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用于超大口徑非球面光學(xué)零件的磁流變拋光裝置的制作方法

文檔序號:3349798閱讀:537來源:國知局
專利名稱:用于超大口徑非球面光學(xué)零件的磁流變拋光裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明主要涉及到磁流變拋光的技術(shù)領(lǐng)域,特指一種用于超大口徑非球面光學(xué)零件 的磁流變拋光裝置。
技術(shù)背景根據(jù)瑞利判據(jù),光學(xué)系統(tǒng)分辨遠(yuǎn)場兩物點的極限角距離A S = 1.22/1// ,式中幼光 學(xué)系統(tǒng)的有效口徑,因此增大光學(xué)系統(tǒng)的有效口徑是提高光學(xué)系統(tǒng)分辨能力的基本途徑。 以空間相機為例,衛(wèi)星的高度大約在200 300km,為了獲得高分辨率,要求相機口徑至 少為0.5 lm。在空間望遠(yuǎn)鏡領(lǐng)域,主鏡口徑也越來越大,例如歐洲南方天文臺的EUR050 望遠(yuǎn)鏡,其主鏡尺寸為50m,由618個直徑2m的非球面子鏡拼接而成。非球面鏡發(fā)展的另一個重要趨勢是新型復(fù)雜光學(xué)鏡面的不斷涌現(xiàn)。隨著現(xiàn)代光學(xué)技 術(shù)和計算機技術(shù)的不斷發(fā)展,各種功能強大的光學(xué)設(shè)計軟件得到開發(fā)和應(yīng)用,從而使得在光學(xué)系統(tǒng)中設(shè)計復(fù)雜的光學(xué)鏡面成為可能。最為常見的為大型離軸非球面、高陡度保 形光學(xué)非球面以及各種自由曲面光學(xué)鏡面等。當(dāng)前直徑8米以上天文望遠(yuǎn)鏡主鏡都是由 1 2米離軸非球面子鏡拼接而成的。綜上所述,當(dāng)前非球面鏡的發(fā)展趨勢是朝著高精度、超大口徑、大相對口徑方向發(fā) 展;追求高效、低成本的加工工藝;同時各種復(fù)雜形面的新型光學(xué)鏡面不斷涌現(xiàn)。磁流變拋光技術(shù)就是將電磁學(xué)、流體動力學(xué)、分析化學(xué)理論相結(jié)合提出的一種新型 的光學(xué)零件加工方法,它利用磁流變拋光液在磁場中的固液相相互轉(zhuǎn)化的特性,通過控制外磁場對磁流變拋光液的剪切屈服應(yīng)力和局部形狀來進行實時控制,創(chuàng)造一個能夠與 被加工光學(xué)表面相吻合的"柔性拋光模",實現(xiàn)對光學(xué)玻璃等硬脆材料的研磨、拋光修 形加工。相對傳統(tǒng)拋光加工方法而言,這種技術(shù)具有拋光效率高、去除函數(shù)穩(wěn)定、邊緣 效應(yīng)小等顯著的優(yōu)點。國內(nèi)現(xiàn)有的研究基本上還處于實驗室階段,哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清 華大學(xué)等對光學(xué)玻璃磁流變拋光技術(shù)進行了一些基本的研究,建立了一些基礎(chǔ)的研究設(shè)備。如圖1、 2、 3所示為國內(nèi)現(xiàn)有的研究所建立的一些磁流變拋光裝置的示意圖,哈工 大先后采用了圖1和圖2所示的加工方式,由于被加工光學(xué)零件固定在拋光模的上方, 所以加工零件的尺寸就受到了限制;中國專利號03153996.3,發(fā)明名稱電磁方式磁 流變拋光頭,就是清華大學(xué)開發(fā)的如圖3所示的公自轉(zhuǎn)的拋光輪裝置。由于在該裝置中,磁流變拋光液不能被循環(huán)使用,所以不能保證磁流變拋光液的成份在長時間里不發(fā)生變 化即"拋光模"不發(fā)生變化,而大尺寸光學(xué)零件的加工時間很長,因此該系統(tǒng)不適應(yīng)大 尺寸光學(xué)零件的加工。中國專利申請?zhí)?00610043079.1,發(fā)明名稱磁流變?nèi)嵝跃伖庠O(shè)備和方法,該發(fā)明也不能解決大口徑光學(xué)零件加工的難題p綜上所述,由于所采用的加工方式的局限或者一些技術(shù)上的難題沒有解決。