專利名稱：柔性磨拋復合圓弧砂輪的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種砂輪，尤其是涉及一種超精密非球面磨削和拋光的柔性磨拋復合圓弧砂輪。
背景技術：
大口徑非球面透鏡具有口徑大、像質精度高和異性孔徑等特點，慣性約束聚變(ICF)的巨型激光裝置就用大口徑非球面透鏡來實現激光光束的聚焦。這類透鏡元件的加工一般經歷兩個階段，即磨削和拋光。磨削階段主要保證工件的面形精度并減小亞表面損傷，以減少拋光階段的去除量；拋光階段主要去除亞表面損傷，進一步降低工件面形精度和表面粗糙度。 由于采用傳統的金剛石圓弧砂輪磨削非球面是脆性加工，砂輪硬度很高，所以會在磨削后會在工件上留下亞表面損傷，這樣就影響了拋光階段的效率。目前，對非球面的拋光主要采用小磨頭拋光方式，但是采用這樣拋光方式極易產生中頻誤差。由于慣性約束聚變ICF裝置中的高功率固體激光系統要求對其采用的大口徑光學元件的波前質量進行全空間頻段的控制，尤其是元件中頻段的波前誤差，這是因為波前誤差導致的光束高頻調制和非線性增益會造成光學元件的絲狀破壞和降低光束的可聚焦功率，對極紫外或新興的X射線光學而言，中頻段誤差產生的小角度散射會極大地降低光學系統的分辨率。文獻(郭隱彪，等.基于高效磨削的新型柔性砂輪研究[J].重慶大學學報自然科學版，2000，23 (I) :9-11)中提出一種新型的柔性砂輪，并進行試驗，取得良好效果。但是所述柔性砂輪是平面砂輪，不能用于高精度的軸對稱、非軸對稱非球面加工。文獻(Ζ·M. Bzymek,等· Design of Flexible Grinding Wheel With Variable HubThickness [J]. Transactions of the ASME, 1994，117 (5) : 260-265)中提出了一種孔洞型柔性砂輪的設計方法。該孔洞型柔性砂輪制造工藝要求非常高，制造難度大，且也不能加工非球面工件。
發明內容
本發明的目的在于提供一種可明顯降低非球面磨削中的亞表面損傷和拋光過程中的中頻誤差的磨拋復合圓弧砂輪。本發明設有砂輪主體、氣閥、氣囊弧形調整裝置、環形氣囊、磨拋材料圈和壓緊裝置；砂輪主體內設有氣道，氣閥設于氣道中，氣道內端與環形氣囊內腔連通，氣道經氣閥外接氣源；氣囊弧形調整裝置設有前氣囊弧形調整環、后氣囊弧形調整環和調整驅動螺桿，前氣囊弧形調整環嵌套在砂輪主體前端面，后氣囊弧形調整環嵌套在砂輪主體后端面，調整驅動螺桿沿軸向穿過前氣囊弧形調整環、砂輪主體和后氣囊弧形調整環，調整驅動螺桿與砂輪主體轉動配合，調整驅動螺桿前部與前氣囊弧形調整環螺紋配合，調整驅動螺桿后部與后氣囊弧形調整環反向螺紋配合；環形氣囊套壓在前氣囊弧形調整環和后氣囊弧形調整環上，磨拋材料圈套在環形氣囊上；壓緊裝置設有前壓環和后壓環，前壓環和后壓環分別壓緊磨拋材料圈兩端面和環形氣囊兩端面，前壓環和后壓環均通過緊固螺釘分別與前氣囊弧形調整環和后氣囊弧形調整環固連。所述前氣囊弧形調整環和后氣囊弧形調整環最好與砂輪主體軸向滑動配合。所述磨拋材料圈可由硬橡膠層、修整橡膠層和砂帶組成；硬橡膠層套壓在所述環形氣囊表面，修整橡膠層套在硬橡膠層表面，砂帶套壓在修整橡膠層表面。 所述磨拋材料圈可為拋光墊圈，拋光墊圈的材料可采用聚氨酯。
·
