CN114473834A - 一种微细结构非接触式抛光装置及方法 - Google Patents

一种微细结构非接触式抛光装置及方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114473834A
CN114473834A CN202210101980.9A CN202210101980A CN114473834A CN 114473834 A CN114473834 A CN 114473834A CN 202210101980 A CN202210101980 A CN 202210101980A CN 114473834 A CN114473834 A CN 114473834A
Authority
CN
China
Prior art keywords
polishing
workpiece
polishing head
ultrasonic
knife handle
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210101980.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114473834B (zh
Inventor
郭江
张鹏飞
石豪豪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Dalian University of Technology
Ningbo Research Institute of Dalian University of Technology
Original Assignee
Dalian University of Technology
Ningbo Research Institute of Dalian University of Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Dalian University of Technology, Ningbo Research Institute of Dalian University of Technology filed Critical Dalian University of Technology
Priority to CN202210101980.9A priority Critical patent/CN114473834B/zh
Publication of CN114473834A publication Critical patent/CN114473834A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114473834B publication Critical patent/CN114473834B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B31/00—Machines or devices designed for polishing or abrading surfaces on work by means of tumbling apparatus or other apparatus in which the work and/or the abrasive material is loose; Accessories therefor
    • B24B31/10—Machines or devices designed for polishing or abrading surfaces on work by means of tumbling apparatus or other apparatus in which the work and/or the abrasive material is loose; Accessories therefor involving other means for tumbling of work
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B1/00—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes
