本發(fā)明涉及超精密加工技術(shù)領(lǐng)域，更具體的說(shuō)，尤其涉及一種具有梯度功能的柱狀棒料組合式研拋盤(pán)。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)的利用研磨盤(pán)或研拋盤(pán)的加工方法將研磨和拋光工藝分開(kāi)，使得由研磨過(guò)度到拋光時(shí)需要更換研拋盤(pán)，加工效率難以提高。同時(shí)，當(dāng)前對(duì)研磨盤(pán)或研拋盤(pán)的制備都是一次性制成圓盤(pán)，且盤(pán)面磨削性質(zhì)單一，加工很難達(dá)到所需的材料表面質(zhì)量。

過(guò)去的幾十年里，對(duì)材料的研究和發(fā)展主要集中在均勻材料上，即其整體結(jié)構(gòu)和性能并不隨空間位置而變化。隨著學(xué)科的不斷交叉發(fā)展，一種梯度功能材料的概念飛速興起。所謂的梯度功能材料，(Functionally Gradient Materials，簡(jiǎn)稱FGM)是在材料的制備過(guò)程中，選擇兩種或兩種以上性質(zhì)不同的材料，通過(guò)連續(xù)地控制材料的微觀要素(包括組成、結(jié)構(gòu)和空隙在內(nèi)的形態(tài)與結(jié)合方式等)使其成分和組織都呈連續(xù)變化的新型材料。

安徽工業(yè)大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在2014年發(fā)表的SiO₂/CeO₂復(fù)合磨料的制備及在藍(lán)寶石晶片拋光中的應(yīng)用中提出了一種采用均相沉淀法制備了SiO₂/CeO₂復(fù)合磨料，并用于藍(lán)寶石晶片的化學(xué)機(jī)械拋光，研究結(jié)果表明，采用復(fù)合磨料拋光雖然材料去除速率略低于單一SiO₂磨料，但拋光后的藍(lán)寶石晶片表面質(zhì)量得到明顯的改善，能滿足藍(lán)寶石作發(fā)光二極管襯底的工藝要求。中國(guó)兵器工業(yè)第五二研究所煙臺(tái)分所研究團(tuán)隊(duì)在2014年發(fā)表的功能梯度材料的制備技術(shù)及其研發(fā)現(xiàn)狀中提出了功能梯度材料的研究進(jìn)展，重點(diǎn)總結(jié)了功能梯度材料的制備方法和性能評(píng)價(jià)，其中特別指出功能梯度材料的彈性模量、熱導(dǎo)率、熱膨脹系數(shù)及成分在厚度方向上呈連續(xù)變化，并具有可設(shè)計(jì)性，可針對(duì)性地改變各組分材料體積含量的空間分布規(guī)律，優(yōu)化結(jié)構(gòu)內(nèi)部應(yīng)力分布。西安理工大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)在2014年發(fā)表的增強(qiáng)鐵基梯度復(fù)合材料的原位生成及其磨粒磨損特性中提出了采用原位反應(yīng)法在HT300表面制備了碳化鉭增強(qiáng)表面梯度復(fù)合材料，并對(duì)復(fù)合層的微觀結(jié)構(gòu)、物相組成、顯微硬度以及磨粒磨損性能進(jìn)行了表征，從表面致密層到基體，其組織、成分、硬度分布均呈梯度變化。同時(shí)，授權(quán)公告號(hào)CN103432948B的中國(guó)發(fā)明專利一種用于軟固結(jié)磨粒群生產(chǎn)的封閉式攪拌裝置提出了一種為更好的均勻攪拌高聚物、磨料、固化劑、引發(fā)劑等混合物，保證了制備具有梯度功能研磨盤(pán)的實(shí)現(xiàn)。

這些都表明了設(shè)計(jì)一種采用梯度式分布的研拋盤(pán)對(duì)工件進(jìn)行加工是研磨拋光加工發(fā)展的必然趨勢(shì)。但是現(xiàn)有的梯度式研拋盤(pán)往往都是固定的梯度，在梯度固定下來(lái)后任意位置磨損過(guò)多都會(huì)對(duì)接下來(lái)的加工產(chǎn)生影響，且這些梯度式研拋盤(pán)都無(wú)法變更的進(jìn)行更換和組合，從而導(dǎo)致了梯度式研拋盤(pán)僅能夠適應(yīng)一種工件的加工，很難針對(duì)不同的工件適應(yīng)性的更改研拋盤(pán)的梯度分布。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有的梯度式研磨盤(pán)僅存在單一的彈性模量、研磨盤(pán)的功能單一、研磨盤(pán)修復(fù)繁瑣、更換不方便以及無(wú)法適應(yīng)多種不同工件進(jìn)行研磨拋光加工的問(wèn)題，提供了一種具有梯度功能的柱棒狀料組合式研拋盤(pán)，能實(shí)現(xiàn)研拋盤(pán)表面以及上下的梯度式分布，方便不同工件的加工使用；實(shí)現(xiàn)研拋盤(pán)高效的加工效率、應(yīng)用范圍廣泛，實(shí)現(xiàn)了精密加工領(lǐng)域的一大創(chuàng)新。

