專利名稱：一種適用于球面金剛石拋光的拋光機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種拋光機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)，更具體地說，是通過下磨體與研球磨頭的旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)與大尺寸球面金剛石的接觸拋光的一種高精度拋光機(jī)。
背景技術(shù)：
隨著金剛石制備技術(shù)的發(fā)展，自支撐厚膜人造金剛石的成本逐漸降低，加之金剛石本身優(yōu)異的物理性能，使得其在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用越來越突出，成為各種苛刻環(huán)境下光學(xué)成像設(shè)備的首選。但人造金剛石在制備之后，表面光潔度很差，其粗糙度值一般從幾個(gè)微米到幾十微米，嚴(yán)重影響了它的光學(xué)性能。因此，作為高精度的光學(xué)級產(chǎn)品，需要對金剛石表面進(jìn)行拋光。由于金剛石是自然界中最硬的物質(zhì)，用普通方法很難加工，需通過特殊方式來實(shí)現(xiàn)。
目前，采用較多的金剛石拋光方法有機(jī)械法、熱化學(xué)機(jī)械法、氣氛保護(hù)法激光及等離子法等。國內(nèi)外相關(guān)科研機(jī)構(gòu)運(yùn)用上述方法，展開了平面金剛石的拋光研究。而對于曲面(球面)金剛石拋光的研究，相對較少，而相應(yīng)曲面拋光設(shè)備更是罕有報(bào)道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種適用于大尺寸球面金剛石拋光的拋光機(jī)，通過上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)和下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)以球面大尺寸金剛石為加工對象，加工出具有光學(xué)應(yīng)用價(jià)值的高品質(zhì)厚膜金剛石。
本發(fā)明是一種適用于球面金剛石拋光的拋光機(jī)，由上腔體、下腔體、定位壓桿機(jī)構(gòu)、上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)、下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)、鉬托、下磨體和加熱器構(gòu)成，定位壓桿機(jī)構(gòu)和上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)安裝在上腔體上，下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)安裝在下腔體上，鉬托安裝在下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)的一端上，下磨體安裝在鉬托內(nèi)，加熱器安裝在下腔體內(nèi)；所述下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)軸穿過磁流體并在其端部連接一同步帶輪構(gòu)成，轉(zhuǎn)軸的另一端套接在鉬托上，轉(zhuǎn)軸是穿過下腔體的中心線軸孔伸入腔體內(nèi)的，并且在下腔體內(nèi)的中心位置安裝有加熱器，加熱器與下腔體的底部之間填充有隔熱材料；
所述上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)由轉(zhuǎn)軸穿過磁流體并在其端部連接一同步帶輪，轉(zhuǎn)軸的另一端套接在鉬套內(nèi)，鉬套的端部連接有研磨球頭構(gòu)成，鉬套與磁流體接合處設(shè)有彈簧，上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)是穿過上腔體的安裝孔通過密封套將其固定在上腔體上的；所述定位壓桿機(jī)構(gòu)的定位軸的一端為V形錐，V形錐上設(shè)有內(nèi)錐口，內(nèi)錐口大小與研磨球頭的球面適配，定位軸另一端與波紋管連接，波紋管外部套接有擋套，波紋管另一端連接有提升桿，擋桿穿過提升桿上設(shè)有的孔安裝在提升桿上，定位壓桿機(jī)構(gòu)是穿過上腔體的中心線軸孔并固定在上腔體的頂部；所述上腔體上設(shè)有中心軸孔、觀察窗和密封凸臺(tái)，密封凸臺(tái)的中心是用于安裝上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)的安裝孔，在上腔體的邊緣設(shè)有耳環(huán)。
本發(fā)明拋光機(jī)的優(yōu)點(diǎn)(1)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，只需兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)就可實(shí)現(xiàn)曲面拋光；(2)安裝調(diào)試簡便，采用自動(dòng)定心技術(shù)，降低了安裝制造的難度；(3)操作使用方便，對環(huán)境沒有特殊要，無廢棄污染物的排放；(4)其加工后的光學(xué)級金附石，在國際國內(nèi)均有市場需求，經(jīng)濟(jì)效益潛力巨大；(5)本發(fā)明拋光機(jī)加工出具有光學(xué)應(yīng)用價(jià)值的高品質(zhì)金剛石，提升我國金剛石加工水平，促進(jìn)金剛石在光學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用。


