CN104907919B - 一种基于研磨盘表面自生长的连续研磨机构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于研磨盘表面自生长的连续研磨机构，主要包括研磨盘、扇形喷头、磨粒喷射头、UV光灯管、吸盘、工件安装头，在所述研磨盘上方，沿逆时针方向依次安装有所述扇形喷头、所述磨粒喷射头、所述UV光灯管、所述吸盘、所述工件安装头，所述研磨盘沿顺时针转动，所述扇形喷头喷洒UV光固化涂料在所述研磨盘表面，然后进行研磨盘表面自生长，所述磨粒喷射头将磨粒以一定速度喷射到UV光固化涂料表面，所述工件安装头可以通过双向气缸调节高度且始终保持工件被研磨盘加工直至加工结束。使用上述机构，对研磨盘修复更加简单快捷且无需拆卸，同时能够实现研磨盘修复与工件加工同步进行，提高了工作效率，并且，修复后研磨盘表面更加平整。
Description
技术领域
本发明涉及研磨/抛光领域，尤其是超精密研磨加工领域。
发明背景
超精密研磨抛光是超精密加工领域的一种主要加工方法，近年来发展起来的超精密研磨抛光是一种可以实现先进材料工件高精度、高质量加工的方法。一般的研磨抛光方法采用的加工方式是：在表面平整均匀的研磨盘上铺设固着磨粒，加工工件安装于研磨盘上方的工件安装头上，研磨时，在工件安装头上施加压力，研磨盘转动，使工件与固着磨粒间有相对运动进行磨削从而完成研磨加工。另一方面，一般所用的研磨盘表面附着着大量的磨粒，并由于研磨盘制作工艺的局限，研磨盘表面会出现磨粒分布不均造成的凹槽，同时在加工过程中，由于压力等外部因素，使得研磨盘表面不同部位磨粒与工件间磨削程度不同，会造成局部磨粒磨损加剧，进一步造成研磨盘表面的局部凹陷及研磨盘表面的不平整，使得工件安装头和工件在与研磨盘接触的过程中，产生振动和跳动，危害工件加工质量和精度。
目前常用的研磨盘修复保养方法是：利用硬脂和硫为基础的各种浸渍剂来处理磨盘，即将研磨盘拆下来然后放入被加热到130-135℃的浸渍剂溶融物中，将研磨盘从浸渍剂溶融物中抽出来以后甩掉多余的浸渍剂溶融物，再利用电镀金刚石的修正轮修整，整个修复工作需要几个小时。
使用常规方法修复研磨盘，需要将磨盘拆卸下来，而根据研磨盘的磨损速度一般需要5天对研磨盘修复一次，采用传统修复方法，修复繁琐麻烦耗费人力同时耗费时间，而所用修复材料对环境有污染，且修复效果不佳，更为重要的是，研磨盘在修复时需要拆卸，这样工件无法继续加工，影响了工件加工进度，降低了生产效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种既能够进行工件研磨加工又能快速对研磨盘进行修复、同时修复效果好修复原理简单、且能实现工件加工与研磨盘表面修复同步进行的研磨机构。
为了解决这一问题，本发明提出了一种基于研磨盘表面自生长的连续研磨机构，主要包括研磨盘、扇形喷头、磨粒喷射头、UV光灯管、吸盘、工件安装头，在所述研磨盘上方，沿逆时针方向依次安装有所述扇形喷头、所述磨粒喷射头、所述UV光灯管、所述吸盘、所述工件安装头，所述研磨盘沿逆时针转动，所述扇形喷头喷洒UV光固化涂料在所述研磨盘表面，然后进行所述研磨盘表面自生长，所述磨粒喷射头将磨粒以一定速度喷射到UV光固化涂料表面，所述工件安装头可以通过双向气缸调节高度且始终保持工件被所述研磨盘加工直至加工结束。
所述研磨盘表面自生长是将一种UV光固化涂料均匀喷洒覆盖在研磨盘表面后，照射UV光引发UV光固化涂料固化，从而在研磨盘表面生长出一层均匀平整的研磨层，其具体操作是：研磨盘沿逆时针转动，首先将UV光固化涂料均匀喷洒于研磨盘表面，然后均匀喷射磨粒于UV光固化涂料上，最后照射UV光，引发UV光固化涂料固化生长成一层硬质平整面，同时使磨粒借助于UV光固化涂料固着于研磨盘表面，这样，利用UV光固化涂料修复了研磨盘表面的凹坑及刮痕的同时形成了新的更加均匀平整的研磨层。