    • B24B1/04—Processes of grinding or polishing; Use of auxiliary equipment in connection with such processes subjecting the grinding or polishing tools, the abrading or polishing medium or work to vibration, e.g. grinding with ultrasonic frequency
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B31/00—Machines or devices designed for polishing or abrading surfaces on work by means of tumbling apparatus or other apparatus in which the work and/or the abrasive material is loose; Accessories therefor
    • B24B31/12—Accessories; Protective equipment or safety devices; Installations for exhaustion of dust or for sound absorption specially adapted for machines covered by group B24B31/00
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B41/00—Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
    • B24B41/04—Headstocks; Working-spindles; Features relating thereto
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B41/00—Component parts such as frames, beds, carriages, headstocks
    • B24B41/06—Work supports, e.g. adjustable steadies
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B24—GRINDING; POLISHING
    • B24B—MACHINES, DEVICES, OR PROCESSES FOR GRINDING OR POLISHING; DRESSING OR CONDITIONING OF ABRADING SURFACES; FEEDING OF GRINDING, POLISHING, OR LAPPING AGENTS
    • B24B57/00—Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents
    • B24B57/02—Devices for feeding, applying, grading or recovering grinding, polishing or lapping agents for feeding of fluid, sprayed, pulverised, or liquefied grinding, polishing or lapping agents
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Grinding And Polishing Of Tertiary Curved Surfaces And Surfaces With Complex Shapes (AREA)

Abstract

本发明提供一种微细结构非接触式抛光装置及方法，属于精密/超精密加工领域。所述抛光装置包括抛光液工作槽、旋转平台、夹具、低频率振动发生装置、抛光头、超声波刀柄、抛光液。夹具与旋转平台连接，且二者之间留有间隙用于放置低频率振动发生装置，低频率振动发生装置将沿Y轴方向微小振动传给工件；工件通过夹具定位夹紧并完全浸在抛光液中；抛光头固定在超声波刀柄。抛光头的具体结构与工件待加工表面的微细结构进行匹配设计，抛光过程中，抛光头的结构与工件相互之间的工作间隙保持5‑15mm不变。本发明可以避免接触式抛光造成的表面、亚表面损伤；抛光方法简单，提高剪切增稠抛光的效率；抛光装置适用性强，抛光方法灵活性高。

Description

一种微细结构非接触式抛光装置及方法
技术领域
本发明属于精密/超精密加工领域，涉及一种微细结构抛光装置及抛光方法，尤其涉及一种微细结构非接触式抛光装置及抛光方法。
背景技术
