大口徑非球面機器人行星拋光裝置制造方法
【專利摘要】本發明公開了一種大口徑非球面機器人行星拋光裝置，包括公轉傳動機構、自轉傳動機構、拋光軸組件和平衡配重偏心調節裝置；該拋光行星裝置的自轉與公轉采用兩臺伺服電機分別驅動，公轉傳動機構實現行星運動的公轉平轉動；平衡配重偏心調節裝置是偏心調節與同步質心平衡機構，實現配重塊可隨偏心距反向同步變化；自轉傳動機構采用二級帶傳動，使自轉電機固定，在不參與平轉動的前提下實現自轉運動的傳遞；拋光軸組件采用低摩擦氣缸氣缸和母旋轉式滾珠花鍵軸的中空組合連接，使缸及活塞均不參與自轉運動；利用中空結構實現動、靜壓拋光工藝；通過降低摩擦實現比例閥對拋光盤壓力的精確控制。
【專利說明】大口徑非球面機器人行星拋光裝置
【技術領域】
[0001 ] 本發明屬于光學加工制造領域，是一種應用于機器人拋光的末端裝置，該裝置適用于大口徑非球面元件的精密拋光。
【背景技術】
[0002]在現代光學系統的實際應用中需要大量非球面光學元件，特別是具備大口徑和高精度特點的元件，而光學制造產業還不具備足夠的產能來滿足需求。計算機控制表面成形技術與傳統光學加工技術相比，可以大大提高加工效率，是解決這一問題的重要方法，因而成為了非球面光學元件制造加工的主要技術支持。小磨頭拋光技術是應用最廣泛的CCOS (計算機控制光學表面成型)技術，其拋光精度高，但缺點是拋光效率低。因此改善拋光工具，對于拋光技術是至關重要的關鍵環節。拋光裝置通常需要實現的功能包括以下三項:行星運動，偏心調節，可控壓力的恒定加壓。其中行星運動是基本形式，通過拋光盤與光學元件之間的高速旋轉來實現拋光，而去除函數中心去除量最大化則需要實現公轉運動，同時具備調節公轉與自轉轉速比的能力，以應對不同的加工需求；恒定加壓是前提條件，根據去除函數數學模型建立的條件，需要維持施加在拋光盤上壓力的恒定，來保證去除函數的準確，進而獲得確定性的材料去除量；偏心調節是必要補充，當加工的工件或者工藝需要改變時，拋光盤的尺寸有可能發生變化，而偏心距也需要隨之進行調整。用于大口徑非球面機器人行星拋光裝置其主要構成有行星裝置、偏心平衡調節裝置和氣動加壓裝置。現有的拋光裝置主要存在由于自身結構造成的轉速較低、偏心距受到離心力的影響而調節范圍受限、壓力控制精度不足、加工效率低等問題。
【發明內容】
[0003]本發明為解決公知技術中存在的技術問題而提供一種大口徑非球面機器人行星拋光裝置，該裝置能夠大幅提高拋光效率和拋光質量。
[0004]本發明為解決公知技術中存在的技術問題所采取的技術方案是:一種大口徑非球面機器人行星拋光裝置，包括公轉傳動機構、自轉傳動機構、拋光軸組件，該行星拋光裝置還包括平衡配重偏心調節裝置；
[0005]所述拋光軸組件包括低摩擦氣缸和母旋轉式滾珠花鍵，所述母旋轉式滾珠花鍵設有花鍵軸和與其滑動連接的花鍵母，所述低摩擦氣缸的活塞桿通過一個過渡接頭和一個旋轉接頭與所述花鍵軸連接，所述花鍵軸作為拋光軸使用，所述過渡接頭固接在所述低摩擦氣缸的活塞桿下端，所述旋轉接頭轉動連接在所述過渡接頭的下端，所述花鍵軸上固接有帶輪，所述花鍵母固定在支撐板上；
[0006]所述公轉傳動機構包括殼體，在所述殼體上固裝有公轉減速器，在所述公轉減速器上固裝有公轉電機，所述公轉電機驅動所述公轉減速器，在所述公轉減速器的輸出軸上安裝有驅動法蘭，所述驅動法蘭固定在燕尾槽上，在所述燕尾槽的下面設有與其滑動連接的燕尾塊，在所述燕尾塊的下表面上固定有下法蘭，所述下法蘭通過軸承驅動所述支撐板運動，所述支撐板固定在二維交叉滾動導軌上；所述二維交叉滾動導軌包括與所述支撐板固接的縱向導軌及其滑塊和與所述殼體固接的橫向導軌及其滑塊；
[0007]所述二維交叉滾動導軌包括與所述支撐板固接的縱向導軌、縱向滑塊、與所述縱向滑塊固接的橫向滑塊和與所述殼體固接的橫向導軌；
