一种具有无级变速功能的研磨抛光装置的制作方法

本发明属于超精密研磨抛光加工技术领域，涉及一种具有无级变速功能的研磨抛光装置。

背景技术：

当前的超精密加工技术，以不改变工件材料物理特性为前提，以获得极限的形状精度、尺寸精度、表面粗糙度、表面完整性为目标，在电子、通信、计算机、激光、航空航天等领域有广泛应用。其中，超光滑抛光加工技术作为是一门重要的超精密加工技术，是获取光学元件、蓝宝石衬底、单晶硅衬底等高精度表面的重要手段之一。平面研磨是超光滑抛光加工技术的前期工序，其加工精度对最终产品的质量有至关重要的影响，抛光将进一步使工件表面粗糙度降低，提高工件的表面完整性。

平面研磨抛光中研磨盘和工件盘的转速比对工件被加工表面的质量如平面度和粗糙度有着重要的影响。传统的平面研磨抛光机只可以通过电机转速调节实现简单的转速比变动，对于一些特殊的转速比值，比如无理数很难实现，并且采用有理数转速比进行研磨抛光加工，存在被加工工件表面的研磨轨迹重复问题，容易导致工件表面的粗糙度下降、抛光表面形成波纹以及橘皮等缺陷。因此，创新平面研磨加工运动学方法实现任意转速比值的获取，提高平面研磨加工的表面质量，逐步提升该过程的高精度控形技术水平，对丰富超光滑低损伤表面的磨粒加工理论具有重要的理论意义和科学价值。

技术实现要素：

为了克服已有研磨抛光装置无法获取任意转速比值的不足，本发明提供一种简单实现无级变速、结构简化、成本低廉的具有无级变速功能的研磨抛光装置，采用摩擦传动可以简单实现无级变速，实现一定范围内速度任意可调节的功能要求，保证实际中的速度大小需求，进而研究研磨抛光中不同速度下的工件表面质量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种具有无级变速功能的研磨抛光装置，包括上研磨装置和下研磨装置，所述上研磨装置由龙门架、二维线性丝杠滑台和无级变速装置，所述下研磨装置包括安装座和研磨盘，所述无级变速装置包括输入电机、无级变速机构和工件盘，所述上研磨装置通过龙门架安装在下研磨装置上，所述工件盘位于研磨盘的上方且相互平行；所述无级变速装置通过滑台安装座安装在二维线性丝杠滑台上；

所述无级变速机构包括机架、摩擦传动轮组件、花键轴和丝杠滑块调节器，所述机架包括下安装底座、左固定板和右固定板，所述左固定板位于所述下安装底座的左侧，所述右固定板位于所述下安装底座的右侧；所述摩擦传动轮组件包括圆锥滚轮和圆柱滚轮，所述圆锥滚轮与所述圆柱滚轮压紧摩擦配合，所述圆锥滚轮的两端分别通过轴承安装在所述左固定板和右固定板上，其中一端的圆锥滚轮的转轴与所述输入电机的输入轴连接；所述圆柱滚轮的内孔为内花键，所述圆柱滚轮套装在所述花键轴上，所述花键轴的两端分别通过轴承安装在所述左固定板和右固定板上，其中一端的花键轴与所述工件盘连接；所述丝杠滑块调节器包括丝杠和导块，所述丝杠的两端分别通过轴承安装在所述左固定板和右固定板上，所述导块的上部与所述丝杠螺纹连接，所述导块的下部套装在花键轴上，且圆柱滚轮与所述导块的下部联动；所述花键轴的轴线、丝杠的轴线与圆锥滚轮的母线均平行。

进一步，所述二维线性丝杠滑台包括y向线性丝杠滑台和z向线性丝杠滑台，所述无级变速装置与所述z向线性丝杠滑台的滑台安装座连接，所述z向线性丝杠滑台安装在y向线性丝杠滑台的滑台安装座上。

