一种抛光液在线调配内供给抛光机床的制作方法

本发明涉及化学机械抛光领域，尤其涉及一种抛光液在线调配内供给式抛光装置。

背景技术：

化学机械抛光（cmp）是在化学试剂及抛光压力的作用下借助磨料的机械去除作用及化学作用去除工件表面的材料，从而获得光学精密表面。

抛光液是cmp的关键要素之一，cmp的抛光液中一般含有h2o2等易分解成分，因此抛光液的化学组分浓度稳定性、施液量、施液速度、ph值、温度等因素均影响抛光去除速率。尤其当对大型光学元件表面进行迭代修正抛光时，去除速率的不稳定将直接影响面形误差修正的准确性。因此在抛光过程中保持抛光液组分稳定性至关重要。文献报道中使用的抛光机多采取大面积漫灌方式，抛光液裸露在空气中，难以保证抛光液化学组分浓度稳定性，影响超精密抛光去除过程的稳定性。

技术实现要素：

本发明提供一种抛光液在线调配内供给抛光机床，以解决在抛光过程中抛光液组分不能保持稳定的问题。

本发明采取的技术方案是：抛光液回收箱1和机床支架11分别与机床底座10固定连接，抛光液在线调配装置2与抛光液回收箱1上方固定连接，z向进给机构3与机床支架11固定连接，z向进给机构3与a轴摆动机构4相连，a轴摆动机构4与抛光头工具系统5相连，机x向进给机构9与床底座10固定连接，x向进给机构9上方与y向进给机构8相连，y向进给机构8上方与c轴转台7相连。

所述的抛光液在线调配装置2的结构是：化学试剂瓶一201、化学试剂瓶二223、化学试剂瓶三222分别通过液体管一202、液体管二206、液体管三210与高压隔膜泵一203、高压隔膜泵二207、高压隔膜泵三211相连，高压隔膜泵一203、高压隔膜泵二207、高压隔膜泵三211分别通过液体管四204、液体管五208、液体管六213与单向阀一205、单向阀二209、单向阀三212一端相连，单向阀一205、单向阀二209、单向阀三212另一端分别与液体管七214一端相连接，液体管七214另一端与混合室221入口相连，混合室221中装有搅拌棒220，混合室出口通过液体管八219与高压隔膜泵四218一端相连，高压隔膜泵四218另一端通过液体管九217与单向阀四216一端相连，单向阀四216另一端与液体管十215连接。

所述的抛光工具系统5结构是：驱动电机501与电机支架502相连，电机支架502与抛光工具壳522相连，驱动电机501与联轴器503相连，联轴器503与齿轮轴504相连，齿轮轴504与锥齿轮524相连，锥齿轮二524与锥齿轮一505相连，锥齿轮一505与空心抛光主轴511连接，圆柱连接管509一端与空心抛光主轴511相连，另一端与抛光工具头507相连，圆柱连接管509内部有流量截止片508，抛光工具头507底部与抛光垫506相连；输液管512在空心抛光主轴511内部，输液管512一端有进液口520，输液管512下端与旋转接头510上端螺纹连接，输液管512上端与输液管架522相连，输液管架522与抛光工具壳523相连，旋转接头510下端与圆柱连接管509螺纹连接，电动推杆座514与输液管架522相连，电动推杆外壳515与电动推杆座514相连，供液电机521通过支架固定在电动推杆外壳515上，供液电机521与丝杠519相连，螺母517与滑块518相连，滑块518在导轨516上做直线运动，滑块518与活塞杆513通过螺纹连接。

所述的旋转接头510的结构是：旋转轴5101通过轴承5103与固定壳5102转动连接，支撑环5104与旋转轴5101固定连接，旋转轴5101两端通过密封圈5105与固定壳5102密封，固定壳5102上端用于与输液管512底部螺纹连接，旋转轴5101下端用于与圆柱连接管509螺纹连接。

本发明实现了包括三轴移动和两轴转动在内的五轴联动，在线调配系统有利于实现抛光液各组分试剂的独立分装、在线调配，与内供给式供液系统有机结合，实现抛光液的适时定点精确输送，避免抛光液四溅造成的污染浪费，有利于实现稳定均匀的抛光去除，提高大型光学元件面型误差修正抛光的准确性。

本发明的有益之处在于：

（1）抛光液在线调配装置可以实现抛光液各组分的实时独立调配，有利于保证抛光液各组分的化学稳定性。

（2）利用电动推杆带动活塞的升降运动和流量截止片的开合角度控制二者相配合，有利于实现抛光液的施液量和施液速度的精确控制，提高材料去除的均匀性、稳定性和准确性，改善加工质量。

（3）内供给式抛光工具头设计成上宽下窄的圆台型结构可改善抛光头的刚度，减小抛光头翘曲变形。抛光头出液孔设计成“《》”式孔道，减小加工前抛光液与外界的接触面积，将抛光液集中向工件表面输送，有效避免抛光液四溅造成的污染浪费，实现抛光液的适时定点输送，并降低外界环境对抛光液性质的影响，进一步保证抛光液的成分稳定性。

