光學(xué)元件磨削用金剛石砂輪離線電解修整裝置及其修整方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及光學(xué)元件超精密加工領(lǐng)域，特別涉及一種大口徑非球面光學(xué)元件成型 磨削加工階段金剛石砂輪的離線電解修整裝置及其修整方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著激光技術(shù)的不斷發(fā)展，大口徑高功率激光驅(qū)動器作為激光技術(shù)的一個重要分 支，在慣性約束核聚變方面有著重要的應(yīng)用，如美國的NIF裝置。作為世界上最大的光學(xué) 工程，在大口徑光學(xué)元件數(shù)量、質(zhì)量方面，高功率激光驅(qū)動器所提出的要求比迄今為止任何 光學(xué)系統(tǒng)都高出許多。而光學(xué)元件的超精密加工，是獲得大批量、高性能光學(xué)元件的重要手 段。
[0003] 磨削加工作為大口徑非球面激光光學(xué)元件超精密加工的重要成型工序，其使用固 結(jié)金剛石砂輪獲得光學(xué)非球面元件的快速成型，并獲得一定面形精度與表面質(zhì)量。金剛石 砂輪在使用過程中，由于金剛石顆粒與光學(xué)材料的相互作用，使得原本凸出的磨粒逐漸鈍 化、磨損、脫落，進(jìn)一步增大磨削力，降低了元件的表面質(zhì)量和加工精度，嚴(yán)重者導(dǎo)致元件產(chǎn) 生較大崩邊、裂紋，最終使得元件不合格或報廢。因此在金剛石砂輪使用一段時間后，需要 對其進(jìn)行電解修整，使表面的金剛石顆粒凸出，達(dá)到一定的銳利度與形狀精度。
[0004] 實現(xiàn)非球面光學(xué)元件高效磨削加工的設(shè)備，是一種高精度的三軸聯(lián)動超精密磨削 機(jī)床。目前國際上僅日本Nagase公司、Okamoto公司、瑞士Magerle集團(tuán)等具有生產(chǎn)能力，而 國內(nèi)也處于高校、科研院所等研制階段，設(shè)備投入成本達(dá)到數(shù)百甚至上千萬人民幣。因此， 采用超精密磨削機(jī)床實現(xiàn)金剛石砂輪在位修整，會增加元件的制造成本，延長加工工時，降 低總體生產(chǎn)效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種低成本的非球面光學(xué)元件磨削用金剛石 砂輪離線電解修整裝置。
[0006] 本發(fā)明還要提供一種采用上述修整裝置的修整方法。
[0007] 本發(fā)明解決技術(shù)問題所采用的解決方案是：光學(xué)元件磨削用金剛石砂輪離線電解 修整裝置，包括主軸、設(shè)置有修整頭的電解液槽、修整距離微調(diào)系統(tǒng)和控制器，金剛石砂輪 安裝在主軸上，所述主軸在控制器的控制下旋轉(zhuǎn)從而帶動金剛石砂輪作旋轉(zhuǎn)運動；所述修 整距離微調(diào)系統(tǒng)支撐電解液槽，并對電解液槽的高度進(jìn)行精密微調(diào)，以調(diào)節(jié)電解液槽中的 修整頭與金剛石砂輪表面之間的距離。
[0008] 所述電解液槽用于容納電解質(zhì)修整液，設(shè)置在電解液槽內(nèi)的修整頭與電解直流電 源陰極相連，用于進(jìn)行修整電解反應(yīng)。
[0009] 所述修整頭利用過盈配合的圓柱孔實現(xiàn)與直流電源陰極的電導(dǎo)通。
