[發明專利]基于分級結構化復合彈性研拋盤的動壓光整方法

有效

• 申請號: 201210042630.6
• 申請日: 2012-02-24
• 公開（公告）號: CN102658521A
• 公開（公告）日: 2012-09-12
• 發明（設計）人: 金明生;計時鳴;敖海平;張利;文東輝
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B24B37/11
• 分類號: B24B37/11;B24B37/34;B24B55/02;B24B55/06
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;黃美娟

技術領域

本發明涉及一種基于分級結構化復合彈性研拋盤的動壓光整方法，集研磨與拋光功能于一體，能有效改善冷卻液(拋光液)的流動性，加強磨粒的有效參與率和切削效果，適用于對光學元件、非晶薄膜襯底等工件表面的高效精密自動化研磨與拋光。

背景技術

光整加工是指從待加工工件上不切除或切除極薄材料層，用以改善工件表面粗糙度或強化其表面的加工過程，采用的方法包括研磨和拋光。傳統的利用研磨盤或拋光盤的光整方法將研磨與拋光工序分開，使得由研磨過渡到拋光時系統需要將研磨盤更換為拋光盤，很難提升加工效率。即使是單一的研磨加工，單一磨粒粒度的研磨盤也并不能使工件完全達到所需的表面粗糙度或需要很長的加工時間才能滿足拋光需求。同時，傳統加工方法，加工時需要人為添加砝碼或由工件和承托工件的器件本身的重力來決定施加于工件表面與研磨盤(或拋光盤)表面的壓力，這使得所施加的壓力不能根據加工需求得到動態調節，且較難調節到低于工件和承托工件的器件本身重力的壓力，在更換研磨盤或拋光盤后需再次進行修整、添加或更換砝碼，由于砝碼的質量固定，很難實現施加壓力的連續變化，從而影響了加工效率，且受人為因素影響大，最終不易于提高工件加工質量。

發明內容

為了克服現有的光整方法中存在的加工效率低、資源利用率低、自動化程度不高、加工質量不易于提高等不足和缺點，本發明提出一種基于分級結構化復合彈性研拋盤，具有高加工效率、資源利用率、自動化程度和加工質量特性的新型光整方法。

本發明的技術方案：為達到上述目的，本發明提出一種基于分級結構化復合彈性研拋盤的動壓光整方法，該動壓光整方法包括以下步驟：提供工件；將工件固定于動壓光整系統的加壓塊上；移動加壓塊所在的動壓調節裝置，使之與研拋盤最外沿的粗磨圈接觸；動壓調節裝置根據反饋回的壓力與預設壓力之間的差值，通過實時調節電磁裝置中的電流，使工件與研拋盤間的壓力動態穩定于預設壓力；液體噴射裝置的支導管分別與研拋盤上的結構化流道連接，使工件表面充分與冷卻液(拋光液)等接觸；工件首先在具有一定轉速的研拋盤粗磨圈進行加工，當時間達到工藝預設值時，工件隨動壓調節裝置再分別依次移動到具有不同轉速的細磨圈、精磨圈和拋光內圈進行加工，在拋光內圈加工完成后，即結束整個工件的研拋加工。

進一步，所述研拋盤由磨料層、粘結層和基體層組成。所述磨料層運用分級理念，設置有研磨外圈和拋光內圈，所述研磨外圈沿研拋盤直徑方向由外向內分為粗磨圈、細磨圈和精磨圈。粗磨圈、細磨圈、精磨圈和拋光內圈分別采用不同的磨粒配比和磨粒粒度，適用于工件粗磨、細磨、精磨和拋光加工。結合研磨相比于拋光需要較高相對運動速度和材料去除量的特點，將研磨外圈與拋光內圈由外向內整合在一個研拋盤上，充分利用了研拋盤的有限空間，也解決了傳統方法中從研磨到拋光工序過渡時需頻繁更換研磨盤和拋光盤的缺點。

進一步，所述動壓光整系統的動壓調節裝置通過轉動裝置可在研拋盤的粗磨圈、細磨圈、精磨圈和拋光內圈間移動。當工件在粗磨圈的加工時間達到工藝要求后，工件隨動壓調節裝置移到細磨圈再進行細磨加工，以此類推進行精磨加工與拋光加工。動壓調節裝置帶動工件在研拋盤各加工圈間移動，實現了工件各加工工序的順滑銜接，即可在中間無需停止動壓光整系統的條件下在一個研拋盤上依次實現粗磨、細磨、精磨和拋光。

進一步，所述加壓塊通過軸承安裝在動壓調節裝置上。加壓塊將工件壓在研拋盤上，當研拋盤轉動時，由于加壓塊上各部分的線速度不同，研拋盤將帶動加壓塊做自轉運動，從而實現加壓塊上工件表面的加工紋理無序化。

進一步，所述動壓光整系統的動壓調節裝置可實時調節工件待加工表面與研拋盤間的壓力。由于工件在不同的加工圈進行加工時所需的壓力不同，利用裝置上所安裝的力反饋元件，動壓調節裝置可實現工件在不同加工圈壓力的動態變化，并且可保證工件在同一加工圈時壓力穩定在一定范圍內。

進一步，所述研拋盤采用雙層狀高聚物復合層結構。磨料層中的磨粒受彈性粘結層和基體層的柔性支撐與力學行為約束。本發明使用高分子吸水聚合物使結構化復合彈性研拋盤在去離子水的作用下產生溶脹現象，粘結層逐漸軟化，在磨料層和加工工件摩擦力的作用下，將鈍化的磨料層去除，即產生溶脹磨削脫落現象，形成新的磨料層，以實現研拋盤的自修正功能。

進一步，所述研拋盤采用結構化表面，其表面結構化流道有利于冷卻液(拋光液)在研拋盤表面的流動，且有助于各加工圈磨屑的去除和加工區溫度場的穩定。