（4）将抛光工具系统整合在五轴联动机床上，结合内供给式抛光工具系统，有利于实现复杂曲面的化学机械抛光。

本发明对于提升我国高品质光学元件的制造水平和制造能力，推进光学曲面精密制造理论创新，加快我国航空航天、机械制造等产业的快速发展，具有重要学术价值和较大的社会经济效益。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明抛光液在线调配装置的结构示意图；

图3是本发明抛光工具系统的结构示意图；

图4是本发明旋转接头的结构示意图。

具体实施方式

抛光液回收箱1和机床支架11分别与机床底座10固定连接，抛光液在线调配装置2与抛光液回收箱1上方固定连接，z向进给机构3与机床支架11固定连接，z向进给机构3与a轴摆动机构4相连，a轴摆动机构4与抛光头工具系统5相连，机x向进给机构9与床底座10固定连接，x向进给机构9上方与y向进给机构8相连，y向进给机构8上方与c轴转台7相连。

所述的抛光液在线调配装置2的结构是：化学试剂瓶一201、化学试剂瓶二223、化学试剂瓶三222分别通过液体管一202、液体管二206、液体管三210与高压隔膜泵一203、高压隔膜泵二207、高压隔膜泵三211相连，高压隔膜泵一203、高压隔膜泵二207、高压隔膜泵三211分别通过液体管四204、液体管五208、液体管六213与单向阀一205、单向阀二209、单向阀三212一端相连，单向阀一205、单向阀二209、单向阀三212另一端分别与液体管七214一端相连接，液体管七214另一端与混合室221入口相连，混合室221中装有搅拌棒220，混合室出口通过液体管八219与高压隔膜泵四218一端相连，高压隔膜泵四218另一端通过液体管九217与单向阀四216一端相连，单向阀四216另一端与液体管十215连接。

所述的抛光工具系统5结构是：驱动电机501与电机支架502相连，电机支架502与抛光工具壳522相连，驱动电机501与联轴器503相连，联轴器503与齿轮轴504相连，齿轮轴504与锥齿轮524相连，锥齿轮二524与锥齿轮一505相连，锥齿轮一505与空心抛光主轴511连接，圆柱连接管509一端与空心抛光主轴511相连，另一端与抛光工具头507相连，圆柱连接管509内部有流量截止片508，抛光工具头507底部与抛光垫506相连；输液管512在空心抛光主轴511内部，输液管512一端有进液口520，输液管512下端与旋转接头510上端螺纹连接，输液管512上端与输液管架522相连，输液管架522与抛光工具壳523相连，旋转接头510下端与圆柱连接管509螺纹连接，电动推杆座514与输液管架522相连，电动推杆外壳515与电动推杆座514相连，供液电机521通过支架固定在电动推杆外壳515上，供液电机521与丝杠519相连，螺母517与滑块518相连，滑块518在导轨516上做直线运动，滑块518与活塞杆513通过螺纹连接。

所述的旋转接头510的结构是：旋转轴5101通过轴承5103与固定壳5102转动连接，支撑环5104与旋转轴5101固定连接，旋转轴5101两端通过密封圈5105与固定壳5102密封，固定壳5102上端用于与输液管512底部螺纹连接，旋转轴5101下端用于与圆柱连接管509螺纹连接。

抛光液在线调配装置2根据设定配比调配所需抛光液，并经由液体输送管215将抛光液输送至内供给式抛光工具系统5中，借助x向进给机构9、y向进给机构8、z向进给机构3、c轴转台7及a轴摆动机构4实现光学复杂曲面的加工运动，从而完成光学曲面的抛光液在线调配内供给式化学机械抛光。

高压隔膜泵218中隔膜片运动将混合室221中搅拌均匀的抛光液吸入液体管215中，并输入至内供给式抛光工具系统5中，单向阀216用于防止液体管215中的抛光液回流。利用所发明的抛光液在线调配装置有利于实现抛光液各组分试剂的独立分装、在线调配，有利于保证抛光液各组分的化学稳定性，改善化学机械抛光质量。

空心抛光主轴511通过圆柱连接管509带动抛光头507旋转。圆柱连接管509内部安装有流量截止片508，通过调节旋钮调整流量截止片508的开合角度，控制抛光液流量。抛光头507为上宽下窄的圆台式结构，底部开“《》”式液体流道，用于减小加工前抛光液与外界的接触面积。抛光头507的抛光工作表面固定有抛光垫506，当空心抛光主轴带动抛光头旋转时可实现工件的抛光加工。

调配好的抛光液从进液口520处进入输液管512，输液管512连接在输液管架522上，输液管架522连接在抛光工具壳523上。电动推杆座514连接在输液管架522上，用于固定电动推杆外壳515。供液电机521固定在电动推杆外壳515上，电机驱动螺母517旋转，从而带动与螺母517相连的滑块518在导轨516上做直线运动。活塞杆513与滑块518通过螺纹连接，并与滑块共同做升降运动，将液体输送进圆柱连接管509内，由供液电机521控制活塞的位置，从而控制抛光液的流量。

本发明所公开的内供给式工具系统有利于实现抛光液的适时定点精确均匀输送，避免抛光液四溅造成的污染浪费，同时也避免了抛光液裸露在空气中造成的抛光液成分、浓度、ph值等性质的变化，有利于获得稳定的抛光去除过程，提高复杂光学元件面型误差修正抛光的准确性。