專利名稱：一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種小工具頭拋光裝置，尤其是涉及一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)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，新型光電成像系統(tǒng)日益呈現(xiàn)出大視場、高分辨率的技術發(fā)展趨勢，從分辨率模型角度講，要求光學系統(tǒng)中關鍵光學元件包括反/透射鏡呈現(xiàn)出大口徑、非球面、離軸、高精度的技術特點，從而對現(xiàn)有的光學加工裝置提出了更高的要求，進而促動新型工具結構形式和工藝方法的開發(fā)。為了實施高精度光學反/透射鏡的計算機數(shù)控研磨拋光，上世紀70年代初期，美國Itek公司的W. J. Rupp提出了計算機控制光學表面成形技術(Computer ControlledOpticalSurfacing, CC0S)。從工作原理上講，該技術根據定量的面形檢測數(shù)據，按照預先設定的加工路徑和去除函數(shù)，通過相應的駐留時間的算法，生成加工文件；之后，根據該加工文件，由計算機控制一個小工具頭，按照駐留時間改變小工具頭的橫向移動速度，實現(xiàn)對光學零件進行確定性的研磨或拋光，最終達到面形精度的快速收斂。該技術充分發(fā)揮了計算機執(zhí)行速度快、記憶準確、精度高等優(yōu)勢，使加工的重復精度及效率大幅度提高。數(shù)控小工具拋光技術的理論基礎是普林斯頓方程，其表述為單位時間內的去除量與壓力和速度成正比。按照該原理，數(shù)控拋光的過程是去除函數(shù)與駐留時間按照路徑卷積的去除過程。為了實現(xiàn)高的面形收斂效率，在整個的加工過程中，去除函數(shù)應該保持不變。該特點要求施加在小工具頭上的壓力以及工具頭的速度要保持穩(wěn)定。穩(wěn)定速度通過數(shù)控系統(tǒng)控制的伺服電機很容易獲得。獲得穩(wěn)定的壓力成為數(shù)控小工具拋光的關鍵技術之一。目前的壓力施加方法主要有彈簧施壓、拋光盤的自重施壓，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(wěn)定的、高重復性的去除函數(shù)。同時，大口徑的光學元件加工中，拋光盤太小容易產生中高頻誤差，降低光學元件的性能。因此，去除函數(shù)的尺寸一般為待加工光學元件加工尺寸的1/Γ /12，2πι米口徑的光學兀件一般需要300mm 口徑以上的拋光盤(考慮到偏心比為0. 8左右)；隨著光學兀件加工口徑的增大，所需的拋光盤口徑也相應的增加，這導致盤子與工件之間的接觸面積加大，摩擦力急劇增大，扭矩增加，尤其是在壓力比較大的情況下。目前，數(shù)控小工具拋光裝置的結構不容易實現(xiàn)如此大的扭矩，往往造成機床的超負荷工作，甚至造成伺服電機因為超負荷而停止工作，這就大大減少了機床的使用壽命和穩(wěn)定性。性能優(yōu)異的去除函數(shù)往往能大幅度地提高面形收斂效率，獲得優(yōu)異的去除函數(shù)往往需要有較大的偏心量，偏心量的大小一般取拋光盤半徑的0. 7^0. 8倍，對于300mm 口徑的拋光盤，其偏心量往往要達到120_。采用傳統(tǒng)公自轉結構的拋光裝置，要實現(xiàn)如此大的偏心量，需要口徑350mm左右的軸承，這在市場上是很少見的，并且成本十分高昂。

發(fā)明內容
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本發(fā)明針對傳統(tǒng)的公自轉數(shù)控拋光裝置存在的壓力不穩(wěn)定、不定量，以及扭矩不足、偏心量較小等問題，提出了一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置，通過采用新型的傳動結構以及氣壓施力方式，解決了數(shù)控小工具光學表面加工中由于壓力不穩(wěn)定以及不定量造成的去除函數(shù)不穩(wěn)定的問題，同時解決了大口徑光學元件加工中所需要的大偏心量，大扭矩的問題，是一種結構精巧、集成化程度高、穩(wěn)定性好的精密光學表面加工
