[發明專利]一種剛性偏心傳動公自轉氣壓施力數控拋光裝置

無效

• 申請號: 201210548198.8
• 申請日: 2012-12-17
• 公開（公告）號: CN102962764A
• 公開（公告）日: 2013-03-13
• 發明（設計）人: 程灝波;董志超
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: B24B39/06
• 分類號: B24B39/06;B24B13/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種小工具頭拋光裝置，尤其是涉及一種剛性偏心傳動公自轉氣壓施力數控拋光裝置，屬于超精密光學表面加工領域。

背景技術

近年來，新一代的航天相機、空/地基大口徑光學望遠鏡等大型光學系統的發展非常迅速，從而對高精度大口徑光學非球面元件的加工技術提出了新的要求，特別是離軸、高陡度元件，要求數控拋光機床具有精確的三維位姿控制能力，能夠提供大口徑、高去除效率、高穩定性的去除函數，這些需求極大的促進了新型工具結構形式及相關工藝方法的開發。

計算機控制光學表面成形技術（Computer?Controlled?Optical?Surfacing,CCOS）產生于上世紀70年代初期，最早由美國Itek公司的W.J.Rupp為了實施高精度光學元件的計算機數控研磨拋光而提出。該技術根據光學元件的輪廓測量數據，得到相對于理論曲面的誤差分布數據，設定合適的研拋路徑和去除函數，再經過各種數據處理得到每個路徑點上的駐留時間，生成數控加工文件，通過CCOS數控加工設備控制一個小工具頭對該表面進行確定性的研磨或拋光，經過多次的迭代加工，最終達到面形精度的快速收斂。該技術將面形誤差數據進行了定量的去除，充分發揮了計算機執行速度快、記憶準確、精度高等優勢，使加工的重復精度及效率大幅度提高。

數控拋光的過程是去除函數與駐留時間按照路徑卷積的去除過程。加工路徑以及路徑點上的駐留時間由數控系統完成，為了實現高的面形收斂效率，在整個的加工過程中，去除函數的形狀以及峰值去除率應該保持不變，這種穩定的去除函數是通過精密的工具頭以及合理的工藝參數實現的。這就要求施加在小工具頭上的壓力要保持穩定。獲得穩定的壓力成為數控小工具拋光的關鍵技術之一。目前的壓力施加裝置主要有彈簧施壓、拋光盤的自重施壓、側面進氣施壓，其中，前兩種加工過程中壓力變化較大，并且不易對壓力進行定量的控制，不利于獲得穩定的、高重復性的去除函數。而側面進氣的壓力施加結構的氣體密封較為復雜，密封圈存在嚴重的磨損、發熱現象，長時間使用后，會產生漏氣的現象，使拋光盤上獲得的壓力的穩定性大大的降低。

按照CCOS技術一般要求去除函數為具有中心峰值的類高斯形。偏心公自轉結構是一種產生類高斯形去除函數的常見結構形式，現有的小工具拋光裝置，為了實現偏心公自轉運動，通常采用彈性軟軸連接自轉電機和自轉主軸。然而軟軸在扭矩較大時容易折斷，長時間使用后容易脫離主軸，并且存在扭矩的積累/釋放問題（主軸不能立刻啟動/停止），是一種非剛性的扭矩傳遞，降低了這類拋光裝置在大口徑光學元件加工中的應用。

發明內容

本發明針對現有的數控拋光裝置存在的軟軸傳動扭矩不足、非剛性扭矩傳遞，以及壓力不能定量控制等問題，提出了一種剛性偏心傳動公自轉氣壓施力數控拋光裝置，通過采用新型的剛性偏心傳動結構以及頂端進氣的氣壓施力方式，解決了數控小工具光學表面加工中自轉軸扭矩不足、易折斷、扭矩積累/釋放，以及由于壓力不定量造成的去除函數不穩定等問題，是一種結構精巧、集成化程度高、穩定性好的精密光學表面加工裝置。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：

本發明是屬于超精密光學表面加工領域的一種剛性偏心傳動公自轉氣壓施力數控拋光裝置。包括自轉電機、公轉電機、自轉電機座、公轉電機座、自轉帶輪、公轉帶輪、自轉傳遞桿帶輪、公轉塊帶輪、自轉皮帶、公轉皮帶、自轉傳遞桿、公轉塊、自轉傳遞桿軸承、公轉塊軸承、自轉傳遞桿上氣動旋轉接頭、自轉傳遞桿下氣動接頭、自轉軸氣動接頭、萬向節、自轉軸、自轉軸套筒、自轉軸軸承、燕尾滑塊、燕尾槽、偏心調節桿、偏心調節桿固定座、鍵槽、氣缸、氣缸活塞、球頭、拋光盤、銷子、固定架、基座、轉接板。

所述的自轉運動由自轉電機產生，經過皮帶和帶輪的傳動，依次帶動自轉傳遞桿、萬向節、自轉軸、氣缸、球頭轉動，最終由球頭帶動拋光盤產生自轉運動。

所述的可伸縮剛性萬向節連接自轉傳遞桿和自轉軸，實現偏心自轉運動的剛性傳遞，不存在扭矩積累/釋放的問題。

所述的可伸縮萬向節能夠滿足大偏心量（大于100mm）下的穩定的偏心公自轉運動。

所述自轉傳遞桿、自轉軸采用中空的結構，且自轉軸下端作為氣缸使用。

所述的氣體從該裝置的自轉傳遞桿上氣動旋轉接頭進入，經過中空的自轉傳遞桿、氣管、中空的自轉軸，最后進入氣缸，推動活塞對拋光盤施加壓力。

所述的氣缸用密封圈密封，且密封圈隨氣缸內壁以及氣缸活塞同步轉動，不存在發熱與磨損的現象，穩定性好，長時間使用后氣體不會泄露。