随着对工业产品功能集成化、小型化需求的不断增加,许多零部件的尺寸正日趋微小化,从而带动了微细加工技术的不断发展。相对于传统表面，微细结构表面因其独有的特性和功能，在国防、光学以及微流体等领域获得了日益广泛的应用。作为当前世界上一项极为重要的前沿技术，太赫兹微结构功能器件中涉及到了大量周期性折叠、矩形、正弦、螺旋等微细结构；在光学方面，棱镜结构、微透镜阵列、菲涅尔透镜结构等微细结构在很多光学系统中发挥着很多重要的功能；在生物学、化学、材料学等经常需要对流体进行操作的科学实验中，微细结构经常被应用于构建微通道系统来实现各种复杂的微流体操纵功能。微细结构在满足国家重大需求和经济主战场中发挥着十分重要的作用，对于推动国家重大战略产业与尖端科技的发展具有重要意义。传统的微细加工技术主要是采用电加工或化学加工方法，但这两种方法对于所能加工的工件材料及几何形状有着较大局限性。目前主流的微细结构加工方法为微机电系统(MEMS)制造工艺和聚焦离子束(FIB)工艺，虽然两者都可以制造出高面形精度和表面质量的表面，但是其制造成本高，工序复杂，制造周期长，无法实现对需求的快速响应。综合考虑各种因素，对于几十到几百微米的微细结构，精密机械加工技术如切削、磨削等被认为是一种更加合理而有效的方式。
专利CN201810602891.6公开了一种非回转光学阵列的粗精集成递进磨削方法，但在加工工件时，金刚石砂轮与工件表面直接接触，这种加工方式会导致严重的表面和亚表面损伤。同时金刚石磨具易于磨损，这大大降低了加工表面的形状精度和最终的加工效率。专利CN202022251569.9公开了一种微沟槽射流抛光装置，但该方法无法很好地保证待加工表面的面形精度；专利CN 201410400983.8公开了一种超声控制的剪切增稠抛光方法及其装置，但该方法要求加工时工件需要随着夹具一起移动，这大大减少了可加工工件类型，无法加工较大的微细结构工件。因此，对于各种微细构件的高效加工而言，迫切需要一种效果好、适用性强的新抛光装置及方法。
发明内容
为解决现有技术存在的上述问题，本发明提出了一种简单高效、适用性强的微细结构非接触式抛光装置及抛光方法，其中微细结构可表现为V型槽阵列工件、矩形槽阵列工件、菲涅尔工件、TV凹透镜工件、光电传感器工件、矩形弯曲微结构工件等。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种微细结构非接触式抛光装置，所述的抛光装置包括抛光液工作槽1、旋转平台2、夹具3、低频率振动发生装置4、工件5、抛光头6、超声波刀柄7、抛光液8。
所述夹具3与旋转平台2之间通过螺栓连接，且夹具3与旋转平台2之间留有间隙，用于放置低频率振动发生装置4，低频率振动发生装置4固定于夹具3底部，可以将沿Y轴方向(图1垂直于纸面方向)的微小振动传给工件；所述工件5至于夹具3上表面通过夹具3定位夹紧并完全浸在抛光液8中；所述抛光头6固定在超声波刀柄7上；所述超声波刀柄7将超声波通过抛光头6传至抛光液8中。
所述的抛光头6的具体结构与工件5待加工表面的微细结构进行匹配设计，抛光过程中，抛光头6的结构与工件5之间的工作间隙保持5-15mm不变。所述抛光液8可在超声、振动、磁场等多物理场的复合作用或单一物理场作用下产生剪切增稠效应，所述工作间隙处的抛光液8中的磨料粒子9、胶态粒子10在剪切增稠的作用下聚合在一起并粘附在所述工件5与所述抛光头的表面，随着所述工件5与所述抛光头6之间的相对运动，所述工件5的待加工表面上的毛刺、倒角等被所述磨粒9去除形成碎屑11。根据加工条件以及所选物理场作用，所述磨料粒子9可为磁性磨粒或非磁性磨粒。
具体的：针对每种类型的所述工件5，都对应有特定的所述抛光头6和加工方式。
如果所述工件5为含有直槽微细结构的V型槽阵列工件、矩形槽阵列工件、光电传感器工件等，可以使用的所述抛光头6有单齿抛光头、多齿的抛光头。所述旋转平台3处于关闭状态，所述超声波刀柄7的超声发生开关根据加工需要处于关闭或打开状态，处于打开状态时的超声频率为20-40kHz，振动幅值为0.5-1mm；所述低频率振动发生装置4的振动发生开关根据加工需要处于关闭或打开状态，处于打开状态时的频率为30-50Hz；所述抛光头6只随所述超声波刀柄7做平移运动。
如果所述工件5为含有规则曲面微细结构的菲涅尔工件、TV透镜工件等，可以使用的所述抛光头6有扇形体抛光头、圆柱形体抛光头，所述旋转平台3根据所选抛光头以及加工需求做旋转运动或静止不动，旋转时的旋转平台转速为6-600rpm；所述低频率振动发生装置4的振动发生开关处于关闭状态；所述工件5根据所选抛光头以及加工需求做旋转运动或静止不动；所述抛光头6根据加工需求做旋转运动或静止不动，旋转时的转速为3-1000rpm；所述超声波刀柄7的超声发生开关处于打开状态，处于打开状态时的超声频率为20-40kHz，振动幅值为0.5-1mm。
