专利名称：柔性磨抛复合圆弧砂轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种砂轮，尤其是涉及一种超精密非球面磨削和抛光的柔性磨抛复合圆弧砂轮。
背景技术：
大口径非球面透镜具有口径大、像质精度高和异性孔径等特点，惯性约束聚变(ICF)的巨型激光装置就用大口径非球面透镜来实现激光光束的聚焦。这类透镜元件的加工一般经历两个阶段，即磨削和抛光。磨削阶段主要保证工件的面形精度并减小亚表面损伤，以减少抛光阶段的去除量；抛光阶段主要去除亚表面损伤，进一步降低工件面形精度和表面粗糙度。 由于采用传统的金刚石圆弧砂轮磨削非球面是脆性加工，砂轮硬度很高，所以会在磨削后会在工件上留下亚表面损伤，这样就影响了抛光阶段的效率。目前，对非球面的抛光主要采用小磨头抛光方式，但是采用这样抛光方式极易产生中频误差。由于惯性约束聚变ICF装置中的高功率固体激光系统要求对其采用的大口径光学元件的波前质量进行全空间频段的控制，尤其是元件中频段的波前误差，这是因为波前误差导致的光束高频调制和非线性增益会造成光学元件的丝状破坏和降低光束的可聚焦功率，对极紫外或新兴的X射线光学而言，中频段误差产生的小角度散射会极大地降低光学系统的分辨率。文献(郭隐彪，等.基于高效磨削的新型柔性砂轮研究[J].重庆大学学报自然科学版，2000，23 (I) :9-11)中提出一种新型的柔性砂轮，并进行试验，取得良好效果。但是所述柔性砂轮是平面砂轮，不能用于高精度的轴对称、非轴对称非球面加工。文献(Ζ·M. Bzymek,等· Design of Flexible Grinding Wheel With Variable HubThickness [J]. Transactions of the ASME, 1994，117 (5) : 260-265)中提出了一种孔洞型柔性砂轮的设计方法。该孔洞型柔性砂轮制造工艺要求非常高，制造难度大，且也不能加工非球面工件。
发明内容
本发明的目的在于提供一种可明显降低非球面磨削中的亚表面损伤和抛光过程中的中频误差的磨抛复合圆弧砂轮。本发明设有砂轮主体、气阀、气囊弧形调整装置、环形气囊、磨抛材料圈和压紧装置；砂轮主体内设有气道，气阀设于气道中，气道内端与环形气囊内腔连通，气道经气阀外接气源；气囊弧形调整装置设有前气囊弧形调整环、后气囊弧形调整环和调整驱动螺杆，前气囊弧形调整环嵌套在砂轮主体前端面，后气囊弧形调整环嵌套在砂轮主体后端面，调整驱动螺杆沿轴向穿过前气囊弧形调整环、砂轮主体和后气囊弧形调整环，调整驱动螺杆与砂轮主体转动配合，调整驱动螺杆前部与前气囊弧形调整环螺纹配合，调整驱动螺杆后部与后气囊弧形调整环反向螺纹配合；环形气囊套压在前气囊弧形调整环和后气囊弧形调整环上，磨抛材料圈套在环形气囊上；压紧装置设有前压环和后压环，前压环和后压环分别压紧磨抛材料圈两端面和环形气囊两端面，前压环和后压环均通过紧固螺钉分别与前气囊弧形调整环和后气囊弧形调整环固连。所述前气囊弧形调整环和后气囊弧形调整环最好与砂轮主体轴向滑动配合。所述磨抛材料圈可由硬橡胶层、修整橡胶层和砂带组成；硬橡胶层套压在所述环形气囊表面，修整橡胶层套在硬橡胶层表面，砂带套压在修整橡胶层表面。 所述磨抛材料圈可为抛光垫圈，抛光垫圈的材料可采用聚氨酯。