本發(fā)明通過(guò)以下技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)上述目的：一種具有梯度功能的柱狀棒料組合式研拋盤(pán)，包括研磨基座和制備出的一系列彈性模量不同的細(xì)長(zhǎng)的圓柱狀的磨料棒，這些圓柱狀的磨料棒的尺寸形狀完全一致，將這些圓柱狀的按照加工工件的要求排列在研磨基座上，形成一個(gè)磨料棒緊密排布的研拋盤(pán)。

進(jìn)一步的，不同的加工工件有著不同的磨料棒排列，通過(guò)確定加工工件的加工要求，確定在研拋盤(pán)上每個(gè)位置所需完成的加工效果，匹配排列出最適合彈性模量分布的磨料棒的排列。

進(jìn)一步的，所述磨料棒堆積成多級(jí)環(huán)形區(qū)域，每級(jí)環(huán)形區(qū)域內(nèi)所有磨料棒的彈性模量相同，多級(jí)環(huán)形區(qū)域的彈性模量呈梯度式分布。

進(jìn)一步的，所述磨料棒堆積成多個(gè)扇形區(qū)域，每個(gè)扇形區(qū)域內(nèi)所有磨料棒的彈性模量相同，多級(jí)扇區(qū)域的彈性模量呈梯度式分布。

進(jìn)一步的，所述磨料棒之間的間隙作為研磨液的流道存在。

進(jìn)一步的，每根磨料棒的彈性模料在軸向上呈現(xiàn)出彈性模量的梯度式變化。

本發(fā)明的有益效果在于：本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊，生產(chǎn)成本低，研拋盤(pán)的制備簡(jiǎn)單，只要制備出的磨料棒直徑足夠小，磨料棒之間的間隙就會(huì)無(wú)限減小，微小的間隙還可以作為研磨液的流道存在；通過(guò)對(duì)加工工件的分析，可以有針對(duì)性的排列出不同組合的磨料棒，從而更加適應(yīng)工件的加工，使工件的加工可以由粗磨到精拋連續(xù)進(jìn)行，無(wú)需使用多個(gè)盤(pán)進(jìn)行多次研拋；磨料棒安裝及更換方便，只需更換磨料棒即可完成對(duì)研拋盤(pán)的維修或安裝，從而方便隨時(shí)對(duì)研拋盤(pán)進(jìn)行維修以及方便快速排列出針對(duì)不同加工工件的研拋盤(pán)；由于可以采用研拋盤(pán)不轉(zhuǎn)動(dòng)，加工工件轉(zhuǎn)動(dòng)和運(yùn)動(dòng)的加工方式，因此可以給研拋盤(pán)不同位置設(shè)置不同的彈性模量分布，在同一個(gè)研拋盤(pán)上可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)不同種類加工工件的同時(shí)加工；磨料棒在軸向上呈現(xiàn)出彈性模量的梯度式變化，在磨料棒的表層被磨去指定高度后，可以直接采用磨料棒的下一層進(jìn)行研磨，且由于磨料棒的下一層的彈性模量與上一層的彈性模量不同，且其彈性模量從上至下的分布是根據(jù)工件的實(shí)際加工需求制備出的，因此即使在任意一個(gè)指定位置工件也可以實(shí)現(xiàn)從粗拋到精拋的過(guò)程，從而更加適應(yīng)工件的加工。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明一種具有梯度功能的柱棒狀料組合式研拋盤(pán)的俯視圖。

圖2是本發(fā)明單個(gè)磨料棒的制備底座的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3是本發(fā)明研拋盤(pán)基座分隔示意圖。

圖中，1-研拋盤(pán)基座、2-磨料棒的制備底座、3-分層塊、4-定位條。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明：

如圖1～3所示，本發(fā)明的一種具有梯度功能的柱狀棒料組合式研拋盤(pán)，包括研磨基座和制備出的一系列彈性模量不同的細(xì)長(zhǎng)的圓柱狀的磨料棒，將這些圓柱狀的磨料棒的尺寸形狀完全一致，將這些圓柱狀的按照加工工件的要求排列在研磨基座上，形成一個(gè)磨料棒緊密排布的研拋盤(pán)。

