[發明專利]半球諧振子超精密球面加工裝置及加工方法

在審

• 申請號: 201811069141.3
• 申請日: 2018-09-13
• 公開（公告）號: CN109483394A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發明（設計）人: 馬波
• 申請（專利權）人: 西安航晨機電科技股份有限公司
• 主分類號: B24B37/025
• 分類號: B24B37/025;B24B37/34;B24B1/00
• 代理公司: 合肥順超知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 34120
• 代理人: 周發軍

半球諧振子超精密球面加工裝置及加工方法，包括有半球諧振子內球面超精密加工裝置、半球諧振子內球面超精密加工裝置、半球諧振子灌封方法和相關裝置、球殼口倒內球面角裝置、外球面倒角示裝置、內球面倒角示裝置、支撐桿自適應彈性磨頭裝置加工方法包括有以下步驟：步驟1、精密球面加工方法；步驟2、各類參數組合序列方法；步驟3、精密球面加工磨頭設計方法及與研磨劑材質和粒度的控制方法；步驟4、微應力球面精密加工的彈性加載力的控制方法；步驟5、半球諧振子灌封方法；步驟6、半球諧振子精密測量方法，包括有真球度測量方法和同軸測量方法；步驟7、球殼口倒角、支撐桿R倒圓方法；步驟8、支撐桿自適應彈性磨頭使用方法。

技術領域

本發明屬于熔融石英玻璃球殼形超薄壁零件超精密加工技術領域，涉及加工原理，微應力加工方法和相關裝置，具體而言，是一種半球諧振子超精密球面加工裝置及加工方法。

背景技術

半球諧振陀螺是當代最具發展前景的陀螺，具有替代現代光纖陀螺、激光陀螺、靜電陀螺、三浮陀螺的趨勢，美國、法國、俄羅斯已率先應用到現代航天、航空、航海、兵器和現代交通工具上了。半球諧振子為熔融石英玻璃薄壁超精密球殼零件，半球諧振子球面超精密加工技術是半球諧振陀螺(HRG)的最關鍵技術之一。這種半球諧振陀螺工作的前題是諧振子以一定的頻率做持續振動使半球諧振子球殼邊緣形成四波幅圖案，因此是半球諧振陀螺(HRG)的核心和敏感部件，其加工精度和振動特性直接影響半球諧振陀螺(HRG)的性能。

由于半球諧振子材料為熔融石英玻璃材料，這是一種硬而脆的材料，而且半球諧振子形狀為薄壁半球殼形，尺寸精密度要求極高，因此加工難度很大。目前我國在半球諧振子的加工精度上和國外存在著較大的差距，不能滿足半球陀螺的精度要求：依據誤差數學模型計算，其精度要求為諧振子真球度≤0.1μm，表面粗糙度Ra≤0.01μm；內外球殼球面對中心支撐的同軸度≤1.5μm；球殼壁厚不均勻度≤0.5μm；屬于亞微米級精度，是我國重點技術攻關項目。

發明內容

為了解決上述現有技術中存在的問題，本發明提供一種半球諧振子超精密球面加工裝置及加工方法。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：半球諧振子超精密球面加工裝置，包括有半球諧振子內球面超精密加工裝置、半球諧振子內球面超精密加工裝置、半球諧振子灌封方法和相關裝置、球殼口倒內球面角裝置、外球面倒角示裝置、內球面倒角示裝置、支撐桿自適應彈性磨頭裝置。

半球諧振子超精密球面的加工方法，包括有以下步驟：步驟1、精密球面加工方法；步驟2、各類參數組合序列方法；步驟3、精密球面加工磨頭設計方法及與研磨劑材質和粒度的控制方法；步驟4、微應力球面精密加工的彈性加載力的控制方法；步驟5、半球諧振子灌封方法；步驟6、半球諧振子精密測量方法，包括有真球度測量方法和同軸測量方法；步驟7、球殼口倒角、支撐桿R倒圓方法；步驟8、支撐桿自適應彈性磨頭使用方法。

本發明和現有技術相比，其優點在于：

1、本發明相對一般球面精密加工，超精密加工精度高，達到亞微米級，目前已做到熔融石英玻璃球殼壁0.85mm；球殼壁厚不均勻度≤0.5μm；球殼內外球面圓度≤0.1μm；表面粗糙度≤0.01μm；對支撐桿的同軸度≤1.5μm。

一般球面精密球面研磨大都采用成型法技術，即用同樣大小尺寸的球頭研磨凹球面，用同樣熊尺寸的球碗研磨凸球面，此研具俗稱球托，球面磨頭按余弦規律磨削去量，優點是效率高，缺點是應力大，需要用大量的球頭、球碗研具，一般研磨一個高精度的球面需要幾十個研具，研具還要經常修復，加工成本極高，極易脆裂，對于薄壁球面零件極易產生彈性、塑性變形，精度難以保證。和光學透鏡加工用球面研磨機向比較，由于此類球面研磨機采用了近似球面搖擺法，不具備范成法原理，球面極易塌邊，但在光學透鏡修邊工序中，可將球面塌邊部分去掉，目前，在光學透鏡球面加工中還在采用，但在半球諧振子精密加工中是不適用的，一是精度不高，二是不允許修邊。