一种内联式多气缸自适应抛光磨头的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光学冷加工技术领域，具体涉及一种内联式多气缸自适应抛光磨头。
【背景技术】
[0002]在光学系统中采用非球面透镜可显著简化系统、改善像质、减小系统的外尺寸及重量。因此，随着科学技术的不断发展，非球面光学零件的制造需求显著增加，尤其在光刻物镜光学系统中，高精度非球面光学零件的数量占总光学零件数量的50%以上。由于非球面具有唯一光轴，同时非球面上各点曲率半径存在明显差异，因此普通球面抛光工艺无法解决非球面预抛光加工问题，目前多采用小磨头抛光工艺进行非球面预抛光。然而，小磨头预抛光非球面很容易残留加工轨迹状的中频误差，因此在对非球面中频误差要求极严格的情况下难以获得满足系统要求的非球面加工结果，例如在高NA光刻物镜光学系统中，高精度非球面光学零件通常具有偏离度大于1mm、梯度大于3°等特征，非球面中频指标需优于0.5nmRMS，显著增加了制造难度，普通小磨头预抛光难以满足上述加工需求。
[0003]公开号为CN103072077A的中国专利公开了一项名为一种双柔性自适应抛光磨头的技术方案，该方案所述的抛光磨头采用柔性层作为抛光模与非球面贴合的变形层，实现了一种非球面柔性自适应抛光磨头。该方案的局限在于柔性层完成选材后其弹性系数不可调节，另外，该方案的柔性层在加工中变形尺度不均，容易导致磨头应力分布不均匀，从而难以提高中频误差收敛效率。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提出一种适应性更强、中频误差修正能力更高的内联式多气缸自适应抛光磨头，解决现有技术存在的磨头应力分布不均及磨头弹性系数不可调节的问题。
[0005]为实现上述目的，本发明的一种内联式多气缸自适应抛光磨头包括法兰基座、气舱盖板、内联式多气缸结构和抛光磨头子单兀;
[0006]所述内联式多气缸结构包含多个上端相互连通的子气缸，每个子气缸与一个抛光磨头子单元配合；
[0007]所述法兰基座、气舱盖板和内联式多气缸结构使用紧固螺栓同心装配并通过O型密封圈密封，所述法兰基座与气舱盖板同轴开有通孔，所述通孔与任意一个子气缸连通。
[0008]所述抛光磨头子单元包括同心装配的子活塞基座、子磨头基座和子磨头抛光模，所述子活塞基座和子磨头基座通过紧固螺栓连接，所述子磨头抛光模与所述子磨头基座下端面固定连接。
[0009]所述子磨头抛光模与所述子磨头基座下端面粘接固定。
[0010]所述子磨头抛光模的材料为聚氨酯或沥青。
[0011]所述内联式多气缸结构包含至少三个上端相互连通的子气缸。
[0012]所述内联式多气缸结构为弯月形柱状结构或平截面形圆柱结构。
[0013]所述子气缸的分布为多环同心状分布或正交矩阵状分布。
[0014]本发明的有益效果为:本发明的一种内联式多气缸自适应抛光磨头的内联式多气缸结构中的多个子气缸上端相互连通，可充分保证子气缸内部气压一致。子气缸在使用中填充压缩空气以获得弹性系数可调节的空气弹簧结构。可根据需要通过调节气缸内气压改变气腔弹性系数，获得了一种压力分布均匀、弹性系数可调节、面形匹配更灵活的非球面抛光磨头，为加工高精度非球面光学零件提供了一种有效方案。通过子磨头的弹性伸缩，可提高磨头与非球面的贴合度，实现对非球面的高效面形加工。
【附图说明】
[0015]图1为本发明的一种内联式多气缸自适应抛光磨头的结构不意图；
[0016]图2为本发明的子气缸分布为多环同心状分布；
[0017]图3为本发明的子气缸分布为正交矩阵状分布；
[0018]其中:1、法兰基座，2、O型密封圈，3、气舱盖板，4、子气缸，5、内联式多气缸结构，6、子活塞基座，7、子磨头基座，8、子磨头抛光模，9、紧固螺栓。
【具体实施方式】
[0019]下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
[0020]参见附图1，本发明的一种内联式多气缸自适应抛光磨头包括法兰基座1、气舱盖板3、内联式多气缸结构5和抛光磨头子单元；
[0021]所述内联式多气缸结构5包含多个上端相互连通的子气缸4，以达到各子气缸4气压一致的目的，每个子气缸4与一个抛光磨头子单元配合；
[0022]所述法兰基座1、气舱盖板3和内联式多气缸结构5使用紧固螺栓9同心装配，各配合表面通过O型密封圈2密封，所述法兰基座I与气舱盖板3同轴开有通孔，所述通孔与任意一个子气缸4连通，所述通孔与所述法兰基座I同轴。
[0023]所述抛光磨头子单元包括同心装配的子活塞基座6、子磨头基座7和子磨头抛光模8，所述子活塞基座6和子磨头基座7通过紧固螺栓9连接，所述子磨头抛光模8与所述子磨头基座7下端面固定连接。