>J-U ρ α裝直。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是本發(fā)明是屬于超精密光學表面加工領域的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置。包括自轉電機、公轉電機、自轉減速機、公轉減速機、自轉齒輪、公轉齒輪、自轉驅動桿上齒輪、公轉驅動套筒上齒輪、自轉驅動桿上軸承、公轉驅動套筒上軸承、公轉驅動套筒下軸承、自轉驅動桿上氣動旋轉接頭、公轉驅動套筒、自轉驅動桿、固定架、自轉驅動桿下軸承、公轉箱體、自轉驅動桿下齒輪、自轉驅動桿下氣動旋轉接頭、自轉傳遞桿上齒輪、自轉傳遞桿下齒輪、自轉傳遞桿上軸承、自轉傳遞桿下軸承、自轉傳遞桿、自轉軸氣動旋轉接頭、自轉軸上齒輪、自轉軸上軸承、自轉軸、自轉軸套筒、自轉軸下軸承、鍵槽、氣缸、球頭、拋光盤、偏心調節(jié)座、自轉軸固定塊、外殼、轉接板、銷子。所述的公自轉結構是一種新型運動傳遞方式，采用自轉驅動桿、自轉傳遞桿、自轉軸的傳遞方式實現(xiàn)自轉運動；采用公轉驅動套筒和公轉箱體結構，產生公轉運動。所述的公轉箱體能夠實現(xiàn)較大偏心量的連續(xù)調節(jié)。所述的公自轉結構能產生大于伺服電機5倍以上的扭矩。所述的施力方式是通過氣體施壓，獲得了穩(wěn)定的并且定量的壓力。所述軸、齒輪、桿、套筒、軸承、支架、外殼都由高強度的材料制成。所述拋光裝置通過轉接板固定在精密機床上，使得裝置整體做多自由度的精密運動。本發(fā)明所述的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置的工作過程如下加工過程中，通過精密數(shù)控機床將該拋光裝置移動到工件上待加工點的位置，開啟氣泵，氣體通過自轉驅動桿上旋轉接頭進入該裝置，依次通過中空的自轉驅動桿、自轉驅動桿下旋轉接頭、氣管、自轉軸上旋轉接頭、中空的自轉軸，最后進入氣缸，實現(xiàn)對拋光盤的穩(wěn)定施壓。自轉電機利用皮帶帶動自轉驅動桿轉動，自轉驅動桿通過齒輪和皮帶帶動自轉傳遞桿轉動，自轉傳遞桿又通過齒輪和皮帶帶動自轉軸轉動，使拋光盤產生自轉運動；公轉電機通過皮帶帶動公轉驅動套筒轉動，進而帶動公轉箱體轉動，自轉軸跟隨公轉箱體轉動，使拋光盤產生公轉運動；拋光盤在工件上做公、自轉的行星式運動，獲得了類高斯型的去除函數(shù)。有益效果本發(fā)明的優(yōu)點在于解決了數(shù)控小工具光學表面加工中由于壓力不穩(wěn)定和不定量性造成的去除函數(shù)不穩(wěn)定的問題，同時解決了大口徑光學元件加工中所需要的大偏心量，大扭矩的問題。結合高精度的數(shù)控機床，能夠實現(xiàn)對大口徑光學元件的快速、高質量的確定性加工。


圖I為本發(fā)明的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置的剖面視圖；圖2為本發(fā)明的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置側視圖；圖3為本發(fā)明的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置的偏心調節(jié)座結構圖；圖4為本發(fā)明的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置的自轉軸固定塊結構圖；圖5為本發(fā)明的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