圖1是本發(fā)明的拋光機(jī)結(jié)構(gòu)視圖。
圖2是本發(fā)明拋光機(jī)的剖視圖。
圖3A是下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。
圖3B是鉬托結(jié)構(gòu)圖。
圖4A是上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。
圖4B是研磨球頭與鉬套的結(jié)構(gòu)圖。
圖5A是缺擋套的定位壓桿機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)圖。
圖5B是擋套結(jié)構(gòu)圖。
圖6是上腔體結(jié)構(gòu)圖。
圖7是下磨體結(jié)構(gòu)圖。
圖8是被加工件結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1.下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)101.磁流體 102.同步帶輪103.轉(zhuǎn)軸 2.上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)201.磁流體 202.同步帶輪203.轉(zhuǎn)軸 204.鉬套 205.研磨球頭 206.彈簧 3.定位壓桿機(jī)構(gòu)
301.擋套 302.波紋管 303.定位軸 304.擋桿 305.V形錐306.內(nèi)錐口 307.提升桿 4.上腔體 401.中心軸孔 402.安裝孔403.觀察窗 404.密封凸臺(tái) 405.耳環(huán) 406.密封套5.下腔體6.加熱器 7.隔熱材料 8.鉬托 9.下磨體 901.內(nèi)腔10.被加工件具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
本發(fā)明是一種適用于大尺寸球面金剛石拋光的拋光機(jī)，由上腔體4、下腔體5、定位壓桿機(jī)構(gòu)3、上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)2、下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)1、鉬托8、下磨體9和加熱器6組成，定位壓桿機(jī)構(gòu)3和上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)2安裝在上腔體4上，下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)1安裝在下腔體5上，鉬托8安裝在下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)1的一端上，下磨體9安裝在鉬托8內(nèi)，加熱器6安裝在下腔體5內(nèi)。
所述下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)1由轉(zhuǎn)軸103穿過磁流體101并在其端部連接一同步帶輪102構(gòu)成，轉(zhuǎn)軸103的另一端套接在鉬托8上，鉬托8內(nèi)安裝有下磨體9，9內(nèi)放置有被加工件10，轉(zhuǎn)軸103與下磨體9底部用螺釘聯(lián)接。在工作狀態(tài)下，同步帶輪102與一電機(jī)通過同步帶連接，實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸103旋轉(zhuǎn)的同時(shí)帶動(dòng)下磨體9轉(zhuǎn)動(dòng)。下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)1的轉(zhuǎn)軸103是穿過下腔體5的中心線軸孔伸入腔體內(nèi)的，并且在下腔體5內(nèi)的中心位置安裝有加熱器6，加熱器6與下腔體5的底部之間填充有隔熱材料7礦渣棉，加熱器6可以選用電爐的加熱方式。鉬托8先安裝在加熱器6上然后再套接在轉(zhuǎn)軸103上，鉬托8能夠解決在高溫800℃～950℃加熱方式下進(jìn)行拋光時(shí)的熱量傳遞，并能夠保持高溫下的形狀精度。
所述上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)2由轉(zhuǎn)軸203穿過磁流體201并在其端部連接一同步帶輪202，轉(zhuǎn)軸203的另一端套接在鉬套204內(nèi)，鉬套204的端部連接有研磨球頭205構(gòu)成，鉬套204與磁流體201接合處設(shè)有彈簧206。在工作狀態(tài)下，同步帶輪202與一電機(jī)通過同步帶連接，實(shí)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)軸203旋轉(zhuǎn)的使研磨球頭205與被加工件10接觸達(dá)到拋光被加工件10內(nèi)球面的目的。鉬套204采用熔點(diǎn)較高的鉬材料加工制成，研磨球頭205采用20#鋼或35#鋼材料加工制成。上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)2是穿過上腔體4的安裝孔402通過密封套406將其固定在上腔體4上的密封凸臺(tái)404。