[0008]所述自轉傳動機構包括固定在所述殼體上的自轉電機，所述自轉電機通過二級帶傳動機構與所述帶輪連接；
[0009]所述平衡配重偏心調節裝置包括調節絲杠，所述調節絲杠設有左螺紋段和右螺紋段，所述燕尾槽通過調節螺母連接在所述左螺紋段上，所述調節螺母固定在所述燕尾槽上，所述配重塊通過螺紋連接在所述右螺紋段上，所述右螺紋段上的螺距是所述左螺紋段上螺距的兩倍；所述調節絲杠與所述燕尾塊軸向固定周向轉動連接，所述配重塊和所述下法蘭分設在所述公轉電機的軸線兩側；所述調節絲杠與旋柄通過齒槽結構連接，所述旋柄連接在殼體上，在所述旋柄的外端設有旋鈕，在所述旋鈕和所述殼體之間夾壓有復位彈簧。
[0010]所述低摩擦氣缸的活塞桿、所述過渡接頭、所述旋轉接頭和所述花鍵軸均設有相互貫通的中空結構，相互貫通的所述中空結構形成拋光液注入通道。
[0011]本發明具有的優點和積極效果是:將拋光裝置上質量最大的單體部件-自轉電機固定于殼體，不再參與公轉運動，因此可減小用于抵消自傳電機質量的配重，從而減小整體裝置的重量和尺寸，使之更適合機器人拋光方式；通過可調配重塊以及采用滾動導軌等結構創新，改善其平衡性能，大大降低拋光軸離心力給拋光裝置帶來的影響，實現降低橫向激振的功能，一方面可以實現對拋光盤的精確控制，另一方面大大提高了可使用的轉速和偏心距的參數范圍:自轉轉速達到了原有參數的3倍，偏心距達到了原有參數的2倍，以達到提高加工效率的目的；中空式拋光軸組件使拋光液可由拋光盤中心注入，因此拋光裝置不僅可實現靜壓拋光，而且可實現動壓拋光，大大提高拋光效率。拋光軸組件采用低摩擦氣缸(亦稱“無摩擦”氣缸)和母旋轉式滾珠花鍵亦可提高對拋光盤壓力的控制精度。綜上所述，本發明提高了轉速、壓力和偏心距等性能指標，使整機性能明顯高于現有拋光裝置。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0012]圖1為本發明的外觀圖；
[0013]圖2為本發明在公轉傳動機構處的剖視圖；
[0014]圖3為本發明的俯視圖；
[0015]圖4為本發明的平衡配重偏心調節裝置結構示意圖；
[0016]圖5為本發明的拋光軸組件結構示意圖；
[0017]圖6為本發明的燕尾槽結構示意圖；
[0018]圖7為本發明的燕尾塊結構示意圖。
[0019]圖中:1、公轉電機；2、公轉減速器；3、殼體；4、自轉電機；5、帶輪；6、低摩擦氣缸；
7、二級帶傳動機構；8、支撐板；9、花鍵軸；10、驅動法蘭；11、燕尾槽；12、燕尾塊；13、下法蘭；14、配重塊；15、旋鈕；16、二維交叉滾動導軌；17、花鍵母；18、調節絲杠；19、調節螺母；20、過渡接頭；21、旋轉接頭。
【具體實施方式】
[0020]為能進一步了解本發明的
【發明內容】
、特點及功效，茲例舉以下實施例，并配合附圖詳細說明如下:
[0021]請參閱圖1?圖7，一種大口徑非球面機器人行星拋光裝置，包括公轉傳動機構、自轉傳動機構、拋光軸組件和平衡配重偏心調節裝置。
[0022]所述拋光軸組件包括低摩擦氣缸6和母旋轉式滾珠花鍵，所述母旋轉式滾珠花鍵設有花鍵軸9和與其滑動連接的花鍵母17，所述低摩擦氣缸6的活塞桿通過一個過渡接頭20和一個旋轉接頭21與所述花鍵軸9連接，所述花鍵軸9作為拋光軸使用，所述過渡接頭20固接在所述低摩擦氣缸6的活塞桿下端，所述旋轉接頭21轉動連接在所述過渡接頭20的下端，所述花鍵軸9上固接有帶輪5，所述花鍵母17固定在支撐板8上；在花鍵軸9的下端安裝拋光工具。控制低摩擦氣缸6的輸出壓力能夠實現對拋光盤壓力的精確控制。