置的氣缸球頭結構圖；圖6為本發(fā)明的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置的拋光盤剖面圖；其中1-自轉電機，2-公轉電機，3-自轉減速機，4-公轉減速機，5-自轉齒輪，6-公轉齒輪,7-自轉驅動桿上齒輪，8-公轉驅動套筒上齒輪,9-自轉驅動桿上軸承，10-公轉驅動套筒上軸承，11-公轉驅動套筒下軸承，12-自轉驅動桿上氣動旋轉接頭，13-公轉驅動套筒，14-自轉驅動桿，15-固定架，16-自轉驅動桿下軸承，17-公轉箱體，18-自轉驅動桿下齒輪，19-自轉驅動桿下氣動旋轉接頭，20-自轉傳遞桿上齒輪，21-自轉傳遞桿下齒輪，22-自轉傳遞桿上軸承，23-自轉傳遞桿下軸承，24-自轉傳遞桿，25-自轉軸氣動旋轉接頭，26-自轉軸上齒輪，27-自轉軸上軸承，28-自轉軸，29-自轉軸套筒，30-自轉軸下軸承，31-鍵槽，32氣缸，33-球頭，34-拋光盤，35-偏心調節(jié)座，36-自轉軸固定塊，37-外殼，38-轉接板,39-偏心調節(jié)槽,40-自轉軸固定塊固定螺孔,41-自轉傳遞桿固定螺孔,42-自轉傳遞桿下軸承孔，43-偏心調節(jié)座固定螺紋孔，44-偏心微調孔，45-銷子，46拋光盤銷子孔，47球頭座。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式
做進一步詳細說明。如圖I所示，為本發(fā)明的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置的剖面結構示意圖，包括1-自轉電機，2-公轉電機，3-自轉減速機，4-公轉減速機，5-自轉齒輪，6-公轉齒輪，7-自轉驅動桿上齒輪，8-公轉驅動套筒上齒輪，9-自轉驅動桿上軸承，10-公轉驅動套筒上軸承，11-公轉驅動套筒下軸承，12-自轉驅動桿上氣動旋轉接頭，13-公轉驅動套筒，14-自轉驅動桿，15-固定架，16-自轉驅動桿下軸承，17-公轉箱體，18-自轉驅動桿下齒輪，19-自轉驅動桿下氣動旋轉接頭，20-自轉傳遞桿上齒輪，21-自轉傳遞桿下齒輪，22-自轉傳遞桿上軸承，23-自轉傳遞桿下軸承，24-自轉傳遞桿，25-自轉軸氣動旋轉接頭，26-自轉軸上齒輪，27-自轉軸上軸承，28-自轉軸，29-自轉軸套筒，30-自轉軸下軸承，31-鍵槽，32-氣缸，33-球頭，34-拋光盤，35-偏心調節(jié)座，36-自轉軸固定塊。其中，自轉電機I連接有自轉減速機3，固定在固定架15上；公轉電機2連接有公轉減速機4，固定在固定架15上；自轉減速機3的輸出端連接有自轉齒輪5，自轉齒輪5通過皮帶與自轉驅動桿上齒輪7相連，公轉減速機4的輸出端上連接有公轉齒輪6，公轉齒輪6通過皮帶與公轉驅動套筒上齒輪8相連；自轉驅動桿上氣動旋轉接頭12位于自轉驅動桿14的頂端，氣體從自轉驅動桿上氣動旋轉接頭12進入該裝置；自轉驅動桿14通過自轉驅動桿上軸承9和自轉驅動桿下軸承16固定在公轉驅動套筒13上，公轉驅動套筒13通過公轉驅動套筒上軸承10和公轉驅動套筒上軸承11固定在固定架15上；公轉驅動套筒13通過螺栓與公轉箱體17連接，自轉驅動桿下氣動旋轉接頭19與自轉軸氣動旋轉接頭25通過氣管相連，自轉驅動桿下齒輪18通過皮帶與自轉傳遞桿上齒輪20相連，自轉傳遞桿上齒輪20與自轉傳遞桿下齒輪21固定在自轉傳遞桿24上，自轉傳遞桿24分別通過自轉傳遞桿上軸承22和自轉傳遞桿下軸承23固定在公轉箱體17上，自轉傳遞桿下齒輪21與自轉軸上齒輪26通過皮帶相連，自轉軸28通過自轉軸上軸承27和自轉軸下軸承30固定在自轉軸套筒29上，自轉軸套筒29固定在自轉軸固定塊36上，自轉軸固定塊36固定在偏心調節(jié)座35上。偏心調節(jié)座35通過螺栓固定在公轉箱體17上，鍵槽31位于自轉軸28末端，并與氣缸32通過不銹鋼鍵相連，球頭33位于氣缸下端，二者連為一體，球頭沉入拋光盤34的球頭座47中。