如果所述工件5为含弯曲沟槽微细结构的微流控器件等，可以使用的所述抛光头6有圆柱体抛光头，所述旋转平台3与所述低频率振动发生装置4的振动发生开关均处于关闭状态，所述超声波刀柄7的超声发生开关处于打开状态，处于打开状态时的超声频率为20-40kHz，振动幅值为0.5-1mm，所述抛光头6在所述超声波刀柄7的驱动下做旋转运动的同时沿着预定轨迹做水平方向移动的超声辅助抛光，其中所述抛光头6的自转速度为10-500rpm。
一种微细结构非接触式抛光方法，具体包括以下步骤：
第一步，将所述工件5通过夹具3定位夹紧，将具有剪切增稠效应的抛光液8放入到抛光池抛光液工作槽1中使其将所述工件5完全浸没；
第二步，根据所述工件5的类型选定所述抛光头6、合适的加工方式及加工参数；
第三步，将所述抛光头6安装在所述超声波刀柄7上；
第四步，控制装置以确定所述抛光头6与所述工件5之间的工作间隙；
第五步，设定所述抛光头6的加工轨迹，根据所选加工方式使所述低频率振动发生装置4的振动发生开关和所述超声波刀柄7的超声发生开关处于相应状态；
第六步，启动机床，所述抛光头6在所述超声波刀柄7的驱动下按照预定的加工轨迹运动；抛光过程中，所述工件5与所述抛光头6之间的工作间隙中的抛光液产生剪切增稠效应，随着所述工件5与所述抛光头6之间的相对运动，所述工件5的待加工表面上的毛刺、倒角等被所述磨粒9去除形成碎屑11。
进一步的，所述用于剪切增稠的抛光液，包括去离子水、多羟基聚合物粒子、磨粒，所述多羟基聚合物粒子，比例为25～35wt％，所述磨粒选用氧化铝、碳化硅、金刚石、氧化铈、氧化锆中的一种或多种组合，粒径0.5～10μm，比例15～25wt％，其余为去离子水。
与现有的发明技术相比，本发明的有益效果主要体现在：
(1)本发明提出了一种适用于剪切增稠抛光的微细结构非接触式抛光装置，可以很大程度地避免接触式抛光造成的表面、亚表面损伤。
(2)本发明提出了一种适用于剪切增稠抛光的微细结构非接触式抛光方法，方法简单，可行性强，大大提高了剪切增稠抛光的效率。
(3)本发明为多种类型的微细结构提供了无损伤抛光方案，加工工具与工件的结构特征直接贴合，可以很好地保持工件的面形精度，抛光装置适用性强，抛光方法灵活性高。
附图说明
图1是多场复合辅助抛光示意图；
图2是抛光原理示意图；
图3是V型槽阵列工件以及相应的抛光头类型、加工方式示意图；
图4是矩形槽阵列工件以及相应的抛光头类型、加工方式示意图；
图5是光电传感器工件以及相应的抛光头类型、加工方式示意图；
图6是菲涅尔工件以及相应的抛光头类型、加工方式示意图；
图7是TV透镜工件以及相应的抛光头类型、加工方式示意图；
图8是含弯曲沟槽的微流控器件以及相应的抛光头类型、加工方式示意图；
图中：1抛光液工作槽；2旋转平台；3夹具；4低频率振动发生装置；5工件；6抛光头；7超声波刀柄；8抛光液；9磨料粒子；10胶态粒子；11碎屑。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，下面所述实施例仅为本发明一部分实施案例，而非全部实施案例。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。
实施案例一：V型槽阵列工件非接触式超声振动复合辅助抛光装置及方法。
如附图1，附图2，附图3所示，本实施案例是V型槽阵列工件非接触式超声振动复合辅助抛光装置及方法，所述夹具3与旋转平台2之间通过螺栓连接；所述V型槽阵列工件5通过夹具3定位夹紧并完全浸在所述抛光液8中；所述低频率振动发生装置4被固定于夹具3的底部，可以将沿Y轴方向的微小振动传给工件；所述抛光头6被固定在超声波刀柄7上；所述超声波刀柄7将超声波通过抛光头6传至抛光液8中。
所述抛光头6为单齿的抛光头，采用的加工方式为：所述旋转平台3处于关闭状态，所述超声波刀柄7的超声发生开关与所述低频率振动发生装置4的振动发生开关均处于打开状态，超声频率为20kHz，振动幅值为1mm，所述低频率振动发生装置4的频率为40Hz,所述抛光头6只随所述超声波刀柄7做平移运动的超声振动复合辅助抛光；
在抛光过程中，所述V型槽阵列工件5与所述单齿抛光头6之间的工作间隙保持8mm不变，所述V型槽阵列工件5受到所述低频率振动发生装置4的作用产生Y轴方向的微小振动，所述单齿抛光头6受到来自所述超声波刀柄7的超声作用。
所述抛光液8在超声振动的复合作用下产生剪切增稠效应，所述工作间隙处的抛光液8中的磨料粒子9、胶态粒子10在剪切增稠的作用下聚合在一起并粘附在所述V型槽阵列工件5与所述单齿抛光头6的表面，随着所述V型槽阵列工件5与所述单齿抛光头6之间的相对运动，所述V型槽阵列工件5的待加工表面上的毛刺、倒角等被所述磨粒9去除形成碎屑11。