[0023]從上至下依次連接的所述低摩擦氣缸6的活塞桿、過渡接頭20、旋轉接頭21和花鍵軸9均設有相互貫通的中空結構，所有所述中空結構形成拋光液注入通道，因此拋光液可通過該拋光液注入通道注入拋光盤，以實現動壓拋光。
[0024]在上述結構中，低摩擦氣缸6及其活塞均不參與自轉運動；可利用中空結構實現動壓拋光工藝。
[0025]所述公轉傳動機構包括殼體3，公轉減速器2固裝在所述殼體3上，公轉電機I固裝在公轉減速器2上，公轉電機I驅動公轉減速器2，在公轉減速器2的輸出軸上安裝有驅動法蘭10，驅動法蘭10固定在燕尾槽11上，在燕尾槽11內設有與其滑動連接的燕尾塊12，在燕尾塊12的下表面上固定有下法蘭13，下法蘭13通過軸承驅動支撐板8運動，支撐板8固定在二維交叉滾動導軌16上；請參見圖2，所述二維交叉滾動導軌16包括與所述支撐板8固接的縱向導軌及其滑塊和與所述殼體3固接的橫向導軌及其滑塊。
[0026]以公轉電機I驅動行星運動的公轉運動，以互相垂直的二維交叉滾動導軌16對做公轉旋轉的部件位姿形成約束，將轉動轉化為平轉動。
[0027]自轉傳動機構包括固定在所述殼體3上的自轉電機4，所述自轉電機4通過二級帶傳動機構7與所述帶輪5連接。使自轉電機4在不參與公轉的前提下實現自轉運動的傳遞。
[0028]當驅動法蘭10和下法蘭13同軸時，由于沒有偏心，此時拋光軸僅做自轉運動。為了適應不同的加工需求，實現偏心距可以調節，需要設置平衡配重偏心調節裝置。
[0029]所述平衡配重偏心調節裝置:包括調節絲杠18，所述調節絲杠18設有左螺紋段和右螺紋段，所述燕尾槽11通過調節螺母19連接在左螺紋段上，調節螺母19固定在燕尾槽11上，所述配重塊14通過螺紋連接在右螺紋段上，所述右螺紋段上的螺距是所述左螺紋段上螺距的兩倍；所述調節絲杠19與燕尾塊12軸向固定周向轉動連接，所述配重塊14和所述下法蘭13分設在公轉電機I的軸線兩側。調節絲杠19與旋柄通過齒槽結構連接，旋柄連接在殼體上，在所述旋柄的外端設有旋鈕15，在所述旋鈕15和所述殼體之間夾壓有復位彈黃。
[0030]該平衡配重偏心調節裝置是偏心調節與同步質心平衡機構。使用時，旋轉旋柄，調節絲杠19帶動燕尾塊12和配重塊14反向同步移動，即可實現對偏心距的調整和配重塊隨偏心距的反向同步變化。
[0031]上述行星拋光裝置特點是:自轉電機4固定在殼體3上，通過二級帶傳動機構7，將自轉傳遞給拋光軸9，實現拋光軸行星運動的自轉；公轉電機I通過平衡配重偏心調節裝置和二維交叉滾動導軌16實現行星運動中的公轉運動，平衡配重偏心調節裝置有益于平衡自轉機構實現平轉動時由于偏心產生的離心力，減少拋光軸做行星運動時質心偏距帶來的離心力影響。拋光軸組件采用低摩擦氣缸和母旋轉式滾珠花鍵軸，采用母旋轉式滾珠花鍵軸使拋光軸具有旋轉和豎直方向兩個自由度；選用低摩擦氣缸及滾動花鍵軸能夠減小摩擦力對拋光盤上壓力傳導的影響，使高精度比例閥的精確壓力控制得以實現，拋光軸組件的中空設計還使該拋光裝置可實現靜壓和動壓兩種拋光模式，從而大幅提高拋光效率。本發明通過帶傳動機構，實現了合理的空間布局，使裝置內單體質量最大的自轉電機不隨拋光軸做公轉運動，因此可有效降低平衡配重偏心調節裝置的重量，同時大大地減小自轉電機帶來的離心力影響，降低橫向激振。
[0032]本發明的工作原理:
[0033]公轉電機I和自轉電機4采用伺服電機，轉速在5000rpm下可做任意調整，以適應去除函數中對轉速比的不同要求，實現不同形狀的去除函數。公轉電機I經減速器2減速后，帶動燕尾槽11、燕尾塊12轉動，燕尾塊12經過偏心距離的調整后，和固定在其上的下法蘭13 —起做固定偏心距的圓周運動，此時配重塊14以相同偏心距在公轉電機I的軸線對側同樣做對向圓周運動，以降低拋光軸組件及相關零件在運動過程中產生離心力對拋光裝置的影響，減小對機器人形成的振動沖擊，提高拋光裝置控制精度和控制性能，從而實現拋光質量的提高；支撐板8的下方裝有二維交叉滾動導軌16，它在下法蘭13的驅動下做平轉動，帶動安裝其上的拋光軸組件做平轉動；當自轉電機和公轉電機同時運動時，拋光軸就形成了行星運動。需要調整偏心距時，可以控制公轉電機I回到零點位置，此時絲杠的一端對準旋鈕15的位置，通過安裝在殼體3外部調節旋鈕，根據刻度表實現偏心距的手動調整。