對于超大口徑光學(xué)零件磁流變加工機床存在的關(guān)鍵技術(shù)問題主要有以下幾點(1)超大口徑光 學(xué)零件在磁流變加工過程中的精度控制問題傳統(tǒng)光學(xué)零件的加工通常需要一個轉(zhuǎn)臺來 實現(xiàn)工件的裝夾和旋轉(zhuǎn),然而對于超大口徑的光學(xué)零件,如此大尺寸的高精度轉(zhuǎn)臺在成 本上是難以接受的,國際上對于重型的超大口徑光學(xué)零件往往采用多點支撐或者環(huán)帶支 撐的方式,不需要固定,然而對于超大口徑輕質(zhì)零件卻不能采用這種支撐,這種支撐無 法對工件固定,在加工過程中帶來較大的尺寸變形,因此對于超大口徑的非球面光學(xué)零 件需要合適的的支撐及裝夾形式。(2)要實現(xiàn)對超大口徑光學(xué)零件的磁流變加工,在不 需要轉(zhuǎn)臺的情況下,只能采用X-Y掃描方式的加工路徑,這樣就需要機床的整個橫梁是可移動的,并且要求具有一定的速度和加速度特性,而大跨度的橫梁比較沉重,慣性大, 要滿足磁流變加工采用的速度模式或者位置模式,橫梁的運動需要具有較高的動態(tài)性能,因此需要解決橫梁運動帶來的運動特性及控制問題。(3)目前,磁流變拋光裝置中磁流變液的噴嘴及回收部分位于工件的上方,而磁流變液體的循環(huán)裝置卻放置在機床以外的 控制柜內(nèi),當(dāng)用于超大口徑零件加工時,超大量程會導(dǎo)致磁流變拋光裝置的加工部分與 磁流變拋光液循環(huán)裝置之間的管路連接過長,在運動過程中磁流變拋光液管路的大范圍 運動及磁流變液進出口之間高度差的過大變化干擾了磁流變拋光液性能的穩(wěn)定性,因此需要解決大量程運動帶來的影響磁流變拋光液性能穩(wěn)定性的問題。(4)用于超大口徑光 學(xué)零件加工機床的可移動橫梁跨度比較大,撓度變形比較大,在保證變形條件的基礎(chǔ)上, 還要滿足磁流變拋光的加工要求,及盡可能保證磁流變拋光液的穩(wěn)定性,需要對橫梁進 行特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的問題就在于針對現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題,本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu) 簡單緊湊、成本低廉、控制簡單、適用范圍廣、加工能力強的用于超大口徑非球面光學(xué)零件的磁流變拋光裝置,尤其適用于1000mm 2000mm的超大口徑非球面光學(xué)零件。為解決上述技術(shù)問題,本發(fā)明提出的解決方案為 一種用于超大口徑非球面光學(xué)零 件的磁流變拋光裝置,其特征在于它包括機床、磁流變拋光裝置以及與分別以上各組件相連的控制系統(tǒng),機床包括用來放置待加工工件的床身以及X軸向直線運動機構(gòu)、可 移動龍門、Y軸向直線運動機構(gòu)、Z軸向直線運動機構(gòu)、第四直線運動機構(gòu)以及A軸轉(zhuǎn)臺, X軸向直線運動機構(gòu)布置于床身上兩側(cè),可移動龍門的兩個立柱分別固定于X軸向直線運 動機構(gòu)的滑塊上,Y軸向直線運動機構(gòu)布置于可移動龍門的橫梁上,Z軸向直線運動機構(gòu) 固定于Y軸向直線運動機構(gòu)的滑塊上,用來安裝磁流變拋光裝置的A軸轉(zhuǎn)臺固定于Z軸 向直線運動機構(gòu)的滑塊上,所述磁流變拋光裝置的磁流變拋光液循環(huán)系統(tǒng)通過第四直線 運動機構(gòu)固定于橫梁上,第四直線傳動機構(gòu)與Z軸向直線運動機構(gòu)的運動方向一致,磁 流變拋光裝置位于待加工工件的正上方。所述磁流變拋光裝置包括雙轉(zhuǎn)軸支承機構(gòu)以及安裝于雙轉(zhuǎn)軸支承機構(gòu)上的倒置式拋 光頭,雙轉(zhuǎn)軸支承機構(gòu)包括轉(zhuǎn)臺、橫梁、第一支撐臂、第二支撐臂、轉(zhuǎn)臺電機以及旋轉(zhuǎn) 電機,轉(zhuǎn)臺與轉(zhuǎn)臺電機相連,橫梁安裝于轉(zhuǎn)臺上,第一支撐臂和第二支撐臂相對安裝于 橫梁的兩端,第一支撐臂和第二支撐臂上相對位置處開設(shè)有用來安裝倒置式拋光頭的軸 孔,裝設(shè)于第一支撐臂或第二支撐臂上的旋轉(zhuǎn)電機通過減速機與倒置式拋光頭相連。所述倒置式拋光頭包括支架、拋光輪、懸臂、磁場發(fā)生裝置以及拋光頭驅(qū)動機構(gòu), 支架通過轉(zhuǎn)軸安裝于雙轉(zhuǎn)軸支承機構(gòu)上,支架上一側(cè)設(shè)有懸臂,拋光輪通過拋光輪轉(zhuǎn)軸 裝設(shè)于懸臂上,拋光輪轉(zhuǎn)軸與固定于支架上的拋光頭驅(qū)動機構(gòu)相連,與控制系統(tǒng)相連的 磁場發(fā)生裝置安裝于拋光輪內(nèi)。