一种恒力浮动抛光装置

1.本发明涉及非球面光学加工设备，特别涉及一种恒力浮动抛光装置。


背景技术：

2.传统的光学非球面抛光都是通过人工手动实现，劳动强度大，抛光效率低。先进的数控抛光设备，一台中等口径的设备动辄几百万，投入成本和维护成本巨大。工业机器人的自由度多，臂展大，而且是成熟的标准化产品，采用工业机器人进行非球面光学元件的抛光是一条高性价比的技术路线。工业机器人进行非球面抛光一方面要研发适用于机器人的抛光算法软件，另一方面就是开发适宜工业机器人应用的抛光工具系统。现有的抛光工具在抛光过程中压力和转速不可控，且与工业机器人安装繁琐，安装精度不高，使工业机器人在执行程序的时候存现误差和振动，不利于抛光工作的准确性。


技术实现要素：

3.针对上述问题，本发明的目的在于提供一种恒力浮动抛光装置，实现了抛光过程的压力和转速可控，并能与通用的工业机器人快速集成，能够自适应和补偿工业机器人执行抛光程序过程中的误差和振动，有助于开展基于工业机器人的确定性抛光工作。
4.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
5.一种恒力浮动抛光装置，包括抛光工具头、下弹性部件、固定套筒、浮动芯轴、上弹性部件、旋转驱动装置及保护壳，其中旋转驱动装置设置于保护壳内，固定套筒穿过保护壳与旋转驱动装置连接，所述浮动芯轴设置于固定套筒内且具有旋转和沿轴向移动的自由度；所述浮动芯轴的两端分别设置有与所述固定套筒抵接的下弹性部件和上弹性部件；所述浮动芯轴的上端与所述旋转驱动装置的输出端连接，下端与所述抛光工具头可拆卸连接。
6.所述浮动芯轴和所述固定套筒之间设有滚珠直线轴承，所述浮动芯轴的两端分别设有下深沟球轴承和上深沟球轴承，所述下弹性部件位于所述下深沟球轴承和所述滚珠直线轴承之间，所述上弹性部件位于所述上深沟球轴承和所述滚珠直线轴承之间。
7.所述下深沟球轴承和所述上深沟球轴承分别通过下锁紧螺母和上锁紧螺母锁紧在所述浮动芯轴的轴肩上；所述下深沟球轴承和所述上深沟球轴承的内圈与所述浮动芯轴过渡配合。
8.所述下弹性部件包括下弹簧支架和下压缩弹簧，其中下弹簧支架为阶梯结构，其大端与所述下深沟球轴承的外圈过渡配合，所述下弹簧支架的小端插入所述下压缩弹簧的一端内部，对所述下压缩弹簧起到限位作业；所述下压缩弹簧的另一端与所述固定套筒的下内止口抵接。
9.所述上弹性部件包括上压缩弹簧和上弹簧支架，其中上弹簧支架为阶梯结构，其大端与所述上深沟球轴承的外圈间隙配合，所述上弹簧支架的小端插入上压缩弹簧的一端内部，所述上压缩弹簧的另一端与所述固定套筒的上内止口抵接。
10.所述下弹性部件的外侧设有调节螺母，所述调节螺母与所述固定套筒螺纹连接，并且驱动下深沟球轴承将所述上弹性部件预紧，提供可调的抛光压力。
11.所述调节螺母与所述浮动芯轴之间通过油封密封。
12.所述固定套筒通过密封端盖固定在所述保护壳的一端，所述保护壳的另一端设有转接法兰，所述转接法兰用于与工业机器人连接。
13.所述固定套筒与所述保护壳之间通过密封圈密封。
14.所述旋转驱动装置包括电机减速机组件；所述固定套筒的一端与所述电机减速机组件的固定部连接；所述电机减速机组件的输出轴为中空轴，所述中空轴内沿轴向设有滑槽，所述浮动芯轴插设于所述电机减速机组件的中空轴内，并且通过键与滑槽连接。
15.本发明的优点及有益效果是：
16.1.本发明具有独立的电气和机械部分，通过更换法兰就可以实现在不同类工业机器人末端安装就位。
17.2.本发明具有轴向浮动和恒力抛光的功能，具有双弹簧结构，上部的弹簧抵消浮动环节的重力作用，下部弹簧施加抛光压力，可以实现转速和压力的可控可调；该设计能够自适应和补偿工业机器人执行抛光程序过程中的误差和振动，有助于开展基于工业机器人的确定性抛光工作。
18.3.本发明末端的抛光工具头通过螺纹与抛光装置的浮动芯轴相连接，安装和更换时间成本低，而且基于该种标准的接头可以将任意不具备浮动功能的抛光工具连接于浮动芯轴上，在抛光过程中自动具备浮动的特性。
附图说明
19.图1是本发明一实施例恒力浮动抛光装置的结构示意图；
20.图2是本发明一实施例恒力浮动抛光装置与工业机器人连接的装配图。
21.图中：1.抛光工具头，2.油封，3.下锁紧螺母，4.调节螺母，5.下深沟球轴承，6.下弹簧支架，7.下压缩弹簧，8.固定套筒，9.滚珠直线轴承，10.浮动芯轴，11.上压缩弹簧，12.上弹簧支架，13.上深沟球轴承，14.上锁紧螺母，15.密封端盖，16.密封圈，17.电机减速机组件，18.保护壳，19.转接法兰，20.工业机器人。
具体实施方式
22.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。
