專利名稱：用于非球面零件的彈性細磨裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種彈性細磨裝置，具體涉及一種用于非球面零件的彈性細磨裝置。
背景技術：
在大型光學系統中，非球面光學元件的使用能降低光學系統的復雜性、減小系統尺寸和減輕系統重量，從而提高光學系統的性能，因此研制高質量的大尺寸非球面光學元件對空間光學、天文觀測的發展有極為重要的意義。由于大口徑非球面光學零件的制造難度較大，所以制約了其發展與應用。在粗加工階段，利用數控銑磨機銑磨后的非球面毛坯零件的表面帶有刀具路徑形狀的溝壑結構，如果不進行處理，這種溝壑結構容易使得拋光后的非球面表面波紋度很強， 不能滿足光學元件的精度要求。為了能適應精加工的要求，需要對表面進行細磨。傳統的球面細磨，多采用硬接觸的方法，用與待研磨面吻合的玻璃研磨盤或者鑄鐵研磨盤加金剛砂進行細磨。在細磨大口徑非球面元件時，無法使用與非球面口徑相當的細磨盤，所以只有使用小口徑的細磨盤細磨大口徑零件。而大口徑非球面的一個顯著特征是在不同的區域， 其具備不同的最接近球面，這使得大口徑非球面元件無法找到一個細磨盤與其所有表面吻合。為了解決這個問題，在細磨大口徑非球面元件時，在不同的位置選用不同的細磨盤，這又使得過渡區域細磨盤與非球面元件的表面不吻合。為使研磨墊在工作過程中與被研磨面完全貼合，中國發明專利CN1772436A公開了一種用于一邊旋轉接觸被研磨面，一邊進行研磨的彈性研磨工具以及鏡片的研磨方法， 該彈性研磨工具包括彈性研磨體和研磨墊，所述彈性研磨體具有能仿形所述被研磨面并改變形狀的特性，彈性研磨體為圓筒形，在圓筒形一方的面上，形成圓頂狀的曲面，該曲面具有近似于眼鏡鏡片的被研磨面的表面形狀的預定的曲率半徑；所述研磨墊安裝在彈性研磨體的面對鏡片的被研磨面的曲面上，其材質是無紡布或由多孔質材料形成的薄片。該彈性研磨工具的彈性研磨體的形狀和彈性使研磨墊在研磨過程中時刻與被研磨面貼合，保證被研磨面完全處于可加工范圍內，其研磨工具口徑與被研磨非球面鏡片的口徑大致相當。同時，該彈性研磨工具的研磨墊(拋光墊)的材質為無紡布或者由多孔材料形成的薄片，其剛度很小，導致研磨(拋光)后的非球面上的高頻褶皺不能完全去除。其實該發明專利其實是用在拋光非球面眼鏡片類的小口徑非球面零件而不是細磨非球面表面零件。所以為了能很好地細磨大口徑非球面元件，需要尋找一個具有較高硬度且能很好地與非球面表面吻合的細磨裝置，從而解決大口徑非球面零件細磨環節細磨盤與待細磨工作工作表面吻合問題。
發明內容
本發明的發明目的是提供一種用于非球面零件的彈性細磨裝置，通過本發明的使用，提高非球面零件被研磨面的表面精度。為達到上述發明目的，本發明采用的技術方案是一種用于非球面零件的彈性細磨裝置，包括基體、彈性部件和研磨墊，所述研磨墊由貼合于所述彈性部件一側的金屬薄片構成。進一步的技術方案，所述基體設于所述彈性部件的另一側，所述基體上設有與所述彈性部件接觸的曲面，所述曲面的曲率半徑與非球面零件被研磨面的最接近球曲率半徑之比為0. 95 1. 05。上述技術方案中，所述彈性部件為圓柱體，其直徑與高度之比為6 20。上述技術方案中，所述研磨墊為0. 5 1. 5mm厚的鋅片。上述技術方案中，所述研磨墊上均布至少3個鏤空區。上述技術方案中，所述研磨墊通過設于其上的4條均布的U形切口構成花瓣形研磨墊。上述技術方案中，所述研磨墊為圓形，其上設有4個均布的菱形孔。上述技術方案中，所述彈性部件的材料為EVA。上述技術方案中，所述研磨墊上黏結有拋光體，其為拋光革或聚氨酯拋光片；通過黏結所述拋光體，本發明可作為拋光裝置使用。細磨過程如下
步驟一、根據大口徑非球面零件的非球面的近球曲率半徑確定彈性細磨裝置的基體的尺寸以及彈性部件和研磨墊的直徑，然后將基體、彈性部件和研磨墊分別固定連接；
