[发明专利]一种多束交替水射流抛光盘及抛光方法

说明书

技术领域

本发明属于光学技术加工领域，涉及一种多束交替水射流抛光盘及多束交替水射流抛光方法。

背景技术

随着技术的进步，越来越多的高功率激光系统被设计制造，而高功率激光系统对光学零件表面质量要求很高，光学零件表面的瑕疵、加工表面的残余误差和亚表面损伤等都会影响系统的损伤阈值。当激光入射到尖锐的突起或凹坑边缘时，这类高频缺陷会导致强光散射，如果强光散射发生在零件表面的破坏层或亚表面损伤层，由于零件表面破坏层和亚表面损伤层抗损伤能力较低，强光散射的能量加深零件表面的损伤层，最终导致零件的损坏，并且系统中强光散射的能量越大，系统的性能将会减弱。因而对光学零件表面的高频误差以及表面破坏层和亚表面损伤层的控制是为了满足高功率激光的需求。

荷兰TNO应用物理研究所的0.w.Faehnle和H.van Brug等人首先将磨料水射流技术引入光学加工领域。该技术利用混有磨料粒子的抛光液经液压系统泵的作用从喷口喷出，高速作用于工件表面，借助于磨料粒子的高速碰撞和剪切作用达到材料去除的目的。磨料水射流抛光技术具有应用范围广、去除斑点小、无亚表面损伤以及成本低等特点。由于磨料水射流抛光的抛光头是一段细长的液体射流束，并且冲击压力一般均在1MPa以下，因此加工过程中抛光面质量不受“抛光盘”变形的影响，不会改变材料的力学和物理性能及产生磨料硬、热损伤等优点，可用来对多种材料进行高频误差以及表面破坏层和亚表面损伤层处理。另外磁射流抛光和磁流变等抛光方式也可对元件进行表面处理而几乎不引入亚表面损伤，但磨料水射流相对于他们成本低，大规模应用更有经济优势。

而磨料水射流本身由于喷口较小，冲击范围有限，单喷口的加工效率较低，用来对整个被加工零件表面进行高频误差以及破坏层或亚表面层的处理会耗时较长，特别是加工大口径零件，如采用单喷口水射流模式，加工时间则更长，加工时间太长不但对机床的稳定性要求高，同时水射流时磨料的浓度、酸缄性等工艺参数都很难保证一致，这些误差导致去除函数的不稳定，因而降低零件表面的加工精度。但是，如果增加磨料水射流系统压强，虽可提高去除效率，但由于磨料粒子对零件表面冲击加剧，冲击后的表面粗糙度会增大，表面质量变差。由此看来，采用单喷口磨料水射流抛光在零件表面时的效率和质量上难以兼顾。

发明内容

(一)要解决的技术问题

为了解决单喷口在处理光学元件表面时加工范围小、效率低下的问题，本发明的目的是提出一种能提高单束水射流抛光效率的多束交替水射流抛光盘及多束交替水射流抛光方法。

(二)技术方案

为了实现所述目的，本发明的第一方面是提供一种多束交替水射流抛光盘，该抛光盘包括：多组喷口和底座，在底座的轴心处设有一喷口，以该一喷口的轴心设置不同半径的第一同心圆和第二同心圆，并在第一同心圆和第二同心圆的圆周上布设通透于底座的多组喷口，每个喷口与底座的射流供料系统相连，供料系统为各喷口提供抛光磨料，使得交替水射流抛光零件表面时保证冲击区域内零件表面均匀的去除；每组喷口按照设定的不同时间段对待加工工件表面进行加工，使得各个喷口水射流稳定独立，零件表面的去除函数稳定，去除量可控，去除分布均匀。

为了实现所述目的，本发明的第二方面是提供一种多束交替水射流抛光方法，包括如下步骤：

步骤S1：多束交替射流抛光抛光盘系统开始工作，对多束交替水射流抛光盘的一个喷口的定点抛光，确定一个喷口对所抛光零件表面的去除量；

步骤S2：设定两个喷口水射流时喷口之间的最佳距离；仿真分析两个相距一距离的喷口对零件表面进行定点抛光，使当两个喷口水射流时之间的强相互作用最低时确定为两个喷口的最佳距离，得出多喷口水射流的去除量；在底座上布置每个喷口，对去除量较低的位置添加喷口，用于保证零件抛光表面的均匀去除，同时也减少零件抛光表面的高频误差和亚表面损伤层；

步骤S3：以一喷口的轴心为中心设置不同半径的第一同心圆和第二同心圆，并在第一同心圆和第二同心圆的圆周上布设通透于底座的多组喷口，根据所设定的各个喷口在底盘上的位置，对每个喷口的开启时间进行计算，在不同时间段使不同位置的喷口工作，用以交替水射流的方式对零件表面进行抛光，同时对整个底座上的喷口旋转，从而保持零件抛光表面的均匀去除。

(三)有益效果