一種拋光液在線調配內供給拋光機床的制作方法

本實用新型涉及化學機械拋光領域，尤其涉及一種拋光液在線調配內供給式拋光裝置。

背景技術：

化學機械拋光（CMP）是在化學試劑及拋光壓力的作用下借助磨料的機械去除作用及化學作用去除工件表面的材料，從而獲得光學精密表面。

拋光液是CMP的關鍵要素之一，CMP的拋光液中一般含有H₂O₂等易分解成分，因此拋光液的化學組分濃度穩定性、施液量、施液速度、pH值、溫度等因素均影響拋光去除速率。尤其當對大型光學元件表面進行迭代修正拋光時，去除速率的不穩定將直接影響面形誤差修正的準確性。因此在拋光過程中保持拋光液組分穩定性至關重要。文獻報道中使用的拋光機多采取大面積漫灌方式，拋光液裸露在空氣中，難以保證拋光液化學組分濃度穩定性，影響超精密拋光去除過程的穩定性。

技術實現要素：

本實用新型提供一種拋光液在線調配內供給拋光機床，以解決在拋光過程中拋光液組分不能保持穩定的問題。

本實用新型采取的技術方案是：拋光液回收箱和機床支架分別與機床底座固定連接，拋光液在線調配裝置與拋光液回收箱上方固定連接，Z向進給機構與機床支架固定連接，Z向進給機構與A軸擺動機構相連，A軸擺動機構與拋光頭工具系統相連，機X向進給機構與床底座固定連接，X向進給機構上方與Y向進給機構相連，Y向進給機構上方與C軸轉臺相連。

所述的拋光液在線調配裝置的結構是：化學試劑瓶一、化學試劑瓶二、化學試劑瓶三分別通過液體管一、液體管二、液體管三與高壓隔膜泵一、高壓隔膜泵二、高壓隔膜泵三相連，高壓隔膜泵一、高壓隔膜泵二、高壓隔膜泵三分別通過液體管四、液體管五、液體管六與單向閥一、單向閥二、單向閥三一端相連，單向閥一、單向閥二、單向閥三另一端分別與液體管七一端相連接，液體管七另一端與混合室入口相連，混合室中裝有攪拌棒，混合室出口通過液體管八與高壓隔膜泵四一端相連，高壓隔膜泵四另一端通過液體管九與單向閥四一端相連，單向閥四另一端與液體管十連接。

所述的拋光頭工具系統結構是：驅動電機與電機支架相連，電機支架與拋光工具殼相連，驅動電機與聯軸器相連，聯軸器與齒輪軸相連，齒輪軸與錐齒輪相連，錐齒輪二與錐齒輪一相連，錐齒輪一與空心拋光主軸連接，圓柱連接管一端與空心拋光主軸相連，另一端與拋光工具頭相連，圓柱連接管內部有流量截止片，拋光工具頭底部與拋光墊相連；輸液管在空心拋光主軸內部，輸液管一端有進液口，輸液管下端與旋轉接頭上端螺紋連接，輸液管上端與輸液管架相連，輸液管架與拋光工具殼相連，旋轉接頭下端與圓柱連接管螺紋連接，電動推桿座與輸液管架相連，電動推桿外殼與電動推桿座相連，供液電機通過支架固定在電動推桿外殼上，供液電機與絲杠相連，螺母與滑塊相連，滑塊在導軌上做直線運動，滑塊與活塞桿通過螺紋連接。

所述的旋轉接頭的結構是：旋轉軸通過軸承與固定殼轉動連接，支撐環與旋轉軸固定連接，旋轉軸端通過密封圈與固定殼密封，固定殼上端用于與輸液管底部螺紋連接，旋轉軸下端用于與圓柱連接管螺紋連接。

本實用新型實現了包括三軸移動和兩軸轉動在內的五軸聯動，在線調配系統有利于實現拋光液各組分試劑的獨立分裝、在線調配，與內供給式供液系統有機結合，實現拋光液的適時定點精確輸送，避免拋光液四濺造成的污染浪費，有利于實現穩定均勻的拋光去除，提高大型光學元件面型誤差修正拋光的準確性。

本實用新型的有益之處在于：

（1）拋光液在線調配裝置可以實現拋光液各組分的實時獨立調配，有利于保證拋光液各組分的化學穩定性。

（2）利用電動推桿帶動活塞的升降運動和流量截止片的開合角度控制二者相配合，有利于實現拋光液的施液量和施液速度的精確控制，提高材料去除的均勻性、穩定性和準確性，改善加工質量。

（3）內供給式拋光工具頭設計成上寬下窄的圓臺型結構可改善拋光頭的剛度，減小拋光頭翹曲變形。拋光頭出液孔設計成“《》”式孔道，減小加工前拋光液與外界的接觸面積，將拋光液集中向工件表面輸送，有效避免拋光液四濺造成的污染浪費，實現拋光液的適時定點輸送，并降低外界環境對拋光液性質的影響，進一步保證拋光液的成分穩定性。

（4）將拋光頭工具系統整合在五軸聯動機床上，結合內供給式拋光頭工具系統，有利于實現復雜曲面的化學機械拋光。

本實用新型對于提升我國高品質光學元件的制造水平和制造能力，推進光學曲面精密制造理論創新，加快我國航空航天、機械制造等產業的快速發展，具有重要學術價值和較大的社會經濟效益。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖；

