[發(fā)明專利]基于Hilbert-Peano分形路徑的研磨加工機(jī)構(gòu)

無(wú)效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310245808.1
• 申請(qǐng)日: 2013-06-18
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN103317436A
• 公開(kāi)（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 文東輝;張靜;金明生;王揚(yáng)渝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): B24B37/10
• 分類(lèi)號(hào): B24B37/10;B24B37/34
• 代理公司: 杭州斯可睿專利事務(wù)所有限公司 33241
• 代理人: 王利強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及研磨技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種研磨加工機(jī)構(gòu)。

背景技術(shù)

研磨拋光是超精密加工的重要手段，精密光學(xué)、機(jī)械、電子系統(tǒng)中所用的先進(jìn)陶瓷或光學(xué)玻璃元件通常需要非常高的形狀精度和表面精度及較小的加工變質(zhì)層。工件的表面質(zhì)量尤其是研磨均勻性是判斷研磨加工優(yōu)劣的重要標(biāo)準(zhǔn)，而研磨均勻性以研磨軌跡均勻性為其主要表現(xiàn)形式，因此研磨軌跡與研磨加工質(zhì)量的高低存在必然聯(lián)系。

研磨軌跡即研磨時(shí)工件在研磨盤(pán)表面運(yùn)動(dòng)的路線，取決于加工設(shè)備和運(yùn)動(dòng)參數(shù)。目前研磨加工有單面、雙面平面研磨拋光．其中單面研磨拋光包括雙軸式、直線式、軌道式、計(jì)算機(jī)控制小工具式等機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)形式。主要有主動(dòng)驅(qū)動(dòng)、被動(dòng)驅(qū)動(dòng)、復(fù)合擺動(dòng)等這幾種主流研磨加工驅(qū)動(dòng)方式。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有研磨加工機(jī)構(gòu)的均勻性較差、精度較低的不足，本發(fā)明提供一種均勻性良好、精度較高的基于Hilbert-Peano分形路徑的研磨加工機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于Hilbert-Peano分形路徑的研磨加工機(jī)構(gòu)，包括研磨機(jī)架、兩個(gè)X軸方向?qū)к壔瑝K結(jié)構(gòu)、Y軸方向?qū)к壔瑝K結(jié)構(gòu)、Z軸方向?qū)к壔瑝K結(jié)構(gòu)和研磨主軸結(jié)構(gòu)；

所述X軸方向?qū)к壔瑝K結(jié)構(gòu)包括X向滑軌和X向滑塊，所述X向滑塊可滑動(dòng)的安裝在所述X向滑軌上，兩個(gè)X向滑軌并排布置，且所述兩個(gè)X向滑軌固定在研磨機(jī)架上；

所述Y軸方向?qū)к壔瑝K結(jié)構(gòu)包括Y向滑軌和Y向滑塊，所述Y向滑塊可滑動(dòng)的安裝在所述Y向滑軌上，所述Y向滑塊與用于帶動(dòng)所述Y向滑塊滑動(dòng)的Y向驅(qū)動(dòng)裝置連接；

所述Y向滑軌的兩端固定在所述X向滑塊上，所述Y向滑軌與用于帶動(dòng)Y向滑軌沿著X向滑動(dòng)的X向驅(qū)動(dòng)裝置連接；

所述Z軸方向?qū)к壔瑝K結(jié)構(gòu)包括Z向滑軌和Z向滑塊，所述Z向滑塊可滑動(dòng)的安裝在所述Z向滑軌上，所述Z向滑軌安裝在所述Y向滑塊上，所述Z向滑塊與用于帶動(dòng)所述Z向滑塊滑動(dòng)的Z向驅(qū)動(dòng)裝置連接；

所述Z向滑塊上安裝Z向驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述Z向驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與所述研磨主軸結(jié)構(gòu)固定連接；

所述X向驅(qū)動(dòng)裝置和Y向驅(qū)動(dòng)裝置均與單片機(jī)控制電路連接，所述單片機(jī)控制電路包括用以控制X軸方向和Y軸方向按照Hilbert-Peano分形路徑運(yùn)動(dòng)的軌跡控制模塊。

進(jìn)一步，所述研磨主軸結(jié)構(gòu)包括主軸、小盤(pán)和定盤(pán)，所述小盤(pán)連接所述主軸，用四個(gè)螺釘和彈簧將定盤(pán)與小盤(pán)連接，在定盤(pán)下方有兩個(gè)半圓卡固定于小盤(pán)的外圈，其中有四個(gè)對(duì)側(cè)結(jié)構(gòu)分布的壓電傳感器位于定盤(pán)與半圓卡之間。

所述X向驅(qū)動(dòng)裝置包括齒輪齒條結(jié)構(gòu)和X向驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述齒輪齒條結(jié)構(gòu)包括齒條和齒輪，所述齒輪與所述齒條嚙合，所述X向驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸上安裝所述齒輪，所述齒條與所述Y向?qū)к壒潭ㄟB接。

所述Z向驅(qū)動(dòng)裝置為手動(dòng)升降調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)。

本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為：根據(jù)研磨軌跡的均勻分布、不重復(fù)、方向多變、大小均等、易于實(shí)現(xiàn)等要求，提出一種基于Hilbert-Peano分形路徑的新型研磨加工機(jī)構(gòu)。

意大利的數(shù)學(xué)家Peano在1890年構(gòu)造出一種奇怪的平面曲線，它能經(jīng)過(guò)平面上某一正方形區(qū)域內(nèi)所有的點(diǎn)，接著德國(guó)數(shù)學(xué)家Hilbert在1891年也構(gòu)造出一種類(lèi)型相同但比較簡(jiǎn)單的曲線，這種曲線被稱為Hilbert-Peano曲線，如圖1(a)所示。理論上分形維數(shù)為1的曲線是不可能規(guī)則地鋪滿平面的，必然存在交叉點(diǎn)或空隙，而分形維數(shù)為2的分形曲線具有這樣的優(yōu)勢(shì)，能夠通過(guò)某個(gè)正方形的所有點(diǎn)（也就是能夠充滿整個(gè)平面）。

根據(jù)分形曲線特性，通過(guò)分形路徑驅(qū)動(dòng)與主動(dòng)驅(qū)動(dòng)、擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)方式的研磨軌跡仿真對(duì)比，發(fā)現(xiàn)分形路徑軌跡相對(duì)分布較均勻，曲線的交叉率較小，重復(fù)率也較低。由此提出一種基于Hilbert-Peano曲線的分形路徑研磨加工機(jī)構(gòu)。

根據(jù)研磨軌跡均勻性要求，在主動(dòng)驅(qū)動(dòng)、擺動(dòng)驅(qū)動(dòng)等研磨加工機(jī)構(gòu)的基礎(chǔ)上，提出一種更為復(fù)雜的研磨軌跡驅(qū)動(dòng)方式。此種驅(qū)動(dòng)方式結(jié)合了分形理論及其維度特點(diǎn)，選擇一種較為簡(jiǎn)單的Hilbert-Peano分形路徑運(yùn)動(dòng)于研磨加工路徑而設(shè)計(jì)一種針對(duì)研磨拋光的分形路徑研磨加工機(jī)構(gòu)。