所述的UV光固化涂料是一种新型环保型节能涂料，在UV光(紫外线)的照射下，液态涂料中的光引发剂受激发变为自由基或阳离子，从而引发UV光固化涂料中具有反应活性的物质间发生化学反应，最终导致体型结构的形成，从而使UV光固化涂料固化，其固化时间根据厚度不同而改变，具体固化时间可以控制在1分钟内。本发明利用UV光固化涂料的这种特性，将其喷洒在研磨盘表面，然后引发UV光固化涂料固化，即相当于让研磨盘表面生长出一层新的研磨层，形成的研磨层的硬度大、厚度可控，故称这种方法为研磨盘表面自生长技术。由于UV光固化涂料的固化时间很短且无需拆卸研磨盘，所以这种方法快捷简单。
为了实现研磨机构的研磨盘表面自生长与工件加工同时进行，将研磨机构分为两个部分：一部分称之为修复区，主要进行研磨盘表面自生长工作；另一部分称之为工作区，主要进行工件的加工工作。这样，控制研磨盘的转动速度以及UV光固化涂料的固化时间，可以保证当研磨盘某一区域的UV光固化涂料固化和磨粒固着工作(即修补工作)完成时，该区域正好转动至工作区，使得固着好的磨粒能够正常研磨工件，而所述工件安装头夹持工件，使工件一直被研磨盘加工，直至整批工件加工结束。
进一步的，由于研磨盘在进行修复时需要一定时间，需调整研磨盘低速转动，如此会导致工件在研磨加工时由于研磨盘转动速度不够引起的研磨效率降低、磨削度不够等问题，因此，本发明在工件安装头上安装了旋转电机，增加工件自转速度，加剧工件与研磨盘之间的相对运动。
由于研磨盘在研磨工件时一般会在研磨盘表面添加研磨液，所谓研磨液即磨粒的混合液，其作用是使磨粒与工件磨削，增加研磨盘对工件的磨削速度，因此，本发明在研磨盘表面自生长时，所述磨粒喷射头将磨粒以一定速度喷射出去并镶嵌于UV光固化涂料表面，这样使更多的磨粒暴露在UV光固化涂料表面上，保证研磨时的磨削速度及工件加工效率。
进一步的，为了保证磨粒在喷射过程中更加均匀的镶嵌于UV光固化涂料中，磨粒喷射头的形状为扇形，其喷口面积不变而分布原则为：近研磨盘圆心处分布少而远研磨盘圆心处分布多。
进一步的，考虑到在UV光固化涂料的喷洒过程中，研磨盘保持旋转会产生向心力，同时基于圆盘的特性：圆盘不同直径处线速度不同，离圆心远处圆环线速度大、被喷洒的时间短而近圆心处圆环线速度小、被喷洒的时间长，若用同等喷洒量喷洒整个圆盘，会导致中心盘厚度较外环厚。因此，采用了所述的扇形喷头，所述扇形喷头的喷口的面积变化原则是近研磨盘圆心处面积小且分布少，远圆心处面积大且分布多，这样使UV光固化涂料涂料在近圆心环内喷洒的范围小、量少而在远研磨盘圆心处喷洒的范围大、量多，保证UV光固化涂料更加均匀的喷洒于研磨盘上。
进一步的，为了保证UV光的固化时间能够实现研磨盘表面自生长与工件加工同步进行，需要对UV光的照射进行改进，在保证固化时间达到要求的同时保证UV光固化涂料的固化一致性。所述的UV光灯管共有3排，3排UV光灯管呈弧形排列，其照射的UV光跨度为研磨盘半径，所述UV光灯管采用线光源，每排UV光灯管有灯罩罩住，避免UV光发散并保证每排灯管的UV光照射区域正好相连而又不交叉，这样保证UV光固化涂料固化的一致性，同时可以通过提高灯管功率减少固化时间。
由于磨粒是在喷洒UV光固化涂料之后喷射到UV光固化涂料上面的，考虑到有些磨粒由于没有完全固着而脱落，同时工件加工后被磨削掉的磨粒脱落后再研磨盘表面，使用了一种吸盘，通过吸盘能够把脱落的磨粒吸走，避免其影响工件的研磨工作。
