专利名称：平转动抛光光顺装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及光学精密机械技术领域，具体涉及一种平转动抛光光顺装置。
背景技术：
现在的光学系统对光学零件的精度提出了越来越高的要求，在严格控制低频面形误差的同时还必须有效抑制中高频误差，以保证光学零件表面光顺无碎带，低频、中频和高频误差都为纳米级，亚表面基本无损伤等。例如美国NIF研制的大口径强激光光学元件中，波长大于33mm的低频误差影响聚焦性能，波长在0. 12_33mm的中频波纹度误差影响焦斑的拖尾和近场调制，波长小于0. 12mm的粗糙度误差对散射有重要影响。
传统小工具抛光、磁流变抛光和离子束抛光是现在应用较为广泛的几种抛光方法。传统小工具抛光效率较低，确定性差；磁流变抛光虽然效率和确定性都很高，但是由于使用了比加工元件小得多的去除函数，往往会带来小尺度的波纹度误差——中高频误差；离子束抛光精度很高，常作为最后一道精修形工艺，但是其效率非常的低。因此，单一的传统光学加工方法已很难实现目前光学零件加工的高要求，必须采用新的光学制造工艺。一种行之有效的方法是，首先利用磁流变大去除量加工毛坯镜面，然后使用小工具光顺，再使用磁流变精修，最终达到精度要求。在这个工艺流程中，光顺装置扮演者重要的角色，它的任务是有效去除磁流变加工带来的中高频成分，而且不能破坏低频面形。申请号为200710055351. 2的发明公开了一种中大口径非球面光学零件的高效数控抛光工艺及设备，其中提及的抛光头利用四连杆平衡机构获得平转动，结构复杂，刚性低，此外，该机构的驱动电机轴负载大，转动惯量大，动平衡差，不能高速运行。申请号为201010152031.0的发明公开了一种行星轮式数控研抛去除函数发生装置，该装置采用公自转形式，得到的去除函数近似脉冲形状，难以满足光顺要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种结构简单紧凑、使用可靠、可实现光顺盘均匀磨损、改善光顺盘与加工工件吻合度、可有效去除磁流变加工带来的中高频误差、形成的函数具有优良的光顺效果同时兼具一定修形能力的平转动抛光光顺
>J-U装直。为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案
一种平转动抛光光顺装置，包括偏心回转机构、平转动转换机构和光顺盘，所述偏心回转机构的输出轴绕回转中心作回转运动，所述平转动转换机构包括平转轴和平转动保持组件，所述平转轴可转动的套接于所述输出轴上，所述平转动保持组件与平转轴连接并限制平转轴自转，所述光顺盘连接于平转轴上并随平转轴作平转动。作为本发明的进一步改进
所述平转动保持组件包括第一导轨、第二导轨以及固定设置的转动限制角块，所述第一导轨连接于转动限制角块上，所述第二导轨与第一导轨交叉布置且滑动连接，所述平转轴与第二导轨滑动连接。所述平转轴包括套筒和球头轴，所述套筒与所述第二导轨滑动连接，且套筒通过轴承套接于所述输出轴上，所述球头轴上端与套筒固接，所述球头轴下端的球头与所述光顺盘连接。所述光顺盘设有一个筒状连接部，所述筒状连接部的侧壁上设有沿轴向布置的卡槽，所述球头轴下端的球头伸入筒状连接部内，所述球头上连接有一穿过卡槽的限位销。