如圖2所示，為本發(fā)明的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置的側視圖，外殼37固定在固定架15上，轉接板38 —端與固定架15相連，另一端固定在數(shù)控機床上。如圖3所示，為本發(fā)明的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置的偏心調節(jié)座部分結構圖，自轉軸固定塊固定螺孔40用于固定自轉軸固定塊36，自轉傳遞桿固定螺孔41固定自轉傳遞桿24。自轉傳遞桿下軸承孔42用于固定自轉傳遞桿下軸承23。偏心調節(jié)座固定螺紋孔43用于將該部分固定于公轉箱體17上。如圖4所示，為本發(fā)明的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置的自轉軸固定塊結構圖，螺栓穿過偏心微調孔44將自轉軸固定塊固定在自轉軸固定塊固定螺孔40上。如圖5所示，為本發(fā)明的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置的氣缸、球頭部分結構圖，銷子45穿過球頭33，穿進拋光盤銷子孔46中，帶動拋光盤34旋轉。如圖6所示，為本發(fā)明的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置的拋光盤剖面圖，銷子45兩端穿進拋光盤銷子孔46中，通過球頭33帶動拋光盤34旋轉，使拋光盤產生自轉運動。
權利要求
1.一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置，包括自轉電機、公轉電機、自轉減速機、公轉減速機、自轉齒輪、公轉齒輪、自轉驅動桿上齒輪、公轉驅動套筒上齒輪、自轉驅動桿上軸承、公轉驅動套筒上軸承、公轉驅動套筒下軸承、自轉驅動桿上氣動旋轉接頭、公轉驅動套筒、自轉驅動桿、固定架、自轉驅動桿下軸承、公轉箱體、自轉驅動桿下齒輪、自轉驅動桿下氣動旋轉接頭、自轉傳遞桿上齒輪、自轉傳遞桿下齒輪、自轉傳遞桿上軸承、自轉傳遞桿下軸承、自轉傳遞桿、自轉軸氣動旋轉接頭、自轉軸上齒輪、自轉軸上軸承、自轉軸、自轉軸套筒、自轉軸下軸承、鍵槽、氣缸、球頭、拋光盤、偏心調節(jié)座、自轉軸固定塊、夕卜殼、轉接板、銷子。
上述組成部分的連接關系為 公轉電機、自轉電機分別連接減速比為5:1的公轉減速機和自轉減速機，公轉減速機和自轉減速機分別固定在固定架上；自轉減速機末端連接自轉齒輪，自轉齒輪通過皮帶與自轉驅動桿上齒輪連接，自轉驅動桿上齒輪固定在在自轉驅動桿上；公轉減速機末端連接公轉齒輪，公轉齒輪通過皮帶與公轉驅動套筒上齒輪連接，公轉驅動套筒上齒輪固定在公 轉驅動套筒上；自轉驅動桿兩端分別通過自轉驅動桿上、下軸承固定在公轉驅動套筒上，公轉驅動套筒兩端分別通過公轉驅動套筒上、下軸承固定在固定架上；自轉驅動桿上旋轉接頭固定在自轉驅動桿頂端，外界氣泵傳出的氣體，通過該旋轉接頭傳入中空的自轉驅動桿；公轉驅動套筒過螺栓與公轉箱體連接；自轉驅動桿下齒輪通過皮帶與自轉傳遞桿上齒輪相連，自轉傳遞桿上、下齒輪都固定在自轉傳遞桿上，自轉傳遞桿兩端通過自轉傳遞桿上、下軸承固定在公轉箱體上；自轉傳遞桿下齒輪與自轉軸上齒輪通過皮帶連接；自轉驅動桿下氣動旋轉接頭固定在自轉驅動桿下端，并通過氣管與自轉軸上氣動旋轉接頭連接，自轉軸上氣動旋轉接頭固定在自轉軸的頂端；自轉軸套筒通過自轉軸固定塊固定在偏心調節(jié)座上，偏心調節(jié)座固定在公轉箱體上，跟隨公轉箱體一起轉動，從而帶動自轉軸做公轉運動；自轉軸通過自轉軸上、下軸承固定在自轉軸套筒上，自轉軸的下端通過鍵槽帶動氣缸、球頭轉動；氣缸內部通過密封圈進行了密封，保證氣體不會泄露；球頭通過銷子與拋光盤相連，球頭的轉動帶動拋光盤產生自轉運動。 