專利名稱：一種適用于球面金剛石拋光的拋光機的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種拋光機機械結構，更具體地說，是通過下磨體與研球磨頭的旋轉實現與大尺寸球面金剛石的接觸拋光的一種高精度拋光機。
背景技術：
隨著金剛石制備技術的發展，自支撐厚膜人造金剛石的成本逐漸降低，加之金剛石本身優異的物理性能，使得其在光學領域的應用越來越突出，成為各種苛刻環境下光學成像設備的首選。但人造金剛石在制備之后，表面光潔度很差，其粗糙度值一般從幾個微米到幾十微米，嚴重影響了它的光學性能。因此，作為高精度的光學級產品，需要對金剛石表面進行拋光。由于金剛石是自然界中最硬的物質，用普通方法很難加工，需通過特殊方式來實現。
目前，采用較多的金剛石拋光方法有機械法、熱化學機械法、氣氛保護法激光及等離子法等。國內外相關科研機構運用上述方法，展開了平面金剛石的拋光研究。而對于曲面(球面)金剛石拋光的研究，相對較少，而相應曲面拋光設備更是罕有報道。
發明內容
本發明的目的是提供一種適用于大尺寸球面金剛石拋光的拋光機，通過上軸磁流體密封機構和下軸磁流體密封機構的轉動實現以球面大尺寸金剛石為加工對象，加工出具有光學應用價值的高品質厚膜金剛石。
本發明是一種適用于球面金剛石拋光的拋光機，由上腔體、下腔體、定位壓桿機構、上軸磁流體密封機構、下軸磁流體密封機構、鉬托、下磨體和加熱器構成，定位壓桿機構和上軸磁流體密封機構安裝在上腔體上，下軸磁流體密封機構安裝在下腔體上，鉬托安裝在下軸磁流體密封機構的一端上，下磨體安裝在鉬托內，加熱器安裝在下腔體內；所述下軸磁流體密封機構由轉軸穿過磁流體并在其端部連接一同步帶輪構成，轉軸的另一端套接在鉬托上，轉軸是穿過下腔體的中心線軸孔伸入腔體內的，并且在下腔體內的中心位置安裝有加熱器，加熱器與下腔體的底部之間填充有隔熱材料；
所述上軸磁流體密封機構由轉軸穿過磁流體并在其端部連接一同步帶輪，轉軸的另一端套接在鉬套內，鉬套的端部連接有研磨球頭構成，鉬套與磁流體接合處設有彈簧，上軸磁流體密封機構是穿過上腔體的安裝孔通過密封套將其固定在上腔體上的；所述定位壓桿機構的定位軸的一端為V形錐，V形錐上設有內錐口，內錐口大小與研磨球頭的球面適配，定位軸另一端與波紋管連接，波紋管外部套接有擋套，波紋管另一端連接有提升桿，擋桿穿過提升桿上設有的孔安裝在提升桿上，定位壓桿機構是穿過上腔體的中心線軸孔并固定在上腔體的頂部；所述上腔體上設有中心軸孔、觀察窗和密封凸臺，密封凸臺的中心是用于安裝上軸磁流體密封機構的安裝孔，在上腔體的邊緣設有耳環。
本發明拋光機的優點(1)結構設計簡單，只需兩個轉動機構就可實現曲面拋光；(2)安裝調試簡便，采用自動定心技術，降低了安裝制造的難度；(3)操作使用方便，對環境沒有特殊要，無廢棄污染物的排放；(4)其加工后的光學級金附石，在國際國內均有市場需求，經濟效益潛力巨大；(5)本發明拋光機加工出具有光學應用價值的高品質金剛石，提升我國金剛石加工水平，促進金剛石在光學領域的應用。
圖1是本發明的拋光機結構視圖。
圖2是本發明拋光機的剖視圖。
圖3A是下軸磁流體密封機構結構圖。
圖3B是鉬托結構圖。
圖4A是上軸磁流體密封機構結構圖。
圖4B是研磨球頭與鉬套的結構圖。
圖5A是缺擋套的定位壓桿機構結構圖。
圖5B是擋套結構圖。
圖6是上腔體結構圖。
圖7是下磨體結構圖。
圖8是被加工件結構示意圖。
圖中1.下軸磁流體密封機構101.磁流體 102.同步帶輪103.轉軸 2.上軸磁流體密封機構201.磁流體 202.同步帶輪203.轉軸 204.鉬套 205.研磨球頭 206.彈簧 3.定位壓桿機構
301.擋套 302.波紋管 303.定位軸 304.擋桿 305.V形錐306.內錐口 307.提升桿 4.上腔體 401.中心軸孔 402.安裝孔403.觀察窗 404.密封凸臺 405.耳環 406.密封套5.下腔體6.加熱器 7.隔熱材料 8.鉬托 9.下磨體 901.內腔10.被加工件具體實施方式
