[发明专利]一种基于紫外光响应自组装系统的射流抛光装置和方法

说明书

本发明公开了一种基于紫外光响应自组装系统的射流抛光方法和装置，包括以下步骤：工件由机械臂驱动实现3自由度平动和绕Z轴转动；通过可调光控装置对抛光液进行两级黏度变换，从而可以对抛光液的初始粘度、紫外线自组装基团对抛光磨粒的把持力进行大范围调控，获得恰当大小射流粘度及较大的磨粒把持力。所述一种基于紫外光响应自组装系统的射流抛光装置包括电机控制柜、冷却装置、搅拌装置、电机、调节阀、单向阀、泵、流量计、第一压力传感器、抛光箱体、第二压力传感器，光源发出的不同波长的光改变抛光体的初始黏度。此方法可以有效提高工件抛光的材料去除率、提高表面质量、保证高质量面型精度、降低表面粗糙度，实现对于复杂曲面的确定性可控抛光。

技术领域

本发明涉及超精密加工领域，更具体的说，尤其涉及一种基于紫外光响应自组装系统的射流抛光装置和方法。

背景技术

随着科技不断发展，许多工程材料比之前更为先进，对于加工技术的精度要求也更高。抛光是加工零件的最后一道工序，抛光对零件精度、质量的优劣有着至关重要的作用。现阶段对于平面工件的抛光方法较为成熟，但是对复杂曲面，例如：微型非球面、凸轮、螺旋桨等需要超精密加工的曲面零件的技术发展缓慢，在技术上存在着极大的挑战。对这类具有复杂曲面的零件往往是用磨粒流冲击工件表面，磨粒在表面滑动、刮擦来去除材料来实现抛光，但这种方法操作工程中不易控制，工件表面均匀性不好。

为改善传统方法的不足，有新技术提出，例如在抛光液中加入光敏基团，例：如偶氮苯基团、二苯乙烯基团、偶氮磺酸基团等。这些基团的加入可使抛光液在不同波长的光照射下产生分子的聚集或者分散，改变抛光液的初始黏度，增强胶束对磨粒的把持力。例如在365nm波长的紫外光的照射下，液体会由蠕状变为杆状再变为球状，粘性模量在急速下降，且具有可逆性；在460nm波长的可见光的照射下液体又会恢复到最初的状态。因用光照来控制液体的黏度可以达到微米级别的精度，且容易控制，操作简单，成本不高，故应用在抛光技术中是一种可行的方法。

射流喷嘴能让抛光液的流通区域先收缩再扩大，其结构类似于文丘里管，当抛光液从大面积区域流入小面积区域时流速急剧变快，在抛光液内部产生局部低压，气体会从液相内溢出引起空化效应。这种空化是水力空化，即当液体内部的压力降低时，液体内部或者液固相交处会出现气体空穴，空穴的形成、膨胀到溃灭会伴有能量的释放。空化效应会导致水力机械设备的表面不均匀性、性能变差、失效、空蚀等危害；但是空化效应产生的能量可应用在抛光技术材料去除中。

虽然水力空化效应的研究在不断深入。但强度不高、效率较低还是水力空化的不足之处，应用在抛光技术中可能不能满足材料去除要求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中抛光复杂曲面表面不均匀性，材料去除率低效，工件表面适应性不佳等方面问题，提出了一种基于紫外光响应自组装系统的射流抛光装置和方法，射流抛光过程均是在抛光液内部进行，喷头与工件均浸没与抛光液中。加工工件通过机械臂可实现XYZ三自由的移动以及绕Z轴转动，工具可实现整体的转动，以及喷头的小范围角度的摆动，将自组装胶束体系装入抛光箱体，通过可调光控装置调节照射到自组装系统上紫外光波的波长和光强，对抛光液进行两级黏度变换，从而可以对抛光液的初始粘度、紫外线自组装基团对抛光磨粒的把持力进行大范围调控，获得恰当大小射流粘度、较大把持力的射流抛光液，以及实现对抛光时间的可控调节，通过确切的材料去除函数与抛光时间的卷积可以得到工件表面的材料去除率。此方法可以有效提高工件抛光的材料去除率、提高表面质量、保证高质量面型精度、降低表面粗糙度，实现对于复杂曲面的确定性可控抛光。