所述V型槽阵列工件非接触式超声振动复合辅助抛光方法，包括以下步骤：
第一步，将所述V型槽阵列工件5通过夹具3定位夹紧，将具有剪切增稠效应的抛光液8放入到抛光池抛光液工作槽1中使其将所述V型槽阵列工件5完全浸没；
第二步，根据所述工件5的类型选定单齿抛光头6；
第三步，将所述抛光头6安装在所述超声波刀柄7上；
第四步，手动控制装置以确定所述抛光头6与所述工件5之间的工作间隙；
第五步，设定所述抛光头6加工轨迹，根据所述加工方式使所述旋转平台3处于关闭状态；
进一步地，使所述低频率振动发生装置4的振动发生开关和所述超声波刀柄7的超声发生开关处于打开状态，所述抛光头6在所述超声波刀柄7的驱动下按照预定的加工轨迹运动，开始抛光。
实施案例二：菲涅尔工件非接触式超声辅助抛光装置及方法。
如附图1，附图2，附图6所示，本实施案例是菲涅尔工件非接触式超声辅助抛光装置及方法，所述夹具3与旋转平台2之间通过螺栓连接；所述菲涅尔工件5通过夹具3定位夹紧并完全浸在所述抛光液8中；所述低频率振动发生装置4被固定于夹具3的底部，可以将沿Y轴方向的微小振动传给工件；所述抛光头6被固定在超声波刀柄7上；所述超声波刀柄7将超声波通过抛光头6传至抛光液8中。
所述抛光头6为扇形体抛光头，采用的加工方式为：所述低频率振动发生装置4的振动发生开关处于关闭状态，所述超声波刀柄7的超声发生开关处于打开状态，超声频率为35kHz，振动幅值为1mm，所述扇形体抛光头6到达一个合适的位置后保持不动，所述菲涅尔工件5在所述旋转平台3的带动下做旋转运动的超声辅助抛光，所述旋转平台3的转速为60rpm。在抛光过程中，所述菲涅尔工件5与所述扇形体抛光头6之间的工作间隙保持8mm不变，所述扇形体抛光头6受到来自所述超声波刀柄7的超声作用。
所述抛光液8在超声的复合作用下产生剪切增稠效应，所述工作间隙处的抛光液8中的磨料粒子9、胶态粒子10在剪切增稠的作用下聚合在一起并粘附在所述菲涅尔工件5与所述扇形体抛光头6的表面，随着所述菲涅尔工件5与所述扇形体抛光头6之间的相对运动，所述菲涅尔工件5的待加工表面上的毛刺、倒角等被所述磨粒9去除形成碎屑11。
所述菲涅尔工件非接触式超声辅助抛光方法，包括以下步骤：
第一步，将所述菲涅尔工件5通过夹具3定位夹紧，将具有剪切增稠效应的抛光液8放入到抛光池抛光液工作槽1中使其将所述菲涅尔工件5完全浸没；
第二步，根据所述菲涅尔工件5的类型选定扇形体抛光头6；
第三步，将所述扇形体抛光头6安装在所述超声波刀柄7上；
第四步，手动控制装置以确定所述扇形体抛光头6与所述菲涅尔工件5之间的工作间隙，随后保持所述扇形体抛光头6的位置不变；
第五步，根据所述加工方式使所述低频率振动发生装置4的振动发生开关处于关闭状态，所述超声波刀柄7的超声发生开关处于打开状态；
进一步地，打开所述旋转平台3的旋转控制开关，开始抛光。
实施案例三：含弯曲沟槽的微流控器件非接触式超声辅助抛光装置及方法。
如附图1，附图2，附图8所示，本实施案例是含弯曲沟槽的微流控器件非接触式超声辅助抛光装置及方法，所述夹具3与旋转平台2之间通过螺栓连接；所述含弯曲沟槽的微流控器件5通过夹具3定位夹紧并完全浸在所述抛光液8中；所述低频率振动发生装置4被固定于夹具3的底部，可以将沿Y轴方向的微小振动传给工件；所述抛光头6被固定在超声波刀柄7上；所述超声波刀柄7将超声波通过抛光头6传至抛光液8中。
所述抛光头6为圆柱体抛光头，采用的加工方式为：所述旋转平台3与所述低频率振动发生装置4的振动发生开关均处于关闭状态，所述超声波刀柄7的超声发生开关处于打开状态，超声频率为40kHz，振动幅值为1mm，所述圆柱体抛光头6在所述超声波刀柄7的驱动下做旋转运动的同时沿着预定轨迹做水平方向移动的超声辅助抛光，所述圆柱体抛光头6的自转速度为80rpm。
在抛光过程中，所述含弯曲沟槽的微流控器件5与所述圆柱体抛光头6之间的工作间隙保持8mm不变，所述圆柱体抛光头6受到来自所述超声波刀柄7的超声作用。
所述抛光液8在超声振动的复合作用下产生剪切增稠效应，所述工作间隙处的抛光液8中的磨料粒子9、胶态粒子10在剪切增稠的作用下聚合在一起并粘附在所述含弯曲沟槽的微流控器件5与所述圆柱体抛光头6的表面，随着所述含弯曲沟槽的微流控器件5与所述圆柱体抛光头6之间的相对运动，所述含弯曲沟槽的微流控器件5的待加工表面上的毛刺、倒角等被所述磨粒9去除形成碎屑11。
所述含弯曲沟槽的微流控器件非接触式超声辅助抛光方法，包括以下步骤：
第一步，将所述含弯曲沟槽的微流控器件5通过夹具3定位夹紧，将具有剪切增稠效应的抛光液8放入到抛光池抛光液工作槽1中使其将所述含弯曲沟槽的微流控器件5完全浸没；
