专利名称：一种精密气囊抛光工具系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及抛光工具，尤其是涉及一种精密气囊抛光工具系统。
背景技术：
气囊式抛光技术是由英国ZEEKO公司和英国伦敦光学实验室于20世纪90年代联合提出的抛光新技术。其采用具有一定充气压力的球冠形气囊作为抛光工具，不仅可以保证抛光头与被抛光工件表面吻合性好，而且可以通过调节气囊内部压力控制抛光效率和被抛光工件的表面质量，是一种极具发展潜力的抛光方法，尤其适用于非球面和自由曲面的抛光，已被成功地应用于EUR050大型天文望远镜工程。气囊抛光采用一种独特的进动运动方式，即抛光过程中，气囊自转轴始终与工件局部法线呈固定角度(称进动角)进行抛光。 抛光气囊的外形为柔性的球冠，外面粘贴专用的抛光模，如聚氨酯抛光垫、抛光布等。将其装于旋转的工作部件上，形成封闭的腔体，腔内充入低压气体，并可控制气体的压力。 抛光气囊随旋转工作部件而旋转，通过抛光液的作用，达到抛光玻璃表面的目的。
目前所使用的气囊抛光工具有以下几点不足
I)主轴在高速旋转时主轴没有保证一定的动平衡。由于主轴在工作时转速可达 3000r/min，一微小的不平衡都可以导致很大的偏心力矩，所以调节其动平衡是很有必要的。
2)抛光接触区的应力无法采集。气囊抛光属于确定性抛光，其去除函数模型的获取直接最终加工 后面型的精度。由于气囊抛光时的去除函数根据普林斯顿方程，可用下式表不:Γ n dz
—=k · p · vdt ^
式中 为材料去除率，k为去除比例系数，和抛光的条件有关，如抛光垫材料，抛光at液材料等，可通过实验获取；V为抛光速度，可以通过运动模型运算得出；P为接触区应力， 目前只能理论推算，但是推算结果与实际结果有一定的差距，故采用实验手段来获取接触区的应力分布显得尤为必要。
3)气囊的轴向拉升变形。气囊的轴向拉升变形将直接导致抛光时，气囊的下压量难以控制，导致加工难以开展。
4)电机发热严重。
中国专利CN101829945A公开一种主辅复合式气囊抛光工具，包括气囊，气体传送轴和气泵，气囊包括保持架和气囊外罩，气囊外罩安装于保持架；气体传送轴的空心段与保持架的另一端连接，气体传送轴的实心端与一旋转驱动机构连接；气体传送轴套装于一气体导通套内，气体导通套上设有通孔，通孔与气泵的出气口连通，气体导通套与气体传送轴之间密封连接；气囊通过转盘与气体传送轴连通，气囊内填充多个固压子气囊和多个可控压子气囊；转盘上设有主通气孔和副通气孔，转盘与调整机构连接。该发明增加了辅助气囊控制环节，提高了对气囊内部结构的可控性；气囊内部组合性能好，满足多变性需求；结构实现简单方便。中国专利CN101823228A公开一种可主动分配磨粒的气囊抛光工具，包括气囊，气体传送轴和气泵，气囊包括保持架和气囊外罩，气体传送轴套装于一气体导通套内，气体导通套上设有通孔，通孔与气泵的出气口连通，气体导通套与气体传送轴之间密封连接；抛光工具还包括盛装有抛光液的注液装置和一接液装置；接液装置包括固接于气体传送轴上的接液盘和多根输送抛光液的输液管，接液盘上设有环形接液槽和连通接液槽和输液管的液流通道；接液槽对准注液装置的注液喷嘴，注液喷嘴与接液槽密封连接；气囊外罩上均匀分布有一系列的出液孔，出液孔与输液管的出口连通。该发明具有在抛光过程中的自动添加抛光液、磨粒主动分配和磨屑自动处理的优点。
发明内容
本发明的目的在于解决现有技术的不足，提供一种精密气囊抛光工具系统。本发明设有抛光头、液压胀套、动平衡固定盘、动平衡滑环、下端盖、通气孔软管接头、主轴箱体、摆臂、上端盖、电机外壳、电机定子、电机动子、螺旋水套、主轴、套筒、电机编码器、电机罩和轴承；所述抛光头通过液压胀套固定于主轴的末端，主轴通过两个轴承以及上端盖和下端盖定位于主轴箱体中，主轴箱体套于摆臂上，通气孔软管接头穿过摆臂通过螺纹连接与主轴箱体连通；动平衡固定盘固定于摆臂底部，动平衡滑环固定在主轴端部的轴肩上，电机动子固定于主轴上，螺旋水套固定于电机定子上并置于电机动子外部；电机编码器固定于主轴顶端，套筒套于螺旋水套上部，电机罩压紧套筒并固定于电机外壳上；所述抛光头设有轴端连接头、气囊、弹性套、锁紧套和传感器，气囊套于轴端连接头上，弹性套套于气囊上，传感器贴于气囊内壁，传感器的阵列分布视气囊的大小及具体情况而变化。