[发明专利]一种约束磨粒流抛光工具头

说明书

技术领域

本发明涉及抛光加工，尤其是一种约束磨粒流抛光工具头。

背景技术

 光学玻璃、光学晶体、工程陶瓷等硬脆材料具有硬度高、耐磨性和抗蚀性好等优异机械性能以及独特的光学性能，其加工精度和表面质量要求也越来越严格，硬脆材料零件的超精密抛光加工技术成为迫切需求和最具挑战性的加工技术领域之一。

如何实现高精度高质量高效率的抛光加工是硬脆材料超精密加工急需解决的问题。采用计算机控制的确定性抛光(CCOS)技术，通过确定的去除函数，进行逐点可控抛光，可以获得高精度高质量的加工表面，在此基础上开发的先进抛光技术如计算机控制小磨头抛光、离子束抛光、气囊抛光、磨料射流抛光、磁流变抛光与磁射流抛光等代表了超精密抛光技术的发展方向。

近年来，在非传统抛光方法中，微磨料水射流抛光由于初始成本低，无热损伤，不改变材料力学和物理性能，抛光特性不受工件抛光位置影响，被认为是当前对具有复杂表面的硬脆性材料制品进行超光滑表面加工的最有潜力方法之一，如图1所示，喷嘴16距工件表面14有一段的距离，磨料射流束15以一定的速度和角度作用在工件表面上，由于该技术射流束截面面积小，且喷嘴运行轨道不局限于直线方向，可进行平面扫描和曲面加工，故尤其适合于硬脆性材料制品的复杂表面的精密加工，且几乎不存在边缘效应。目前，国内外还没有形成系统的广泛研究，虽然微磨粒水射流抛光技术的优点很多，应用前景也较好，但是目前应用还不成熟，由于喷嘴与工件表面之间有一段距离，致使微磨粒水射流离开喷嘴后发散，不能形成准直的加工束，进而影响抛光区域的确定性，降低了抛光的精度，且磨粒的松散加工方式导致加工效率不高，另一方面微磨料水射流抛光主要依靠磨料粒子的高速碰撞剪切作用，这种机械冲击容易引起工件表面损伤，再者由于喷嘴尺寸较小，在微磨料射流加工过程中，极易堵塞，喷嘴的材料需坚硬而耐磨，导致微型喷嘴的制造比较困难。

发明内容

为了克服现有的针对微磨粒水射流抛光中存在的抛光精度较低、加工效率较低、存在较大加工损伤、成本高的不足，本发明提出一种工件表层的抛光精度和材料去除率高、加工损伤小、成本低的约束磨粒流抛光工具头。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

一种约束磨粒流抛光工具头，包括喷嘴、护套、安装板、抛光头管座和弹簧，所述护套套装在喷嘴上，所述喷嘴与抛光头管座固定连接，所述护套和喷嘴配合面上开有密封槽，所述喷嘴中心打通孔，所述护套为由对磨粒磨损不敏感的弹性材料制成的护套，所述抛光头管座内设有供磨粒流流入的通道，所述通道与所述通孔连通；所述弹簧套装在喷嘴上并压紧护套，所述抛光头管座通过螺栓固定在安装板上，所述安装板与控制运动机构连接。

进一步，所述喷嘴与抛光头管座通过螺纹连接，所述安装板上有抛光头管座安装孔，所述抛光头管座通过螺栓固定在安装板上。

更进一步，所述喷嘴上部铣有安装平面，所述抛光头管座四周均布螺纹孔通过螺栓与安装板连接，所述抛光头管座中心有与喷嘴连接的中心螺纹孔，所述抛光头管座从侧面设有管螺纹孔且与中心螺纹孔相通，所述管螺纹孔为通道，磨粒流供料管与抛光头上的管螺纹孔连接。

本发明的技术构思为；抛光工具头通过弹簧预加一个可调的弹性压力，抛光工具头里没有磨粒流或者磨粒流的压力不够大时，抛光工具下端面被压在工件表面上；一旦抛光工具中的磨粒流压力大于外加弹性压力，抛光工具下端面与工件表面形成一个缝隙，磨粒流从该缝隙沿着抛光工具端面流出，强制磨粒对工件表面进行抛光加工。 

   本发明完全改变了磨料水射流的形成方式，通过外加的约束，无须极小极细的喷嘴即可实现射流加工，加工状态时抛光头压向工件表面，磨料流在抛光工具头的约束下，改变了射流方向，通过抛光工具头端面沿着与工件表面的切向高速流出。应用该方法进行抛光加工时将松散的磨粒流法向喷射的加工方式改变为强制约束的切向磨粒流加工方式，不仅解决了射流束界面的不稳定性问题，而且使得磨粒沿工件表面运动，强化了磨粒对工件表面的剪切作用，弱化了磨粒对工件表面的法向冲击作用，主要是磨粒流的剪切和划擦作用去除工件表面材料。因此，该方法既可以减小冲击损伤，又具有较强的材料去除能力。

附图说明

 图1是微磨粒水射流抛光的原理图。

 图2是硬脆材料的约束磨粒流抛光的原理图。

 图3是图2的俯视图。

 图4是一种硬脆材料的约束磨粒流抛光装置的结构图。

图5是安装板的示意图。

图6是图5的B-B示意图。

具体实施方式