再进一步，其中一端的花键轴通过弹性联轴器与所述工件盘连接。

更进一步，所述丝杠左端有内六角螺孔，用于对丝杠手动调节的六角扳手与所述六角螺孔配合。

所述圆柱滚轮包括钢轮和橡胶，所述钢轮的外圈套橡胶；是为了保证和圆锥滚轮压紧配合增大摩擦；所述圆锥滚轮为铸铁滚轮；是为了和圆柱橡胶滚轮3配合摩擦系数更大，进一步增大摩擦还可以对圆锥滚轮表面滚花。

与花键轴配合的配对轴承为角接触轴承，因为花键轴受轴向力和径向力。

所述圆锥滚轮的圆锥角度在15°～45°。

所述左固定板上的轴承安装采用端盖压紧，所述右固定板上的轴承安装与轴承座过盈配合。

本发明的有益效果主要表现在：可以通过简单的机构实现无级变速，并且可以手动调节实现速度平稳变化；结构简化、成本低廉；对研磨抛光中不同速度下的工件表面质量的研究有一定的意义。

附图说明

图1为具有无级变速功能的研磨抛光装置的上研磨装置结构图。

图2为具有无级变速功能的研磨抛光装置的下研磨装置结构图。

图3为无级变速机构左视图。

图4为无级变速机构的轴测图。

图5为无级变速机构的轴测图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图5，一种具有无级变速功能的研磨抛光装置，由上研磨装置和下研磨装置两部分组成。上研磨装置由龙门架18、二维线性丝杠滑台(y、z向)17、2和无级变速装置构成，下研磨装置是由安装座20和研磨盘21构成。无级变速装置由输入电机3、无级变速机构和工件盘13组成。上研磨装置通过龙门架18安装在下研磨装置上，无级变速装置通过滑台安装座16安装在z向线性丝杠滑台2上，其组件丝杠8和花键轴9的轴线均与圆锥滚轮14的母线平行，安装完成工件盘13与研磨盘21平行。

主要工作过程为：y向滑台电机19和z向滑台电机1工作，可以通过y向丝杠滑台17和z向丝杠滑台2实现无级变速装置y、z向的位移，无级变速装置输入电机3通过联轴器4带动圆锥滚轮15转动，圆锥滚轮15通过摩擦带动圆柱滚轮6转动，圆柱滚轮6带动与之配合的花键轴9转动，花键轴9作为输出轴，通过联轴器10带动旋转主轴11转动，旋转主轴11通过弹性联轴器12带动与之连接的工件盘13转动，工件盘13下贴有待研磨的试样。通过转动丝杠8带动导块7沿着丝杠8轴向移动，导块7拨动圆柱滚轮6沿着花键轴9的轴向移动，进而调节圆柱滚轮6与圆锥滚轮14的接触位置，可以对工件盘13的转速进行无级调节，通过y向丝杠滑台17和z向丝杠滑台2的位置调节，可以实现工件盘13与研磨盘21的多位置接触式研磨。

工件盘13与输入电机3的转速比u21为：

其中：r为圆锥滚轮15大端面半径，r为花键轴9轴线与圆锥滚轮15母线之间平行距离，h为丝杠8的螺距，φ丝杠8转动的角度，γ为圆锥滚轮15的半锥角。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

技术特征：

技术总结
一种具有无级变速功能的研磨抛光装置，包括上研磨装置和下研磨装置，所述上研磨装置由龙门架、二维线性丝杠滑台和无级变速装置，所述下研磨装置包括安装座和研磨盘，所述无级变速装置包括输入电机、无级变速机构和工件盘，所述上研磨装置通过龙门架安装在下研磨装置上，所述工件盘位于研磨盘的上方且相互平行；所述无级变速装置通过滑台安装座安装在二维线性丝杠滑台上；无级变速机构包括机架、摩擦传动轮组件、花键轴和丝杠滑块调节器，其中一端的圆锥滚轮的转轴与输入电机的输入轴连接，其中一端的花键轴与所述工件盘连接。本发明结构简化、成本低廉，简单实现无级变速，对研磨抛光中不同速度下的工件表面质量的研究有一定的意义。

技术研发人员：文东辉;薛凯元;杨杰;洪滔;陈珍珍
受保护的技术使用者：浙江工业大学
技术研发日：2017.11.06
技术公布日：2018.03.23