所述主轴通过两个轴承以及上端盖和下端盖定位于主轴箱体中并用密封毡圈密封。所述主轴箱体套于摆臂上并通过螺钉锁紧。所述动平衡滑环通过螺钉固定在主轴的端部的轴肩上。所述螺旋水套固定于电机定子上并置于电机动子外部并通过电机外壳定位。所述电机罩压紧套筒并通过螺钉固定于电机外壳上。所述弹性套套于气囊上并通过旋紧锁紧套从径向和轴向固定住气囊。所述传感器可采用压电式双向传感器。本发明具有如下突出特点1.配置滑环式动平衡控制系统，解决了主轴的动平衡问题。2.能够准确的提取抛光接触区的压力分布，并通过配套的控制显示系统显示其压力分布云图，而且可以通过控制系统更改传感器的输入电压，使其发生形变，解决气囊下压过程中出现内凹的问题。3.使用独特的气囊锁紧技术，不仅使气囊装拆方便，而且可以抑制气囊的轴向拉升变形，从而提高抛光后的工件的面型精度。4.解决了主轴电机的散热问题，避免了由于电机温升过高影响其正常工作。
图I为本发明实施例的结构示意图。
图2为本发明实施例中抛光头的结构示意图。
图3为本发明实施例中压电式双向传感器在气囊中的分布示意图。
图4为本发明实施例中弹性套的结构示意图。
图5为本发明实施例中弹性套的工作原理示意图。
以下给出图I 5中的各主要部件的标记
I-抛光头，1-1-轴端连接头，1-2-气囊，1-3-弹性套，14-锁紧套，1-5-压电式双向传感器；2-液压胀套，3-动平衡固定盘，4-动平衡滑环，5-下端盖，6-通气孔软管接头，7-箱体，8-摆臂，9-上端盖，10-密封毡圈，11-电机外壳，12-电机定子，13-电机动子， 14-螺旋水套，15-主轴，16-套筒，17-电机编码器，18-电机罩，19-轴承。
具体实施方式
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是通过滑环式动平衡仪配套的控制系统控制滑环内部两个独立的平衡转子的移动来实现主轴的动平衡。外部的恒温水通过电机外壳上的进水口进入螺旋水套，水经过螺旋水套中的螺旋式通道实现对电机定子的冷却效果，并从电机外壳上的出水口流出。当抛光头抛光工件时，抛光头内部的压电式双向传感器可以传出电压信号，并通过外部的控制系统转化为压力信号并显示和输出压力数据。由于气囊在下压过程中，随着下压量的增加，会出现内凹现象，不利于加工，此时可以利用输出的压力信号，判断内凹的位置，通过改变该部位的压电式双向传感器的输入电压，使其发生形变，抵制气囊的内凹，从而使接触区的压力保持类高斯的分布。
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步阐述。
如图I 5所示，本发明实施例的主要结构由抛光头I、液压胀套2、动平衡固定盘 3、动平衡滑环4、下端盖5、通气孔软管接头6、主轴箱体7、摆臂8、上端盖9、密封毡圈10、电机外壳11、电机定子12、电机动子13、螺旋水套14、主轴15、套筒16、电机编码器17、电机罩18和轴承19组成。抛光头I通过液压胀套2固定于主轴15的末端，主轴15通过两个轴承19以及上下端盖5、9定位于主轴箱体7中并用密封毡圈10密封，主轴箱体7套于摆臂8上，通过螺钉锁紧，通气孔软管接头6穿过摆臂8通过螺纹连接与主轴箱体7连通。动平衡固定盘3固定于摆臂8底部，动平衡滑环4通过螺钉固定在主轴15的端部的轴肩上， 电机动子13固定于主轴15上,螺旋水套14固定于电机定子12上置于电机动子13外部通过电机外壳11定位，电机编码器17固定于主轴15顶端,套筒16套于螺旋水套14上部，电机罩18压紧套筒16并通过螺钉固定于电机外壳11上。
图2为抛光头放大后的示意图，抛光头I包括轴端连接头1-1，气囊1-2，弹性套 1-3，锁紧套1-4，压电式双向传感器1-5。气囊1-2套于轴端连接头1-1上，弹性套1_3套于气囊1-2上，锁紧套1-4和轴端连接头1-1之间通过螺纹连接，通过旋紧锁紧套1-4从径向和轴向固定住气囊1-2，压电式双向传感器1-5贴于气囊1-2内壁。
