專利名稱：納米膠體射流拋光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種射流拋光裝置，屬于超光滑表面拋光及光學(xué)加工技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
納米膠體射流拋光是一種可以實(shí)現(xiàn)原子級材料的去除的拋光方法，主要 通過給工件表面施加能量，使表面微凸起部位的原子獲得足夠的能量而從表 面逃逸或脫落，從而實(shí)現(xiàn)原子級材料的去除。由于表面凸起部分的原子受束 縛較少，去除這類原子需要的能量也比去除本體相原子要小。因此，在加工 過程中若能控制作用到表面原子的能量，使該能量大于表面原子的結(jié)合能， 并小于本體相原子的結(jié)合能，便可以達(dá)到去除表面原子又不造成本體相原子 位錯(cuò)位移的目的。
納米膠體射流拋光通過納米膠體中的自由基一羥基在工件表面的化學(xué)吸 附來降低工件表面原子的原子結(jié)合能，然后利用入射納米顆粒與工件表面原 子的碰撞反應(yīng)及膠體的動(dòng)力黏附特性去除工件表面原子。
納米膠體射流拋光中要求保證納米膠體不被污染，但由于納米膠體具有 較強(qiáng)的反應(yīng)激活能，極易在拋光過程中與油脂及其他外部雜質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，因 此如何保證在拋光過程中納米膠體不被污染，如何通過膠體射流方式控制納 米膠體的噴射能量，實(shí)現(xiàn)自由基一羥基與工件表面原子的化學(xué)吸附，如何給 膠體中的納米顆粒施加能量以保證膠體中納米顆粒與工件表面原子發(fā)生可逆 聚合分解反應(yīng)，以及如何利用流體黏附作用移除工件表面的納米顆粒及工件 表面原子，是納米膠體射流拋光需要解決的技術(shù)難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的納米膠體射流拋光過程中存在的納米膠 體易被污染、納米膠體的噴射能量難以控制、自由基一羥基與工件表面原子 的化學(xué)吸附難以實(shí)現(xiàn)、膠體中納米顆粒與工件表面原子發(fā)生的可逆聚合分解 反應(yīng)難以保證和工件表面的納米顆粒及工件表面原子無法利用流體黏附作用移除的問題，進(jìn)而提供一種納米膠體射流拋光裝置。
本發(fā)明的技術(shù)方案是納米膠體射流拋光裝置包括第一兩位三通控制閥、 第一柔性密封囊、第一高壓容器、第四兩位三通控制閥、蓄能器、柱塞泵、 液壓油箱、封閉的納米膠體容器、蠕動(dòng)泵、拋光液槽、噴嘴、閥體、第一管 路、第二管路、第三管路、第四管路、第五管路、第六管路和第七管路，所 述第一柔性密封囊安裝在第一高壓容器內(nèi)，所述第四管路的下端穿過第一高 壓容器與第一柔性密封囊的上端連通，所述第四管路的上端與第一兩位三通
控制閥連通，所述封閉的納米膠體容器通過第五管路與第一兩位三通控制閥 連通，所述蠕動(dòng)泵安裝在第五管路上且與第五管道連通，所述第一高壓容器 的下端通過第三管路與第四兩位三通控制閥，所述液壓油箱通過第一管路與 第四兩位三通控制閥連通，所述第二管路的下端安裝在液壓油箱內(nèi)，第二管 路的上端與第四兩位三通控制閥連通，所述蓄能器通過閥體安裝在第二管路 上且與第二管路連通，所述柱塞泵安裝在第二管路上，柱塞泵與第二管路連
通，且所述柱塞泵位于蓄能器的下方，所述第六管路的一端與第一兩位三通 控制閥連通，所述第六管路的另一端與第七管路的一端連通，所述第七管路 的另一端安裝有噴嘴，且所述第七管路與數(shù)控機(jī)床的夾具固接，所述拋光液 槽套裝在數(shù)控機(jī)床的電機(jī)的輸出軸上，所述工作臺(tái)安裝在拋光液槽內(nèi)的數(shù)控 機(jī)床的電機(jī)輸出軸的端面上，'且工作臺(tái)的安裝位置與噴嘴相對應(yīng)。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果高壓傳遞介質(zhì)液壓油與納米 膠體在高壓容器內(nèi)由柔性密封囊隔離而不相互混合，實(shí)現(xiàn)了壓力油與納米膠 體的獨(dú)立循環(huán)，消除了納米膠體易被污染的問題，納米膠體的噴射能量得到 控制，實(shí)現(xiàn)了自由基一羥基與工件表面原子的化學(xué)吸附，膠體中納米顆粒與 工件表面原子發(fā)生的可逆聚合分解反應(yīng)得到了保證，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了利用流體黏 附作用來移除工件表面的納米顆粒及工件表面原子。