步驟二、將大口徑非球面零件固定于工作臺上，使其帶有銑磨印記的被研磨面處于可加工位置；
步驟三、將彈性研磨裝置與外設的動力裝置連接，并使研磨墊與被研磨面接觸，且對被研磨面施加壓力；
步驟四、利用動力裝置驅動彈性研磨裝置沿銑磨印記的法向方向運動，借助于外部結構向研磨墊與被研磨面之間添加研磨粒子(金剛砂)，磨去被研磨面上由刀具印記形成的溝壑。由于上述技術方案運用，本發明與現有技術相比具有下列優點
1.本發明的研磨墊選用硬度較大、厚度較小的金屬片，受力時整體變形，其表面具備一定的剛性，且變形后表面不會隨著被研磨面的褶皺而變形，使得研磨墊作用在被研磨面后， 有效的去除數控銑磨形成的非球面零件的被研磨面上的高頻褶皺，降低被研磨面的表面粗糙度，提高細磨精度。2.本發明的基體上設有曲率半徑與非球面零件被研磨面的接近球曲率半徑接近的曲面，這使得彈性部件彈性補償研磨墊與被研磨面之間不吻合區域的間隙很小，研磨墊在被研磨面和彈性部件施予的力的作用下，時刻與被研磨面貼合且整個面受力變化小，從而使得研磨均勻。
圖1是非球面零件的非球面銑磨后的結構示意圖； 圖2是本發明的實施例一工作狀態時的示意圖3是本發明實施例一的示意圖； 圖4是實施例一的研磨墊的主視圖；圖5是實施例一的研磨墊的局部剖面圖； 圖6是本發明實施例二的示意圖； 圖7是實施例二的研磨墊的主視其中1、彈性部件；2、研磨墊；2a、切口 ；2b、菱形孔；3、基體；30、曲面；4、拋光體。
具體實施例方式下面結合附圖及實施例對本發明作進一步描述
實施例一參見圖1所示，大口徑非球面零件在被數控銑磨機加工后，其非球面上會留有由刀具印記形成的溝壑結構。如圖3所示，一種用于非球面零件的彈性細磨裝置，包括彈性部件1、貼合于所述彈性部件一側的研磨墊2和設于所述彈性部件1另一側的基體3，所述基體3的材料為鋁， 所述基體3上設有與所述彈性部件接觸的曲面30，所述曲面30的曲率半徑與非球面零件被研磨面的最接近球曲率半徑之比為0. 95 1. 05，保證研磨墊在工作過程中與被研磨面時刻貼合；
所述研磨墊2為0. 5 1. 5mm厚的鋅片；如圖4所示，所述研磨墊2上設有4條均布的U形切口 2a，構成花瓣形研磨墊，所述的切口部使得磨料粒子可以均勻分布在研磨墊與被研磨面之間，同時為研磨屑提供排出通路；另一方面，研磨過程中，研磨墊和被研磨面之間會產生大量的磨擦熱，研磨墊上開設的切口部有助于冷卻水進入，利于散熱。如圖5所示，所述研磨墊的表面局部設有溝壑，使得磨料粒子可以均勻分布在研磨墊與被研磨面之間，提高細磨質量。所述彈性部件1為圓柱體，其直徑與高度之比為6，保證細磨盤的運動穩定、不翻盤。所述彈性部件1的材料為EVA，該材料具有良好的緩沖，抗化學腐蝕、壽命長、無毒、不吸水。本發明利用EVA材料的彈性來補償研磨墊與被研磨面之間不吻合區域的間隙。所述彈性部件的厚度根據所述基體半徑與被研磨面的之間的誤差值確定，如果誤差值比較小，則選擇厚度薄的材料；如果誤差值比較大，則選擇厚度厚一點的材料，優選地遵循如下原則 (1)若誤差值為0 10um，選擇Imm厚的EVA板；(2)若誤差值為IOum 20um，則選擇2mm 厚的EVA板；(3)若誤差值為20um 30um，則選擇3mm厚的EVA板。本發明的彈性部件不局限于EVA材料及上述的厚度選擇原則，可根據工藝要求和實際情況進行調整。所述彈性部件選擇其他的具有良好的緩沖，抗化學腐蝕等性能的彈性材料，只要能滿足本發明的使用要求，均落在本發明的保護范圍內。細磨過程如下
步驟一、根據大口徑非球面零件的非球面的近球曲率半徑確定彈性細磨裝置的基體的尺寸以及彈性部件和研磨墊的直徑，然后將基體、彈性部件和研磨墊分別固定連接；
步驟二、將大口徑非球面零件固定于工作臺上，使其帶有銑磨印記的被研磨面處于可加工位置；