所述定位壓桿機(jī)構(gòu)3的定位軸303的一端為V形錐305，V形錐305上設(shè)有內(nèi)錐口306，內(nèi)錐口306大小與研磨球頭205球面適配，定位軸303另一端與波紋管302連接，波紋管302外部套接有擋套301，波紋管302另一端連接有提升桿307，擋桿304穿過提升桿307上設(shè)有的孔安裝在提升桿307上。定位壓桿機(jī)構(gòu)3是穿過上腔體4的中心線軸孔401并固定在上腔體4的頂部。定位壓桿機(jī)構(gòu)3用于調(diào)整上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)2的轉(zhuǎn)軸203與下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)1的轉(zhuǎn)軸103之間的定心，以提高本發(fā)明拋光機(jī)的兩轉(zhuǎn)軸的定心精度。
所述上腔體4上設(shè)有一個(gè)中心軸孔401、兩個(gè)觀察窗403和密封凸臺(tái)404，密封凸臺(tái)404的中心是安裝孔402，在上腔體4的邊緣設(shè)有三個(gè)耳環(huán)405，耳環(huán)405用于將上腔體4進(jìn)行吊起或者移動(dòng)開。
在本發(fā)明中，上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)2的轉(zhuǎn)軸203與下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)1的轉(zhuǎn)軸103在裝配時(shí)需要保證兩轉(zhuǎn)軸的中心線之間的夾角為135度，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的目的是為了避免研磨球頭205與被加工件10球面線速度零點(diǎn)的重合，以實(shí)現(xiàn)均勻去除材料，滿足拋光金剛石形位精度的要求。
本發(fā)明拋光機(jī)的工作原理是被加工件10(球面金剛石膜)固定在下磨體9內(nèi)，下磨體9為錐形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)腔901是球面腔，內(nèi)腔901的大小與被加工件10的大小適配。上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)2的研磨球頭205通過定位壓桿機(jī)構(gòu)3的V形錐305上的內(nèi)錐口306調(diào)整至與被加工件10表面接觸。在采用氣氛保護(hù)拋光的方法下，先使整個(gè)腔室(上腔體4和下腔體5連接組成的腔室)抽到一定真空度，然后開啟電爐(加熱器6)，當(dāng)加熱鉬托8至所需溫度，然后再分別開啟電機(jī)使上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)2和下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)1的轉(zhuǎn)軸(轉(zhuǎn)軸203、轉(zhuǎn)軸103)旋轉(zhuǎn)，被加工件10與研磨球頭205在高溫作用下發(fā)生滲碳化學(xué)反應(yīng)，從而去除被加工件10表面的突起，達(dá)到拋光的目的。
本發(fā)明的拋光機(jī)，如采用機(jī)械法進(jìn)行拋光時(shí)，不用抽真空，也不用開啟加熱器6。
本發(fā)明的拋光機(jī)是針對曲面被加工件10的表面拋光技術(shù)而設(shè)計(jì)的，該裝置適用于機(jī)械拋光、熱化學(xué)機(jī)械拋光以及有氣氛保護(hù)拋光等多種拋光方法，是一種適用性較強(qiáng)、應(yīng)用廣泛的拋光設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種適用于球面金剛石拋光的拋光機(jī)，其特征在于由上腔體(4)、下腔體(5)、定位壓桿機(jī)構(gòu)(3)、上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)(2)、下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)(1)、鉬托(8)、下磨體(9)和加熱器(6)構(gòu)成，定位壓桿機(jī)構(gòu)(3)和上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)(2)安裝在上腔體(4)上，下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)(1)安裝在下腔體(5)上，鉬托(8)安裝在下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)(1)的一端上，下磨體(9)安裝在鉬托(8)內(nèi)，加熱器(6)安裝在下腔體(5)內(nèi)；所述下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)(1)由轉(zhuǎn)軸(103)穿過磁流體(101)并在其端部連接一同步帶輪(102)構(gòu)成，轉(zhuǎn)軸(103)的另一端套接在鉬托(8)上，轉(zhuǎn)軸(103)是穿過下腔體(5)的中心線軸孔伸入腔體內(nèi)的，并且在下腔體(5)內(nèi)的中心位置安裝有加熱器(6)，加熱器(6)與下腔體(5)的底部之間填充有隔熱材料(7)；所述上