所述偏心回转机构包括旋转驱动件和偏心量调节组件，所述输出轴通过偏心量调节组件与旋转驱动件连接并由旋转驱动件驱动做回转运动。所述偏心量调节组件包括与旋转驱动件相连的燕尾槽滑台以及与输出轴相连的凸块，所述凸块滑设于燕尾槽滑台的燕尾槽中，所述燕尾槽滑台上设有用于通过紧固件锁紧凸块的紧固孔。所述凸块与燕尾槽之间设有用于调整间隙的镶条，所述凸块上设有偏心量读数刻度。所述平转动抛光光顺装置还包括浮动机构，所述浮动机构包括基板和滑板，所述滑板沿竖直方向滑设于基板上，所述偏心回转机构、平转动转换机构和光顺盘安装于滑板上，所述基板和滑板之间设有压力调节组件。所述压力调节组件为低摩擦气缸组件，所述低摩擦气缸组件包括装设于基板上的气缸，所述气缸通过浮动接头与滑板连接。与现有技术相比，本发明的优点在于
本发明平转动抛光光顺装置驱动光顺盘作平转动运动进行抛光，相比于现有光顺盘作单转动或公自转的行星运动的形式，可实现光顺盘的均匀磨损，改善光顺盘与加工工件的吻合度，并在抛光工艺链中能有效去除磁流变加工带来的中高频误差，经试验验证，光顺盘平转动运动抛光时形成一种近似平底的单峰状去除函数，这种去除函数具有优良的光顺效果，同时兼具一定的修形能力，能够很好的满足抛光工艺链的要求。该平转动抛光光顺装置结构简单紧凑、可靠性高，且可对平转动的偏心量进行调整。
图I为本发明的立体结构示意图。图2为本发明中平转动转换机构的主视结构示意图(局部)。图3为图2中A— A剖视结构示意图。图4为本发明中平转动保持组件的立体结构示意图。图5为本发明中光顺盘的立体结构示意图。图6为本发明中浮动接头的立体结构示意图。图7为本发明中低摩擦气缸组件的安装结构示意图。图8为本发明中偏心量调节组件的侧视结构示意图。图9为本发明中偏心量调节组件的俯视结构示意图。图10为本发明采用Zygo干涉仪实测去除函数的二维图。图11为图10中沿直径B— B的轮廓线示意图。
图中各标号表不
I、偏心回转机构；11、输出轴；12、旋转驱动件；13、偏心量调节组件；131、燕尾槽滑台；132、凸块；133、燕尾槽；134、紧固孔；135、偏心量读数刻度；136、镶条；3、平转动转换机构；31、平转轴；311、套筒；312、球头轴；313、限位销；32、平转动保持组件；321、转动限制角块；322、第一导轨；323、第二导轨；324、滑杆；325、第一滑块；326、第二滑块；33、角接触轴承；34、轴承套；35、锁紧螺母；4、光顺盘；41、筒状连接部；411、卡槽；412、卡环槽；5、浮动机构；51、基板；52、滑板；53、气缸；54、浮动接头；55、主导轨；56、主垫块；57、滑块；58、上限位块；59、下限位块；510、支撑座。
具体实施方式
以下将结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。图I至图11示出了本发明平转动抛光光顺装置的一种实施例，该光顺装置包括偏心回转机构I、平转动转换机构3和光顺盘4，偏心回转机构I的输出轴11绕回转中心作回转运动，平转动转换机构3包括平转轴31和平转动保持组件32，平转轴31可转动的套接于输出轴11上，平转动保持组件32与平转轴31相连并限制平转轴31自转，输出轴11及平转动保持组件32共同作用使平转轴31作平转动，光顺盘4连接于平转轴31上并随平转轴31作平转动。光顺盘4以平转动运动进行抛光，相比于现有光顺盘4作单转动或公自转的行星运动的形式，可实现光顺盘4的均匀磨损，改善光顺盘4与加工工件的吻合度，并在抛光工艺链中能有效去除磁流变加工带来的中高频误差，经试验验证，光顺盘4平转动运动抛光时形成一种近似平底的单峰状去除函数，这种去除函数具有优良的光顺效果，同时兼具一定的修形能力，能够很好的满足抛光工艺链的要求，如果采用三角形或者四边形的光顺盘4对有直边形状的镜面加工时，还可以减小边缘效应的发生。