[发明专利]一种用于微水雾抛光的多工位自适应执行装置

说明书

本发明公开了一种用于微水雾抛光的多工位自适应执行装置，包括多工位公转单元、自适应自转单元、加压夹持单元和供雾单元；所述的多工位公转单元安装在龙门装置的动横梁上；多工位公转单元下方由上至下布置有自适应自转单元、加压夹持单元和供雾单元。本发明采用自转电机和精密转台分别控制自转及公转运动，实现了自公转转速的独立大范围无级调节。本发明采用基于配重环的重力式加载方案使抛光压力均匀施加至晶体工件抛光表面，有效抑制了面形精度的恶化。本发明采用滚珠花键移动副实现了自转轴轴向位置自适应，避免了磨抛板自身平面度误差对抛光运动及压力平稳性的影响。本发明采用多个自适应自转单元，增加了抛光工位数量，显著提高了抛光效率。

技术领域

本发明应用于精密超精密加工技术领域，涉及一类具备水溶解特性的功能型晶体器件的微纳抛光装置，特别是一种用于微水雾抛光的多工位自适应执行装置。

背景技术

在自然界中存在一类具有水溶解特性的功能型晶体材料，例如：磷酸二氢钾KDP、磷酸二氢铵ADP、硼酸锂铯CLBO，由于其自身所具备的诸多优异性能(如：压电特性、电光特性、非线性光学特性)而广泛的应用于航空航天、能源科学、工程物理等国家重大工程项目领域。随着这些领域相关技术及设备的不断升级，对于晶体器件加工质量的要求也越来越严苛。然而，由于该类型晶体大都具有软脆、易潮解、各向异性、对温度敏感等难加工的材料特性，导致在精密超精密加工中频繁发生潮解、表面层损伤及局部开裂，严重影响了晶体器件的使役性能，降低了成品率。因此，实现该类型晶体器件的高质高效加工，满足国家重大工程项目的核心需求迫在眉睫。

基于上述目的，潮解加工策略应运而生；在该策略中“易潮解”这一不利于加工的材料特性被巧妙的运用于晶体材料的高效去除及表面平坦化。国内外专家学者基于潮解加工策略进行了长期的技术攻关，获得了多种新型加工方法，其中本申请人提出的《基于超声雾化水汽的KDP晶体微纳潮解超精密抛光方法》(公开号：CN102615555A)就是其中极具应用前景的方法之一。该方法通过超声高频振动使液态水发生空化效应，产生微米级水颗粒，通过对其进行精确调控实现晶体材料的可控性潮解，随后在抛光运动的配合下逐步实现表面平坦化。然而，可控性潮解是异常难以实现的；在装置结构及抛光参数不恰当时，晶体表面会大概率的发生过度潮解，产生破坏性极强的刻蚀结构。

为了实现潮解行为的稳定可控，本申请人发明了《一种基于雾化颗粒的水溶解微纳加工装置》(公开号：CN106379856A)；采用加压夹持单元、供雾扩散单元和风淋加工单元相结合的方式有效解决了晶体表面潮解速率的控制难题，获得了较高质量的晶体表面。然而，该装置在实际抛光中存在以下四方面缺陷：

第一，过低公转转速所导致的抛光表面光洁度的非均匀化；晶体工件的抛光行星运动依靠精密光学数控机床完成，其中自转运动通过机床主轴实现，公转运动依托丝杠导轨机构在圆弧插补程序控制下实现，由于机床主要运动部件均采用大尺寸花岗岩制造，具有较大惯性，因此为了保证机床运行平稳性必须严格限制丝杠导轨机构的移动速度，这极大制约了公转转速的提高，使抛光表面各个位置的表面平坦化效率的差异难以弥合，进而造成了表面光洁度的非均匀化；

第二，单点式加载所导致的晶体工件面形精度恶化；微水雾抛光中球头组件压在夹持盘上表面，将抛光压力以点载荷方式作用给夹持盘，通过夹持盘与晶体工件顶部的接触面将点载荷转化为均匀分布的面载荷，并将该面载荷施加至抛光表面，然而由于实际抛光作业时必然存在振动及运动失稳等因素，使载荷转化过程受到干扰，降低了面载荷的均匀性，导致抛光表面各个位置材料去除速率的差异化，进而造成了面形精度的恶化；

第三，带孔磨抛板平面度误差所导致的抛光运动失稳；带孔磨抛板在实际制造中不可避免的存在表面微观不平区域，当晶体工件运动经过这些区域时极易产生运动失稳及压力波动，轻则影响抛光质量，重则造成晶体工件破损；

第四，抛光工位过少所导致的抛光效率低下；该装置仅设置一个加压夹持单元，因此每次抛光只能获得一个成品晶体工件，这严重限制了抛光效率的提升。