第二步，根据所述含弯曲沟槽的微流控器件5的类型选定圆柱体抛光头6；
第三步，将所述圆柱体抛光头6安装在所述超声波刀柄7上；
第四步，手动控制装置以确定所述抛光头6与所述工件5之间的工作间隙；
第五步，设定所述圆柱体抛光头6加工轨迹，根据所述加工方式使所述低频率振动发生装置4的振动发生开关和所述旋转平台3处于关闭状态；
进一步地，使所述超声波刀柄7的超声发生开关处于打开状态，并使所述圆柱体抛光头6以一定转速旋转，所述圆柱体抛光头6在所述超声波刀柄7的驱动下按照预定的加工轨迹运动，开始抛光。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种微细结构非接触式抛光装置，其特征在于，所述的抛光装置包括抛光液工作槽(1)、旋转平台(2)、夹具(3)、低频率振动发生装置(4)、工件(5)、抛光头(6)、超声波刀柄(7)、抛光液(8)；
所述夹具(3)与旋转平台(2)之间固接，且夹具(3)与旋转平台(2)之间留有用于放置低频率振动发生装置(4)的间隙，低频率振动发生装置(4)固定于夹具(3)底部，用于将微小振动传给工件；所述工件(5)通过夹具(3)定位夹紧并完全浸在抛光液(8)中；所述抛光头(6)固定在超声波刀柄(7)上；所述超声波刀柄(7)将超声波通过抛光头(6)传至抛光液(8)中；
针对不同类型的工件(5)，设计特定结构的抛光头(6)和加工方式，即所述的抛光头(6)的结构与工件(5)待加工表面的微细结构进行匹配设计，抛光过程中，抛光头(6)的结构与工件(5)相互之间的工作间隙保持5-15mm不变；
所述抛光液(8)可在超声振动的复合作用或单一的超声作用或单一的振动作用下产生剪切增稠效应。
2.一种基于权利要求1所述的抛光装置实现的微细结构非接触式抛光方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步，将所述工件(5)通过夹具(3)定位夹紧，将具有剪切增稠效应的抛光液(8)放入到抛光池抛光液工作槽(1)中使其将所述工件(5)完全浸没；
第二步，根据所述工件(5)的类型选定所述抛光头(6)、合适的加工方式及加工参数；
第三步，将所述抛光头(6)安装在所述超声波刀柄(7)上；
第四步，控制装置以确定所述抛光头(6)与所述工件(5)之间的工作间隙；
第五步，设定所述抛光头(6)的加工轨迹，根据所选加工方式使所述低频率振动发生装置(4)的振动发生开关和所述超声波刀柄(7)的超声发生开关处于相应状态；
第六步，最后，启动机床，抛光头(6)在所述超声波刀柄(7)的驱动下按照预定的加工轨迹运动；抛光过程中，工件(5)与所述抛光头(6)之间的工作间隙中的抛光液产生剪切增稠效应，工作间隙处的抛光液(8)中的磨料粒子(9)、胶态粒子(10)在剪切增稠的作用下聚合在一起并粘附在所述工件(5)与所述抛光头(6)的表面，随着所述工件(5)与所述抛光头(6)之间的相对运动，工件(5)的待加工表面上的毛刺、倒角被磨粒(9)去除形成碎屑(11)。
3.根据权利要求2所述的一种微细结构非接触式抛光方法，其特征在于，当所述工件(5)为含有直槽微细结构的V型槽阵列工件、矩形槽阵列工件、光电传感器工件时，所述抛光头(6)为单齿抛光头、多齿的抛光头；所述旋转平台(2)处于关闭状态，超声波刀柄(7)的超声发生开关根据加工需要处于关闭或打开状态，处于打开状态时的超声频率为20-40kHz，振动幅值为0.5-1mm；所述低频率振动发生装置(4)的振动发生开关根据加工需要处于关闭或打开状态，处于打开状态时的频率为30-50Hz；所述抛光头(6)只随超声波刀柄(7)做平移运动。
4.根据权利要求2所述的一种微细结构非接触式抛光方法，其特征在于，当所述工件(5)为含有规则曲面微细结构的菲涅尔工件、TV透镜工件时，所述抛光头(6)为扇形体抛光头、圆柱形体抛光头；所述旋转平台(2)根据所选抛光头以及加工需求做旋转运动或静止不动，旋转时的旋转平台转速为6-600rpm；所述低频率振动发生装置(4)的振动发生开关处于关闭状态；所述工件(5)根据所选抛光头以及加工需求做旋转运动或静止不动；所述抛光头(6)根据加工需求做旋转运动或静止不动，旋转时的转速为3-1000rpm；所述超声波刀柄(7)的超声发生开关处于打开状态，处于打开状态时的超声频率为20-40kHz，振动幅值为0.5-1mm。
5.根据权利要求2所述的一种微细结构非接触式抛光方法，其特征在于，当所述工件(5)为含弯曲沟槽微细结构的微流控器件时，所述抛光头(6)为圆柱体抛光头；所述旋转平台(2)与所述低频率振动发生装置(4)的振动发生开关均处于关闭状态，所述超声波刀柄(7)的超声发生开关处于打开状态，处于打开状态时的超声频率为20-40kHz，振动幅值为0.5-1mm，所述抛光头(6)在所述超声波刀柄(7)的驱动下做旋转运动的同时沿着预定轨迹做水平方向移动的超声辅助抛光，其中所述抛光头(6)的自转速度为10-500rpm。