[0024]考虑到加工和使用的方便性，法兰基座I使用不锈钢材料制造，气舱盖板3和内联式多气缸结构5使用硬铝材料制造；子活塞基座6和子磨头基座7使用硬铝材料制造，子活塞基座6与子气缸4采用间隙配合H8/e8。
[0025]所述子磨头抛光模8与所述子磨头基座7下端面粘接固定。
[0026]所述子磨头抛光模8的材料为聚氨酯或沥青。使用聚氨酯材料可获得较高的材料去除效率，在非球面铣磨工序后使用，作为预抛光第一道工序，使用沥青材料可获得较高的表面质量，作为预抛光第二道工序使用。
[0027]所述内联式多气缸结构5包含至少三个上端相互连通的子气缸4。子气缸4的数量取决于所加工非球面偏离度及梯度值的大小，偏离度和梯度值越大时，子气缸4的数量越多，通常子气缸4的数量为3?100个。
[0028]参见附图2和附图3，所述内联式多气缸结构5为弯月形柱状结构或平截面形圆柱结构，内联式多气缸结构5的具体结构根据实际加工非球面面形进行确定。所述弯月形柱状结构具体指:一个圆柱体的上表面为凹球面且下表面为凸球面。
[0029]所述子气缸4的分布为多环同心状分布或正交矩阵状分布。
[0030]本发明的一种内联式多气缸自适应抛光磨头装配时，首先将所有子磨头抛光模8与子磨头基座7粘接，然后将所有子活塞基座6分别塞入所有子气缸4中，使用紧固螺钉将子磨头基座7与子活塞基座6连接，使用O型密封圈2做密封，然后将气舱盖板3与内联式多气缸结构5用紧固螺栓9连接并使用O型密封圈2做密封，最后使用紧固螺栓9将法兰基座I与气舱盖板3连接并使用使用O型密封圈2做密封，完成磨头装配。法兰基座I可根据设备磨头夹具接口尺寸定制配合部位尺寸，以实现磨头与加工设备的连接。磨头使用前需要修正抛光模形状，当抛光模为聚氨酯材料时，可使用电镀金刚石磨轮修形，当抛光模材料为沥青时，可使用热风枪将沥青软化，然后压入待加工非球面表面成形。
【主权项】
1.一种内联式多气缸自适应抛光磨头，其特征在于，包括法兰基座(I)、气舱盖板(3)、内联式多气缸结构(5)和抛光磨头子单元； 所述内联式多气缸结构(5)包含多个上端相互连通的子气缸(4)，每个子气缸(4)与一个抛光磨头子单元配合； 所述法兰基座(I)、气舱盖板(3)和内联式多气缸结构(5)使用紧固螺栓(9)同心装配并通过O型密封圈(2)密封，所述法兰基座(I)与气舱盖板(3)同轴开有通孔，所述通孔与任意一个子气缸(4)连通。2.根据权利要求1所述的一种内联式多气缸自适应抛光磨头，其特征在于，所述抛光磨头子单元包括同心装配的子活塞基座￠)、子磨头基座(7)和子磨头抛光模(8)，所述子活塞基座(6)和子磨头基座(7)通过紧固螺栓(9)连接，所述子磨头抛光模(8)与所述子磨头基座(7)下端面固定连接。3.根据权利要求2所述的一种内联式多气缸自适应抛光磨头，其特征在于，所述子磨头抛光模(8)与所述子磨头基座(7)下端面粘接固定。4.根据权利要求2或3所述的一种内联式多气缸自适应抛光磨头，其特征在于，所述子磨头抛光模(8)的材料为聚氨酯或沥青。5.根据权利要求1所述的一种内联式多气缸自适应抛光磨头，其特征在于，所述内联式多气缸结构(5)包含至少三个上端相互连通的子气缸(4)。6.根据权利要求1或5所述的一种内联式多气缸自适应抛光磨头，其特征在于，所述内联式多气缸结构(5)为弯月形柱状结构或平截面形圆柱结构。7.根据权利要求1所述的一种内联式多气缸自适应抛光磨头，其特征在于，所述子气缸(4)的分布为多环同心状分布或正交矩阵状分布。
【专利摘要】一种内联式多气缸自适应抛光磨头属于光学冷加工技术领域，目的在于解决现有技术存在的磨头应力分布不均及磨头弹性系数不可调节的问题。本发明包括法兰基座、气舱盖板、内联式多气缸结构和抛光磨头子单元；内联式多气缸结构包含多个上端相互连通的子气缸，每个子气缸与一个抛光磨头子单元配合；法兰基座、气舱盖板和内联式多气缸结构使用紧固螺栓同心装配并通过O型密封圈密封，法兰基座与气舱盖板同轴开有通孔，通孔与任意一个子气缸连通。本发明的多个子气缸上端相互连通，可充分保证子气缸内部气压一致，并可根据需要通过调节气缸内气压改变气腔弹性系数，为加工高精度非球面光学零件提供了一种有效方案。
【IPC分类】B24B13/01
【公开号】CN105150051
【申请号】CN201510450069
【发明人】王飞, 马占龙, 彭利荣, 王高文, 隋永新
【申请人】中国科学院长春光学精密机械与物理研究所
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年7月28日