23.如图1所示，本发明提供的一种恒力浮动抛光装置，包括抛光工具头1、下弹性部件、固定套筒8、浮动芯轴10、上弹性部件、旋转驱动装置及保护壳18，其中旋转驱动装置设置于保护壳18内，固定套筒8穿过保护壳18与旋转驱动装置连接。浮动芯轴10设置于固定套筒8内且具有旋转和沿轴向移动的自由度；浮动芯轴10的两端分别设置有与固定套筒8抵接的下弹性部件和上弹性部件；浮动芯轴10的上端与旋转驱动装置的输出端连接，下端与抛光工具头1可拆卸连接。
24.本实施例中，浮动芯轴10和固定套筒8之间设有滚珠直线轴承9，滚珠直线轴承9与固定套筒8过盈连接，浮动芯轴10可以在滚珠直线轴承9内部做精密的直线滑动。浮动芯轴
10的两端分别设有下深沟球轴承5和上深沟球轴承13，下弹性部件位于下深沟球轴承5和滚珠直线轴承9之间，上弹性部件位于上深沟球轴承13和滚珠直线轴承9之间。
25.进一步地，浮动芯轴10为阶梯轴结构，在浮动芯轴10的上部轴肩处安装有上深沟球轴承13，上深沟球轴承13的内孔与浮动芯轴10过渡配合，并通过上锁紧螺母14锁紧实现轴向固定。在浮动芯轴10的下部轴肩处安装有下深沟球轴承5，下深沟球轴承5的内圈与浮动芯轴10过渡配合，并通过下锁紧螺母3锁紧实现轴向固定。
26.本发明的实施例中，上弹性部件包括上压缩弹簧11和上弹簧支架12，其中上弹簧支架12为阶梯结构，其大端与上深沟球轴承13的外圈间隙配合，上弹簧支架12的小端插入上压缩弹簧11的一端内部，上压缩弹簧11的另一端与固定套筒8的上内止口抵接，上压缩弹簧11产生的弹力抵消整个浮动装置的重力。
27.本发明的实施例中，下弹性部件包括下弹簧支架6和下压缩弹簧7，其中下弹簧支架6为阶梯结构，其大端与下深沟球轴承5的外圈过渡配合，下弹簧支架6的小端插入下压缩弹簧7的一端内部，对下压缩弹簧7起到限位作业；下压缩弹簧7的另一端与固定套筒8的下内止口抵接。
28.在上述实施例的基础上，下弹性部件的外侧设有调节螺母4，调节螺母4与固定套筒8螺纹连接，并且驱动下深沟球轴承5将上弹性部件预紧，提供可调的抛光压力。调节螺母4与浮动芯轴10之间通过油封2密封，浮动芯轴10在油封2之中浮动旋转，可有效隔离抛光环境中的水汽和微颗粒污染到装置内部的零部件。通过改变调节螺母4与固定套筒8的相对位置，可以调节下压缩弹簧7的预紧力，并最终控制浮动芯轴10末端螺纹连接的小磨头的抛光压力。
29.进一步地，固定套筒8通过密封端盖15固定在保护壳18的一端，保护壳18的另一端设有转接法兰19。进一步地，固定套筒8与保护壳18之间通过密封圈16密封，密封端盖15与固定套筒8螺接并将保护罩压紧到固定套筒8的轴肩上，实现电气系统与抛光环境的隔离。
30.本发明的实施例中，旋转驱动装置包括电机减速机组件17；固定套筒8的一端与电机减速机组件17的固定部连接；电机减速机组件17的输出轴为中空轴，中空轴内沿轴向设有滑槽，浮动芯轴10插设于电机减速机组件17的中空轴内，并且通过键与滑槽连接。
31.具体地，浮动芯轴10为阶梯形棒状结构，在浮动芯轴10的上端通过平键与电机减速机组件17的输出孔间隙配合，电机减速机组件17提供扭力驱动浮动芯轴10做旋转运动，同时平键可在电机减速机组组件17输出孔的键槽中自由滑动。
32.如图2所示，转接法兰19是该浮动抛光装置与工业机器人20的转接件，螺钉通过贯穿的方式将转接法兰19、电机减速机组件17以及固定套筒8固结为一个整体。
33.具体地，电机减速机组件17中的电机可以采用步进电机或者伺服电机，减速机可以采用蜗轮蜗杆减速机，变速技术采用比较成熟的控制算法即可，通过改变转速实现对抛光工具头1的转速调节。抛光过程中，抛光工具头1与光学元件的法向接触力由被预紧的下压缩弹簧7提供，接触力的大小可以通过调整调节螺母4与固定套筒8的相对位置实现。电机减速机组件17的转速可调，通过平键将扭矩和转速传递到浮动芯轴10上，并带动浮动芯轴10旋转；抛光过程中浮动芯轴10末端螺接的抛光工具头接触光学元件后通过轴向的伸缩动作，压缩弹簧的预紧力转化为抛光压力，此压力可以通过控制调节螺母与固定套筒的相对位置加以控制。另外，抛光环境通常充满了水汽和悬浮的微颗粒，本发明在固定套筒的下端
设计有油封，在电机减速机组件外包有保护罩，可以有效隔离环境中的这些不利因素，保证抛光装置运转稳定。
34.本发明提供的数控小磨头光学恒力浮动抛光装置，作为抛光的执行机构，该装置可以灵活安装于通用工业机器人的末端，实现对光学元件的精密数控抛光。该发明允许小磨头抛光过程中的轴向浮动，并在浮动的同时保证恒定的抛光压力，去除效率高，去除函数稳定，有助于开展确定性抛光实验和非球面光学元件研发。
35.以上所述仅为本发明的实施方式，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进、扩展等，均包含在本发明的保护范围内。