专利名称：一种用于曲面加工的多点支撑面型可调自锁式抛光盘的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种计算机控制表面成形抛光工具头，尤其是涉及对光学元件加工的一种用于曲面加工的多点支撑面型可调自锁式抛光盘，属于精密光学表面加工领域。
背景技术：
计算机控制光学表面成形技术(CCOS)是由美国Itek公司的I J.Rupp在上世纪70年代初期率先提出的。它根据定量的面形检测数据，用计算机控制一个小工具头(一般尺寸为工件尺寸的1/4-1/12)对光学零件进行研磨或抛光，工具头以一定的去除率在工件表面上移动并且在表面各区域停留相应的时间，整个工件表面材料去除量为各区域材料去除量的叠加。它充分发挥了计算机执行速度快，记忆准确等优势，使加工的重复精度及效率大幅度提高，因而在光学加工领域占有重要的地位。
为了获得稳定的去除函数，需要抛光工具头的面型和被加工工件的面形比较吻合。目前保持去除函数较为稳定的方法主要有两种。一种为采用能够重复塑形的材料作为抛光模，例如浙青混合物；将按照特定比例配制而成的浙青混合物，熔融后黏合在平面金属工具头上，在即将凝固时将其与被抛光表面贴合塑形，在抛光过程中，浙青混合物可跟随被加工面形变化；但是在一定的抛光压力下，由于抛光磨损和形变较大，需要多次更换；采用浙青盘抛光的过程中可能会出现浙青混合物层的碎裂，将会导致被加工工件表面受到划伤；此外浙青材料的弹性恢复能力比较差，如果用于高速抛光，浙青抛光层不能及时实现弹性恢复，这样也会严重影响抛光的面形精度，无法实现精确的材料去除。另一种方法是采用一系列不同曲率的抛光盘；对于加工不同曲率的面型，为了增加抛光垫与被抛光面形的吻合度，需要制作一系列不同曲率的工具头，再在工具头上安装抛光片对工件进行加工(一般的抛光片采用聚四氟乙烯抛光垫，相对于浙青抛光层，其不仅有利于保持面型，并可以有效的地抑制光学元件表面的波纹度和亚表面损伤)；但是对于加工不同曲率的工件，同一种工具头不能重复使用，这样不仅增加了工作量，而且增加了加工成本。
发明内容
本发明针对以上在CCOS中出现的问题提出了一种用于曲面加工的多点支撑面型可调自锁式抛光盘。该抛光工具的盘面面型能够连续调整，并且面型在调整完后能够锁定保持不变。实现了一盘多用的功能，降低了加工的复杂性、危险性和加工成本，提高了加工的效率。本发明解决的技术问题所采用的方案是:本发明是一种用于曲面加工的多点支撑面型可调自锁式抛光盘，包括盘座、弹性装置、联锁、滑槽、联锁顶丝、推拉杆、边圈、边圈顶丝、塑形垫和抛光垫。上述组成部分的连接关系为:所述盘座顶端与加工机床的转轴固定；盘座的圆孔腔内依次装有弹性装置和推拉杆，弹性装置可以沿纵向自由伸缩；推拉杆再依次穿过联锁和滑槽上相应滑孔；滑槽和盘座固定，滑槽上滑孔和盘座上圆孔腔相对应，滑槽上联锁顶丝和联锁侧壁相对；联锁装置在盘座和滑槽之间，可沿联锁顶丝移动方向移动，联锁上通孔和盘座圆孔腔相对；盘座的外边槽相应位置内依次插入弹性装置和边圈，并且弹性装置和边圈能够沿着边槽纵向自由伸缩和移动；边圈顶丝和边圈侧壁相对；推拉杆的底端固定在塑形垫相应的孔内，边圈的底端与塑形垫的边缘固定；抛光垫安装于塑形垫底面。