本發(fā)明還采用了雙通道 結(jié)構(gòu)，雙通道交替、循環(huán)使用，裝置可連續(xù)工作，提高了裝置的工作效率; 本發(fā)明采用了小口徑噴嘴進(jìn)行納米膠體射流拋光，能量集中作用于拋光區(qū)域， 適用于超光滑表面光學(xué)元件的加工、修正及拋光；采用數(shù)控機(jī)床實(shí)現(xiàn)小曲率 半徑的球曲面及非球曲面光學(xué)元件的加工、修正及拋光。本發(fā)明還可應(yīng)用于 自由曲面光學(xué)元件的加工、修正及拋光。本發(fā)明的拋光裝置結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，易于實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)的全自動(dòng)控制，利用本發(fā)明裝置可實(shí)現(xiàn)原子級超光滑表面的 納米膠體射流拋光。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明將工件倒置安裝的整體 結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式
具體實(shí)施方式
一結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式包括第一兩位
三通控制閥l、第一柔性密封囊24、第一高壓容器23、第四兩位三通控制閥 6、蓄能器7、柱塞泵8、液壓油箱9、封閉的納米膠體容器IO、蠕動(dòng)泵ll、 拋光液槽18、噴嘴19、閥體26、第一管路31、第二管路32、第三管路33、 第四管路34、第五管路35、第六管路36、第七管路37和數(shù)控機(jī)床，所述第 一柔性密封囊24安裝在第一高壓容器23內(nèi)，所述第四管路34的下端穿過第 一高壓容器23與第一柔性密封囊24的上端連通，所述第四管路34的上端與 第一兩位三通控制閥1連通，所述封閉的納米膠體容器10通過第五管路35 與第一兩位三通控制閥1連通，所述蠕動(dòng)泵11安裝在第五管路35上且與第 五管道35連通，所述第一高壓容器23的下端通過第三管路33與第四兩位三 通控制閥6，所述液壓油箱9通過第一管路31與第四兩位三通控制閥6連通， 所述第二管路32的下端安裝在液壓油箱9內(nèi)，第二管路32的上端與第四兩 位三通控制閥6連通，所述蓄能器7通過閥體26安裝在第二管路32上且與 第二管路32連通，所述柱塞泵8安裝在第二管路32上，柱塞泵8與第二管 路32連通，且所述柱塞泵8位于蓄能器7的下方，所述第六管路36的一端 與第一兩位三通控制閥1連通，所述第六管路36的另一端與第七管路37的 一端連通，所述第七管路37的另一端安裝有噴嘴19，且所述第七管路37與 數(shù)控機(jī)床的夾具22固接，所述拋光液槽18套裝在數(shù)控機(jī)床的電機(jī)16的輸出 軸上，所述工作臺(tái)17安裝在拋光液槽18內(nèi)的數(shù)控機(jī)床的電機(jī)16輸出軸的端 面上，且工作臺(tái)17的安裝位置與噴嘴19相對應(yīng)。所述數(shù)控機(jī)床為德國DMG 公司生產(chǎn)的5軸數(shù)控龍門機(jī)床，其型號(hào)為HSC 20 linear。也可根據(jù)實(shí)際拋光 要求選擇或開發(fā)適宜的數(shù)控平臺(tái)。
具體實(shí)施方式
二結(jié)合圖l說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的噴嘴19為直徑為0.05mm 0.5mm的小口徑圓柱噴嘴或狹縫噴嘴。如此設(shè)置，能量集中作 用于拋光區(qū)域，適用于超光滑表面光學(xué)元件的加工、修正及拋光。其它組成 和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
三結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的拋光裝置還 增加有納米膠體循環(huán)裝置12、第八管路38和第九管路39，所述納米膠體循 環(huán)裝置12的上端通過第九管路39與拋光液槽18連通，所述納米膠體循環(huán)裝 置12的下端通過第八管路38與封閉的納米膠體容器10連通。如此設(shè)置，納 米膠體可循環(huán)使用。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
一相同。
具體實(shí)施方式
