CN108942539A - 一种高频振动加工装置及环形抛光机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高频振动加工装置，包括工件盘、固定架、高频振动器及工件把持架；工件盘中部开设有工件孔；固定架固定于工件盘上；高频振动器固定于固定架上；工件把持架与工件孔位置对应，其顶端通过连接杆与高频振动器连接，其底端用于把持位于工件孔内的光学元件。经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种高频振动加工装置，由于其在元件上方设置了高频振动器，在元件旋转运动的同时，带动元件进行高频振动，从而提高了元件的材料去除效率；同时因为高频振动的存在，有利于去除元件表面的小尺寸波纹，增加了元件的抛光精度。本发明还提供了一种具有高频振动加工装置的环形抛光机，提高了元件的抛光效率及抛光精度。

Description

一种高频振动加工装置及环形抛光机

技术领域

本发明涉及光学元件加工技术领域，更具体的说是涉及一种高频振动加工装置及环形抛光机。

背景技术

环形抛光是加工大口径平面光学元件的关键技术之一。环形抛光机床通常采用大尺寸、高热稳定性的天然花岗岩制成抛光盘基盘，基盘表面浇制环形的沥青胶层作为抛光盘。沥青抛光盘的环带表面依次放有修正盘和工件盘，其中修正盘用于修正和控制抛光盘的形状误差，而工件盘则用于把持元件。加工时抛光盘、修正盘、工件盘均以一定的转速绕逆时针方向匀速旋转，放在工件盘内的光学元件在沥青抛光盘及其承载的抛光颗粒作用下产生材料去除从而形成光学表面。

但是沥青抛光盘是粘弹性材料，在压力作用下产生蠕变变形，难以承受修正盘、工件盘和光学元件的高压和高速运动。因此，在实际抛光时，抛光盘、工件盘和光学元件的转速处于较低水平，使得光学元件的材料去除速度较低，从而影响了环形抛光的加工效率。

因此，如何提供一种加工效率高的环形抛光设备是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种高频振动加工装置，提高了光学元件的材料去除效率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种高频振动加工装置，包括工件盘、固定架、高频振动器及工件把持架；

工件盘中部开设有工件孔；固定架固定于工件盘上；高频振动器固定于固定架上；工件把持架与工件孔位置对应，其顶端通过连接杆与高频振动器连接，其底端用于把持位于工件孔内的光学元件。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种高频振动加工装置，由于高频振动加工装置上具有高频振动器，在元件旋转运动的同时，带动元件在其径向上进行高频振动，有利于提高元件的材料去除效率和去除元件表面的小尺寸波纹，提高元件的抛光效率和精度。

优选地，高频振动器能够驱动连接杆在工件盘所在平面内进行一维或二维方向的振动，各个方向的振动频率和振幅可以调节，优选振动频率范围为1Hz-100Hz，振幅范围为1mm-20mm。

可选择的，工件盘为花岗岩制成；由于花岗岩经长期天然时效，组织结构均匀，线膨胀系数极小，内应力完全消失，不变形；刚性好、硬度高、耐磨性强、温度变形小；耐酸、耐碱、耐腐蚀、不生锈、不必涂防锈油、不沾灰尘，维护、保养方便简单，使用寿命长；同时不会出现划痕、不受温度限制，在常温下也能保持形状精度；为高精度抛光提供了基础条件。

优选地，工件孔为台阶孔，台阶孔包括上段孔和下段孔；上段孔直径大于下段孔直径形成台阶。所述工件位于所述下段孔内。

优选地，固定架包括：环形固定板、两根立柱和一根横梁；环形固定板固定于台阶上；两根立柱固定于环形固定板上；横梁连接两根立柱顶部；高频振动器固定于横梁上。采用此方案，保证了固定高频振动器的稳定性，进而为提高了工件抛光的精度要求提供了前提准备。立柱与横梁具体的尺寸要求按照实际应用进行设置。

优选地，工件把持架底部具有多个固定爪，多个固定爪用于把持元件。其中工件把持架包括固定板和多个固定爪，多个固定爪可以相对固定板伸缩，进而能够达到固定不同尺寸规格的元件，进而提高了工件把持架的通用性，无需制作多个保持架。

可选择的，连接杆可以为具有伸缩结构的两根杆件，杆件之间具有定位结构，能够根据工件的高度调节连接杆的高度，保证工件把持架对元件的把持高度。

优选地，工件盘外圆周上设置有同步带；同步带通过齿轮驱动。其中，齿轮和同步带传动工作时无滑动，有准确的传动比，传动效率高，节能效果好；传动比范围大，结构紧凑，维护保养方便，运转费用低。

本发明还提供了一种环形抛光机，包括：抛光盘、加工位固定架、上述的高频振动加工装置；

抛光盘表面为沥青层；加工位固定架固定于抛光盘上方，高频振动加工装置放置于加工位固定架下方的抛光盘上。

优选地，加工位固定架上设置有驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述工件盘上的同步带适配传动。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种具有高频振动加工装置的环形抛光机，适合光学元件高精度抛光，由于高频振动加工装置上具有高频振动器，在元件旋转运动的同时，高频振动器带动元件在抛光盘上进行高频振动，有利于提高元件的材料去除效率和去除元件表面的小尺寸波纹，提高元件的抛光效率和精度。