下面將結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
本發明是一種適用于大尺寸球面金剛石拋光的拋光機，由上腔體4、下腔體5、定位壓桿機構3、上軸磁流體密封機構2、下軸磁流體密封機構1、鉬托8、下磨體9和加熱器6組成，定位壓桿機構3和上軸磁流體密封機構2安裝在上腔體4上，下軸磁流體密封機構1安裝在下腔體5上，鉬托8安裝在下軸磁流體密封機構1的一端上，下磨體9安裝在鉬托8內，加熱器6安裝在下腔體5內。
所述下軸磁流體密封機構1由轉軸103穿過磁流體101并在其端部連接一同步帶輪102構成，轉軸103的另一端套接在鉬托8上，鉬托8內安裝有下磨體9，9內放置有被加工件10，轉軸103與下磨體9底部用螺釘聯接。在工作狀態下，同步帶輪102與一電機通過同步帶連接，實現電機驅動轉軸103旋轉的同時帶動下磨體9轉動。下軸磁流體密封機構1的轉軸103是穿過下腔體5的中心線軸孔伸入腔體內的，并且在下腔體5內的中心位置安裝有加熱器6，加熱器6與下腔體5的底部之間填充有隔熱材料7礦渣棉，加熱器6可以選用電爐的加熱方式。鉬托8先安裝在加熱器6上然后再套接在轉軸103上，鉬托8能夠解決在高溫800℃～950℃加熱方式下進行拋光時的熱量傳遞，并能夠保持高溫下的形狀精度。
所述上軸磁流體密封機構2由轉軸203穿過磁流體201并在其端部連接一同步帶輪202，轉軸203的另一端套接在鉬套204內，鉬套204的端部連接有研磨球頭205構成，鉬套204與磁流體201接合處設有彈簧206。在工作狀態下，同步帶輪202與一電機通過同步帶連接，實現電機驅動轉軸203旋轉的使研磨球頭205與被加工件10接觸達到拋光被加工件10內球面的目的。鉬套204采用熔點較高的鉬材料加工制成，研磨球頭205采用20#鋼或35#鋼材料加工制成。上軸磁流體密封機構2是穿過上腔體4的安裝孔402通過密封套406將其固定在上腔體4上的密封凸臺404。
所述定位壓桿機構3的定位軸303的一端為V形錐305，V形錐305上設有內錐口306，內錐口306大小與研磨球頭205球面適配，定位軸303另一端與波紋管302連接，波紋管302外部套接有擋套301，波紋管302另一端連接有提升桿307，擋桿304穿過提升桿307上設有的孔安裝在提升桿307上。定位壓桿機構3是穿過上腔體4的中心線軸孔401并固定在上腔體4的頂部。定位壓桿機構3用于調整上軸磁流體密封機構2的轉軸203與下軸磁流體密封機構1的轉軸103之間的定心，以提高本發明拋光機的兩轉軸的定心精度。
所述上腔體4上設有一個中心軸孔401、兩個觀察窗403和密封凸臺404，密封凸臺404的中心是安裝孔402，在上腔體4的邊緣設有三個耳環405，耳環405用于將上腔體4進行吊起或者移動開。
在本發明中，上軸磁流體密封機構2的轉軸203與下軸磁流體密封機構1的轉軸103在裝配時需要保證兩轉軸的中心線之間的夾角為135度，這種結構設計的目的是為了避免研磨球頭205與被加工件10球面線速度零點的重合，以實現均勻去除材料，滿足拋光金剛石形位精度的要求。
本發明拋光機的工作原理是被加工件10(球面金剛石膜)固定在下磨體9內，下磨體9為錐形結構，其內腔901是球面腔，內腔901的大小與被加工件10的大小適配。上軸磁流體密封機構2的研磨球頭205通過定位壓桿機構3的V形錐305上的內錐口306調整至與被加工件10表面接觸。在采用氣氛保護拋光的方法下，先使整個腔室(上腔體4和下腔體5連接組成的腔室)抽到一定真空度，然后開啟電爐(加熱器6)，當加熱鉬托8至所需溫度，然后再分別開啟電機使上軸磁流體密封機構2和下軸磁流體密封機構1的轉軸(轉軸203、轉軸103)旋轉，被加工件10與研磨球頭205在高溫作用下發生滲碳化學反應，從而去除被加工件10表面的突起，達到拋光的目的。
本發明的拋光機，如采用機械法進行拋光時，不用抽真空，也不用開啟加熱器6。