所述環形氣囊與前氣囊弧形調整環和后氣囊弧形調整環之間均設有密封墊。所述調整驅動螺桿與砂輪主體轉動配合，最好是在砂輪主體中設有2個對稱布置的軸承，2個軸承均套在調整驅動螺桿上，調整驅動螺桿通過該2個軸承與砂輪主體轉動配合；調整驅動螺桿上最好還對稱設有2個彈性擋圈，彈性擋圈用于軸承的定位，防止軸承的軸向串動。與現有技術比較，本發明申請具有如下突出優點由于采用上述結構，通過轉動調整驅動螺桿，前氣囊弧形調整環與后氣囊弧形調整環之間的間距可以得到調整，這樣可以使環形氣囊獲得不同的圓弧半徑。由于前氣囊弧形調整環與后氣囊弧形調整環的螺紋旋向相反，故二者運動方向相反、位移相同。這樣可使環形氣囊獲得不同的圓弧半徑，當調整到需要的圓弧半徑后，通過壓緊裝置固定，可防止加工時串動，保證環形氣囊的圓弧半徑不變。由于環形氣囊的圓弧半徑可調，可擴大砂帶加工有效部位，便于加工不同曲率半徑的工件，而不必更換砂輪；而且可通過氣閥控制調整環形氣囊腔的壓力，達到調整環形氣囊的剛度。這樣可根據不同的工藝，合理選擇充氣壓力，從而可顯著降低待加工元件的亞表面損傷和表面粗糙度，顯著提高材料去除率和面形精度，具有可操作性和可行性。本發明申請采用可充氣的氣囊，磨削時不再是“硬”磨削，而是真正的“軟”磨削，從而有效減小了亞表面損傷；拋光時采用氣囊拋光方式，砂輪運動軌跡為光柵式平行拋光路徑，這樣可以有效避免產生中頻誤差；可控性高，加工效率高。還可通過控制充氣壓力，達到工藝要求。粗加工時充氣壓力大，剛度大，去除量大，精加工時充氣壓力小以減小亞表面損傷。采用本發明申請技術特別適用于對高精度非球面表面進行磨削和拋光。
圖I為本發明實施例I的結構示意圖之一(半剖視圖)。圖2為本發明實施例I的結構示意圖之二 (前視外觀圖)。圖3為本發明實施例2的結構示意圖(局部剖視圖)。圖4為本發明實施例I的磨削路徑示意圖。圖4同時也是實施例2的拋光路徑示意圖。所述路徑示意圖即是柔性磨拋復合圓弧砂輪運動軌跡示意圖，在圖4中，P表示待加工的工件，箭頭表示磨拋復合圓弧砂輪運動軌跡方向。
具體實施例方式以下結合附圖和實施例對本發明申請作進一步說明。實施例I本實施例用于磨削加工。
參見圖I和2，本發明設有砂輪主體I、氣閥16、氣囊弧形調整裝置、環形氣囊3、磨拋材料圈和壓緊裝置。砂輪主體I內設有氣道101，氣閥16設于氣道101中，氣道101內端與環形氣囊3內腔31連通，氣道101經氣閥16外接氣源。氣囊弧形調整裝置設有前氣囊弧形調整環21、后氣囊弧形調整環22和調整驅動螺 桿12，調整驅動螺桿12端頭設有旋鈕13。前氣囊弧形調整環21嵌套在砂輪主體I前端面，后氣囊弧形調整環22嵌套在砂輪主體I后端面，前氣囊弧形調整環21和后氣囊弧形調整環22均與砂輪主體I沿軸向滑動配合。前氣囊弧形調整環21和后氣囊弧形調整環22均通過限位板14與定位螺釘15與砂輪主體I連接。前氣囊弧形調整環21和后氣囊弧形調整環22均通過調整驅動螺桿12沿軸向穿過前氣囊弧形調整環21、砂輪主體I和后氣囊弧形調整環22，調整驅動螺桿12與砂輪主體I轉動配合，調整驅動螺桿12前部與前氣囊弧形調整環21螺紋配合，調整驅動螺桿12后部與后氣囊弧形調整環22反向螺紋配合。環形氣囊3套壓在前氣囊弧形調整環21和后氣囊弧形調整環22上，在環形氣囊3與前氣囊弧形調整環21和后氣囊弧形調整環22之間均設有密封墊7。在砂輪主體I中設有2個對稱布置的軸承10，2個軸承10均套在調整驅動螺桿12上，調整驅動螺桿12通過該2個軸承10與砂輪主體I轉動配合。調整驅動螺桿12上還對稱設有2個彈性擋圈11,彈性擋圈11用于軸承10的定位,防止軸承10的軸向串動。磨拋材料圈套在環形氣囊3上。磨拋材料圈由硬橡膠層4、修整橡膠層5和砂帶6組成，硬橡膠層4套壓在所述環形氣囊3表面，修整橡膠層5套在硬橡膠層4表面，砂帶6套壓在修整橡膠層5表面。壓緊裝置設有前壓環81和后壓環82，前壓環81和后壓環82分別壓緊在磨拋材料圈前、后端面，前壓環81和后壓環82均通過緊固螺釘9 (只畫出I個)分別與前氣囊弧形調整環21和后氣囊弧形調整環22固連。磨削時，通過砂輪主體I上的氣閥10往環形氣囊3充氣。根據環形氣囊3的圓弧半徑，對修整橡膠層5進行修整。