[发明专利]半球谐振子超精密球面加工装置及加工方法

说明书

半球谐振子超精密球面加工装置及加工方法，包括有半球谐振子内球面超精密加工装置、半球谐振子内球面超精密加工装置、半球谐振子灌封方法和相关装置、球壳口倒内球面角装置、外球面倒角示装置、内球面倒角示装置、支撑杆自适应弹性磨头装置加工方法包括有以下步骤：步骤1、精密球面加工方法；步骤2、各类参数组合序列方法；步骤3、精密球面加工磨头设计方法及与研磨剂材质和粒度的控制方法；步骤4、微应力球面精密加工的弹性加载力的控制方法；步骤5、半球谐振子灌封方法；步骤6、半球谐振子精密测量方法，包括有真球度测量方法和同轴测量方法；步骤7、球壳口倒角、支撑杆R倒圆方法；步骤8、支撑杆自适应弹性磨头使用方法。

技术领域

本发明属于熔融石英玻璃球壳形超薄壁零件超精密加工技术领域，涉及加工原理，微应力加工方法和相关装置，具体而言，是一种半球谐振子超精密球面加工装置及加工方法。

背景技术

半球谐振陀螺是当代最具发展前景的陀螺，具有替代现代光纤陀螺、激光陀螺、静电陀螺、三浮陀螺的趋势，美国、法国、俄罗斯已率先应用到现代航天、航空、航海、兵器和现代交通工具上了。半球谐振子为熔融石英玻璃薄壁超精密球壳零件，半球谐振子球面超精密加工技术是半球谐振陀螺(HRG)的最关键技术之一。这种半球谐振陀螺工作的前题是谐振子以一定的频率做持续振动使半球谐振子球壳边缘形成四波幅图案，因此是半球谐振陀螺(HRG)的核心和敏感部件，其加工精度和振动特性直接影响半球谐振陀螺(HRG)的性能。

由于半球谐振子材料为熔融石英玻璃材料，这是一种硬而脆的材料，而且半球谐振子形状为薄壁半球壳形，尺寸精密度要求极高，因此加工难度很大。目前我国在半球谐振子的加工精度上和国外存在着较大的差距，不能满足半球陀螺的精度要求：依据误差数学模型计算，其精度要求为谐振子真球度≤0.1μm，表面粗糙度Ra≤0.01μm；内外球壳球面对中心支撑的同轴度≤1.5μm；球壳壁厚不均匀度≤0.5μm；属于亚微米级精度，是我国重点技术攻关项目。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明提供一种半球谐振子超精密球面加工装置及加工方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：半球谐振子超精密球面加工装置，包括有半球谐振子内球面超精密加工装置、半球谐振子内球面超精密加工装置、半球谐振子灌封方法和相关装置、球壳口倒内球面角装置、外球面倒角示装置、内球面倒角示装置、支撑杆自适应弹性磨头装置。

半球谐振子超精密球面的加工方法，包括有以下步骤：步骤1、精密球面加工方法；步骤2、各类参数组合序列方法；步骤3、精密球面加工磨头设计方法及与研磨剂材质和粒度的控制方法；步骤4、微应力球面精密加工的弹性加载力的控制方法；步骤5、半球谐振子灌封方法；步骤6、半球谐振子精密测量方法，包括有真球度测量方法和同轴测量方法；步骤7、球壳口倒角、支撑杆R倒圆方法；步骤8、支撑杆自适应弹性磨头使用方法。

本发明和现有技术相比，其优点在于：

1、本发明相对一般球面精密加工，超精密加工精度高，达到亚微米级，目前已做到熔融石英玻璃球壳壁0.85mm；球壳壁厚不均匀度≤0.5μm；球壳内外球面圆度≤0.1μm；表面粗糙度≤0.01μm；对支撑杆的同轴度≤1.5μm。

一般球面精密球面研磨大都采用成型法技术，即用同样大小尺寸的球头研磨凹球面，用同样熊尺寸的球碗研磨凸球面，此研具俗称球托，球面磨头按余弦规律磨削去量，优点是效率高，缺点是应力大，需要用大量的球头、球碗研具，一般研磨一个高精度的球面需要几十个研具，研具还要经常修复，加工成本极高，极易脆裂，对于薄壁球面零件极易产生弹性、塑性变形，精度难以保证。和光学透镜加工用球面研磨机向比较，由于此类球面研磨机采用了近似球面摇摆法，不具备范成法原理，球面极易塌边，但在光学透镜修边工序中，可将球面塌边部分去掉，目前，在光学透镜球面加工中还在采用，但在半球谐振子精密加工中是不适用的，一是精度不高，二是不允许修边。