛光轮8的抛光接触面，启动液态金属泵1，使液态金属抛光液10喷洒到工件4和抛光轮8之间的抛光接触面上；
步骤三：将工件4安装在工件轴5下表面，工件轴5和工件4之间安装正电极6，抛光轮8中部装有负电极7，调整正负电极7之间的电压，使液态金属抛光液10向抛光轮8的中心聚集，启动工件轴5，通过工件驱动装置使工件轴5转动和摆动，工件4在工件轴5的作用下与抛光轮8的表面接触，抛光轮8表面的液态金属抛光液10对工件4表面进行抛光，实现工件4的均匀抛光加工；
步骤四：直至整个工件4抛光结束后，关闭液态金属泵1和工件驱动装置。
上述实施例只是本发明的较佳实施例，并不是对本发明技术方案的限制，只要是不经过创造性劳动即可在上述实施例的基础上实现的技术方案，均应视为落入本发明专利的权利保护范围内。
Claims (6)
1.一种球形面抛光精磨装置，其特征在于：包括液态金属泵(1)、抛光液输送管(2)、喷头(3)、工件轴(5)、液态金属抛光液(10)、工件(4)、加热丝(11)、负电极(7)、正电极(6)、抛光槽(9)、抛光轮(8)、抛光轮驱动装置和工件驱动装置，所述抛光轮(8)立在所述抛光槽(9)内，抛光槽(9)内盛有液态金属抛光液(10)，液态金属泵(1)的入口通过抛光液输送管(2)连接到液态金属抛光液(10)内，液态金属泵(1)的出口通过液态金属抛光液(10)输入管连接喷头(3)，喷头(3)设置在抛光轮(8)的一侧且喷头(3)正对抛光轮(8)的抛光表面，液态金属泵(1)工作时通过抛光液输送管(2)抽取抛光槽(9)内的液态金属抛光液(10)并通过喷头(3)喷洒到抛光轮(8)的抛光表面上；所述抛光轮驱动装置连接抛光轮(8)并驱动抛光轮(8)在竖直平面内转动；所述工件轴(5)设置在抛光轮(8)正上方，工件轴(5)的底部连接工件(4)，工件驱动装置连接工件轴(5)并通过带动工件轴(5)转动驱动工件(4)自转和摆动；所述抛光轮(8)内部设置有负电极(7)，工件轴(5)上设置有正电极(6)，正电极(6)和负电极(7)工作时将喷头(3)喷洒到抛光轮(8)上的液态金属抛光液(10)中的金属离子吸附在抛光轮(8)表面。
2.根据权利要求1所述的一种球形面抛光精磨装置，其特征在于：所述抛光槽(9)内设置有加热装置。
3.根据权利要求2所述的一种球形面抛光精磨装置，其特征在于：所述的加热装置为电热丝，且在抛光槽(9)的左右两侧各设置有一条。
4.根据权利要求3所述的一种球形面抛光精磨装置，其特征在于：所述抛光槽(9)内还设置有用于检测抛光槽(9)内液体金属抛光液温度的温度传感器。
5.根据权利要求1所述的一种球形面抛光精磨装置，其特征在于：所述液态金属抛光液(10)中的液态金属为镓离子、铷离子、铯离子中的一种或几种的化合物。
6.一种球形面抛光精磨方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：通过调整设置在抛光槽(9)内部的加热丝(11)，调节液态金属抛光液(10)的温度，使得液态金属抛光液(10)的温度大于熔点，但不超过其熔点的10℃；
步骤二：调整抛光液输送管(2)和喷头(3)位置，使喷头(3)正对工件(4)和抛光轮(8)的抛光接触面，启动液态金属泵(1)，使液态金属抛光液(10)喷洒到工件(4)和抛光轮(8)之间的抛光接触面上；
步骤三：将工件(4)安装在工件轴(5)下表面，工件轴(5)和工件(4)之间安装正电极(6)，抛光轮(8)中部装有负电极(7)，调整正负电极(7)之间的电压，使液态金属抛光液(10)向抛光轮(8)的中心聚集，启动工件轴(5)，通过工件驱动装置使工件轴(5)转动和摆动，工件(4)在工件轴(5)的作用下与抛光轮(8)的表面接触，抛光轮(8)表面的液态金属抛光液(10)对工件(4)表面进行抛光，实现工件(4)的均匀抛光加工；
步骤四：直至整个工件(4)抛光结束后，关闭液态金属泵(1)和工件驱动装置。
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