FP500型超精密锡磨盘平面研抛机的研制

　　1　引　言

　　在光学光滑表面加工中,采用散粒磨料的古典抛光法至今仍有广泛的应用。用这种方法制造精密表面的关键是磨盘(或抛光模)的修整技术,只有使用高精度的磨盘,才能获得高精度的抛光表面。古典抛光中磨盘或抛光模材料一般是沥青,其质地较软,在抛光初期面形很差。工件在被抛光的同时也在不断地修整抛光模。为获得较高面形精度,抛光中需不断检查工件面形,并修改抛光参数。由于在用古典抛光法制造超光滑表面时,为获得极低的表面粗糙度,工件在抛光的最后阶段要持续地抛光很长时间,不允许中断抛光过程来检查面形,所以就很难象通常那样控制工件面形精度。使用环形分离器抛光[1]技术,可无需干扰正在抛光的工件,但修整磨盘表面依然需要技师多年的经验积累。由于对经验的强烈依赖,所以古典抛光法制造高精度表面的效率很低,而且质量不稳定。

　　古典抛光法需要修整磨盘的根本原因在于,当抛光参数设定后,工件在抛光中的面形朝凹或凸的方向单调变化,只有不断调整抛光参数才能使其向要求的面形精度收敛。假如我们能用车削的方法获得高精度的磨盘,并在抛光的每个周期结束后都将磨损的磨盘通过车削恢复其原始精度,则可以使工件面形因磨盘精度的保持而朝固定的方向收敛。工件的面形精度由磨盘面形的车削精度来决定,而车削的成形精度主要由机床精度决定,这样便可以极大程度地减少抛光中对技师经验的依赖。

　　基于以上考虑,我们研制了FP500型超精密研抛机,既可用于高精度磨盘的车削,又可用于超光滑表面的抛光。本文介绍FP500型超精密研抛机的功能、精度及总体结构方案的选择等。

　　2　磨盘材料的选择

　　采用超精密车削方法制造高精度磨盘的前提是找到一种既适合于切削,又适合于做抛光模的材料。选择磨盘材料的首要条件是切削性好;其次是磨盘材料应具有较低的硬度。超精密抛光需要实现原子级的材料去除,工件表面应避免任何来自磨盘的刮伤或划痕。另外,磨盘材料还应对酸碱不敏感,这是因为抛光液通常是非中性的。我们首选软质金属。硬度最低的金属依次是铅、锡。由于铅有毒,故选择纯锡为磨盘材料。

　　锡是一种延展性很好的金属,超精车后表面具有光泽,可达较低的粗糙度。国外已有采用锡磨盘抛光超光滑表面的报道[2,3]。我们也进行了相关的抛光实验[4],证明了锡用作抛光磨盘材料的可行性。实验中的抛光磨盘采用纯锡铸造。由于锡的刚性较差,以不锈钢作为锡盘基底。锡磨盘经粗加工后,在锡表面制作不同形状的沟槽(见图1),以利于抛光。最终的磨盘表面由金刚石车刀加工。