所述磁流變拋光液循環(huán)系統(tǒng)包括通過管路相連的噴嘴、回收器、儲液罐、輸出泵、 加水泵、回收泵以及用來控制輸出泵的調(diào)速裝置,噴嘴和回收器分別位于拋光輪的一側(cè), 噴嘴通過輸出管路和輸出泵與儲液罐相連組成拋光液輸出回路,回收器通過回收泵和回 收管路與儲液罐相連組成拋光液回收回路,加水泵與儲液罐相連組成粘度調(diào)節(jié)回路;所 述拋光液輸出回路的輸出管路上裝設(shè)有流量計和粘度計,輸出泵、加水泵、流量計和粘 度計均與控制系統(tǒng)相連。所述橫梁的橫截面為呈階梯狀的近三角形。所述X軸向直線運動機構(gòu)、Y軸向直線運動機構(gòu)、Z軸向直線運動機構(gòu)和第四直線運 動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)相同,均包括驅(qū)動電機、聯(lián)軸器、絲桿、導(dǎo)軌以及滑塊,驅(qū)動電機通過聯(lián) 軸器與絲桿相連,滑塊滑設(shè)于導(dǎo)軌中。所述床身包括基座和立柱底座,立柱底座位于基座的兩端,基座上開設(shè)有T形槽。所述基座的底部設(shè)有一個以上的千斤頂。與現(xiàn)有技術(shù)相比,本發(fā)明的優(yōu)點就在于1、 本發(fā)明提供了一種加工超大口徑非球面光學(xué)零件的磁流變拋光的工具;2、 本發(fā)明采用同步雙驅(qū)動可移動式龍門結(jié)構(gòu),使得機床具有良好的動態(tài)特性,能夠 滿足超大口徑非球面光學(xué)零件的磁流變拋光加工的需求;3、 本發(fā)明的機床可以直接將工件放置在機床床身形成的工作臺面上,這樣將傳統(tǒng)機 床上帶T型槽工作臺的固定與裝夾方式應(yīng)用到光學(xué)零件的加工機床上,保證了不同種類 的超大口徑光學(xué)零件在加工過程中的尺寸變形最小,這樣有利于保證工件的面形精度, 而且裝夾簡單方便;4、 本發(fā)明的磁流變液循環(huán)系統(tǒng)直接放置在可移動龍門上,這樣大大縮短了磁流變液 儲液罐、輸出泵等部分與噴嘴之間的管路距離,并且與Z軸向直線運動機構(gòu)一同沿著橫 梁移動和Z向移動,既減小了磁流變液循環(huán)性系統(tǒng)進出口之間的高度差,又避免了大范 圍管路移動造成的磁流變液流量的波動及流速的波動等問題,使得磁流變液盡可能保持 長時間的穩(wěn)定性,保證良好的加工精度。5、 本發(fā)明采用可移動龍門結(jié)構(gòu),其中的橫梁結(jié)構(gòu)在基于仿真的基礎(chǔ)上進行了優(yōu)化設(shè) 計,設(shè)計成具有階梯形狀的近三角形結(jié)構(gòu),這樣的設(shè)計在保證橫梁變形在可接受范圍的 基礎(chǔ)上,既保證了 Z軸向直線運動機構(gòu)的剛性,又解決了在盡可能少用導(dǎo)軌原則基礎(chǔ)上 磁流變液循環(huán)系統(tǒng)在橫梁上移動的后置問題,這樣的方案也降低了機床成本。


圖1是傳統(tǒng)磁流變拋光加工方式的結(jié)構(gòu)示意圖一;圖2是傳統(tǒng)磁流變拋光加工方式的結(jié)構(gòu)示意圖二;圖3是傳統(tǒng)磁流變拋光加工方式的結(jié)構(gòu)示意圖三;圖4是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖;圖5是本發(fā)明中機床的自由度示意圖;圖6是本發(fā)明具體實施例中床身結(jié)構(gòu)示意圖;圖7是本發(fā)明具體實施例中X軸向直線運動機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖;圖8是本發(fā)明具體實施例中可移動龍門的結(jié)構(gòu)示意圖;圖9是本發(fā)明具體實施例中橫梁橫截面的結(jié)構(gòu)示意圖;圖10是本發(fā)明具體實施例中Y及Z軸向直線運動機構(gòu)示意圖;圖11是本發(fā)明具體實施例中Z軸向直線運動機構(gòu)的Z向溜板結(jié)構(gòu)示意圖;圖12是本發(fā)明具體實施例中磁流變拋光液循環(huán)裝置的框架結(jié)構(gòu)示意圖;圖13是本發(fā)明具體實施例中具有雙轉(zhuǎn)軸結(jié)構(gòu)的磁流變拋光裝置的結(jié)構(gòu)示意圖;圖14是本發(fā)明具體實施例中雙轉(zhuǎn)軸支承機構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖15是圖14的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖;圖16是本發(fā)明具體實施例中倒置式拋光頭的結(jié)構(gòu)示意圖; 圖17是圖16的側(cè)視結(jié)構(gòu)示意圖;圖18是本發(fā)明具體實施例中階梯狀近三角結(jié)構(gòu)的橫梁在受力情況下變形仿真結(jié)果示 意圖;圖19是本發(fā)明實施例Y向移動工作臺在受力情況下變形仿真結(jié)果示意圖。