所述的抛光工具头面型能够连续调整，并且调整后面型能够锁定。所述的盘座上圆孔腔、联锁通孔、滑槽滑孔和塑形垫固定孔列阵分布相同并且相对应。所述的弹性装置具有纵向的伸缩能力，其发生弹性形变的作用力大于塑形垫发生形变所需的作用力，且多个弹性装置分布于盘座相应的孔内。所述推拉杆为刚性材料，各推拉杆分布于相应的盘座圆孔腔内，并且能够独立沿盘座圆孔腔和滑槽滑孔纵向往复运动。所述的边圈为刚性材料，只能沿盘座外边槽纵向往复运动，且运动局限在盘座外边槽内。 所述的塑形垫采用可伸缩材料制成，并且该种材料发生明显形变所需要的作用力大于加工所需的压力。本发明所述一种用于曲面加工的多点支撑面型可调自锁式抛光盘的使用方法如下:加工前，松开联锁顶丝和边圈顶丝，使得塑形垫保持自由状态，根据被加工工件的面形调节塑形垫的面形形状，进而确定推拉杆和边圈相对于盘座的位置；通过拧紧联锁顶丝移动联锁，使得联锁上孔位相对盘座与滑槽上孔位产生微位移，进而卡紧所有推拉杆；通过拧紧边圈顶丝将边圈位置固定；此时，塑形垫的面形通过推拉杆和边圈锁定；最后将抛光垫安装于塑形垫的底面；工作时，抛光工具在加工机床转轴的带动下对工件进行加工。有益效果:本发明目的是解决目前计算机控制光学表面成形技术采用浙青盘和固定形状抛光盘时所造成的问题。该抛光工具可在机床转轴的带动下做自转运动、平转动和行星运动等多种运动；工具头的工作面面型能够连续调节，即加工之前可根据需要调整抛光盘工作面型状；能够锁定面型，即加工过程中能够锁定面型保持不变；实现了利用同一个工具头加工不同面形的能力，即具有一具多用的功能。另外，可根据加工的需求选择不同的抛光垫，不仅有利于保持面形而且可以有效的抑制光学元件的波纹度和亚表面损伤。因此本发明具有易于调节、加工效率高、加工复杂性低、危险性低和成本低等优点。说明书附1为本发明的一种用于曲面加工的多点支撑面型可调自锁式抛光盘初始状态下的中心剖面结构示意图。图2为本发明抛光工具头工作面调整为凸面时的剖面图。图3为本发明盘座的中心剖面示意图。图4为本发明盘座的仰视图。图5为本发明滑槽的中心剖面示意图。图6为本发明塑形垫的三维示意图。图7为本发明抛光工具头加工凹面工件示意图。
其中:1.盘座，2.弹性装置，3.联锁，4.滑槽，5.联锁顶丝，6.推拉杆，7.边圈，
8.边圈顶丝，9.塑形垫，10.抛光垫，11.盘座头，12.圆孔腔，13.中槽，14.外边槽，15.滑孔，16.塑形垫固定孔，17.工件。
具体实施方案下面结合附图对本发明的具体实施方式
做进一步详细说明。如
图1，为本发明的一种用于曲面加工的多点支撑面型可调自锁式抛光盘初始状态下的中心剖面结构示意图，包括盘座1、弹性装置2、联锁3、滑槽4、联锁顶丝5、推拉杆6、边圈7、边圈顶丝8、塑形垫9和抛光垫10。其中，盘座I的盘座头11与加工机床的转轴固定；盘座I的圆孔腔12内依次插入弹性装置2和推拉杆6，弹性装置2可以沿纵向自由伸缩；推拉杆6再依次穿过联锁3和滑槽4上相应孔；滑槽4和盘座I固定，推拉杆6能够沿滑槽4上的滑孔15上下自由滑动；联锁3置于滑槽4和盘座I之间；联锁顶丝5和联锁3侧壁相对；盘座I的外边槽14相应位置内依次插入弹性装置2和边圈7，并且弹性装置2和边圈7能够沿着外边槽14纵向自由伸缩和移动；边圈顶丝8和边圈7侧壁相对；推拉杆6的底端固定在塑形垫9相应的塑形垫固定孔16内，边圈7的底端与塑形垫9的边缘固定；抛光垫10安装于塑形垫9底面。