专利名称：一种浮动抛光头的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种抛光机部件，特别涉及一种可克服抛光中倾覆力矩的浮动抛光头，有利于提闻工件精度和表面质量。
背景技术：
化学机械抛光加工是精密及超精密加工中常用的提高工件表面质量及工件表面平坦化的方法。承载抛光垫的水平抛光盘做旋转运动，工件被固定在抛光头夹持部的背膜上，通过平稳的铅垂压力将工件压在旋转的抛光垫上，同时做旋转运动，抛光液输送装置将含有磨粒的抛光液输送到抛光垫上，抛光液中的成分与工件发生化学反应，在工件表面形成的反应生成物由磨粒和抛光垫的机械作用去除，在化学成膜和机械去膜的交替过程中实现超精密平面加工。为了适应超精密零件的表面形貌，避免机床主轴与加工面之间的垂直度误差对加工质量的影响，机床的主轴与抛光头之间的连接通常设计成浮动结构，允许抛光头底平面相对其安装轴做微小摆动。常见的浮动结构有簧片式(见附图2a)和关节轴承式(见附图2b)两种，其抛光头的摆动瞬心都在与工件接触的加工面之上，无论是簧片式还是关节轴承式连接结构，在抛光加工的正压力作用下，抛光头工件相对于抛光垫运动产生摩擦阻力。抛光头所受的倾覆力矩由摩擦阻力和摆动瞬心距加工面的距离决定，倾覆力矩会造成旋转的抛光头上的工件在抛光垫进入工件的部位所受的接触压力明显大于离开工件表面时的接触压力，加上工件中心与边缘的线速度差别，从而造成工件的边缘的材料去除量大于其中心区域的材料的去除量，形成外凸的加工面形，降低了工件表面的平面精度。为解决上述缺陷，提出了一种新型低瞬心浮动抛光头的结构，目前国内没有查到类似抛光头的报道。
发明内容
针对这种现有浮动式抛光头瞬心过高会产生倾覆力矩而影响工件表面质量这一技术上的缺陷，本发明提出了一种新型低瞬心浮动抛光头，其技术方案是:以双球面滚动轴承结构取代普通关节轴承结构。通过设计合理的球面半径可以随意降低抛光头的摆动瞬心。消除由于进给阻力产生倾覆力矩，从而有效提高了工件的加工质量。该抛光头包括传动轴、上盖、下盖、上滚珠、下滚珠、上保持架、下保持架、拉杆、橡胶波纹管、紧固螺钉和夹持部。传动轴由上部的连接部分、中部螺纹锁紧部分与底部支撑下滚珠的球面部构成，连接部分装在机床主轴端部，与机床主轴同轴转动。与传动轴的中部螺纹锁紧部分旋合的是上盖,上盖的底面为凹球面，侧面有两个螺孔，通过紧定螺钉锁定位置。下盖有内外两个球面结构，下盖的凸球面与上盖底面凹球面相对，下盖的凹球面与传动轴下部球形端面相对，在下盖的凸球面与上盖的凹球面之间安装一组滚动钢珠及其保持架，在下盖的凹球面与传动轴下部的球形端面之间也安装一组滚动钢珠及其保持架，上述四个球面装配后球心重合，从而构成双球面轴承关节结构，其关节的摆动瞬心就是各球面的公共球心。
与下盖连接螺纹配合的是抛光头的夹持部，夹持部下面的背膜粘接工件，与抛光垫接触进行抛光。由于抛光头摆动的公共球心根据要求可以设计在工件与抛光垫的接触平面上，使磨削阻力对摆动瞬心的力臂为零，从而达到彻底消除倾覆力矩的作用，这样使工件加工表面受到均匀的接触压力，提高了加工平面度。为了将机床主轴的转动传递到工件上，设置两个对称分布的拉杆拉动下盖转动，每个拉杆两端用两个螺钉连接在上盖和下盖上。拉杆与螺钉的间隙配合使抛光头夹持部相对传动轴仍可自由摆动同时与机床主轴同步转动，适应了加工要求。在上盖与抛光头之间套有橡胶波纹管可防止抛光液流入腐蚀抛光头内部结构，其柔韧性不会影响抛光头的自由摆动。
图1是浮动抛光头外观图。图2(a)是簧片式抛光头结构图。图2(b)是关节轴承式抛光头结构图。图3是低瞬心浮动抛光头结构图。图中:1传动轴，2弹性板簧，3螺钉，4夹持部，5背膜，6工件，7传动轴，8拨叉，9拨销，10关节轴承，11夹持部，12背膜，13工件，14上紧定螺钉，15上滚珠，16下滚珠，17下保持架，18下紧定螺钉，19传动轴，20上盖，21上保持架，22螺钉、23橡胶波纹管，24拉杆，25下盖，26夹持部，27工件。