四結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的拋光裝置還 增加有第二柔性密封囊3、第二高壓容器4、第二兩位三通控制閥2、第三兩 位三通控制閥5、第十一管路41、第十二管路42、第十三管路43、第十四管 路44和第十五管路45，所述第二柔性密封囊3安裝在第二高壓容器4內(nèi)，所 述第十三管路43的下端穿過第二高壓容器4與第二柔性密封囊3的上端連通， 所述第十三管路43的上端與第二兩位三通控制閥2連通，所述第二兩位三通 控制閥2通過第十五管路45與管路35連通，所述第十四管路44的一端與第 三兩位三通控制閥5連通，所述第十四管路44的另一端與第七管路37連通， 所述第二高壓容器4的下端通過第十二管路42與第三兩位三通控制閥5，所 述第十一管路41的一端與第三兩位三通控制閥5連通，所述第十一管路41 的另一端與第二管路32連通，且第十一管路41的安裝位置位于蓄能器7的 上方。如此設(shè)置，雙通道結(jié)構(gòu)，雙通道交替循環(huán)使用，可連續(xù)工作，提高了 裝置的工作效率。其它組成和連接關(guān)系與具體實(shí)施方式
三相同。
具體實(shí)施方式
五結(jié)合圖1說明本實(shí)施方式，本實(shí)施方式的拋光裝置還 增加有惰性氣體進(jìn)出室25，所述惰性氣體進(jìn)出室25套裝在拋光液槽18和噴 嘴19的外部。如此設(shè)置，有效防止加工件被氧化。其它組成和連接關(guān)系與具 體實(shí)施方式一、二、三或四相同。
結(jié)合圖1和圖2說明本發(fā)明的工作原理打開第一兩位三通控制閥l，啟動(dòng) 蠕動(dòng)泵ll向第一高壓容器23內(nèi)的第一柔性密封囊24輸送納米膠體，待納米膠 體充滿第一柔性密封囊24時(shí)，關(guān)閉第一兩位三通控制閥l和第三兩位三通控制 閥5，打開第二兩位三通控制閥2和第四兩位三通控制閥6。啟動(dòng)柱塞泵8，液壓油經(jīng)蓄能器7穩(wěn)壓后從第四兩位三通控制閥6進(jìn)入第一高壓容器23內(nèi)，高壓 液壓油擠壓第一柔性密封囊24內(nèi)的納米膠體，納米膠體經(jīng)第一兩位三通控制 閥1進(jìn)入噴嘴19，從噴嘴19射向被加工工件，對其進(jìn)行拋光加工，拋光時(shí)通過 數(shù)控機(jī)床的計(jì)算機(jī)控制數(shù)控機(jī)床的第一軸向?qū)к?4、第二軸向?qū)к?5、第三 軸向?qū)к?0及第四軸向轉(zhuǎn)臺(tái)21的運(yùn)動(dòng)，使噴嘴19和工作臺(tái)17按照計(jì)算機(jī)內(nèi)設(shè) 定的軌跡運(yùn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)特定的拋光軌跡。第一柔性密封囊24內(nèi)的納米膠體 進(jìn)行拋光的同時(shí)，通過蠕動(dòng)泵11給第二高壓容器4內(nèi)的第二柔性密封囊3輸送 納米膠體，納米膠體進(jìn)入第二柔性密封囊3，將第一高壓容器4內(nèi)的液壓油壓 出，經(jīng)第三兩位三通控制閥5排回液壓油箱9，被柱塞泵8循環(huán)使用。第二柔性 密封囊3內(nèi)充滿納米膠體后，信號(hào)被返回由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉蠕動(dòng)泵 11，第二柔性密封囊3待用。當(dāng)?shù)谝蝗嵝悦芊饽?4內(nèi)的納米膠體即將用完時(shí)， 打開第一兩位三通控制闊1和第三兩位三通控制閥5，關(guān)閉第二兩位三通控制 閥2和第四兩位三通控制閥6，第二柔性密封囊3內(nèi)的納米膠體開始進(jìn)行拋光， 而第一柔性密封囊24可進(jìn)行膠體注入，如此循環(huán)工作。從噴嘴19射出的納米 膠體，送入納米膠體循環(huán)裝置12內(nèi)，重新進(jìn)行冷卻，然后再送回封閉的納米 膠體容器10內(nèi)。整個(gè)納米膠體射流拋光過程在惰性氣體進(jìn)出室25中進(jìn)行，可 避免加工過程中納米膠體及工件與大氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，保證工件不 被氧化。'本發(fā)明在應(yīng)用過程中亦可將工件倒置安裝。
權(quán)利要求
1、一種納米膠體射流拋光裝置，它包括第一兩位三通控制閥(1)、第一柔性密封囊(24)、第一高壓容器(23)、第四兩位三通控制閥(6)、蓄能器(7)、柱塞泵(8)、液壓油箱(9)、封閉的納米膠體容器(10)、蠕動(dòng)泵(11)、拋光液槽(18)、噴嘴(19)、閥體(26)、第一管路(31)、第二管路(32)、第三管路(33)、第四管路(34)、第五管路(35)、第六管路(36)和第七管路(37)，其特征在于所述第一柔性密封囊(24)安裝在第一高壓容器(23)內(nèi)，所述第四管路(34)的下端穿過第一高壓容器(23)與第一柔性密封囊(24)的上端連通，所述第四管路(34)的上端與第一兩位三通控制閥(1)連通，所述封閉的納米膠體容器(10)通過第五管路