[0034]自轉電機4經過二級帶傳動機構7的傳動，將自轉運動傳遞給固定在支撐板8末端的拋光軸，設計上氣缸活塞不隨著滾珠花鍵轉動，從而降低氣缸密封磨損，提高使用壽命；在拋光軸組件中的運動約束均為滾動摩擦，氣缸亦采用具有間隙密封的“無摩擦”氣缸，減小摩擦因素對拋光軸施加正壓力的控制精度影響；同時在氣缸的供氣壓力控制中使用高精度的電氣比例閥，通過以上措施，從而使壓力得到有效控制，進而得到與去除函數理論基本一致的材料去除，獲得高效、高精度的拋光效果。
[0035]盡管上面結合附圖對本發明的優選實施例進行了描述，但是本發明并不局限于上述的【具體實施方式】，上述的【具體實施方式】僅僅是示意性的，并不是限制性的，本領域的普通技術人員在本發明的啟示下，在不脫離本發明宗旨和權利要求所保護的范圍情況下，還可以做出很多形式，這些均屬于本發明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種大口徑非球面機器人行星拋光裝置，包括公轉傳動機構、自轉傳動機構、拋光軸組件，其特征在于，該行星拋光裝置還包括平衡配重偏心調節裝置； 所述拋光軸組件包括低摩擦氣缸和母旋轉式滾珠花鍵，所述母旋轉式滾珠花鍵設有花鍵軸和與其滑動連接的花鍵母，所述低摩擦氣缸的活塞桿通過一個過渡接頭和一個旋轉接頭與所述花鍵軸連接，所述花鍵軸作為拋光軸使用，所述過渡接頭固接在所述低摩擦氣缸的活塞桿下端，所述旋轉接頭轉動連接在所述過渡接頭的下端，所述花鍵軸上固接有帶輪，所述花鍵母固定在支撐板上； 所述公轉傳動機構包括殼體，在所述殼體上固裝有公轉減速器，在所述公轉減速器上固裝有公轉電機，所述公轉電機驅動所述公轉減速器，在所述公轉減速器的輸出軸上安裝有驅動法蘭，所述驅動法蘭固定在燕尾槽上，在所述燕尾槽的下面設有與其滑動連接的燕尾塊，在所述燕尾塊的下表面上固定有下法蘭，所述下法蘭通過軸承驅動所述支撐板運動，所述支撐板固定在二維交叉滾動導軌上；所述二維交叉滾動導軌包括與所述支撐板固接的縱向導軌及其滑塊和與所述殼體固接的橫向導軌及其滑塊； 所述自轉傳動機構包括固定在所述殼體上的自轉電機，所述自轉電機通過二級帶傳動機構與所述帶輪連接； 所述平衡配重偏心調節裝置包括調節絲杠，所述調節絲杠設有左螺紋段和右螺紋段，所述燕尾槽通過調節螺母連接在所述左螺紋段上，所述調節螺母固定在所述燕尾槽上，所述配重塊通過螺紋連接在所述右螺紋段上，所述右螺紋段上的螺距是所述左螺紋段上螺距的兩倍；所述調節絲杠與所述燕尾塊軸向固定周向轉動連接，所述配重塊和所述下法蘭分設在所述公轉電機的軸線兩側；所述調節絲杠與旋柄通過齒槽結構連接，所述旋柄連接在殼體上，在所述旋柄的外端設有旋鈕，在所述旋鈕和所述殼體之間夾壓有復位彈簧。
2.根據權利要求1所述的，其特征在于，所述低摩擦氣缸的活塞桿、所述過渡接頭、所述旋轉接頭和所述花鍵軸均設有相互貫通的中空結構，相互貫通的所述中空結構形成拋光液注入通道。
【文檔編號】B24B13/00GK104290004SQ201410554563
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年10月17日 優先權日:2014年10月17日
【發明者】洪鷹, 賈云鳳, 劉猛猛, 李政 申請人:天津大學