本发明的平转动抛光光顺装置结构简单紧凑、可靠性高，且可对平转动的偏心量进行调整。本实施例中，平转动保持组件32包括第一导轨322、第二导轨323以及固定设置的转动限制角块321，第一导轨322固接在转动限制角块321上，第二导轨323固定安装于一滑杆324上，滑杆324的一端通过第一滑块325与第一导轨322滑动连接并使第一导轨322和第二导轨323呈交叉状布置，平转轴31通过第二滑块326与第二导轨323滑动连接。工作时，平转轴31由偏心回转机构I驱动做回转运动，同时，平转动保持组件32限制平转轴31自转，平转轴31最终作沿第一导轨322和第二导轨323两个方向滑动所合成的平转动运动。本实施例中，平转轴31包括套筒311和球头轴312，套筒311与第二导轨323滑动连接，且套筒311通过两个轴承套接于输出轴11上，轴承采用角接触轴承33，如图3所示，两个角接触轴承33背靠背装设于套筒311内，两者之间采用轴承套34隔开，轴承套34 —端的角接触轴承33的内圈通过输出轴11上的轴肩定位，另一端角接触轴承33的内圈通过锁紧螺母35定位，这种装配方式可以补偿输出轴11的受热膨胀。球头轴312上端与套筒311固接，球头轴312下端设有球头，光顺盘4设有一个筒状连接部41，球头伸入筒状连接部41的内孔中并可在内孔中转动，内孔中设置有用于调整球头轴312转动范围的锥面。筒状连接部41的侧壁上还设有沿轴向布置的卡槽411，球头上连接有一穿过卡槽411的限位销313，装配时，在球头上开设用于穿过限位销313的通孔，通孔与限位销313之间采用过盈配合。同时，筒状连接部41的上端外壁上还设有卡环槽412，卡环槽412内可装入相配合的卡环，用于对限位销313进行限位，防止光顺盘4从球头轴312上脱落。在实际应用过程中，也可将限位销313去掉，以增加光顺盘4的自由度，进一步提高光顺效果。本实施例中,偏心回转机构I包括旋转驱动件12和偏心量调节组件13,旋转驱动件12采用可调转速的驱动电机，其提供足够大的转动力矩，并满足实际光顺加工中通常需要调节转速的要求，偏心量调节组件13包括燕尾槽滑台131和凸块132，凸块132滑设于燕尾槽滑台131的燕尾槽133中，同时，在燕尾槽滑台131上设有多个紧固孔134，紧固孔134为螺纹孔，可从紧固孔134中装入与之匹配的紧固件(图中未示)将凸块132锁紧，防止两者相对滑动。燕尾槽滑台131上设有连接轴套，驱动电机的驱动轴插设于连接轴套中，并通过平键传递转矩，同时在连接轴套上开设紧固螺纹孔，在紧固螺纹孔中设置相匹配的螺钉对驱动电机的驱动轴进行轴向固定，防止脱出，输出轴11连接于凸块132上。当旋转驱动件
12驱动燕尾槽滑台131转动时，燕尾槽滑台131带动凸块132转动，进而使凸块132带着输出轴11作平转动运动，调节凸块132在燕尾槽滑台131中滑设的位置，可改变输出轴11的回转半径，进而改变光顺盘4的回转半径。进一步，在凸块132上设有偏心量读数刻度135，方便观察和调整凸块132的滑设位置。更进一步，还在凸块132与燕尾槽133之间设有镶条136，在装配时，可通过修磨镶条136来调节凸块132与燕尾槽133之间的间隙，实现两者之间松紧的调节。设置镶条136后，还可以保护燕尾槽滑台131和凸块132的表面不受紧固件的破坏。本实施例中，还包括浮动机构5，浮动机构5包括基板51和滑板52，基板51上设有两条沿竖直方向布置的主导轨55,各主导轨55分别通过一个主垫块56安装于基板51上，安装时，需打表校正两个主垫块56的平行度，主垫块56上制有定位台阶，对主导轨55进行定位，用来保证主导轨55的平行度，滑板52通过四个滑块57滑设于两条主导轨55上，设置四个滑块57使整个浮动机构5具有较高的刚性。