基于环形抛光的稳态确定性抛光方法

发布时间：2019-10-10 19:35

【摘要】：针对环形抛光中抛光盘的面形难以精确控制的问题,以Preston方程和Winkler假定为基础,建立光学元件抛光的基本模型,通过理论分析和计算机模拟与实验,深入研究环形抛光的系统特性。结果表明,系统存在一个保持盘面面形不变的状态,此时的状态为系统的平衡状态,在平衡状态下抛光工件时无需调整校正板位置即可连续获得高精度平面;在不同的工况下,系统平衡状态对应的校正板位置不相同,应用建立的模型定量研究平衡状态下校正板位置与工件尺寸的关系。实验证明在平衡状态下抛光工件时工件的面形精度和加工效率都得到了提高。
【图文】：

接触压强,校正板,材料去除,分布图

Ｐ＝ｋ·Ｚ，（４）式中Ｐ为校正板与抛光盘之间的接触压强，ｋ为沥青抛光盘的弹性系数，为杨氏模量与盘面厚度的比值，Ｚ为抛光盘厚度方向的压缩量。假设校正板和抛光盘的初始面形均为理想平面，盘面的压缩量为线性分布，初始接触压强也为线性分布，，同时考虑校正板的受力平衡条件和力矩平衡条件。图２（ｂ）为校正板在不同位置时接触压强的分布，计算中取ｃ＝７×１０－１３Ｐａ－１［１０］，校正板参数如表１所示。图２（ｃ）为在第一个周期内不同径向位置的材料去除量的计算结果。由图２可见，在校正板和抛光盘初始面形为理想平面的情况下，无论校正板置于何处，总会对盘面产生不均匀的去除，即盘面的面形不能稳定保持理想平面，接触压强也不能稳定保持线性分布。为了计算出校正板和盘面的接触压强分布，采用迭代算法，根据（１）式计算出这一周期结束后的盘面面形，再根据（４）式更新接触压强。重复（１）式和（４）式计算每一周期的压强分布，计算发现最终接触压强趋于图３（ａ）所示的稳定分布。由图３可见，ｅ较小时，即校正板在内侧时，内侧压强较大；校正板向外侧移动，则外侧边缘压强较大，但稳定时的压强分布是非线性分布。实际加工时，为了避免出现校正板和抛光盘接触压强为零的区域，校正板１１０２００１－３

分布图,接触压强,材料去除,径向

中国激光图３（ａ）稳定时的接触压强分布；（ｂ）径向不同位置处的材料去除量分布Ｆｉｇ．３（ａ）Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｄｉａｇｒａｍｏｆｃｏｎｔａｃｔｐｒｅｓｓｕｒｅｉｎｓｔｅａｄｙｓｔａｔｅ；（ｂ）ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｍａｔｅｒｉａｌｒｅｍｏｖａｌｑｕａｎｔｉｔｙａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔｒａｄｉａｌｌｏｃａｔｉｏｎｓ的中心应在抛光盘面上距环带内侧边缘约１／４～３／５环带宽度范围内移动。图３（ｂ）为稳定时，校正板在不同位置处的抛光盘径向各点的材料去除量分布图。校正板在内侧时，内侧去除量大于外侧去除量，盘面表现为凹球面，且会越来越凹，校正板位置越靠近内侧，盘面变凹的速率越快；校正板在外侧时，外侧的去除量大于内侧的去除量，盘面表现为凸球面，且会越来越凸，校正板位置越靠近外侧，盘面变凸的速率越快。当校正板置于抛光盘环带的中央附近时，整个盘面近似均匀去除，如图中ｅ＝２２５ｍｍ时，盘面的面形保持不变，此时系统所处的状态即为系统的平衡状态，此时校正板所处的位置为系统的平衡位置。３工件对盘面的破坏及校正板对盘面的修复一般地，工件面形是抛光盘面形的“复制”，抛光盘的面形依靠校正板进行修整。盘面修整到较理想的平面后，将校正板推至平衡位置，使盘面获得的理想面形能够保持，放上待加工的工件进行抛光。初始面形较差的工件会破坏抛光盘的面形，即使工件面形为理想平面，由于工件并没有覆盖整个环带，且工件对抛光盘径向不同位置的磨削长度不同，也会对抛光盘的面形产生破坏。假设抛光盘的初始面形为平面，在环带中央放置一块直径为２００ｍｍ、厚度为２０ｍｍ、初始面形为凹球面［峰谷值（ＰＶ）ｆＰＶ＝１λ，λ
【作者单位】：中国科学院上海光学精密机械研究所高功率激光物理重点实验室;中国科学院大学;
【基金】：基金项目:中以高功率激光技术国际合作研究(2010DFB70490)
【分类号】：TG580.692

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