圖例說明1、機床101、床身 102、 X軸向直線運動機構(gòu)103、 Y軸向直線運動機構(gòu) 104、 Z軸向直線運動機構(gòu)2、拋光裝置201、雙轉(zhuǎn)軸支承機構(gòu)202、倒置式拋光頭203、轉(zhuǎn)臺204、橫梁205、第一支撐臂206、第二支撐臂207、轉(zhuǎn)臺電機208、旋轉(zhuǎn)電機209、減速機210、軸孔211、支架212、拋光輪213、懸臂215、轉(zhuǎn)軸216、拋光輪轉(zhuǎn)軸217、拋光輪驅(qū)動電機218、拋光輪減速機219、主動帶輪220、從動帶輪221、同步帶3、 X軸向直線運動機構(gòu)302、 X軸電機303、x軸電機座304、 X軸聯(lián)軸器305、X軸絲杠306、 X軸絲杠螺母307、X軸絲杠螺母套308、 X軸軸承座309、x軸導(dǎo)軌310、 X軸導(dǎo)軌滑塊4、可移動龍門401、立柱402、橫梁5、 Y軸向直線運動機構(gòu)501、 Y向移動工作臺502、 Y軸電機503、 Y軸電機座504、 Y軸聯(lián)軸器505、 Y軸絲杠506、 Y軸絲杠螺母507、 Y軸絲杠螺母套508、 Y軸軸承座509、 Y軸導(dǎo)軌510、 Y軸導(dǎo)軌滑塊511、磁流變拋光液循環(huán)系統(tǒng)512、 Y向移動工作臺循環(huán)系統(tǒng)連接板513、第四直線運動機構(gòu)6、磁流變拋光液循環(huán)裝置601、噴嘴602、回收器603、儲液罐604、輸出泵605、加水泵606、輸出管路607、回收泵608、回收管路609、流量計610、粘度計611、計算機612、調(diào)速裝置7、 Z軸向直線運動機構(gòu)701、 Z向溜板702、 Z軸電機703、 Z軸電機座704、 Z軸聯(lián)軸器705、 Z軸絲杠706、 Z軸絲杠螺母707、 Z軸絲杠螺母套708、 Z軸軸承座709、 Z軸導(dǎo)軌710、 Z軸導(dǎo)軌滑塊711、 Z軸導(dǎo)軌底座801、基座802、 T型槽803、立柱底座9、 A軸轉(zhuǎn)臺10、工件11、千斤頂12、控制柜現(xiàn)有技術(shù)中(即圖l、圖2和圖3中)1301、磁場發(fā)生裝置1302、工件1303、旋轉(zhuǎn)軸1304、拋光盤1305、磁流變拋光液1401、磁場發(fā)生裝置1402、工件1403、旋轉(zhuǎn)軸1404、拋光輪1405、磁流變拋光液1406、輸出泵1501、磁性拋光輪1502、磁鐵1503、隔磁板 1504、磁砸1505、自轉(zhuǎn)軸 1506、公轉(zhuǎn)軸具體實施方式
以下將結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。如圖4所示,本發(fā)明的用于超大口徑非球面光學(xué)零件的磁流變拋光裝置,它包括機 床1、磁流變拋光裝置2以及與分別以上各組件相連的控制系統(tǒng),機床1包括用來放置待 加工工件10的床身101上以及X軸向直線運動機構(gòu)3、可移動龍門4、 Y軸向直線運動機 構(gòu)5、 Z軸向直線運動機構(gòu)7、第四直線運動機構(gòu)513以及A軸轉(zhuǎn)臺9, X軸向直線運動機 構(gòu)3布置于床身101上兩側(cè),可移動龍門4的兩個立柱401分別固定于X軸向直線運動 機構(gòu)3的滑塊上,Y軸向直線運動機構(gòu)5布置于可移動龍門4的橫梁402上,Z軸向直線 運動機構(gòu)7固定于Y軸向直線運動機構(gòu)5的滑塊上,用來安裝磁流變拋光裝置2的A軸 轉(zhuǎn)臺9固定于Z軸向直線運動機構(gòu)7的滑塊上,磁流變拋光裝置2的磁流變拋光液循環(huán) 系統(tǒng)6通過第四直線運動機構(gòu)513固定于橫梁402上,第四直線傳動機構(gòu)513與Z軸向 直線運動機構(gòu)7的運動方向一致,磁流變拋光裝置2位于待加工工件10的正上方。