(35)與第一兩位三通控制閥(1)連通，所述蠕動(dòng)泵(11)安裝在第五管路(35)上且與第五管道(35)連通，所述第一高壓容器(23)的下端通過第三管路(33)與第四兩位三通控制閥(6)，所述液壓油箱(9)通過第一管路(31)與第四兩位三通控制閥(6)連通，所述第二管路(32)的下端安裝在液壓油箱(9)內(nèi)，第二管路(32)的上端與第四兩位三通控制閥(6)連通，所述蓄能器(7)通過閥體(26)安裝在第二管路(32)上且與第二管路(32)連通，所述柱塞泵(8)安裝在第二管路(32)上，柱塞泵(8)與第二管路(32)連通，且所述柱塞泵(8)位于蓄能器(7)的下方，所述第六管路(36)的一端與第一兩位三通控制閥(1)連通，所述第六管路(36)的另一端與第七管路(37)的一端連通，所述第七管路(37)的另一端安裝有噴嘴(19)，且所述第七管路(37)與數(shù)控機(jī)床的夾具(22)固接，所述拋光液槽(18)套裝在數(shù)控機(jī)床的電機(jī)(16)的輸出軸上，所述工作臺(tái)(17)安裝在拋光液槽(18)內(nèi)的數(shù)控機(jī)床的電機(jī)(16)輸出軸的端面上，且工作臺(tái)(17)的安裝位置與噴嘴(19)相對應(yīng)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述納米膠體射流拋光裝置，其特征在于所述噴嘴 (19)為直徑為0.05mm 0.5mm的小口徑圓柱噴嘴或狹縫噴嘴。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述納米膠體射流拋光裝置，其特征在于所述拋光 裝置還包括納米膠體循環(huán)裝置(12)、第八管路(38)和第九管路(39)，所 述納米膠體循環(huán)裝置(12)的上端通過第九管路(39)與拋光液槽(18)連通，所述納米膠體循環(huán)裝置(12)的下端通過第八管路(38)與封閉的納米 膠體容器(10)連通。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述納米膠體射流拋光裝置，其特征在于所述拋光裝置還包括第二柔性密封囊(3)、第二高壓容器(4)、第二兩位三通控制閥 (2)、第三兩位三通控制閥.(5)、第十一管路(41)、第十二管路(42)、第 十三管路(43)、第十四管路(44)和第十五管路(45)，所述第二柔性密封 囊(3)安裝在第二高壓容器(4)內(nèi)，所述第十三管路(43)的下端穿過第 二高壓容器(4)與第二柔性密封囊(3)的上端連通，所述第十三管路(43) 的上端與第二兩位三通控制閥(2)連通，所述第二兩位三通控制閥(2)通 過第十五管路(45)與管路(35)連通，所述第十四管路(44)的一端與第 三兩位三通控制閥(5)連通，所述第十四管路(44)的另一端與第七管路(37) 連通，所述第二高壓容器(4)的下端通過第十二管路(42)與第三兩位三通 控制閥(5)，所述第十一管路(41)的一端與第三兩位三通控制閥(5)連通， 所述第十一管路(41)的另一端與第二管路(32)連通，且第十一管路(41) 的安裝位置位于蓄能器(7)的上方。
5、 根據(jù)權(quán)利要求l、 2、 3或4所述納米膠體射流拋光裝置，其特征在于: 所述拋光裝置還包括惰性氣體進(jìn)出室(25)，所述惰性氣體進(jìn)出室(25)套裝 在拋光液槽(18)和噴嘴(19)的外部。
全文摘要
納米膠體射流拋光裝置，它涉及一種射流拋光裝置。本發(fā)明解決了現(xiàn)有的納米膠體射流拋光過程中存在的納米膠體易被污染、納米膠體的噴射能量難以控制、自由基—羥基與工件表面原子的化學(xué)吸附難以實(shí)現(xiàn)、膠體中納米顆粒與工件表面原子發(fā)生的可逆聚合分解反應(yīng)難以保證和工件表面的納米顆粒及工件表面原子無法利用流體黏附作用移除的問題。本發(fā)明的第一柔性密封囊安裝在第一高壓容器內(nèi)，第四管路的下端與第一柔性密封囊的上端連通，第四管路的上端與第一兩位三通控制閥連通，封閉的納米膠體容器與第一兩位三通控制閥連通，蠕動(dòng)泵安裝在第五管路上。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了壓力油與納米膠體的獨(dú)立循環(huán)，噴射能量得到控制，移除了工件表面的納米顆粒及工件表面原子。
文檔編號(hào)B24B29/00GK101434055SQ20081020976
公開日2009年5月20日 申請日期2008年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月24日
發(fā)明者宋孝宗, 勇 張, 張飛虎 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)