本發明的拋光機是針對曲面被加工件10的表面拋光技術而設計的，該裝置適用于機械拋光、熱化學機械拋光以及有氣氛保護拋光等多種拋光方法，是一種適用性較強、應用廣泛的拋光設備。
權利要求
1.一種適用于球面金剛石拋光的拋光機，其特征在于由上腔體(4)、下腔體(5)、定位壓桿機構(3)、上軸磁流體密封機構(2)、下軸磁流體密封機構(1)、鉬托(8)、下磨體(9)和加熱器(6)構成，定位壓桿機構(3)和上軸磁流體密封機構(2)安裝在上腔體(4)上，下軸磁流體密封機構(1)安裝在下腔體(5)上，鉬托(8)安裝在下軸磁流體密封機構(1)的一端上，下磨體(9)安裝在鉬托(8)內，加熱器(6)安裝在下腔體(5)內；所述下軸磁流體密封機構(1)由轉軸(103)穿過磁流體(101)并在其端部連接一同步帶輪(102)構成，轉軸(103)的另一端套接在鉬托(8)上，轉軸(103)是穿過下腔體(5)的中心線軸孔伸入腔體內的，并且在下腔體(5)內的中心位置安裝有加熱器(6)，加熱器(6)與下腔體(5)的底部之間填充有隔熱材料(7)；所述上軸磁流體密封機構(2)由轉軸(203)穿過磁流體(201)并在其端部連接一同步帶輪(202)，轉軸(203)的另一端套接在鉬套(204)內，鉬套(204)的端部連接有研磨球頭(205)構成，鉬套(204)與磁流體(201)接合處設有彈簧(206)，上軸磁流體密封機構(2)是穿過上腔體(4)的安裝孔(402)通過密封套(406)將其固定在上腔體(4)上的；所述定位壓桿機構(3)的定位軸(303)的一端為V形錐(305)，V形錐(305)上設有內錐口(306)，內錐口(306)大小與研磨球頭(205)的球面適配，定位軸(303)另一端與波紋管(302)連接，波紋管(302)外部套接有擋套(301)，波紋管(302)另一端連接有提升桿(307)，擋桿(304)穿過提升桿(307)上設有的孔安裝在提升桿(307)上，定位壓桿機構(3)是穿過上腔體(4)的中心線軸孔(401)并固定在上腔體(4)的頂部；所述上腔體(4)上設有中心軸孔(401)、觀察窗(403)和密封凸臺(404)，密封凸臺(404)的中心是用于安裝上軸磁流體密封機構(2)的安裝孔(402)，在上腔體(4)的邊緣設有耳環(405)。
2.根據權利要求1所述的拋光機，其特征在于上軸磁流體密封機構(2)的轉軸(203)與下軸磁流體密封機構(1)的轉軸(103)之間為135度的夾角。
3.根據權利要求1所述的拋光機，其特征在于上軸磁流體密封機構(2)的轉軸(203)與下軸磁流體密封機構(1)的轉軸(103)之間的定心通過定位壓桿機構(3)調整。
4.根據權利要求1所述的拋光機，其特征在于下磨體(9)的內腔(901)是球面腔。
5.根據權利要求1所述的拋光機，其特征在于加熱器(6)為電爐。
6.根據權利要求1所述的拋光機，其特征在于隔熱材料(7)為礦渣棉。
7.根據權利要求1所述的拋光機，其特征在于研磨球頭(205)采用20#鋼或35#鋼材料加工制成。
8.根據權利要求1所述的拋光機，其特征在于適用于機械拋光、熱化學機械拋光或者有氣氛保護的拋光。
全文摘要
本發明公開了一種適用于大尺寸球面金剛石拋光的拋光機，由上腔體、下腔體、定位壓桿機構、上軸磁流體密封機構、下軸磁流體密封機構、鉬托、下磨體和加熱器構成，定位壓桿機構和上軸磁流體密封機構安裝在上腔體上，下軸磁流體密封機構安裝在下腔體上，鉬托安裝在下軸磁流體密封機構的一端上，下磨體安裝在鉬托內，加熱器安裝在下腔體內。本發明拋光機結構設計簡單，只需兩個轉動機構就可實現曲面拋光；安裝調試簡便，采用自動定心技術，降低了安裝制造的難度；操作使用方便，對環境沒有特殊要求，無廢棄污染物的排放；其加工后的光學級金剛石，在國際國內均有市場需求，經濟效益潛力巨大。
文檔編號B24B13/00GK1748938SQ200510102769
公開日2006年3月22日 申請日期2005年9月15日 優先權日2005年9月15日
發明者王樹彬, 馬泳濤, 陳五一, 田蒔, 孫玉靜 申請人:北京航空航天大學