本實施例中,參見圖4、圖5、圖6和圖7所示,X軸導(dǎo)軌滑塊310和X軸絲杠305 相連接,X軸絲杠305與X軸軸承座308和X軸電機座303相連接,而X軸電機302固定 在電機座303上,通過X軸聯(lián)軸器304實現(xiàn)與X軸絲杠305的連接,X軸電機座303和X 軸軸承座308固定在床身兩側(cè)的立柱底座202上,X軸導(dǎo)軌309也固定在立柱底座202 上,這樣X軸向直線運動機構(gòu)3分別通過X軸導(dǎo)軌滑塊310和X軸絲杠螺母連接套307 實現(xiàn)了與機床床身2上的連接。X軸導(dǎo)軌滑塊310和X軸絲杠螺母連接套307固定在可移 動龍門4的立柱401上。本發(fā)明采用具有同步雙驅(qū)動形式,可移動龍門4是為解決橫梁 運動的動態(tài)特性而設(shè)計的,是在橫梁兩側(cè)連接立柱的下方,采用較大功率雙伺服電機同 步驅(qū)動的形式。本實施例中,參見圖7、圖8和圖9所示,X軸向直線運動機構(gòu)3包括可移動龍門4, 而可移動龍門4包括立柱401和橫梁402,其中橫梁402設(shè)計成具有階梯狀的近三角形結(jié) 構(gòu),而立柱401則設(shè)計成Y向非對稱向內(nèi)多支撐的結(jié)構(gòu)。Y向直線運動機構(gòu)5安裝在X 軸向直線運動機構(gòu)3上,其中Y軸導(dǎo)軌滑塊510和Y軸絲杠505相連接,Y軸絲杠505 與Y軸軸承座508和X軸電機座503相連接,而Y軸電機502固定在電機座503上,通 過Y軸聯(lián)軸器504實現(xiàn)與Y軸絲杠505的連接,Y軸電機座503和Y軸軸承座508固定在 橫梁402上,Y軸導(dǎo)軌509也固定在橫梁402上,這樣Y軸向直線運動機構(gòu)5分別通過Y軸導(dǎo)軌滑塊510和Y軸絲杠螺母連接套507實現(xiàn)了與橫梁402的連接。本實施例中,參見圖10與圖11所示,Y軸導(dǎo)軌滑塊510和Y軸絲杠螺母連接套507 固定在Y向移動工作臺501上。在Y向移動工作臺501前面,Z軸絲杠705與Z軸軸承座 708和Z軸電機座703相連接,而Z軸電機702固定在電機座703上,通過Z軸聯(lián)軸器 704實現(xiàn)與Z軸絲杠705的連接,Z軸電機座703和Z軸軸承座708固定在Y向移動工作 臺501上,Z軸導(dǎo)軌709固定在Z軸導(dǎo)軌底座711上,Z軸導(dǎo)軌底座711固定Y向移動工 作臺501上,這樣Z軸向直線運動機構(gòu)7分別通過Z軸導(dǎo)軌滑塊710和Z軸絲杠螺母連 接套707實現(xiàn)了與Y向移動工作臺501的連接。Z軸導(dǎo)軌滑塊710和Z軸絲杠螺母連接套 707固定在Z向溜板701上。而整個磁流變拋光裝置加工部分105通過Z向溜板701實現(xiàn) 了與機床本體的連接。另外磁流變液循環(huán)裝置511通過第四直線運動機構(gòu)513與Y向移 動工作臺循環(huán)系統(tǒng)連接板512相連接,與Z軸向直線運動機構(gòu)7—樣,實現(xiàn)了磁流變液 循環(huán)裝置511沿著Z向的升降,保證了磁流變進出泵口之間的高度差保持恒定。本發(fā)明 置于可移動橫梁上的磁流變拋光液循環(huán)系統(tǒng)是指將磁流變拋光液循環(huán)系統(tǒng)6中供應(yīng)液體 的部分裝置放置在橫梁402后方的導(dǎo)軌上,該部分能夠沿著導(dǎo)軌實現(xiàn)Z向的運動,與磁 流變拋光裝置2—起上下運動,以保證磁流變液的進出口高度差保持恒定;同時該部分 與Y向移動工作臺501 —起可以沿著橫梁402做Y向移動,這樣盡可能縮短了磁流變液 循環(huán)管道的長度,降低了因管道運動帶來的磁流變液流量的穩(wěn)定問題。具體包括導(dǎo)軌、 電機、絲杠和后置磁流變拋光液部分循環(huán)系統(tǒng),這一部分與Y向移動工作臺501固連, 位置上對稱于橫梁402的前后兩側(cè)。本實施例中,機床床身101包括基座801和立柱底座803,立柱底座803安置在機床 床身101的兩側(cè),用來支撐可移動龍門301。機床的基座801具有較高的面形精度,并有 標(biāo)準(zhǔn)的T型槽802,工件10可以直接放置在基座801上。