偏心回转机构I、平转动转换机构3和光顺盘4安装于滑板52上，滑板52可带着偏心回转机构I、平转动转换机构3和光顺盘4沿主导轨55上下浮动。基板51和滑板52之间还设有用于控制光顺盘4工作压力(工作时施加在工件上的压力)的压力调节组件。该压力调节组件采用低摩擦气缸组件，低摩擦气缸组件包括气缸53，气缸53通过支撑座510安装于基板51上，其伸缩杆通过浮动接头54与滑板52连接，可减少控制滑板52沿主导轨55上下浮动时的摩擦阻力。浮动接头54内安装有轴承、锥面等角度调节装置，可以保证浮动接头54外螺纹相对浮动接头54内螺纹具有一定的摆动角度和偏心量，从而适应气缸53在安装中的位置误差。气缸53可对滑板52施予向上的拉力，该拉力能平衡一部分浮动部分(浮动部分为滑板52以及安装在滑板52上的偏心回转机构I、平转动转换机构3、光顺盘4等其他辅助部件)的重力，达到减小光顺盘4施予在加工工件上压力的目的；或对滑板52施予向下的压力，此时光顺盘4施加在加工工件上的压力为浮动部分的重力和气缸53对滑板52施予的压力之和，达到增大光顺盘4施予在加工工件上压力的目的，通过调整气缸53的推拉力，最终可使光顺盘4施加在加工工件的压力保持恒定。此外，基板51上于主导轨55的一侧还设有上限位块58和下限位块59，用来限制滑板52在基板51上的上下滑动行程，上限位块58和下限位块59限制的滑动行程须小于气缸53的伸缩行程。本发明采用整体浮动的形式加压，使得整个系统对竖直方向上的安装误差不敏感，易于装配。本发明通过以下几个步骤完成加工过程
步骤一将基板51安装在机床上下运动的Z轴上，使整个光顺装置可在机床的带动下运动。连接驱动电机的驱动器，同时连接低摩擦气缸组件的气路；
步骤二 根据加工要求，调节气路的气压大小。如果所需的加工压力小于浮动部分的自重，则使气缸53施加适当大小的拉力，反之，如果所需的加工压力大于浮动部分的自重，则使气缸53施加适当大小的压力；
步骤三根据加工要求调节偏心量调节组件13，松开紧固件，移动凸块132以调节其在燕尾槽133中的滑设位置，凸块132的移动量可根据凸块132上的偏心量读数刻度135读取，移动完成后重新拧紧紧固件；
步骤四将制作好的光顺盘4安装到球头轴312上；
步骤五移动机床运动轴，使得光顺盘4落在指定点，并施加加工压力；
步骤六设定驱动电机的转速，运行加工程序，同时开启驱动电机，开始光顺加工。上述只是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。
权利要求
1.一种平转动抛光光顺装置，其特征在于包括偏心回转机构(I)、平转动转换机构(3)和光顺盘(4)，所述偏心回转机构(I)的输出轴(11)绕回转中心作回转运动，所述平转动转换机构(3)包括平转轴(31)和平转动保持组件(32)，所述平转轴(31)可转动的套接于所述输出轴(11)上，所述平转动保持组件(32)与平转轴(31)连接并限制平转轴(31)自转，所述光顺盘(4 )连接于平转轴(31)上并随平转轴(31)作平转动。
2.根据权利要求I所述的平转动抛光光顺装置，其特征在于所述平转动保持组件(32)包括第一导轨(322)、第二导轨(323)以及固定设置的转动限制角块(321)，所述第一导轨(322)连接于转动限制角块(321)上，所述第二导轨(323)与第一导轨(322)交叉布置且滑动连接，所述平转轴(31)与第二导轨(323 )滑动连接。