磨料棒的彈性模量分布從低到高分布不等，且在最低到最高的彈性模量范圍內(nèi)任意一個(gè)彈性模量的磨料棒均制備多根，所有的磨料棒構(gòu)成磨料棒庫(kù)。

在確定加工工件的加工要求后，再根據(jù)加工工件的加工要求確定在研拋盤(pán)上每個(gè)位置所需完成的加工效果，匹配排列出最適合彈性模量分布的磨料棒的排列。根據(jù)匹配出的最適合的磨料棒的排列在磨料棒庫(kù)內(nèi)取出相應(yīng)數(shù)量和彈性模量的磨料棒，并排列在研磨基座的對(duì)應(yīng)位置處，形成適用于該加工工件的研拋盤(pán)。

在使用時(shí)，磨料棒之間的間隙足夠小，可以作為研磨液的流道存在，研磨基座底部設(shè)有與這些間隙連通的回收通道，可以將研磨液回收再次使用。

每根磨料棒的彈性模料在軸向上呈現(xiàn)出彈性模量的梯度式變化，每個(gè)磨料棒的彈性磨料的梯度式變化表現(xiàn)既可以為從上至下彈性模量逐漸變大，也可以為從上至下彈性模量逐漸變小，也可以為從上至下彈性模量不規(guī)則變化。在磨料棒上層完全磨損后，可以直接利用磨料棒的下一層進(jìn)行研拋操作。磨料棒的制備采用將不同磨粒體積比的混合料直接注入單個(gè)磨料棒的制備底座中，并在制備底座注入多次不同磨粒體積比的混合料來(lái)實(shí)現(xiàn)。

實(shí)施例一：

針對(duì)需要從粗磨到細(xì)磨到精磨再到拋光的加工工件，需要四個(gè)連續(xù)分布的彈性模量的區(qū)域，可以將磨料棒堆積成四級(jí)環(huán)形區(qū)域，每級(jí)環(huán)形區(qū)域內(nèi)所有磨料棒的彈性模量相同，四級(jí)環(huán)形區(qū)域的彈性模量呈梯度式分布，并滿足從粗磨到細(xì)磨到精磨再到拋光的加工要求，這種情況下研拋盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)，加工工件自轉(zhuǎn)的同時(shí)進(jìn)行直線進(jìn)給，能夠依次經(jīng)過(guò)四級(jí)環(huán)形區(qū)域，從而在該研拋盤(pán)上實(shí)現(xiàn)從粗磨到精磨到粗拋再到精拋的加工。

在研磨基座上設(shè)置三個(gè)分層塊，將研磨基座劃分多個(gè)環(huán)形區(qū)域，通過(guò)在每個(gè)環(huán)形區(qū)域內(nèi)緊密排列多根彈性模量相同的磨料棒即可實(shí)現(xiàn)磨料棒的快速分層。

實(shí)施例二：

針對(duì)需要從粗磨到細(xì)磨到精磨再到拋光的加工工件，需要四個(gè)連續(xù)分布的彈性模量的區(qū)域，可以將磨料棒堆積成多級(jí)扇形區(qū)域，且每級(jí)扇形區(qū)域內(nèi)的彈性模量分布在徑向上呈現(xiàn)出與加工工件的加工需求相符合的梯度分布，加工工件自轉(zhuǎn)的同時(shí)在每級(jí)扇形區(qū)域內(nèi)進(jìn)行直線進(jìn)給，能夠依次經(jīng)過(guò)每級(jí)扇形區(qū)域的梯度分布的區(qū)域，從而在該研拋盤(pán)上任意一個(gè)扇形區(qū)域內(nèi)實(shí)現(xiàn)從粗磨到細(xì)磨到精磨再到拋光的加工；由于磨料棒堆積成多級(jí)扇形區(qū)域，每個(gè)扇形區(qū)域內(nèi)均可以對(duì)一種加工工件進(jìn)行加工，從而使制備出的研拋盤(pán)同時(shí)適應(yīng)多個(gè)不同加工要求的加工工件的加工。

在研磨基座上設(shè)置四根定位條，定位條直接將研磨基座分隔成五個(gè)扇形區(qū)域，通過(guò)在每個(gè)扇形區(qū)域內(nèi)緊密排列多根彈性模量相同的磨料棒即可實(shí)現(xiàn)磨料棒的快速分層。

上述實(shí)施例只是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不是對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案的限制，只要是不經(jīng)過(guò)創(chuàng)造性勞動(dòng)即可在上述實(shí)施例的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案，均應(yīng)視為落入本發(fā)明專利的權(quán)利保護(hù)范圍內(nèi)。