采用本发明中的高频振动加工装置进行加工时，工件盘放置于加工位固定架下方的抛光盘(加工工位)上，将光学元件放在工件盘的工件孔内，并由工件把持架牢固把持。开启环形抛光机床，抛光盘和工件盘开始匀速旋转，同时工件盘带动高频振动器及其把持的元件进行匀速旋转。提前在高频振动器上设置各个振动方向的振动频率和振幅，开启高频振动器(高频振动器具有的独立的开闭结构)，此时连接杆带动工件把持架和元件在抛光盘上进行高频振动。本发明技术方案使元件加工过程中，元件在抛光盘表面匀速旋转的同时进行高频振动，提高了元件的抛光效率，满足了元件高精度的要求。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的一种高频振动加工装置的结构示意图；

图2附图为本发明提供的一种高频振动加工装置的工件孔的局部剖视图；

图3附图为本发明提供的一种具有高频振动加工装置的环形抛光机的结构示意图；

图4附图为采用现有技术抛光试验后典型的元件二维面形图；

图5附图为图4元件二维面形图中部位置对应的一维形状图；

图6附图为采用本发明高频振动加工装置试验后典型的元件二维面形图；

图7附图为图6元件二维面形图中部位置对应的一维形状图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种高频振动加工装置，提高了光学元件的材料去除效率。

参见附图1，本发明提供的一种高频振动加工装置，包括工件盘1、固定架、高频振动器6及工件把持架8；

工件盘1中部开设有工件孔2；固定架固定于工件盘1上；高频振动器6固定于固定架上；工件把持架8与工件孔2位置对应，其顶端通过连接杆7与高频振动器6连接，其底端用于把持位于工件孔2内的光学元件13。

本发明公开提供的一种高频振动加工装置，由于高频振动加工装置上具有高频振动器6，在元件13旋转运动的同时，带动元件13在其径向上进行高频振动，有利于提高元件13的材料去除效率和去除元件13表面的小尺寸波纹，提高元件的抛光效率和精度。

有利的是，高频振动器6能够驱动连接杆7在工件盘1所在平面内进行一维或二维方向的振动，各个方向的振动频率和振幅可以调节，优选振动频率范围为1Hz-100Hz，振幅范围为1mm-20mm。

可选择的，工件盘1为花岗岩制成；由于花岗岩经长期天然时效，组织结构均匀，线膨胀系数极小，内应力完全消失，不变形；刚性好、硬度高、耐磨性强、温度变形小；耐酸、耐碱、耐腐蚀、不生锈、不必涂防锈油、不沾灰尘，维护、保养方便简单，使用寿命长；同时不会出现划痕、不受温度限制，在常温下也能保持形状精度；为高精度抛光提供了基础条件。

在本发明的一个实施例中，参见附图2，工件2为台阶孔，台阶孔包括上段孔21和下段孔22；上段孔21直径大于下段孔22直径形成台阶。其中上段孔21直径可以为1050±1mm；下段孔22直径为1000±1mm。所述元件13位于所述下段孔22内。

参见附图1，固定架包括：环形固定板3、两根立柱4和一根横梁5；环形固定板3固定于台阶上；两根立柱4固定于环形固定板3上；横梁5连接两根立柱4顶部；高频振动器6固定于横梁5上。其中，环形固定板3的内径为800±1mm，外径为999±0.5mm。由此，保证了固定高频振动器6的稳定性，进而为提高了工件13抛光的精度要求提供了前提准备。立柱4与横梁5具体的尺寸要求按照实际应用进行设置。

在本发明的另一个实施例中，工件把持架8底部具有多个固定爪，多个固定爪用于把持元件13。其中工件把持架8包括固定板和多个固定爪，多个固定爪可以相对固定板伸缩，进而能够达到固定不同尺寸规格的元件13，进而提高了工件把持架8的通用性，无需制作多个保持架。

在本发明的另一些实施例中，连接杆7可以为具有伸缩结构的两根杆件，杆件之间具有定位结构，能够根据元件13的高度调节连接杆的高度，保证工件把持架对元件13的把持高度。

在本发明的另一些实施例中，工件盘1外圆周上设置有同步带；同步带通过齿轮驱动。其中，齿轮和同步带传动工作时无滑动，有准确的传动比，传动效率高，节能效果好；传动比范围大，结构紧凑，维护保养方便，运转费用低。

参见附图3，本发明还提供了一种环形抛光机，环形抛光机10包括：抛光盘11、加工位固定架12、上述的高频振动加工装置；

抛光盘11表面为沥青层；加工位固定架12固定于抛光盘11上方，高频振动加工装置放置于加工位固定架12下方的抛光盘11上。

由此，本发明公开提供了一种具有高频振动加工装置的环形抛光机，适合光学元件高精度抛光，由于高频振动加工装置上具有高频振动器，在元件旋转运动的同时，带动元件在抛光盘上进行高频振动，有利于提高元件的材料去除效率和去除元件表面的小尺寸波纹，提高元件的抛光效率和精度。