步驟三、將彈性研磨裝置與外設的動力裝置連接，并使研磨墊與被研磨面接觸，且對被研磨面施加壓力；
步驟四、利用動力裝置驅動彈性研磨裝置沿銑磨印記的法向方向運動(如圖2所示)，借助于外部結構向研磨墊與被研磨面之間添加研磨粒子(金剛砂)，磨去被研磨面上由刀具印
5記形成的溝壑。另外，在細磨時，為了提高效率，可以根據要求進行多次細磨。一般地，首次細磨的磨料粒子的顆粒粒度大，后面的細磨磨料粒子逐次降低。實施例二、如圖6和圖7所示，一種用于非球面零件的彈性細磨裝置，包括彈性部件1、貼合于所述彈性部件一側的研磨墊2和設于所述彈性部件1另一側的基體3，所述基體3的材料為尼龍，所述基體3上設有與所述彈性部件接觸的曲面30，所述曲面30的曲率半徑與非球面零件被研磨面的近球曲率半徑之比為0. 95 1. 05，保證研磨墊在工作過程中與被研磨面時刻貼合；
所述研磨墊2為0. 5 1. 5mm厚的鋅片；如圖7所示，所述研磨墊2上設有4個均布的菱形孔2b，所述的菱形孔使得磨料粒子可以均勻分布在研磨墊與被研磨面之間，同時為研磨屑提供排出通路；另一方面，研磨過程中，研磨墊和被研磨面之間會產生大量的磨擦熱， 研磨墊上開設的菱形孔有助于冷卻水的進入，利于散熱。如圖5所示，所述研磨墊的表面局部設有溝壑，使得磨料粒子可以均勻分布在研磨墊與被研磨面之間，提高細磨質量。所述彈性部件1的材料為EVA，該材料具有良好的緩沖，抗化學腐蝕、壽命長、無毒、不吸水。本發明利用EVA材料的彈性來補償研磨墊與被研磨面之間不吻合區域的間隙。 所述彈性部件1為圓柱體，其直徑與高度之比為6，保證細磨盤的運動穩定、不翻盤。所述研磨墊2上黏結有拋光體4，其為拋光革，通過黏結上述的拋光體，本發明可作為拋光裝置使用。
權利要求
1.一種用于非球面零件的彈性細磨裝置，包括基體(3)、彈性部件(1)和研磨墊(2)，其特征在于所述研磨墊(2)由貼合于所述彈性部件(1) 一側的金屬薄片構成。
2.根據權利要求1所述的彈性細磨裝置，其特征在于所述基體(3)設于所述彈性部件 (1)的另一側，所述基體(3)上設有與所述彈性部件接觸的曲面(30)，所述曲面(30)的曲率半徑與非球面零件被研磨面的最接近球曲率半徑之比為0. 95 1. 05。
3.根據權利要求1或2所述的彈性細磨裝置，其特征在于所述彈性部件(1)為圓柱體，其直徑與高度之比為6 20。
4.根據權利要求1或2所述的彈性細磨裝置，其特征在于所述研磨墊(2)為0.5 1. 5mm厚的鋅片。
5.根據權利要求1或2所述的彈性細磨裝置，其特征在于所述研磨墊(2)上均布至少 3個鏤空區。
6.根據權利要求5所述的彈性細磨裝置，其特征在于所述研磨墊(2)通過設于其上的 4條均布的U形切口(2a)構成花瓣形研磨墊。
7.根據權利要求5所述的彈性細磨裝置，其特征在于所述研磨墊(2)的外輪廓為圓形，其上設有4個均布的菱形孔(2b)。
8.根據權利要求1或2所述的彈性細磨裝置，其特征在于所述彈性部件(1)的材料為EVA。
9.根據權利要求1或2所述的彈性細磨裝置，其特征在于所述研磨墊(2)上黏結有拋光體(4)，其為拋光革或聚氨酯拋光片。
全文摘要
本發明公開了一種用于非球面零件的彈性細磨裝置，包括基體、彈性部件和研磨墊，所述研磨墊由貼合于所述彈性部件一側的金屬薄片構成。本發明的研磨墊選用硬度較大、厚度較小的金屬片，受力時整體變形，且變形后表面不會形成褶皺，使得研磨墊作用在被研磨面后，有效的去除數控銑磨形成的非球面零件的被研磨面上的高頻褶皺，降低被研磨面的表面粗糙度，提高細磨精度。
文檔編號B24B13/00GK102198623SQ201110118618
公開日2011年9月28日 申請日期2011年5月9日 優先權日2011年5月9日
發明者任建鋒 申請人:蘇州大學