具体实施例方式结合技术方案和附图详细说明本发明的具体实施方式
:对于图3所示的低瞬心浮动抛光头，是由传动轴19、上盖20、下盖25、上滚珠15、下滚珠16、上保持架21、下保持架17、拉杆24、橡胶波纹管23、上紧定螺钉14、下紧定螺钉18和夹持部26等组成。传动轴19的下部为与下滚珠16接触的球面结构，其上部用于连接到机床主轴端部。与传动轴19的中部螺纹锁紧部分旋合的是上盖20，上盖20的底面为凹球面，侧面有两个螺孔，通过上紧定螺钉14锁定位置。下盖25有内外两个球面结构，下盖25的凸球面与上盖20底面凹球面相对，下盖25的凹球面与传动轴19下部球形端面相对，在下盖25的凸球面与上盖20的凹球面之间安装一组上滚珠15及上保持架21，在下盖25的凹球面与传动轴19下部的球形端面之间也安装一组下滚珠16及下保持架17，上述四个球面SRl、SR2、SR3及SR4装配后球心重合，从而构成双球面轴承关节结构，其关节的摆动瞬心就是各球面的公共球心。下盖24通过螺纹连接到抛光头的夹持部26，夹持部26下面可粘接工件27，抛光时工件27的底面与抛光垫接触。由于抛光头摆动的公共球心根据要求可以设计在工件27与抛光垫的接触平面上，使磨削阻力对摆动瞬心的力臂为零，从而达到彻底消除倾覆力矩的作用。这样使工件27加工表面受到更均匀的接触压力，提高了工件27的加工平面度。为了将传动轴的转动传递到工件27上，设置两个对称分布的拉杆23，每个拉杆23两端用螺钉22连接在上盖20和下盖25上。拉杆24与螺钉22的间隙配合使抛光头夹持部相对传动轴仍可自由摆动同时与传动轴同步转动。
套在上盖与抛光头之间橡胶波纹管23主要起密封作用，防止抛光液腐蚀内部球面结构，其柔韧性可使抛光头保持浮动性。
权利要求
1.一种浮动抛光头，其特征在于，该抛光头包括传动轴、上盖、下盖、上滚珠、下滚珠、上保持架、下保持架、拉杆、橡胶波纹管、紧固螺钉和夹持部；传动轴的上部用于连接机床主轴，中部与上盖螺纹连接，通过紧定螺钉锁定位置，下部的球面部与下滚珠接触；上盖的底面为凹球面，下盖有内外两个球面结构，下盖的凸球面与上盖底面凹球面相对，下盖的凹球面与传动轴下部球形端面相对；在下盖的凸球面与上盖的凹球面之间安装一组滚动钢珠及保持架，在下盖的凹球面与传动轴下部的球形端面之间也安装一组滚动钢珠及保持架，上述四个球面装配后球心重合，构成双球面轴承结构，其摆动瞬心为各球面的公共球心。
2.根据权利要求1所述的浮动抛光头，其特征在于，设置两个对称分布的拉杆拉动下盖转动，每个拉杆两端用两个螺钉连接在上盖和下盖上，拉杆与螺钉的间隙配合使抛光头夹持部相对传动轴自由摆动，同时与机床主轴同步转动。
3.根据权利要求1或2所述的浮动抛光头，其特征在于，在上盖与抛光头之间套有橡胶波纹管，防止抛光液流入腐蚀抛光头内部结构，其柔韧性使抛光头保持浮动性。
全文摘要
本发明涉及一种以双球面滚动轴承结构取代普通关节轴承结构的浮动抛光头，它由传动轴、上盖、下盖、上滚珠、下滚珠、上保持架、下保持架、拉杆、橡胶波纹管、紧固螺钉和夹持部等组成，在四个球面零件装配后球心重合形成关节的摆动瞬心，摆动瞬心可以设计在工件与抛光垫的接触平面上，使磨削阻力对摆动瞬心的力臂为零，从而达到彻底消除倾覆力矩的作用,使工件加工表面受到均匀的接触压力。该抛光头通过两个拉杆传递驱动转矩，用橡胶波纹管保护摆动关节结构免受腐蚀，其结构特点可提高工件平面加工精度。
文档编号B24B37/07GK103203683SQ201310080518
公开日2013年7月17日 申请日期2013年3月13日 优先权日2013年3月13日
发明者戴恒震, 张宝民, 贾晟辉, 洪宁远, 金洙吉 申请人:大连理工大学