CN202210101980.9A 2022-01-27 2022-01-27 一种微细结构非接触式抛光装置及方法 Active CN114473834B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210101980.9A CN114473834B (zh) 2022-01-27 2022-01-27 一种微细结构非接触式抛光装置及方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210101980.9A CN114473834B (zh) 2022-01-27 2022-01-27 一种微细结构非接触式抛光装置及方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114473834A true CN114473834A (zh) 2022-05-13
CN114473834B CN114473834B (zh) 2023-05-05

Family

ID=81477059

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210101980.9A Active CN114473834B (zh) 2022-01-27 2022-01-27 一种微细结构非接触式抛光装置及方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114473834B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024000759A1 (zh) * 2022-06-29 2024-01-04 大连理工大学 一种多场辅助磨料冲刷抛光方法与装置

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6362660A (ja) * 1986-09-04 1988-03-18 Junichiro Kumabe 複合振動砥石による精密仕上加工方法
CN102441820A (zh) * 2011-11-15 2012-05-09 苏州大学 一种非接触式超声波面形修抛方法及装置
CN104117878A (zh) * 2014-07-28 2014-10-29 辽宁工业大学 利用液体传递兆赫级振动的超声抛光方法及其抛光装置
US20170050285A1 (en) * 2015-08-18 2017-02-23 Kunshan Nano New Material Technology Co.,Ltd Polishing system based on the non-newton fluid and polishing method thereof
CN108818163A (zh) * 2018-07-03 2018-11-16 嘉兴学院 复频振动微结构表面加工装置
CN111702566A (zh) * 2020-06-03 2020-09-25 大连理工大学 一种软脆光学材料的抛光方法
CN111716157A (zh) * 2020-06-03 2020-09-29 大连理工大学 一种复杂结构的抛光方法及装置
CN113103070A (zh) * 2021-03-05 2021-07-13 华南理工大学 一种剪切增稠磨料流复合磨削加工微槽的方法
CN113714863A (zh) * 2021-09-10 2021-11-30 山东理工大学 一种基于磁场耦合的双向协同振动抛光装置及方法

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6362660A (ja) * 1986-09-04 1988-03-18 Junichiro Kumabe 複合振動砥石による精密仕上加工方法
CN102441820A (zh) * 2011-11-15 2012-05-09 苏州大学 一种非接触式超声波面形修抛方法及装置
CN104117878A (zh) * 2014-07-28 2014-10-29 辽宁工业大学 利用液体传递兆赫级振动的超声抛光方法及其抛光装置
US20170050285A1 (en) * 2015-08-18 2017-02-23 Kunshan Nano New Material Technology Co.,Ltd Polishing system based on the non-newton fluid and polishing method thereof