本實施例中,參見圖18所示, 在選擇材料的基礎(chǔ)上,對不同結(jié)構(gòu)形狀的橫梁402在受力情況下的變形進行了仿真分析, 最后設(shè)計出具有階梯狀近三角形結(jié)構(gòu)的橫梁,可以發(fā)現(xiàn),此時對應(yīng)的橫梁最大變形為2. 63 微米,在設(shè)計的要求范圍內(nèi)。本實施例中,參見圖19所示,對Y向移動工作臺501的形 狀也進行了多次的改進設(shè)計,最后確定為背部具有近三角肋板支撐的結(jié)構(gòu)形式,該結(jié)構(gòu) 提高了 Z向移動平臺的剛度,同時兼顧了循環(huán)系統(tǒng)后置的結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。具有T型槽802 的高精度超大床身101是為解決超大口徑光學(xué)零件的支撐和裝夾而設(shè)計的,是采用機床 101上傳統(tǒng)的T型槽802工作臺結(jié)構(gòu),使用研磨的方法以獲取高精度面形的工作臺面作為 床身,從而解決不同種類的超大口徑光學(xué)零件的裝夾和支撐問題。本發(fā)明采用特殊設(shè)計的橫梁,從橫梁402的端面來看,橫梁402的結(jié)構(gòu)成階梯狀近三角形結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)是為 解決技術(shù)問題三和四而設(shè)計的,階梯狀結(jié)構(gòu)主要是為安裝導(dǎo)軌所考慮,三角形結(jié)構(gòu)是在 保證橫梁402變形較小的基礎(chǔ)上,盡量增大沿著橫梁402移動的工作臺結(jié)構(gòu)的支撐點距 離,保證該結(jié)構(gòu)的剛性較好,同時兼顧了在少用導(dǎo)軌節(jié)儉成本原則的情況下,滿足磁流 變液循環(huán)系統(tǒng)置6于可移動龍門4上的要求,以保證磁流變液性能的穩(wěn)定性。橫梁402 與Y向移動工作臺501是通過絲杠與絲杠螺母和導(dǎo)軌與導(dǎo)軌滑塊實現(xiàn)連接。本實施例中,參見圖12所示,磁流變拋光液循環(huán)系統(tǒng)6包括通過管路相連的噴嘴601 、 回收器602、儲液罐603、輸出泵604、加水泵605、回收泵607以及用來控制輸出泵604 的調(diào)速裝置612,噴嘴601和回收器602分別位于拋光輪212的一側(cè),噴嘴601通過輸出 管路606和輸出泵604與儲液罐603相連組成拋光液輸出回路,回收器602通過回收泵 607和回收管路608與儲液罐603相連組成拋光液回收回路,加水泵605與儲液罐603 相連組成粘度調(diào)節(jié)回路;所述拋光液輸出回路的輸出管路606上裝設(shè)有流量計609和粘 度計610,輸出泵604、加水泵605、流量計609和粘度計610均與控制系統(tǒng)相連。對于 磁流變拋光液循環(huán)系統(tǒng)6來說,除了噴嘴601、回收器602及控制計算機611以外,其它 部分即圖中虛線框內(nèi)的設(shè)備都放置在Y向移動工作臺501的后面,兩部分之間通過輸出 管路606和回收管路608相連接,整個磁流變拋光液循環(huán)系統(tǒng)6隨Y向移動工作臺501 沿Y向運動??刂朴嬎銠C611放置在機床旁的控制柜內(nèi)。參見圖13、圖14、圖15、圖16和圖17所示,本實施例中,拋光裝置2包括雙轉(zhuǎn)軸 支承機構(gòu)201以及安裝于雙轉(zhuǎn)軸支承機構(gòu)201上的倒置式拋光頭202,雙轉(zhuǎn)軸支承機構(gòu) 201包括轉(zhuǎn)臺203、橫梁204、第一支撐臂205、第二支撐臂206、轉(zhuǎn)臺電機207以及旋轉(zhuǎn) 電機208,轉(zhuǎn)臺203與轉(zhuǎn)臺電機207相連,橫梁204安裝于轉(zhuǎn)臺203上,第一支撐臂205 和第二支撐臂206用螺釘相對安裝于橫梁204的兩端,第一支撐臂205和第二支撐臂206 上相對位置處開設(shè)有用來安裝倒置式拋光頭202的軸孔210,裝設(shè)于第一支撐臂205或第 二支撐臂206上的旋轉(zhuǎn)電機208通過減速機209與倒置式拋光頭202相連。通過轉(zhuǎn)臺電 機208的控制,可以使整個轉(zhuǎn)臺203轉(zhuǎn)動,通過旋轉(zhuǎn)電機208可以帶動倒置式拋光頭202 轉(zhuǎn)動。