本發(fā)明所述的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置的工作過程如下 加工過程中，通過精密數(shù)控機床將該拋光裝置移動到工件上待加工點的位置，開啟氣泵，氣體通過自轉驅動桿上旋轉接頭進入該裝置，依次通過中空的自轉驅動桿、自轉驅動桿下旋轉接頭、氣管、自轉軸上旋轉接頭、中空的自轉軸，最后進入氣缸，實現(xiàn)對拋光盤的穩(wěn)定施壓。自轉電機利用皮帶和齒輪的傳遞，依次帶動自轉驅動桿、自轉傳遞桿、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；公轉電機通過皮帶帶動公轉驅動套筒轉動，進而帶動公轉箱體轉動，自轉軸跟隨公轉箱體轉動，使拋光盤產生公轉運動；拋光盤在工件上做公、自轉的行星式運動，通過調節(jié)偏心量和公自傳速度比，獲得類高斯型的去除函數(shù)。
2.根據權利要求I所述的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置，其特征在于所述的自轉運動由自轉電機產生，經過皮帶和齒輪的傳動，依次帶動自轉驅動桿、自轉傳遞桿、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。
3.根據權利要求I所述的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置，其特征在于所述的公轉箱體采用環(huán)形偏心調節(jié)結構，能夠實現(xiàn)偏心量在較大范圍內的連續(xù)調節(jié)，適用于大口徑光學表面的加工。
4.根據權利要求I所述的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置，其特征在于所述的公自轉結構，通過減速機和各級齒輪實現(xiàn)減速，產生大于伺服電機5倍以上的扭矩，適用于大口徑光學表面的加工。
5.根據權利要求I所述的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置，其特征在于所述的公轉箱體代替了以往的大口徑軸承，使結構更加緊湊、合理。
6.根據權利要求I所述的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置，其特征在于自轉軸不僅帶動拋光盤產生自轉運動，并且作為氣缸的活塞推桿使用。
7.根據權利要求I所述的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置，其特征在于所述的氣壓施加方式為氣體依次通過氣動旋轉接頭、自轉驅動桿、自轉軸，最后傳到氣缸，實現(xiàn)對拋光盤施加壓力。
8.根據權利要求I所述的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置，其特征在于所述的軸、齒輪、桿、套筒、軸承、支架、外殼都由高強度的材料制成。
全文摘要
本發(fā)明公開了屬于超精密光學表面加工領域的一種可調大偏心量公轉箱體式氣壓施力數(shù)控拋光裝置。包括電機、減速機、氣動旋轉接頭、固定架、齒輪、皮帶、自轉驅動桿、自轉傳遞桿、自轉軸、公轉驅動套筒、公轉箱體、自轉軸固定塊、偏心調節(jié)座、氣缸、球頭、拋光盤；工作時，通過調節(jié)自轉軸固定塊在偏心調節(jié)座上的位置，實現(xiàn)大偏心量的連續(xù)調節(jié)；氣體依次通過氣動旋轉接頭、自轉驅動桿、自轉軸傳到氣缸，最終對拋光盤施加壓力，通過定量的改變氣壓來調節(jié)作用在拋光盤上的壓力，實現(xiàn)對光學元件的確定性加工。本發(fā)明適用于大口徑光學元件的超精密表面加工。
文檔編號B24B39/06GK102922420SQ20121043594
公開日2013年2月13日 申請日期2012年11月5日 優(yōu)先權日2012年11月5日
發(fā)明者程灝波, 董志超 申請人:北京理工大學