所述的弹性装置2具有纵向的伸缩能力，其发生弹性形变的作用力大于塑形垫9发生形变所需的作用力，且多个弹性装置2分布于盘座I相应的孔内。所述的推拉杆6为刚性材料，多个推拉杆6以列阵形式分布于盘座I的圆孔腔12内，各自能独立的沿盘座I的圆孔腔12和滑孔15纵向往复运动。所述的边圈7为刚性材料，只能沿盘座I的外边槽14纵向往复运动，且运动局限在盘座I的外边槽14内。图2为本发明抛光工具头工作面调整为凸面时的剖面图。根据工件面形调整适合的塑形垫9的面形，从而移动推拉杆6和边圈7的位置，弹性装置2受到挤压；通过拧紧联锁顶丝5和边圈顶丝8锁定所有推拉杆6和边圈7的位置，进而锁定塑形垫9的面形。图3为本发明盘座I的中心剖面示意图。盘座I通过盘座头11与机床转轴固定；盘座I的圆孔腔12内依次插入弹性装置2和推拉杆6，推拉杆6在受到向上的作用力时，会挤压弹性装置2发生纵向形变，当撤去此作用力时，弹性装置2为了恢复初始状态推动推拉杆6到初始位置；滑槽4固定在盘座I的中槽13中；盘座I的外边槽14的相应位置插入弹性装置2和边圈7，弹性装置2和边圈7可沿外边槽14做纵向位移而不脱离外边槽14 ;在调整好边圈7的位置后拧紧边圈顶丝8，锁定边圈7的位置。图4为本发明盘座I的仰视图。圆孔腔12列阵式分布在盘座I的下表面；弹性装置2插入到外边槽14相应的圆孔内。图5为本发明滑槽4的中心剖面示意图。滑槽4的上部固定在盘座I的中槽13中；滑槽4的滑孔15为列阵分布，与盘座I的圆孔腔12的列阵分布相同且相对应；联锁3置于滑槽4和盘座I之间，具有相同列阵分布形式的通孔，其能够沿着联锁顶丝5推动方向运动；联锁顶丝5和联锁3的侧面相对应，用于推动联锁3移动。所述盘座I上 圆孔腔12、滑槽4上滑孔15和联锁3上通孔为列阵分布，且分布形式相同。
图6为本发明塑形垫9的三维示意图。塑形垫9上的塑形垫固定孔16为列阵分布，分布形式和盘座I圆孔腔12相同,所有推拉杆6的末端固定在塑形垫固定孔16中；边圈7的下端和塑形垫9的边缘固定；抛光垫10安装在塑形垫9的下表面。所述的塑形垫9采用伸缩材料制成，并且该种材料发生明显形变所需要的作用力大于加工所需的压力。图7为本发明抛光工具头加工凹面工件示意图。加工之前，盘座头11固定于机床转轴末端；松开联锁顶丝5和边圈顶丝8,使推拉杆6和边圈7可沿纵向自由运动，塑形垫9处于自由状态；根据工件17的面形调整合适的塑形垫9面形，推拉杆6和边圈7沿纵向的位置发生改变，从而各弹性装置2受到不同程度的压缩；面形调整稳定后，拧紧联锁顶丝5推动联锁3移动，与盘座I和滑槽4合力将所有推拉杆6固定，拧紧边圈顶丝8固定边圈7的位置，从而锁定塑形垫9的面形；将抛光垫10安装在塑形垫9的下表面；工作时，整个工具头在加工机床转轴的带 动下对工件17表面进行修整。
权利要求