參見圖15所示,倒置式拋光頭202包括支架211、拋光輪212、懸臂213、磁場發(fā) 生裝置以及拋光頭驅(qū)動機構(gòu),支架211通過轉(zhuǎn)軸215安裝于雙轉(zhuǎn)軸支承機構(gòu)201上,支 架211上一側(cè)設(shè)有懸臂213,拋光輪212通過拋光輪轉(zhuǎn)軸216裝設(shè)于懸臂213上,拋光輪 轉(zhuǎn)軸216與固定于支架211上的拋光頭驅(qū)動機構(gòu)相連,與控制系統(tǒng)相連的磁場發(fā)生裝置 安裝于拋光輪212內(nèi)。本實施例中,磁場發(fā)生裝置用螺釘固定在支架211上,置于拋光輪212的內(nèi)部。拋光輪212采用不銹鋼材料制作,加工成一面有底的中空圓柱形狀,其 外表面是球形表面,可以加工高陡度的非球面光學(xué)零件。參見圖15所示,拋光頭驅(qū)動機 構(gòu)包括拋光輪驅(qū)動電機217、拋光輪減速機218、主動帶輪219、從動帶輪220以及同步 帶221,拋光輪驅(qū)動電機217通過拋光輪減速機218與主動帶輪219相連,從動帶輪220 與拋光輪轉(zhuǎn)軸216相連,同步帶221套設(shè)于主動帶輪219和從動帶輪220上。通過拋光 輪驅(qū)動電機217可以驅(qū)動主動帶輪219轉(zhuǎn)動,再經(jīng)過同步帶221帶動從動帶輪220轉(zhuǎn)動, 從而使拋光輪轉(zhuǎn)軸216帶動拋光輪212轉(zhuǎn)動。受到控制系統(tǒng)的控制,可以根據(jù)需要實時 控制拋光輪212的轉(zhuǎn)動。
權(quán)利要求
1、一種用于超大口徑非球面光學(xué)零件的磁流變拋光裝置,其特征在于它包括機床(1)、磁流變拋光裝置(2)以及與分別以上各組件相連的控制系統(tǒng),機床(1)包括用來放置待加工工件(10)的床身(101)以及X軸向直線運動機構(gòu)(3)、可移動龍門(4)、Y軸向直線運動機構(gòu)(5)、Z軸向直線運動機構(gòu)(7)、第四直線運動機構(gòu)(513)以及A軸轉(zhuǎn)臺(9),X軸向直線運動機構(gòu)(3)布置于床身(101)上兩側(cè),可移動龍門(4)的兩個立柱(401)分別固定于X軸向直線運動機構(gòu)(3)的滑塊上,Y軸向直線運動機構(gòu)(5)布置于可移動龍門(4)的橫梁(402)上,Z軸向直線運動機構(gòu)(7)固定于Y軸向直線運動機構(gòu)(5)的滑塊上,用來安裝磁流變拋光裝置(2)的A軸轉(zhuǎn)臺(9)固定于Z軸向直線運動機構(gòu)(7)的滑塊上,所述磁流變拋光裝置(2)的磁流變拋光液循環(huán)系統(tǒng)(6)通過第四直線運動機構(gòu)(513)固定于橫梁(402)上,第四直線傳動機構(gòu)(513)與Z軸向直線運動機構(gòu)(7)的運動方向一致,磁流變拋光裝置(2)位于待加工工件(10)的正上方。
2、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的用于超大口徑非球面光學(xué)零件的磁流變拋光裝置,其特征 在于所述磁流變拋光裝置(2)包括雙轉(zhuǎn)軸支承機構(gòu)(201)以及安裝于雙轉(zhuǎn)軸支承機 構(gòu)(201)上的倒置式拋光頭(202),雙轉(zhuǎn)軸支承機構(gòu)(201)包括轉(zhuǎn)臺(203)、橫梁(204)、 第一支撐臂(205)、第二支撐臂(206)、轉(zhuǎn)臺電機(207)以及旋轉(zhuǎn)電機(208),轉(zhuǎn)臺(203) 與轉(zhuǎn)臺電機(207)相連,橫梁(204)安裝于轉(zhuǎn)臺(203)上,第一支撐臂(205)和第 二支撐臂(206)相對安裝于橫梁(204)的兩端,第一支撐臂(205)和第二支撐臂(206) 上相對位置處開設(shè)有用來安裝倒置式拋光頭(202)的軸孔(210),裝設(shè)于第一支撐臂(205) 或第二支撐臂(206)上的旋轉(zhuǎn)電機(208)通過減速機(209)與倒置式拋光頭(202) 相連。