[0010] 所述金剛石砂輪與電解直流電源陽極相連，修整頭與金剛石砂輪表面等距離貼合 且與直流電源陰極相連，輸出電解電壓連續(xù)可調(diào)。
[0011] 還包括支撐底座，所述支撐底座保證所有部件的安裝可靠，所述支撐底座下方設(shè) 置有高度可調(diào)的四個腳。
[0012] 所述主軸與金剛石砂輪之間不絕緣，具有電流導(dǎo)通能力。
[0013] 所述主軸安裝金剛石砂輪的位置設(shè)計為錐形軸，錐度與金剛石砂輪的法蘭孔一 致，所述金剛石砂輪、法蘭、主軸之間可以導(dǎo)電。
[0014] 所述修整頭按金剛石砂輪的磨削刃形狀分為直線磨削刃修整頭以及圓弧磨削刃 修整頭。
[0015] 還包括防護(hù)罩，所述防護(hù)罩對修整區(qū)域進(jìn)行包裹。
[0016] 在所述防護(hù)罩上還設(shè)置有換氣系統(tǒng)。
[0017] 光學(xué)元件磨削用金剛石砂輪離線電解修整裝置的修整方法，該方法包括以下步 驟：1)首先清潔主軸錐面與金剛石砂輪法蘭內(nèi)孔面無雜質(zhì)油污，將金剛石砂輪安裝于主軸 上并鎖死；2)根據(jù)金剛石砂輪磨削刃形狀選擇相應(yīng)的修整頭安裝于電解液槽中；3)向電 解液槽中注入適量去離子水，加入適量硫酸鉀粉末電解質(zhì)并攪拌均勻；4)根據(jù)具體修整工 藝，通過修整距離微調(diào)系統(tǒng)調(diào)節(jié)電解液槽水平位置與高度，使修整頭位于金剛石砂輪正下 方；5)開啟裝置總電源，換氣風(fēng)扇啟動；6)在控制器面板上修改主軸轉(zhuǎn)速后，開啟主軸旋轉(zhuǎn) 運行，此時金剛石砂輪低速均勻旋轉(zhuǎn)；7)開啟電解電源，調(diào)節(jié)電解電壓與輸出電流，開始電 解修整；8)根據(jù)金剛石砂輪表面電解修整情況，選擇合適的電解修整參數(shù)；9)完成修整后 將金剛石砂輪表面清理干凈，處理電解液。
[0018] 本發(fā)明的有益效果：可用于金屬結(jié)合劑金剛石砂輪的離線電解修整，在不占用超 精密磨削機(jī)床工時的情況下，修整效率高，砂輪表面磨粒凸出性好；本發(fā)明除能實現(xiàn)金剛石 砂輪的電解修整外，對于其他磨粒（CBN、白剛玉等）的金屬結(jié)合劑砂輪，通過選用合適的電 解質(zhì)，均可實現(xiàn)砂輪的快速離線電解修整，獲得良好的磨粒凸出性；通過選用不同輪廓形狀 的修整頭，可實現(xiàn)直線磨削刃砂輪和不同圓弧半徑的圓弧磨削刃砂輪的電解修整，形狀精 度優(yōu)于50 μπι ;通過調(diào)節(jié)砂輪轉(zhuǎn)速、電解電壓或電流、修整頭與砂輪表面的距離，可實現(xiàn)砂 輪的快速修整和精密修整，既保證磨粒具有良好的凸出性，也保證結(jié)合劑對磨粒具有較強(qiáng) 的把持性；采用本發(fā)明的裝置修整青銅結(jié)合劑金剛石砂輪，修整耗時約6小時，節(jié)約超精密 磨削機(jī)床工時15% ;用修銳的金剛石砂輪進(jìn)行大口徑非球面光學(xué)元件的精密成型磨削加 工，材料去除速率可達(dá)120cm3/min，產(chǎn)生的崩邊尺寸小于1_，表面沙眼均勾，無燒蝕痕跡， 600mm 口徑元件面形誤差優(yōu)于20 μπι。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明的金剛石砂輪離線電解修整裝置的立體圖。