进一步的，由于整个机构的工作机理是：所述研磨盘一边进行自生长修复，一边进行工件的加工。这样，会导致所述研磨盘表面研磨层的厚度不断增加，从而使工件与研磨带之间的贴合压力增加影响工件的加工量，所述工件安装头上方安装有双向气缸，所述双向气缸控制所述工件安装头的升降以及工件与所述研磨带之间的贴合压力，保证工件与所述研磨盘之间的贴合压力在合适范围内，所述工件安装头夹持工件，保持工件在所述研磨盘进行表面自生长时始终被所述研磨盘加工，直至工件加工完成。与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)机构结构简单、便于加工生产和操作；(2)对研磨盘修复更加简单快捷且无需拆卸；(3)实现研磨盘修复与工件加工同步进行，极大提高了工件加工效率；(4)采用UV光固化涂料，固化速度快，保证了加工效率，且污染小；(5)采用UV光固化涂料与磨粒分开喷洒的方式，保证了UV光固化涂料与磨粒喷洒的均匀性与平整性，同时使更多的磨粒能够磨削工件，保证了工件磨削速度；(6)研磨盘表面生长出的研磨层平整度及精度更高，修复后研磨盘表面更加平整。
附图说明
图1为本发明研磨机构整体剖视图。
图2为本发明研磨机构去除顶盖俯视图。
图3为本发明扇形喷头喷口结构图。
具体实施案例
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
如图1，图2所示，研磨盘5的转动轴3通过联轴器2与驱动电机1连接，在研磨盘5的上方左半部分沿顺时针方向依次安装有扇形喷头10、磨粒喷射头6、UV光灯管11、吸盘12，它们共同构成整个机构的修复区；在研磨盘5上方右半部分安装有工件安装头9、旋转电机8、双向气缸7，它们共同构成整个机构的工作区。为了保证研磨盘5转动的平稳性，使用了推力球轴承4支撑整个研磨盘5。在生产加工中，研磨盘5沿顺时针转动，根据研磨盘5的转动方向，研磨盘5表面某一区域在修复区的工序是：首先经过扇形喷头10，扇形喷头10均匀喷洒UV光固化涂料于研磨盘5的表面，然后经过磨粒喷射头6，磨粒喷射头6均匀喷射磨粒于UV光固化涂料表面，并让磨粒镶嵌于UV光固化涂料中，避免磨粒脱落，之后经过的是UV光灯管11，UV光灯管11照射UV光到整个UV光固化涂料表面，引发UV光固化涂料固化，最后，经过吸盘12，吸盘12吸取没有固着及固着状态不良好的磨粒以及其他颗粒杂质。
图3展示了扇形喷头10的喷口面积变化及喷口分布情况，如图3所示，喷口在近研磨盘5圆心处面积小且分布少远研磨盘5圆心处面积大且分布多。
本发明提供一种具体实施例，其流程为：
启动驱动电机1，驱动研磨盘5开始转动，控制研磨盘5转速，使研磨盘5低速转动，同时研磨盘5的转动方向为图2所示的顺时针方向。
启动吸盘12，吸收加工后脱落于研磨盘表面的磨粒，同时清理研磨盘5表面。
启动扇形喷头10，开始喷洒UV光固化涂料，由于采用扇形喷头9并进行了改进，所喷洒的UV光固化涂料能够较为均匀的覆盖于研磨盘5表面。
启动磨粒喷射头6，让磨粒以一定速度喷射出喷口并镶嵌于UV光固化涂料中，保证磨粒的固着性，同时让更多的磨粒暴露于UV光固化涂料表面，增加磨粒与工件的接触面积。
启动UV光灯管11，照射UV光，引发UV光固化涂料开始固化。本发明所涉及的机构需要提供足够的区域用以UV光固化涂料的固化，保证UV光固化涂料有充足的时间固化，并且磨粒能够完整的固着于UV光固化涂料表面，进而保证研磨盘5转至加工区开始加工时研磨盘5完成自生长且磨粒能够完全固着于研磨盘5表面，修复面能够直接参与工件研磨。同时，由于使用了3排弧形排列的UV光灯管11进行照射，每排灯管的UV光照射区域正好相连而又不交叉，这样保证UV光固化涂料固化的一致性，同时UV光照射整个UV光固化涂料表面，通过提高灯管功率减少固化时间。