3、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于超大口徑非球面光學(xué)零件的磁流變拋光裝置,其特征 在于所述倒置式拋光頭(202)包括支架(211)、拋光輪(212)、懸臂(213)、磁場發(fā) 生裝置以及拋光頭驅(qū)動機構(gòu),支架(211)通過轉(zhuǎn)軸(215)安裝于雙轉(zhuǎn)軸支承機構(gòu)(201) 上,支架(211)上一側(cè)設(shè)有懸臂(213),拋光輪(212)通過拋光輪轉(zhuǎn)軸(216)裝設(shè)于 懸臂(213)上,拋光輪轉(zhuǎn)軸(216)與固定于支架(211)上的拋光頭驅(qū)動機構(gòu)相連,與 控制系統(tǒng)相連的磁場發(fā)生裝置安裝于拋光輪(212)內(nèi)。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于超大口徑非球面光學(xué)零件的磁流變拋光裝置,其特征在于所述磁流變拋光液循環(huán)系統(tǒng)(6)包括通過管路相連的噴嘴(601)、回收器(602)、 儲液罐(603)、輸出泵(604)、加水泵(605)、回收泵(607)以及用來控制輸出泵(604) 的調(diào)速裝置(612),噴嘴(601)和回收器(602)分別位于拋光輪(212)的一側(cè),噴嘴 (601)通過輸出管路(606)和輸出泵(604)與儲液罐(603)相連組成拋光液輸出回 路,回收器(602)通過回收泵(607)和回收管路(608)與儲液罐(603)相連組成拋 光液回收回路,加水泵(605)與儲液罐(603)相連組成粘度調(diào)節(jié)回路;所述拋光液輸 出回路的輸出管路(606)上裝設(shè)有流量計(609)和粘度計(610),輸出泵(604)、加 水泵(605)、流量計(609)和粘度計(610)均與控制系統(tǒng)相連。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的用于超大口徑非球面光學(xué)零件的磁流變拋光 裝置,其特征在于所述橫梁(402)的橫截面為呈階梯狀的近三角形。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的用于超大口徑非球面光學(xué)零件的磁流變拋光 裝置,其特征在于所述X軸向直線運動機構(gòu)(3)、 Y軸向直線運動機構(gòu)(5)、 Z軸向直 線運動機構(gòu)(7)和第四直線運動機構(gòu)(513)的結(jié)構(gòu)相同,均包括驅(qū)動電機、聯(lián)軸器、 絲桿、導(dǎo)軌以及滑塊,驅(qū)動電機通過聯(lián)軸器與絲桿相連,滑塊滑設(shè)于導(dǎo)軌中。
7、 根據(jù)權(quán)利要求1或2或3或4所述的用于超大口徑非球面光學(xué)零件的磁流變拋光 裝置,其特征在于所述床身(101)包括基座(801)和立柱底座(803),立柱底座(803) 位于基座(801)的兩端,基座(801)上開設(shè)有T形槽(802)。
8、 根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于超大口徑非球面光學(xué)零件的磁流變拋光裝置,其特征 在于所述基座(801)的底部設(shè)有一個以上的千斤頂(11)。
全文摘要
一種用于超大口徑非球面光學(xué)零件的磁流變拋光裝置,它包括機床、磁流變拋光裝置以及與分別以上各組件相連的控制系統(tǒng),機床包括用來放置待加工工件的床身,其X軸向直線運動機構(gòu)布置于床身上兩側(cè),可移動龍門固定于X軸向直線運動機構(gòu)的滑塊上,Y軸向直線運動機構(gòu)布置于可移動龍門的橫梁上,Z軸向直線運動機構(gòu)固定于Y軸向直線運動機構(gòu)的滑塊上,用來安裝磁流變拋光裝置的A軸轉(zhuǎn)臺固定于Z軸向直線運動機構(gòu)的滑塊上,磁流變拋光液循環(huán)系統(tǒng)通過第四直線運動機構(gòu)固定于橫梁上,兩者的運動方向一致,磁流變拋光裝置位于待加工工件的正上方。本發(fā)明具有結(jié)構(gòu)簡單緊湊、成本低廉、控制簡單、加工能力強等優(yōu)點,可加工超大口徑非球面光學(xué)零件。
文檔編號B24B13/005GK101323097SQ20081003189
公開日2008年12月17日 申請日期2008年7月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月28日
發(fā)明者關(guān)朝亮, 尹自強, 彭小強, 戴一帆, 李圣怡, 王建敏, 陳善勇 申請人:中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
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