图3为压电式双向传感器1-5在气囊1-2内的阵列分布不意图。由于抛光时的进动角大多介于O 30度之间，故对于压电式双向传感器1-5的分布如图2和图3所不,呈环形分布，且每一环间隔相等的角度数。而且在实际加工中多采用20度值左右的进动角， 故压电式双向传感器的分布呈中间密两边疏的规律，便于准确提取压力分布。对于实际情况，可根据气囊1-2的大小及加工时常采用的进动角而调整压电式双向传感器1-5的分布。压电式双向传感器1-5有相应的控制系统刚和显示系统及软件，可用于压力分布的显示输出，以及逆向控制压电式双向传感器1-5的变形，用于克服气囊1-2下压过程中的内凹问题。图4为弹性套1-3的示意图，其呈环形倒锥式，由塑料或较软的金属材料制成。具有对称分布的切槽，以使其易于发生径向的收缩。如图5所示，通过旋紧锁紧套1-4，向弹性套1-3锥面提供压力，该压力分解后，分别作用与气囊1-2的轴向A和径向B，从而一方面固定住气囊1-2，又能防止其轴向的拉升变形。在图5中，标记P为锁紧套施加力。工作时，主轴15高速旋转，通过滑环式动平衡仪(3、4)配套的控制系统控制动平衡滑环4内部两个独立的平衡转子的移动来实现主轴15的动平衡。外部的恒温水通过电机外壳11上的进水口进入螺旋水套14，水经过螺旋水套14中的螺旋式通道实现对电机定子12的冷却效果，并从电机外壳11上的出水口流出。当抛光头I抛光工件时，抛光头I内部的压电式双向传感器1-5可以传出电压信号，并通过外部的控制系统转化为压力信号并显示和输出压力数据。由于气囊1-2在下压过程中，随着下压量的增加，会出现内凹现象，不利于加工，此时可以利用输出的压力信号，判断内凹的位置，通过改变该部位的压电式双向传感器1-5的输入电压，使其发生形变，抵制气囊的内凹，从而使接触区的压力保持类高斯的分布。
权利要求
1.一种精密气囊抛光工具系统，其特征在于设有抛光头、液压胀套、动平衡固定盘、动平衡滑环、下端盖、通气孔软管接头、主轴箱体、摆臂、上端盖、电机外壳、电机定子、电机动子、螺旋水套、主轴、套筒、电机编码器、电机罩和轴承；所述抛光头通过液压胀套固定于主轴的末端，主轴通过两个轴承以及上端盖和下端盖定位于主轴箱体中，主轴箱体套于摆臂上，通气孔软管接头穿过摆臂通过螺纹连接与主轴箱体连通；动平衡固定盘固定于摆臂底部，动平衡滑环固定在主轴端部的轴肩上，电机动子固定于主轴上，螺旋水套固定于电机定子上并置于电机动子外部；电机编码器固定于主轴顶端，套筒套于螺旋水套上部，电机罩压紧套筒并固定于电机外壳上；所述抛光头设有轴端连接头、气囊、弹性套、锁紧套和传感器，气囊套于轴端连接头上，弹性套套于气囊上，传感器贴于气囊内壁。
2.如权利要求I所述的一种精密气囊抛光工具系统，其特征在于所述主轴通过两个轴承以及上端盖和下端盖定位于主轴箱体中并用密封毡圈密封。
3.如权利要求I所述的一种精密气囊抛光工具系统，其特征在于所述主轴箱体套于摆臂上并通过螺钉锁紧。
4.如权利要求I所述的一种精密气囊抛光工具系统，其特征在于所述动平衡滑环通过螺钉固定在主轴的端部的轴肩上。
5.如权利要求I所述的一种精密气囊抛光工具系统，其特征在于所述螺旋水套固定于电机定子上并置于电机动子外部并通过电机外壳定位。
6.如权利要求I所述的一种精密气囊抛光工具系统，其特征在于所述电机罩压紧套筒并通过螺钉固定于电机外壳上。
7.如权利要求I所述的一种精密气囊抛光工具系统，其特征在于所述弹性套套于气囊上并通过旋紧锁紧套从径向和轴向固定住气囊。
8.如权利要求I所述的一种精密气囊抛光工具系统，其特征在于所述传感器采用压电式双向传感器。
全文摘要
一种精密气囊抛光工具系统，涉及抛光工具。设有抛光头、液压胀套、动平衡固定盘、动平衡滑环、下端盖、通气孔软管接头、主轴箱体、摆臂、上端盖、电机、螺旋水套、主轴、套筒、电机编码器、电机罩和轴承；抛光头固定于主轴末端，主轴经轴承和上下端盖定位于主轴箱体中，主轴箱体套于摆臂上，通气孔软管接头穿过摆臂与主轴箱体连通；动平衡固定盘固定于摆臂底部，动平衡滑环固定在主轴端部的轴肩上，电机动子固定于主轴上，螺旋水套固定于电机定子上并置于电机动子外部；电机编码器固定于主轴顶端，套筒套于螺旋水套上部，电机罩压紧套筒并固定于电机外壳上；抛光头的气囊套于轴端连接头上，弹性套套于气囊上，传感器贴于气囊内壁。
文档编号B24B29/00GK102975106SQ201210568640
公开日2013年3月20日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者郭隐彪, 王春锦, 王振忠, 潘日, 吴沿鹏 申请人:厦门大学