[0020] 圖2是本發(fā)明的金剛石砂輪離線電解修整裝置的電氣原理圖。
[0021] 圖3是本發(fā)明的直線磨削刃金剛石砂輪修整頭的主視圖。
[0022] 圖4是圖3的左視圖。
[0023] 圖5是圖3的俯視圖。
[0024] 圖6是圖3的立體圖。
[0025] 圖7是本發(fā)明的圓弧磨削刃金剛石砂輪修整頭的主視圖。
[0026] 圖8是圖7的左視圖。
[0027] 圖9是圖7的俯視圖。
[0028] 圖10是圖7的立體圖。
【具體實施方式】
[0029] 如圖1和2所示，本發(fā)明的修整裝置包括主軸1、設(shè)置有修整頭的電解液槽3、修整 距離微調(diào)系統(tǒng)4、防護(hù)罩5、控制器和支撐底座7。金剛石砂輪2安裝在主軸1上，在控制器 的控制下，主軸1旋轉(zhuǎn)從而帶動金剛石砂輪2作低速旋轉(zhuǎn)運動；電解液槽3用于容納電解質(zhì) 修整液，設(shè)置在電解液槽3內(nèi)的修整頭與電解直流電源陰極相連，用于進(jìn)行修整電解反應(yīng)， 修整頭利用過盈配合的圓柱孔實現(xiàn)與直流電源陰極的良好電導(dǎo)通；修整距離微調(diào)系統(tǒng)4支 撐電解液槽3,可以對電解液槽3的高度進(jìn)行精密微調(diào)，以調(diào)節(jié)電解液槽3中的修整頭與金 剛石砂輪2表面之間的距離，從而控制修整效果。
[0030] 金剛石砂輪2與電解直流電源陽極相連，修整頭與金剛石砂輪2表面等距離貼合 且與直流電源陰極相連，輸出電解電壓連續(xù)可調(diào)，實現(xiàn)金剛石砂輪2表面與修整液的連續(xù) 均勻作用，去除金剛石砂輪2表面的結(jié)合劑，達(dá)到均勻修整的目的。
[0031] 支撐底座7保證所有部件的安裝可靠。支撐底座7的操作臺面最好敷設(shè)耐腐蝕的 尼龍板，便于放置電解液槽3等部件。支撐底座7可采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼矩管焊接而成，可最大 化地減輕裝置的整體重量，另外，為適應(yīng)不同安裝地面的要求，支撐底座7下方設(shè)置有高度 可調(diào)的四個腳。
[0032] 主軸1支撐、緊固金剛石砂輪2,控制器可實現(xiàn)主軸1的轉(zhuǎn)速可調(diào)，從而帶動金剛石 砂輪2作勻速和低速旋轉(zhuǎn)運動，保證修整均勻性。主軸1與金剛石砂輪2之間不絕緣，具有 電流導(dǎo)通能力。
[0033] 主軸1可采用優(yōu)質(zhì)45#結(jié)構(gòu)鋼制造，安裝金剛石砂輪2的位置設(shè)計為錐形軸，錐度 與金剛石砂輪2的法蘭孔一致，便于金剛石砂輪2的安裝緊固，同時保證金剛石砂輪2、法 蘭、主軸1之間可以導(dǎo)電。主軸1的軸端設(shè)計為左旋螺紋鎖緊，而工作時金剛石砂輪2旋轉(zhuǎn) 方向為右旋，主軸1的另一端為直連聯(lián)軸節(jié)安裝位置。為減輕裝置的總體重量，在保證主軸 1懸臂剛度的情況下，可將主軸1設(shè)計為中空結(jié)構(gòu)。主軸1的電機(jī)可選用TYPE90DF 0. 75-30 伺服電機(jī)，輸入轉(zhuǎn)速0_3000r/min，再經(jīng)過速比為1:50的精密行星減速機(jī)PLF090,實現(xiàn)低轉(zhuǎn) 速輸出，同時配備WT10