3.根据权利要求2所述的平转动抛光光顺装置，其特征在于所述平转轴(31)包括套筒(311)和球头轴(312)，所述套筒(311)与所述第二导轨(323)滑动连接，且套筒(311)通过轴承套接于所述输出轴(11)上，所述球头轴(312)上端与套筒(311)固接，所述球头轴(312)下端的球头与所述光顺盘(4)连接。
4.根据权利要求3所述的平转动抛光光顺装置，其特征在于所述光顺盘(4)设有一个筒状连接部(41)，所述筒状连接部(41)的侧壁上设有沿轴向布置的卡槽(411)，所述球头轴(312)下端的球头伸入筒状连接部(41)内，所述球头上连接有一穿过卡槽(411)的限位销(313)。
5.根据权利要求I或2或3或4所述的平转动抛光光顺装置，其特征在于所述偏心回转机构(I)包括旋转驱动件(12)和偏心量调节组件(13)，所述输出轴(11)通过偏心量调节组件(13)与旋转驱动件(12)连接并由旋转驱动件(12)驱动做回转运动。
6.根据权利要求5所述的平转动抛光光顺装置，其特征在于所述偏心量调节组件(13)包括与旋转驱动件(12)相连的燕尾槽滑台(131)以及与输出轴(11)相连的凸块(132)，所述凸块(132)滑设于燕尾槽滑台(131)的燕尾槽(133)中，所述燕尾槽滑台(131)上设有用于通过紧固件锁紧凸块(132)的紧固孔(134)。
7.根据权利要求6所述的平转动抛光光顺装置，其特征在于所述凸块(132)与燕尾槽(133)之间设有用于调整间隙的镶条(136)，所述凸块(132)上设有偏心量读数刻度(135)。
8.根据权利要求I或2或3或4所述的平转动抛光光顺装置，其特征在于所述平转动抛光光顺装置还包括浮动机构(5 )，所述浮动机构(5 )包括基板(51)和滑板(52 )，所述滑板(52)沿竖直方向滑设于基板(51)上，所述偏心回转机构(I)、平转动转换机构(3)和光顺盘(4)安装于滑板(52)上，所述基板(51)和滑板(52)之间设有压力调节组件。
9.根据权利要求7所述的平转动抛光光顺装置，其特征在于所述平转动抛光光顺装置还包括浮动机构(5)，所述浮动机构(5)包括基板(51)和滑板(52)，所述滑板(52)沿竖直方向滑设于基板(51)上，所述偏心回转机构(I)、平转动转换机构(3)和光顺盘(4)安装于滑板(52)上，所述基板(51)和滑板(52)之间设有压力调节组件。
10.根据权利要求9所述的平转动抛光光顺装置，其特征在于所述压力调节组件为低摩擦气缸组件，所述低摩擦气缸组件包括装设于基板(51)上的气缸(53 )，所述气缸(53 )通过浮动接头(54 )与滑板(52 )连接。
全文摘要
本发明公开了一种平转动抛光光顺装置，包括偏心回转机构、平转动转换机构和光顺盘，偏心回转机构的输出轴绕回转中心作回转运动，平转动转换机构包括平转轴和平转动保持组件，平转轴可转动的套接于输出轴上，平转动保持组件与平转轴连接并限制平转轴自转，光顺盘连接于平转轴上并随平转轴作平转动。本发明具有结构简单紧凑、使用可靠、可实现光顺盘均匀磨损、改善光顺盘与加工工件吻合度、可有效去除磁流变加工带来的中高频误差、形成的函数具有优良的光顺效果同时兼具一定修形能力等优点。
文档编号B24B13/00GK102744663SQ20121026600
公开日2012年10月24日 申请日期2012年7月30日 优先权日2012年7月30日
发明者宋辞, 彭小强, 戴一帆, 石峰, 聂徐庆, 胡皓 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学