在整个加工过程中，磨粒喷头6吸收脱落或者未完全固着的磨粒并清理研磨盘5表面，扇形喷头10喷洒UV光固化涂料，磨粒喷射头6喷射磨粒，UV光灯管11照射UV光，引发UV光固化涂料固化，通过研磨盘5的转动，实现一边完成UV光固化涂料固化工作及磨粒固着工作、一边完成工件加工工作。
在研磨盘5表面完成多次自生长后，由UV光固化涂料固化形成的研磨层厚度不断增加，这样使得磨粒与工件间的贴合压力更大，加大了加工量，此时，控制双向气缸7升降工件安装头8，使工件与研磨盘5间的贴合压力维持在合理范围内，直至完成工件加工。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (7)
1.一种基于研磨盘表面自生长的连续研磨机构，包括研磨盘(5)、扇形喷头(10)、磨粒喷射头(6)、UV光灯管(11)、吸盘(12)、工件安装头(9)，其特征在于：在所述研磨盘(5)上方，沿逆时针方向依次安装有所述扇形喷头(10)、所述磨粒喷射头(6)、所述UV光灯管(11)、所述吸盘(12)、所述工件安装头(9)，所述研磨盘(5)沿顺时针转动，所述扇形喷头(10)喷洒UV光固化涂料在所述研磨盘(5)表面，然后进行所述研磨盘(5)表面自生长，所述磨粒喷射头(6)将磨粒以一定速度喷射到UV光固化涂料表面，所述工件安装头(9)通过双向气缸(7)调节高度且始终保持工件被所述研磨盘(5)加工直至加工结束。
2.根据权利要求1所述的一种基于研磨盘表面自生长的连续研磨机构，其特征在于：所述研磨盘(5)表面自生长是将一种UV光固化涂料均匀喷洒覆盖在研磨盘(5)表面后，照射UV光引发UV光固化涂料固化，从而在研磨盘(5)表面生长出一层均匀平整的研磨层，其具体操作是：研磨盘(5)沿顺时针转动，首先将UV光固化涂料均匀喷洒于研磨盘(5)表面，然后均匀喷射磨粒于UV光固化涂料上，最后照射UV光，引发UV光固化涂料固化生长成一层硬质平整面，同时使磨粒借助于UV光固化涂料固着于研磨盘(5)表面，这样，利用UV光固化涂料填补修复了研磨盘(5)表面的凹坑及刮痕的同时形成了新的更加均匀平整的研磨层。
3.根据权利要求1所述的一种基于研磨盘表面自生长的连续研磨机构，其特征在于：所述工件安装头(9)上方安装有双向气缸(7)，所述双向气缸(7)控制所述工件安装头(9)的升降以及工件与所述研磨盘(5)之间的贴合压力，保证工件与所述研磨盘(5)之间的贴合压力在合适范围内，所述工件安装头(9)夹持工件，保持工件在所述研磨盘(5)进行表面自生长时始终被所述研磨盘(5)加工，直至工件加工完成。
4.根据权利要求1所述的一种基于研磨盘表面自生长的连续研磨机构，其特征在于：所述工件安装头(9)上安装有旋转电机(8)，增加工件自转速度，加剧工件与研磨盘(5)之间的相对运动。
5.根据权利要求1所述的一种基于研磨盘表面自生长的连续研磨机构，其特征在于：所述扇形喷头(10)的喷口的面积变化及分布原则是近研磨盘(5)圆心处面积小且分布少，远研磨盘(5)圆心处面积大且分布多，这样使UV光固化涂料在近圆心环内喷洒的范围小、量少而在远圆心处喷洒的范围大、量多。
6.根据权利要求1所述的一种基于研磨盘表面自生长的连续研磨机构，其特征在于：所述磨粒喷射头(6)的形状为扇形，其喷口面积不变而分布原则为：近研磨盘(5)圆心处分布少而远研磨盘(5)圆心处分布多。
7.根据权利要求1所述的一种基于研磨盘表面自生长的连续研磨机构，其特征在于：所述的UV光灯管(11)共有3排，3排UV光灯管(11)呈弧形排列，其照射的UV光跨度为研磨盘(5)半径，所述UV光灯管(11)采用线光源，每排UV光灯管(11)有灯罩罩住，避免UV光发散并保证每排灯管的UV光照射区域正好相连而又不交叉。
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