1.一种用于曲面加工的多点支撑面型可调自锁式抛光盘，包括盘座、弹性装置、联锁、滑槽、联锁顶丝、推拉杆、边圈、边圈顶丝、塑形垫和抛光垫； 上述组成部分的连接关系为: 所述的盘座顶端与加工机床的转轴固定；盘座的圆孔腔内依次插入弹性装置和推拉杆，弹性装置可以沿纵向自由伸缩；推拉杆再依次穿过联锁和滑槽上相应的孔；滑槽和盘座固定，推拉杆能够沿滑槽上的通孔上下自由滑动；联锁顶丝和联锁侧壁相对；盘座的外边槽相应位置内依次插入弹性装置和边圈，并且弹性装置和边圈能够沿着边槽纵向自由伸缩和移动；边圈顶丝和边圈侧壁相对；推拉杆的底端固定在塑形垫相应的塑形垫固定孔内，边圈的底端与塑形垫的边缘固定；抛光垫安装于塑形垫底面； 本发明所述的一种用于曲面加工的多点支撑面型可调自锁式抛光盘的使用方法如下: 加工前，松开联锁顶丝和边圈顶丝，使得塑形垫保持自由状态，根据被加工工件的面形，调节塑形垫的面形；待塑形垫的面形调节到适合的位置后，通过拧紧联锁顶丝移动联锁，使得联锁上孔位相对盘座和滑槽上孔位产生微位移，进而锁定所有推拉杆的位置；通过拧紧边圈顶丝将边圈位置固定；此时塑形垫的面形通过推拉杆和边圈锁定；再将抛光垫安装于塑形垫的底面；工作时，抛光工具在抛光设备转轴的带动下对工件进行加工。
2.根据权利要求1所述的一种用于曲面加工的多点支撑面型可调自锁式抛光盘，其特征在于:所述抛光工具头面型能够连续调整，并且调整后面型能够锁定。
3.根据权利要求1所述的一种用于曲面加工的多点支撑面型可调自锁式抛光盘，其特征在于:所述盘座上圆孔腔、联 锁通孔、滑槽滑孔和塑形垫固定孔列阵分布相同并且相对应。
4.根据权利要求1所述的一种用于曲面加工的多点支撑面型可调自锁式抛光盘，其特征在于:所述弹性装置具有纵向的伸缩能力，其发生弹性形变的作用力大于塑形垫发生形变所需的作用力，且多个弹性装置分布于盘座相应的孔内。
5.根据权利要求1所述的一种用于曲面加工的多点支撑面型可调自锁式抛光盘，其特征在于:所述推拉杆为刚性材料，各推拉杆分布于相应的盘座圆孔腔内，并且能够独立沿盘座圆孔腔和滑槽滑孔纵向往复运动。
6.根据权利要求1所述的一种用于曲面加工的多点支撑面型可调自锁式抛光盘，其特征在于:所述的边圈为刚性材料，只能沿盘座外边槽纵向往复运动，且运动局限在盘座外边槽内。
7.根据权利要求1所述的一种用于曲面加工的多点支撑面型可调自锁式抛光盘，其特征在于:所述的塑形垫采用可伸缩材料制成，并且该种材料发生明显形变所需要的作用力大于加工所需的压力。
全文摘要
本发明一种用于曲面加工的多点支撑面型可调自锁式抛光盘，公开了一种属于精密光学表面加工领域的抛光工具。包括盘座、弹性装置、联锁、滑槽、联锁顶丝、推拉杆、边圈、边圈顶丝、塑形垫和抛光垫。所述盘座与机床转轴固定；盘座圆孔腔内依次插入弹性装置和推拉杆，推拉杆再依次穿过联锁和滑槽上相应孔；滑槽和盘座固定，联锁顶丝和联锁侧壁相对；盘座的外边槽内依次插入弹性装置和边圈，边圈顶丝和边圈侧壁相对；塑形垫固定于推拉杆和边圈末端；抛光垫固定于塑形垫底面。抛光前，松开联锁顶丝和边圈顶丝，调整塑形垫面形后，拧紧联锁顶丝和边圈顶丝锁定塑形垫面形，安装抛光垫；整体通过机床转轴带动对工件进行修整。该抛光工具面形可调，具有一具多用功能，有效地提高了加工效率和稳定性。
文档编号B24D13/14GK103231320SQ20131013201
公开日2013年8月7日 申请日期2013年4月16日 优先权日2013年4月16日
发明者程灏波, 王谭, 苏景诗, 冯云鹏, 杨昊, 谭汉元 申请人:北京理工大学