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)(2)由轉(zhuǎn)軸(203)穿過磁流體(201)并在其端部連接一同步帶輪(202)，轉(zhuǎn)軸(203)的另一端套接在鉬套(204)內(nèi)，鉬套(204)的端部連接有研磨球頭(205)構(gòu)成，鉬套(204)與磁流體(201)接合處設(shè)有彈簧(206)，上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)(2)是穿過上腔體(4)的安裝孔(402)通過密封套(406)將其固定在上腔體(4)上的；所述定位壓桿機(jī)構(gòu)(3)的定位軸(303)的一端為V形錐(305)，V形錐(305)上設(shè)有內(nèi)錐口(306)，內(nèi)錐口(306)大小與研磨球頭(205)的球面適配，定位軸(303)另一端與波紋管(302)連接，波紋管(302)外部套接有擋套(301)，波紋管(302)另一端連接有提升桿(307)，擋桿(304)穿過提升桿(307)上設(shè)有的孔安裝在提升桿(307)上，定位壓桿機(jī)構(gòu)(3)是穿過上腔體(4)的中心線軸孔(401)并固定在上腔體(4)的頂部；所述上腔體(4)上設(shè)有中心軸孔(401)、觀察窗(403)和密封凸臺(tái)(404)，密封凸臺(tái)(404)的中心是用于安裝上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)(2)的安裝孔(402)，在上腔體(4)的邊緣設(shè)有耳環(huán)(405)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光機(jī)，其特征在于上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)(2)的轉(zhuǎn)軸(203)與下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)(1)的轉(zhuǎn)軸(103)之間為135度的夾角。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光機(jī)，其特征在于上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)(2)的轉(zhuǎn)軸(203)與下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)(1)的轉(zhuǎn)軸(103)之間的定心通過定位壓桿機(jī)構(gòu)(3)調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光機(jī)，其特征在于下磨體(9)的內(nèi)腔(901)是球面腔。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光機(jī)，其特征在于加熱器(6)為電爐。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光機(jī)，其特征在于隔熱材料(7)為礦渣棉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光機(jī)，其特征在于研磨球頭(205)采用20#鋼或35#鋼材料加工制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的拋光機(jī)，其特征在于適用于機(jī)械拋光、熱化學(xué)機(jī)械拋光或者有氣氛保護(hù)的拋光。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種適用于大尺寸球面金剛石拋光的拋光機(jī)，由上腔體、下腔體、定位壓桿機(jī)構(gòu)、上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)、下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)、鉬托、下磨體和加熱器構(gòu)成，定位壓桿機(jī)構(gòu)和上軸磁流體密封機(jī)構(gòu)安裝在上腔體上，下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)安裝在下腔體上，鉬托安裝在下軸磁流體密封機(jī)構(gòu)的一端上，下磨體安裝在鉬托內(nèi)，加熱器安裝在下腔體內(nèi)。本發(fā)明拋光機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)簡單，只需兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)就可實(shí)現(xiàn)曲面拋光；安裝調(diào)試簡便，采用自動(dòng)定心技術(shù)，降低了安裝制造的難度；操作使用方便，對環(huán)境沒有特殊要求，無廢棄污染物的排放；其加工后的光學(xué)級金剛石，在國際國內(nèi)均有市場需求，經(jīng)濟(jì)效益潛力巨大。
文檔編號(hào)B24B13/00GK1748938SQ200510102769
公開日2006年3月22日 申請日期2005年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月15日
發(fā)明者王樹彬, 馬泳濤, 陳五一, 田蒔, 孫玉靜 申請人:北京航空航天大學(xué)