修整完畢后，利用氣閥10放氣，將砂帶6安裝在修整橡膠層5上，接著慢慢的往環形氣囊3充氣，并調整砂帶6的位置，直到充氣完畢。調整定位螺釘14，限位板14可將前氣囊弧形調整環21和后氣囊弧形調整環22與砂輪主體I固定住，防止串動。實施例2本實施例用于拋光加工。參見圖3，與實施例I類似，區別在于所述磨拋材料圈為拋光墊圈17，拋光墊圈17的材料采用聚氨酯。其余標號與實施例I對應一致。拋光時，將實施例I中的砂帶6、修整橡膠層5和硬橡膠層4拆下，保留環形氣囊3，再在環形氣囊3上套上拋光墊17。調整環形氣囊3的壓力，可以調整氣囊3的剛度，根據不同的工藝，合理選擇充氣壓力，降低亞表面損傷和表面粗糙度，提高材料去除率和面形精度。參見圖4，為了防止砂輪(用標號I代表)加工時對待加工工件P產生的中頻誤差，磨削加工和拋光加工的路徑(即磨拋復合圓弧砂輪運動軌跡方向，箭頭所示)均為光柵式平行路徑。
權利要求
1.柔性磨拋復合圓弧砂輪，其特征在于設有砂輪主體、氣閥、氣囊弧形調整裝置、環形氣囊、磨拋材料圈和壓緊裝置； 砂輪主體內設有氣道，氣閥設于氣道中，氣道內端與環形氣囊內腔連通，氣道經氣閥外接氣源；氣囊弧形調整裝置設有前氣囊弧形調整環、后氣囊弧形調整環和調整驅動螺桿，前氣囊弧形調整環嵌套在砂輪主體前端面，后氣囊弧形調整環嵌套在砂輪主體后端面，調整驅動螺桿沿軸向穿過前氣囊弧形調整環、砂輪主體和后氣囊弧形調整環，調整驅動螺桿與砂輪主體轉動配合，調整驅動螺桿前部與前氣囊弧形調整環螺紋配合，調整驅動螺桿后部與后氣囊弧形調整環反向螺紋配合；環形氣囊套壓在前氣囊弧形調整環和后氣囊弧形調整環上，磨拋材料圈套在環形氣囊上；壓緊裝置設有前壓環和后壓環，前壓環和后壓環分別壓緊磨拋材料圈兩端面和環形氣囊兩端面，前壓環和后壓環均通過緊固螺釘分別與前氣囊弧形調整環和后氣囊弧形調整環固連。
2.如權利要求I所述的柔性磨拋復合圓弧砂輪，其特征在于所述前氣囊弧形調整環和后氣囊弧形調整環與砂輪主體軸向滑動配合。
3.如權利要求I所述的柔性磨拋復合圓弧砂輪，其特征在于所述磨拋材料圈由硬橡膠層、修整橡膠層和砂帶組成；硬橡膠層套壓在所述環形氣囊表面，修整橡膠層套在硬橡膠層表面，砂帶套壓在修整橡膠層表面。
4.如權利要求I所述的柔性磨拋復合圓弧砂輪，其特征在于所述磨拋材料圈為拋光墊圈，拋光墊圈的材料可采用聚氨酯。
5.如權利要求I所述的柔性磨拋復合圓弧砂輪，其特征在于在環形氣囊與前氣囊弧形調整環和后氣囊弧形調整環之間均設有密封墊。
6.如權利要求I所述的柔性磨拋復合圓弧砂輪，其特征在于所述砂輪主體中設有2個對稱布置的軸承，2個軸承均套在調整驅動螺桿上，調整驅動螺桿通過該2個軸承與砂輪主體轉動配合。
全文摘要
柔性磨拋復合圓弧砂輪，涉及一種砂輪。設砂輪主體、氣閥、氣囊弧形調整裝置、環形氣囊、磨拋材料圈和壓緊裝置；砂輪主體內設氣道，氣閥設于氣道中，氣道內端與環形氣囊內腔連通，氣道經氣閥外接氣源；氣囊弧形調整裝置設前氣囊弧形調整環、后氣囊弧形調整環和調整驅動螺桿，前后氣囊弧形調整環分別嵌套在砂輪主體前后端面，調整驅動螺桿穿過前后氣囊弧形調整環和砂輪主體，調整驅動螺桿與砂輪主體轉動配合，調整驅動螺桿前后部分別與前后氣囊弧形調整環螺紋配合；環形氣囊套壓在前后氣囊弧形調整環上，磨拋材料圈套在環形氣囊上；壓緊裝置的前后壓環分別壓緊磨拋材料圈兩端面和環形氣囊兩端面，前后壓環分別與前后氣囊弧形調整環固連。
文檔編號B24D5/00GK102794716SQ20121029150
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月16日 優先權日2012年8月16日
發明者郭隱彪, 林曉輝, 姜濤, 林建華, 白志楊 申請人:廈門大學