CN108818163A (zh) * 2018-07-03 2018-11-16 嘉兴学院 复频振动微结构表面加工装置
CN111702566A (zh) * 2020-06-03 2020-09-25 大连理工大学 一种软脆光学材料的抛光方法
CN111716157A (zh) * 2020-06-03 2020-09-29 大连理工大学 一种复杂结构的抛光方法及装置
CN113103070A (zh) * 2021-03-05 2021-07-13 华南理工大学 一种剪切增稠磨料流复合磨削加工微槽的方法
CN113714863A (zh) * 2021-09-10 2021-11-30 山东理工大学 一种基于磁场耦合的双向协同振动抛光装置及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吕东喜等: "旋转超声加工中磨粒冲击作用的仿真分析", 《哈尔滨工业大学学报》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024000759A1 (zh) * 2022-06-29 2024-01-04 大连理工大学 一种多场辅助磨料冲刷抛光方法与装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN114473834B (zh) 2023-05-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Chen et al. State-of-the-art review on vibration-assisted milling: principle, system design, and application
CN111716157B (zh) 一种复杂结构的抛光方法及装置
CN109079590B (zh) 一种基于磁场辅助的非牛顿流体增稠抛光方法及抛光系统
CN108972302B (zh) 一种非谐振式振动辅助抛光装置及方法
Kumabe et al. Ultrasonic superposition vibration cutting of ceramics
CN109623504A (zh) 一种超声振动辅助磨削与磁力抛光的复合加工系统及方法
CN112192447B (zh) 一种外场超声辅助射流抛光加工工具头装置
CN114473834B (zh) 一种微细结构非接触式抛光装置及方法
JP5061296B2 (ja) 平面両面研磨方法及び平面両面研磨装置
CN114918742B (zh) 基于电流变效应的微结构原位磨抛加工装置及其加工方法
CN105522445A (zh) 一种在线抛光微细工具的装置及方法
Peng et al. Characteristics of chip generation by vertical elliptic ultrasonic vibration-assisted grinding of brittle materials
CN111716159B (zh) 一种自由曲面的抛光方法及装置
CN103273386A (zh) 一种电泳辅助微细超声加工机床及加工方法
CN101745846A (zh) 一种振动磨料微孔去毛刺工艺
CN203292952U (zh) 一种电泳辅助微细超声加工机床
CN113561047A (zh) 一种孔内表面复合抛光方法及装置
CN108381304A (zh) 一种基于球壳压电换能器的超声聚焦流体振动抛光方法
CN114473720A (zh) 一种透镜阵列光学元件抛光方法及装置
US20220097194A1 (en) Magnetic field-assisted vibratory finishing device for minute structure and finishing method
CN210615995U (zh) 一种超声波振动辅助磁流变超精密抛光装置
CN1727103A (zh) 激波压力扰动辅助电火花加工高深宽比微细结构的装置与方法
CN209936704U (zh) 一种超声空化辅助射流抛光系统
CN110355620B (zh) 陶瓷材质上芬顿辅助的旋转超声高效抛光法
KR100417643B1 (ko) 초음파 진동공구를 이용한 금형 다듬질 자동화장치

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant