專利名稱：一種精密氣囊拋光工具系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及拋光工具，尤其是涉及一種精密氣囊拋光工具系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
氣囊式拋光技術(shù)是由英國(guó)ZEEKO公司和英國(guó)倫敦光學(xué)實(shí)驗(yàn)室于20世紀(jì)90年代聯(lián)合提出的拋光新技術(shù)。其采用具有一定充氣壓力的球冠形氣囊作為拋光工具，不僅可以保證拋光頭與被拋光工件表面吻合性好，而且可以通過(guò)調(diào)節(jié)氣囊內(nèi)部壓力控制拋光效率和被拋光工件的表面質(zhì)量，是一種極具發(fā)展?jié)摿Φ膾伖夥椒ǎ绕溥m用于非球面和自由曲面的拋光，已被成功地應(yīng)用于EUR050大型天文望遠(yuǎn)鏡工程。氣囊拋光采用一種獨(dú)特的進(jìn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)方式，即拋光過(guò)程中，氣囊自轉(zhuǎn)軸始終與工件局部法線呈固定角度(稱進(jìn)動(dòng)角)進(jìn)行拋光。 拋光氣囊的外形為柔性的球冠，外面粘貼專用的拋光模，如聚氨酯拋光墊、拋光布等。將其裝于旋轉(zhuǎn)的工作部件上，形成封閉的腔體，腔內(nèi)充入低壓氣體，并可控制氣體的壓力。 拋光氣囊隨旋轉(zhuǎn)工作部件而旋轉(zhuǎn)，通過(guò)拋光液的作用，達(dá)到拋光玻璃表面的目的。
目前所使用的氣囊拋光工具有以下幾點(diǎn)不足
I)主軸在高速旋轉(zhuǎn)時(shí)主軸沒(méi)有保證一定的動(dòng)平衡。由于主軸在工作時(shí)轉(zhuǎn)速可達(dá) 3000r/min，一微小的不平衡都可以導(dǎo)致很大的偏心力矩，所以調(diào)節(jié)其動(dòng)平衡是很有必要的。
2)拋光接觸區(qū)的應(yīng)力無(wú)法采集。氣囊拋光屬于確定性拋光，其去除函數(shù)模型的獲取直接最終加工 后面型的精度。由于氣囊拋光時(shí)的去除函數(shù)根據(jù)普林斯頓方程，可用下式表不:Γ n dz
—=k · p · vdt ^
式中 為材料去除率，k為去除比例系數(shù)，和拋光的條件有關(guān)，如拋光墊材料，拋光at液材料等，可通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲??；V為拋光速度，可以通過(guò)運(yùn)動(dòng)模型運(yùn)算得出；P為接觸區(qū)應(yīng)力， 目前只能理論推算，但是推算結(jié)果與實(shí)際結(jié)果有一定的差距，故采用實(shí)驗(yàn)手段來(lái)獲取接觸區(qū)的應(yīng)力分布顯得尤為必要。
3)氣囊的軸向拉升變形。氣囊的軸向拉升變形將直接導(dǎo)致拋光時(shí)，氣囊的下壓量難以控制，導(dǎo)致加工難以開(kāi)展。
4)電機(jī)發(fā)熱嚴(yán)重。
中國(guó)專利CN101829945A公開(kāi)一種主輔復(fù)合式氣囊拋光工具，包括氣囊，氣體傳送軸和氣泵，氣囊包括保持架和氣囊外罩，氣囊外罩安裝于保持架；氣體傳送軸的空心段與保持架的另一端連接，氣體傳送軸的實(shí)心端與一旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接；氣體傳送軸套裝于一氣體導(dǎo)通套內(nèi)，氣體導(dǎo)通套上設(shè)有通孔，通孔與氣泵的出氣口連通，氣體導(dǎo)通套與氣體傳送軸之間密封連接；氣囊通過(guò)轉(zhuǎn)盤(pán)與氣體傳送軸連通，氣囊內(nèi)填充多個(gè)固壓子氣囊和多個(gè)可控壓子氣囊；轉(zhuǎn)盤(pán)上設(shè)有主通氣孔和副通氣孔，轉(zhuǎn)盤(pán)與調(diào)整機(jī)構(gòu)連接。該發(fā)明增加了輔助氣囊控制環(huán)節(jié)，提高了對(duì)氣囊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的可控性；氣囊內(nèi)部組合性能好，滿足多變性需求；結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單方便。中國(guó)專利CN101823228A公開(kāi)一種可主動(dòng)分配磨粒的氣囊拋光工具，包括氣囊，氣體傳送軸和氣泵，氣囊包括保持架和氣囊外罩，氣體傳送軸套裝于一氣體導(dǎo)通套內(nèi)，氣體導(dǎo)通套上設(shè)有通孔，通孔與氣泵的出氣口連通，氣體導(dǎo)通套與氣體傳送軸之間密封連接；拋光工具還包括盛裝有拋光液的注液裝置和一接液裝置；接液裝置包括固接于氣體傳送軸上的接液盤(pán)和多根輸送拋光液的輸液管，接液盤(pán)上設(shè)有環(huán)形接液槽和連通接液槽和輸液管的液流通道；接液槽對(duì)準(zhǔn)注液裝置的注液噴嘴，注液噴嘴與接液槽密封連接；氣囊外罩上均勻分布有一系列的出液孔，出液孔與輸液管的出口連通。該發(fā)明具有在拋光過(guò)程中的自動(dòng)添加拋光液、磨粒主動(dòng)分配和磨屑自動(dòng)處理的優(yōu)點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種精密氣囊拋光工具系統(tǒng)。本發(fā)明設(shè)有拋光頭、液壓脹套、動(dòng)平衡固定盤(pán)、動(dòng)平衡滑環(huán)、下端蓋、通氣孔軟管接頭、主軸箱體、擺臂、上端蓋、電機(jī)外殼、電機(jī)定子、電機(jī)動(dòng)子、螺旋水套、主軸、套筒、電機(jī)編碼器、電機(jī)罩和軸承；所述拋光頭通過(guò)液壓脹套固定于主軸的末端，主軸通過(guò)兩個(gè)軸承以及上端蓋和下端蓋定位于主軸箱體中，主軸箱體套于擺臂上，通氣孔軟管接頭穿過(guò)擺臂通過(guò)螺紋連接與主軸箱體連通；動(dòng)平衡固定盤(pán)固定于擺臂底部，動(dòng)平衡滑環(huán)固定在主軸端部的軸肩上，電機(jī)動(dòng)子固定于主軸上，螺旋水套固定于電機(jī)定子上并置于電機(jī)動(dòng)子外部；電機(jī)編碼器固定于主軸頂端，套筒套于螺旋水套上部，電機(jī)罩壓緊套筒并固定于電機(jī)外殼上；所述拋光頭設(shè)有軸端連接頭、氣囊、彈性套、鎖緊套和傳感器，氣囊套于軸端連接頭上，彈性套套于氣囊上，傳感器貼于氣囊內(nèi)壁，傳感器的陣列分布視氣囊的大小及具體情況而變化。所述主軸通過(guò)兩個(gè)軸承以及上端蓋和下端蓋定位于主軸箱體中并用密封氈圈密封。所述主軸箱體套于擺臂上并通過(guò)螺釘鎖緊。所述動(dòng)平衡滑環(huán)通過(guò)螺釘固定在主軸的端部的軸肩上。所述螺旋水套固定于電機(jī)定子上并置于電機(jī)動(dòng)子外部并通過(guò)電機(jī)外殼定位。所述電機(jī)罩壓緊套筒并通過(guò)螺釘固定于電機(jī)外殼上。所述彈性套套于氣囊上并通過(guò)旋緊鎖緊套從徑向和軸向固定住氣囊。所述傳感器可采用壓電式雙向傳感器。本發(fā)明具有如下突出特點(diǎn)1.配置滑環(huán)式動(dòng)平衡控制系統(tǒng)，解決了主軸的動(dòng)平衡問(wèn)題。2.能夠準(zhǔn)確的提取拋光接觸區(qū)的壓力分布，并通過(guò)配套的控制顯示系統(tǒng)顯示其壓力分布云圖，而且可以通過(guò)控制系統(tǒng)更改傳感器的輸入電壓，使其發(fā)生形變，解決氣囊下壓過(guò)程中出現(xiàn)內(nèi)凹的問(wèn)題。3.使用獨(dú)特的氣囊鎖緊技術(shù)，不僅使氣囊裝拆方便，而且可以抑制氣囊的軸向拉升變形，從而提高拋光后的工件的面型精度。4.解決了主軸電機(jī)的散熱問(wèn)題，避免了由于電機(jī)溫升過(guò)高影響其正常工作。


圖I為本發(fā)明實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明實(shí)施例中拋光頭的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中壓電式雙向傳感器在氣囊中的分布示意圖。
圖4為本發(fā)明實(shí)施例中彈性套的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5為本發(fā)明實(shí)施例中彈性套的工作原理示意圖。
以下給出圖I 5中的各主要部件的標(biāo)記
I-拋光頭，1-1-軸端連接頭，1-2-氣囊，1-3-彈性套，14-鎖緊套，1-5-壓電式雙向傳感器；2-液壓脹套，3-動(dòng)平衡固定盤(pán)，4-動(dòng)平衡滑環(huán)，5-下端蓋，6-通氣孔軟管接頭，7-箱體，8-擺臂，9-上端蓋，10-密封氈圈，11-電機(jī)外殼，12-電機(jī)定子，13-電機(jī)動(dòng)子， 14-螺旋水套，15-主軸，16-套筒，17-電機(jī)編碼器，18-電機(jī)罩，19-軸承。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是通過(guò)滑環(huán)式動(dòng)平衡儀配套的控制系統(tǒng)控制滑環(huán)內(nèi)部?jī)蓚€(gè)獨(dú)立的平衡轉(zhuǎn)子的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸的動(dòng)平衡。外部的恒溫水通過(guò)電機(jī)外殼上的進(jìn)水口進(jìn)入螺旋水套，水經(jīng)過(guò)螺旋水套中的螺旋式通道實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)定子的冷卻效果，并從電機(jī)外殼上的出水口流出。當(dāng)拋光頭拋光工件時(shí)，拋光頭內(nèi)部的壓電式雙向傳感器可以傳出電壓信號(hào)，并通過(guò)外部的控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為壓力信號(hào)并顯示和輸出壓力數(shù)據(jù)。由于氣囊在下壓過(guò)程中，隨著下壓量的增加，會(huì)出現(xiàn)內(nèi)凹現(xiàn)象，不利于加工，此時(shí)可以利用輸出的壓力信號(hào)，判斷內(nèi)凹的位置，通過(guò)改變?cè)摬课坏膲弘娛诫p向傳感器的輸入電壓，使其發(fā)生形變，抵制氣囊的內(nèi)凹，從而使接觸區(qū)的壓力保持類高斯的分布。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步闡述。
如圖I 5所示，本發(fā)明實(shí)施例的主要結(jié)構(gòu)由拋光頭I、液壓脹套2、動(dòng)平衡固定盤(pán) 3、動(dòng)平衡滑環(huán)4、下端蓋5、通氣孔軟管接頭6、主軸箱體7、擺臂8、上端蓋9、密封氈圈10、電機(jī)外殼11、電機(jī)定子12、電機(jī)動(dòng)子13、螺旋水套14、主軸15、套筒16、電機(jī)編碼器17、電機(jī)罩18和軸承19組成。拋光頭I通過(guò)液壓脹套2固定于主軸15的末端，主軸15通過(guò)兩個(gè)軸承19以及上下端蓋5、9定位于主軸箱體7中并用密封氈圈10密封，主軸箱體7套于擺臂8上，通過(guò)螺釘鎖緊，通氣孔軟管接頭6穿過(guò)擺臂8通過(guò)螺紋連接與主軸箱體7連通。動(dòng)平衡固定盤(pán)3固定于擺臂8底部，動(dòng)平衡滑環(huán)4通過(guò)螺釘固定在主軸15的端部的軸肩上， 電機(jī)動(dòng)子13固定于主軸15上,螺旋水套14固定于電機(jī)定子12上置于電機(jī)動(dòng)子13外部通過(guò)電機(jī)外殼11定位，電機(jī)編碼器17固定于主軸15頂端,套筒16套于螺旋水套14上部，電機(jī)罩18壓緊套筒16并通過(guò)螺釘固定于電機(jī)外殼11上。
圖2為拋光頭放大后的示意圖，拋光頭I包括軸端連接頭1-1，氣囊1-2，彈性套 1-3，鎖緊套1-4，壓電式雙向傳感器1-5。氣囊1-2套于軸端連接頭1-1上，彈性套1_3套于氣囊1-2上，鎖緊套1-4和軸端連接頭1-1之間通過(guò)螺紋連接，通過(guò)旋緊鎖緊套1-4從徑向和軸向固定住氣囊1-2，壓電式雙向傳感器1-5貼于氣囊1-2內(nèi)壁。
圖3為壓電式雙向傳感器1-5在氣囊1-2內(nèi)的陣列分布不意圖。由于拋光時(shí)的進(jìn)動(dòng)角大多介于O 30度之間，故對(duì)于壓電式雙向傳感器1-5的分布如圖2和圖3所不,呈環(huán)形分布，且每一環(huán)間隔相等的角度數(shù)。而且在實(shí)際加工中多采用20度值左右的進(jìn)動(dòng)角， 故壓電式雙向傳感器的分布呈中間密兩邊疏的規(guī)律，便于準(zhǔn)確提取壓力分布。對(duì)于實(shí)際情況，可根據(jù)氣囊1-2的大小及加工時(shí)常采用的進(jìn)動(dòng)角而調(diào)整壓電式雙向傳感器1-5的分布。壓電式雙向傳感器1-5有相應(yīng)的控制系統(tǒng)剛和顯示系統(tǒng)及軟件，可用于壓力分布的顯示輸出，以及逆向控制壓電式雙向傳感器1-5的變形，用于克服氣囊1-2下壓過(guò)程中的內(nèi)凹問(wèn)題。圖4為彈性套1-3的示意圖，其呈環(huán)形倒錐式，由塑料或較軟的金屬材料制成。具有對(duì)稱分布的切槽，以使其易于發(fā)生徑向的收縮。如圖5所示，通過(guò)旋緊鎖緊套1-4，向彈性套1-3錐面提供壓力，該壓力分解后，分別作用與氣囊1-2的軸向A和徑向B，從而一方面固定住氣囊1-2，又能防止其軸向的拉升變形。在圖5中，標(biāo)記P為鎖緊套施加力。工作時(shí)，主軸15高速旋轉(zhuǎn)，通過(guò)滑環(huán)式動(dòng)平衡儀(3、4)配套的控制系統(tǒng)控制動(dòng)平衡滑環(huán)4內(nèi)部?jī)蓚€(gè)獨(dú)立的平衡轉(zhuǎn)子的移動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)主軸15的動(dòng)平衡。外部的恒溫水通過(guò)電機(jī)外殼11上的進(jìn)水口進(jìn)入螺旋水套14，水經(jīng)過(guò)螺旋水套14中的螺旋式通道實(shí)現(xiàn)對(duì)電機(jī)定子12的冷卻效果，并從電機(jī)外殼11上的出水口流出。當(dāng)拋光頭I拋光工件時(shí)，拋光頭I內(nèi)部的壓電式雙向傳感器1-5可以傳出電壓信號(hào)，并通過(guò)外部的控制系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為壓力信號(hào)并顯示和輸出壓力數(shù)據(jù)。由于氣囊1-2在下壓過(guò)程中，隨著下壓量的增加，會(huì)出現(xiàn)內(nèi)凹現(xiàn)象，不利于加工，此時(shí)可以利用輸出的壓力信號(hào)，判斷內(nèi)凹的位置，通過(guò)改變?cè)摬课坏膲弘娛诫p向傳感器1-5的輸入電壓，使其發(fā)生形變，抵制氣囊的內(nèi)凹，從而使接觸區(qū)的壓力保持類高斯的分布。
權(quán)利要求
1.一種精密氣囊拋光工具系統(tǒng)，其特征在于設(shè)有拋光頭、液壓脹套、動(dòng)平衡固定盤(pán)、動(dòng)平衡滑環(huán)、下端蓋、通氣孔軟管接頭、主軸箱體、擺臂、上端蓋、電機(jī)外殼、電機(jī)定子、電機(jī)動(dòng)子、螺旋水套、主軸、套筒、電機(jī)編碼器、電機(jī)罩和軸承；所述拋光頭通過(guò)液壓脹套固定于主軸的末端，主軸通過(guò)兩個(gè)軸承以及上端蓋和下端蓋定位于主軸箱體中，主軸箱體套于擺臂上，通氣孔軟管接頭穿過(guò)擺臂通過(guò)螺紋連接與主軸箱體連通；動(dòng)平衡固定盤(pán)固定于擺臂底部，動(dòng)平衡滑環(huán)固定在主軸端部的軸肩上，電機(jī)動(dòng)子固定于主軸上，螺旋水套固定于電機(jī)定子上并置于電機(jī)動(dòng)子外部；電機(jī)編碼器固定于主軸頂端，套筒套于螺旋水套上部，電機(jī)罩壓緊套筒并固定于電機(jī)外殼上；所述拋光頭設(shè)有軸端連接頭、氣囊、彈性套、鎖緊套和傳感器，氣囊套于軸端連接頭上，彈性套套于氣囊上，傳感器貼于氣囊內(nèi)壁。
2.如權(quán)利要求I所述的一種精密氣囊拋光工具系統(tǒng)，其特征在于所述主軸通過(guò)兩個(gè)軸承以及上端蓋和下端蓋定位于主軸箱體中并用密封氈圈密封。
3.如權(quán)利要求I所述的一種精密氣囊拋光工具系統(tǒng)，其特征在于所述主軸箱體套于擺臂上并通過(guò)螺釘鎖緊。
4.如權(quán)利要求I所述的一種精密氣囊拋光工具系統(tǒng)，其特征在于所述動(dòng)平衡滑環(huán)通過(guò)螺釘固定在主軸的端部的軸肩上。
5.如權(quán)利要求I所述的一種精密氣囊拋光工具系統(tǒng)，其特征在于所述螺旋水套固定于電機(jī)定子上并置于電機(jī)動(dòng)子外部并通過(guò)電機(jī)外殼定位。
6.如權(quán)利要求I所述的一種精密氣囊拋光工具系統(tǒng)，其特征在于所述電機(jī)罩壓緊套筒并通過(guò)螺釘固定于電機(jī)外殼上。
7.如權(quán)利要求I所述的一種精密氣囊拋光工具系統(tǒng)，其特征在于所述彈性套套于氣囊上并通過(guò)旋緊鎖緊套從徑向和軸向固定住氣囊。
8.如權(quán)利要求I所述的一種精密氣囊拋光工具系統(tǒng)，其特征在于所述傳感器采用壓電式雙向傳感器。
全文摘要
一種精密氣囊拋光工具系統(tǒng)，涉及拋光工具。設(shè)有拋光頭、液壓脹套、動(dòng)平衡固定盤(pán)、動(dòng)平衡滑環(huán)、下端蓋、通氣孔軟管接頭、主軸箱體、擺臂、上端蓋、電機(jī)、螺旋水套、主軸、套筒、電機(jī)編碼器、電機(jī)罩和軸承；拋光頭固定于主軸末端，主軸經(jīng)軸承和上下端蓋定位于主軸箱體中，主軸箱體套于擺臂上，通氣孔軟管接頭穿過(guò)擺臂與主軸箱體連通；動(dòng)平衡固定盤(pán)固定于擺臂底部，動(dòng)平衡滑環(huán)固定在主軸端部的軸肩上，電機(jī)動(dòng)子固定于主軸上，螺旋水套固定于電機(jī)定子上并置于電機(jī)動(dòng)子外部；電機(jī)編碼器固定于主軸頂端，套筒套于螺旋水套上部，電機(jī)罩壓緊套筒并固定于電機(jī)外殼上；拋光頭的氣囊套于軸端連接頭上，彈性套套于氣囊上，傳感器貼于氣囊內(nèi)壁。
文檔編號(hào)B24B29/00GK102975106SQ201210568640
公開(kāi)日2013年3月20日 申請(qǐng)日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者郭隱彪, 王春錦, 王振忠, 潘日, 吳沿鵬 申請(qǐng)人:廈門(mén)大學(xué)