采用本发明中的高频振动加工装置进行加工时，工件盘放置于加工位固定架下方的抛光盘(加工工位)上，将光学元件放在工件盘的工件孔内，并由工件把持架牢固把持。开启环形抛光机床，抛光盘和工件盘开始匀速旋转，同时工件盘带动高频振动器及其把持的元件进行匀速旋转。提前在高频振动器上设置各个振动方向的振动频率和振幅，开启高频振动器，此时连接杆带动工件把持架和元件在抛光盘上进行高频振动。本发明技术方案使元件加工过程中，元件在抛光盘表面匀速旋转的同时进行高频振动，有利于提高元件的材料去除效率和去除元件表面的小尺寸波纹，提高元件的抛光效率和精度。

试验研究：

选择20件熔石英材质的光学元件，尺寸规格均为200mm×200mm×20mm。抛光方法采用：其中第一组10件元件采用现有的抛光盘和工件盘旋转运动的抛光方式，抛光前采用专利文献CN 206531473 U提供的方法测量元件的厚度均值为20.2102mm；另外第二组10件元件通过本申请的具有高频振动加工装置的工件盘与抛光盘进行抛光，抛光前测量元件的厚度均值为20.2152；抛光后测量元件的厚度并通过斐索干涉仪检测元件面形。

试验条件：第一组元件设定抛光盘和工件盘的转速为1RPM，抛光盘和工件盘匀速旋转，加工10小时后取下元件；

第二组元件设定抛光盘和工件盘的转速为1RPM，抛光盘和工件盘匀速旋转，高频振动加工装置的振动频率为50Hz，振幅为2mm；加工10小时后取下元件；

抛光后测量的第一组10件元件的厚度平均值为20.2070mm、面形误差均值为164nmPV。

抛光后测量的第二组10件元件的厚度平均值为20.1782mm、面形误差均值为120nmPV。

由此可见，第一组元件抛光时未引入高频振动，此时的材料去除速度为0.32μm/h，元件面形误差均值为164nm PV，参见附图4和5(第一组元件中典型的元件二维面形图及对应其中部的一维形状图)；第二组元件抛光时在元件旋转运动的同时，沿其高度方向上进行高频振动，此时的材料去除速度为3.38μm/h，元件面形误差均值为120nm PV，参见附图6和7(第二组元件中典型的元件二维面形图及对应其中部的一维形状图)。采用本申请装置抛光元件，元件的材料去除速度得到了极大地提升，元件面形误差得到了明显的改善，并且元件面形中的小尺度波纹得到了明显的改善。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种高频振动加工装置，其特征在于，包括工件盘(1)、固定架、高频振动器(6)及工件把持架(8)；

所述工件盘(1)中部开设有工件孔(2)；所述固定架固定于所述工件盘(1)上；所述高频振动器(6)固定于所述固定架上；所述工件把持架(8)与所述工件孔(2)位置对应，其顶端通过连接杆(7)与所述高频振动器(6)连接，其底端用于把持位于所述工件孔(2)内的光学元件。

2.根据权利要求1所述的一种高频振动加工装置，其特征在于，所述高频振动器(6)振动频率为1Hz-100Hz；振幅范围为1mm-20mm。

3.根据权利要求1所述的一种高频振动加工装置，其特征在于，所述工件孔(2)为台阶孔，台阶孔包括上段孔(21)和下段孔(22)；所述上段孔(21)直径大于所述下段孔(22)直径形成台阶。

4.根据权利要求3所述的一种高频振动加工装置，所述固定架包括：环形固定板(3)、两根立柱(4)和一根横梁(5)；所述环形固定板(3)固定于所述台阶上；所述两根立柱(4)固定于所述环形固定板(3)上；所述横梁(5)连接所述两根立柱(4)顶部；所述高频振动器(6)固定于所述横梁(5)上。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种高频振动加工装置，其特征在于，所述工件把持架(8)底部具有多个固定爪，所述多个固定爪用于把持所述元件。

6.根据权利要求1-4任一项所述的一种高频振动加工装置，其特征在于，所述工件盘(1)外圆周上设置有同步带；所述同步带通过齿轮驱动。

7.一种环形抛光机，其特征在于，包括：抛光盘(11)、加工位固定架(12)、如权利要求1-6任一项所述的一种高频振动加工装置；

所述抛光盘(11)表面为沥青层；所述加工位固定架(12)固定于所述抛光盘(11)上方，所述高频振动加工装置放置于加工位固定架(12)下方的抛光盘(11)上。

8.根据权利要求7所述的一种环形抛光机，其特征在于，所述加工位固定架(12)上设置有驱动齿轮，所述驱动齿轮与所述工件盘(1)上的同步带适配传动。