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所述环形气囊与前气囊弧形调整环和后气囊弧形调整环之间均设有密封垫。所述调整驱动螺杆与砂轮主体转动配合，最好是在砂轮主体中设有2个对称布置的轴承，2个轴承均套在调整驱动螺杆上，调整驱动螺杆通过该2个轴承与砂轮主体转动配合；调整驱动螺杆上最好还对称设有2个弹性挡圈，弹性挡圈用于轴承的定位，防止轴承的轴向串动。与现有技术比较，本发明申请具有如下突出优点由于采用上述结构，通过转动调整驱动螺杆，前气囊弧形调整环与后气囊弧形调整环之间的间距可以得到调整，这样可以使环形气囊获得不同的圆弧半径。由于前气囊弧形调整环与后气囊弧形调整环的螺纹旋向相反，故二者运动方向相反、位移相同。这样可使环形气囊获得不同的圆弧半径，当调整到需要的圆弧半径后，通过压紧装置固定，可防止加工时串动，保证环形气囊的圆弧半径不变。由于环形气囊的圆弧半径可调，可扩大砂带加工有效部位，便于加工不同曲率半径的工件，而不必更换砂轮；而且可通过气阀控制调整环形气囊腔的压力，达到调整环形气囊的刚度。这样可根据不同的工艺，合理选择充气压力，从而可显著降低待加工元件的亚表面损伤和表面粗糙度，显著提高材料去除率和面形精度，具有可操作性和可行性。本发明申请采用可充气的气囊，磨削时不再是“硬”磨削，而是真正的“软”磨削，从而有效减小了亚表面损伤；抛光时采用气囊抛光方式，砂轮运动轨迹为光栅式平行抛光路径，这样可以有效避免产生中频误差；可控性高，加工效率高。还可通过控制充气压力，达到工艺要求。粗加工时充气压力大，刚度大，去除量大，精加工时充气压力小以减小亚表面损伤。采用本发明申请技术特别适用于对高精度非球面表面进行磨削和抛光。
图I为本发明实施例I的结构示意图之一(半剖视图)。图2为本发明实施例I的结构示意图之二 (前视外观图)。图3为本发明实施例2的结构示意图(局部剖视图)。图4为本发明实施例I的磨削路径示意图。图4同时也是实施例2的抛光路径示意图。所述路径示意图即是柔性磨抛复合圆弧砂轮运动轨迹示意图，在图4中，P表示待加工的工件，箭头表示磨抛复合圆弧砂轮运动轨迹方向。
具体实施例方式以下结合附图和实施例对本发明申请作进一步说明。实施例I本实施例用于磨削加工。
参见图I和2，本发明设有砂轮主体I、气阀16、气囊弧形调整装置、环形气囊3、磨抛材料圈和压紧装置。砂轮主体I内设有气道101，气阀16设于气道101中，气道101内端与环形气囊3内腔31连通，气道101经气阀16外接气源。气囊弧形调整装置设有前气囊弧形调整环21、后气囊弧形调整环22和调整驱动螺 杆12，调整驱动螺杆12端头设有旋钮13。前气囊弧形调整环21嵌套在砂轮主体I前端面，后气囊弧形调整环22嵌套在砂轮主体I后端面，前气囊弧形调整环21和后气囊弧形调整环22均与砂轮主体I沿轴向滑动配合。前气囊弧形调整环21和后气囊弧形调整环22均通过限位板14与定位螺钉15与砂轮主体I连接。前气囊弧形调整环21和后气囊弧形调整环22均通过调整驱动螺杆12沿轴向穿过前气囊弧形调整环21、砂轮主体I和后气囊弧形调整环22，调整驱动螺杆12与砂轮主体I转动配合，调整驱动螺杆12前部与前气囊弧形调整环21螺纹配合，调整驱动螺杆12后部与后气囊弧形调整环22反向螺纹配合。环形气囊3套压在前气囊弧形调整环21和后气囊弧形调整环22上，在环形气囊3与前气囊弧形调整环21和后气囊弧形调整环22之间均设有密封垫7。在砂轮主体I中设有2个对称布置的轴承10，2个轴承10均套在调整驱动螺杆12上，调整驱动螺杆12通过该2个轴承10与砂轮主体I转动配合。调整驱动螺杆12上还对称设有2个弹性挡圈11,弹性挡圈11用于轴承10的定位,防止轴承10的轴向串动。磨抛材料圈套在环形气囊3上。磨抛材料圈由硬橡胶层4、修整橡胶层5和砂带6组成，硬橡胶层4套压在所述环形气囊3表面，修整橡胶层5套在硬橡胶层4表面，砂带6套压在修整橡胶层5表面。压紧装置设有前压环81和后压环82，前压环81和后压环82分别压紧在磨抛材料圈前、后端面，前压环81和后压环82均通过紧固螺钉9 (只画出I个)分别与前气囊弧形调整环21和后气囊弧形调整环22固连。