圖2是本實用新型拋光液在線調配裝置的結構示意圖；

圖3是本實用新型拋光頭工具系統的結構示意圖；

圖4是本實用新型旋轉接頭的結構示意圖。

具體實施方式

拋光液回收箱1和機床支架11分別與機床底座10固定連接，拋光液在線調配裝置2與拋光液回收箱1上方固定連接，Z向進給機構3與機床支架11固定連接，Z向進給機構3與A軸擺動機構4相連，A軸擺動機構4與拋光頭工具系統5相連，機X向進給機構9與床底座10固定連接，X向進給機構9上方與Y向進給機構8相連，Y向進給機構8上方與C軸轉臺7相連。

所述的拋光液在線調配裝置2的結構是：化學試劑瓶一201、化學試劑瓶二223、化學試劑瓶三222分別通過液體管一202、液體管二206、液體管三210與高壓隔膜泵一203、高壓隔膜泵二207、高壓隔膜泵三211相連，高壓隔膜泵一203、高壓隔膜泵二207、高壓隔膜泵三211分別通過液體管四204、液體管五208、液體管六213與單向閥一205、單向閥二209、單向閥三212一端相連，單向閥一205、單向閥二209、單向閥三212另一端分別與液體管七214一端相連接，液體管七214另一端與混合室221入口相連，混合室221中裝有攪拌棒220，混合室出口通過液體管八219與高壓隔膜泵四218一端相連，高壓隔膜泵四218另一端通過液體管九217與單向閥四216一端相連，單向閥四216另一端與液體管十215連接。

所述的拋光頭工具系統5結構是：驅動電機501與電機支架502相連，電機支架502與拋光工具殼522相連，驅動電機501與聯軸器503相連，聯軸器503與齒輪軸504相連，齒輪軸504與錐齒輪524相連，錐齒輪二524與錐齒輪一505相連，錐齒輪一505與空心拋光主軸511連接，圓柱連接管509一端與空心拋光主軸511相連，另一端與拋光工具頭507相連，圓柱連接管509內部有流量截止片508，拋光工具頭507底部與拋光墊506相連；輸液管512在空心拋光主軸511內部，輸液管512一端有進液口520，輸液管512下端與旋轉接頭510上端螺紋連接，輸液管512上端與輸液管架522相連，輸液管架522與拋光工具殼523相連，旋轉接頭510下端與圓柱連接管509螺紋連接，電動推桿座514與輸液管架522相連，電動推桿外殼515與電動推桿座514相連，供液電機521通過支架固定在電動推桿外殼515上，供液電機521與絲杠519相連，螺母517與滑塊518相連，滑塊518在導軌516上做直線運動，滑塊518與活塞桿513通過螺紋連接。

所述的旋轉接頭510的結構是：旋轉軸5101通過軸承5103與固定殼5102轉動連接，支撐環5104與旋轉軸5101固定連接，旋轉軸5101兩端通過密封圈5105與固定殼5102密封，固定殼5102上端用于與輸液管512底部螺紋連接，旋轉軸5101下端用于與圓柱連接管509螺紋連接。

拋光液在線調配裝置2根據設定配比調配所需拋光液，并經由液體輸送管215將拋光液輸送至內供給式拋光頭工具系統5中，借助X向進給機構9、Y向進給機構8、Z向進給機構3、C軸轉臺7及A軸擺動機構4實現光學復雜曲面的加工運動，從而完成光學曲面的拋光液在線調配內供給式化學機械拋光。

高壓隔膜泵218中隔膜片運動將混合室221中攪拌均勻的拋光液吸入液體管215中，并輸入至內供給式拋光頭工具系統5中，單向閥216用于防止液體管215中的拋光液回流。利用所實用新型的拋光液在線調配裝置有利于實現拋光液各組分試劑的獨立分裝、在線調配，有利于保證拋光液各組分的化學穩定性，改善化學機械拋光質量。

空心拋光主軸511通過圓柱連接管509帶動拋光頭507旋轉。圓柱連接管509內部安裝有流量截止片508，通過調節旋鈕調整流量截止片508的開合角度，控制拋光液流量。拋光頭507為上寬下窄的圓臺式結構，底部開“《》”式液體流道，用于減小加工前拋光液與外界的接觸面積。拋光頭507的拋光工作表面固定有拋光墊506，當空心拋光主軸帶動拋光頭旋轉時可實現工件的拋光加工。

調配好的拋光液從進液口520處進入輸液管512，輸液管512連接在輸液管架522上，輸液管架522連接在拋光工具殼523上。電動推桿座514連接在輸液管架522上，用于固定電動推桿外殼515。供液電機521固定在電動推桿外殼515上，電機驅動螺母517旋轉，從而帶動與螺母517相連的滑塊518在導軌516上做直線運動。活塞桿513與滑塊518通過螺紋連接，并與滑塊共同做升降運動，將液體輸送進圓柱連接管509內，由供液電機521控制活塞的位置，從而控制拋光液的流量。

本實用新型所公開的內供給式工具系統有利于實現拋光液的適時定點精確均勻輸送，避免拋光液四濺造成的污染浪費，同時也避免了拋光液裸露在空氣中造成的拋光液成分、濃度、pH值等性質的變化，有利于獲得穩定的拋光去除過程，提高復雜光學元件面型誤差修正拋光的準確性。