磨削时，通过砂轮主体I上的气阀10往环形气囊3充气。根据环形气囊3的圆弧半径，对修整橡胶层5进行修整。修整完毕后，利用气阀10放气，将砂带6安装在修整橡胶层5上，接着慢慢的往环形气囊3充气，并调整砂带6的位置，直到充气完毕。调整定位螺钉14，限位板14可将前气囊弧形调整环21和后气囊弧形调整环22与砂轮主体I固定住，防止串动。实施例2本实施例用于抛光加工。参见图3，与实施例I类似，区别在于所述磨抛材料圈为抛光垫圈17，抛光垫圈17的材料采用聚氨酯。其余标号与实施例I对应一致。抛光时，将实施例I中的砂带6、修整橡胶层5和硬橡胶层4拆下，保留环形气囊3，再在环形气囊3上套上抛光垫17。调整环形气囊3的压力，可以调整气囊3的刚度，根据不同的工艺，合理选择充气压力，降低亚表面损伤和表面粗糙度，提高材料去除率和面形精度。参见图4，为了防止砂轮(用标号I代表)加工时对待加工工件P产生的中频误差，磨削加工和抛光加工的路径(即磨抛复合圆弧砂轮运动轨迹方向，箭头所示)均为光栅式平行路径。
权利要求
1.柔性磨抛复合圆弧砂轮，其特征在于设有砂轮主体、气阀、气囊弧形调整装置、环形气囊、磨抛材料圈和压紧装置； 砂轮主体内设有气道，气阀设于气道中，气道内端与环形气囊内腔连通，气道经气阀外接气源；气囊弧形调整装置设有前气囊弧形调整环、后气囊弧形调整环和调整驱动螺杆，前气囊弧形调整环嵌套在砂轮主体前端面，后气囊弧形调整环嵌套在砂轮主体后端面，调整驱动螺杆沿轴向穿过前气囊弧形调整环、砂轮主体和后气囊弧形调整环，调整驱动螺杆与砂轮主体转动配合，调整驱动螺杆前部与前气囊弧形调整环螺纹配合，调整驱动螺杆后部与后气囊弧形调整环反向螺纹配合；环形气囊套压在前气囊弧形调整环和后气囊弧形调整环上，磨抛材料圈套在环形气囊上；压紧装置设有前压环和后压环，前压环和后压环分别压紧磨抛材料圈两端面和环形气囊两端面，前压环和后压环均通过紧固螺钉分别与前气囊弧形调整环和后气囊弧形调整环固连。
2.如权利要求I所述的柔性磨抛复合圆弧砂轮，其特征在于所述前气囊弧形调整环和后气囊弧形调整环与砂轮主体轴向滑动配合。
3.如权利要求I所述的柔性磨抛复合圆弧砂轮，其特征在于所述磨抛材料圈由硬橡胶层、修整橡胶层和砂带组成；硬橡胶层套压在所述环形气囊表面，修整橡胶层套在硬橡胶层表面，砂带套压在修整橡胶层表面。
4.如权利要求I所述的柔性磨抛复合圆弧砂轮，其特征在于所述磨抛材料圈为抛光垫圈，抛光垫圈的材料可采用聚氨酯。
5.如权利要求I所述的柔性磨抛复合圆弧砂轮，其特征在于在环形气囊与前气囊弧形调整环和后气囊弧形调整环之间均设有密封垫。
6.如权利要求I所述的柔性磨抛复合圆弧砂轮，其特征在于所述砂轮主体中设有2个对称布置的轴承，2个轴承均套在调整驱动螺杆上，调整驱动螺杆通过该2个轴承与砂轮主体转动配合。
全文摘要
柔性磨抛复合圆弧砂轮，涉及一种砂轮。设砂轮主体、气阀、气囊弧形调整装置、环形气囊、磨抛材料圈和压紧装置；砂轮主体内设气道，气阀设于气道中，气道内端与环形气囊内腔连通，气道经气阀外接气源；气囊弧形调整装置设前气囊弧形调整环、后气囊弧形调整环和调整驱动螺杆，前后气囊弧形调整环分别嵌套在砂轮主体前后端面，调整驱动螺杆穿过前后气囊弧形调整环和砂轮主体，调整驱动螺杆与砂轮主体转动配合，调整驱动螺杆前后部分别与前后气囊弧形调整环螺纹配合；环形气囊套压在前后气囊弧形调整环上，磨抛材料圈套在环形气囊上；压紧装置的前后压环分别压紧磨抛材料圈两端面和环形气囊两端面，前后压环分别与前后气囊弧形调整环固连。
文档编号B24D5/00GK102794716SQ20121029150
公开日2012年11月28日 申请日期2012年8月16日 优先权日2012年8月16日
发明者郭隐彪, 林晓辉, 姜涛, 林建华, 白志杨 申请人:厦门大学