CN100448615C - 精密双面抛光机 - Google Patents

Abstract

一种精密双面抛光机，包括机架、主轴传动机构、上抛光盘传动机构，主轴传动机构连接下抛光盘、内齿圈、外齿圈以及与上抛光盘配合的连接件，内齿圈与外齿圈之间啮合用于放置工件的行星轮，上抛光盘传动机构位于主轴传动机构的上方，上抛光盘传动机构包括安装在机架上的驱动装置，驱动装置带有活塞杆，活塞杆与上抛光盘连接，采用四个变频电机拖动上下抛盘、内齿圈、外齿圈的四动抛光原理来进行传动系统的设计，且采用轴套结构使四轴同心；驱动装置连接用于调节加载压力大小的压力调节阀，在活塞杆与上抛光盘的连接处安装压力传感器，能够精确控制上抛光盘的压力。本发明结构紧凑、可实现无级调速、加工过程平稳性佳、可有效提升抛光效率。

Description

精密双面抛光机

(一)技术领域

本发明涉及抛光机领域，尤其是一种精密双面抛光机。

(二)背景技术

原传统研抛机采用单电机带动，参见图1，通过齿轮传动系统实现上抛光盘22、下抛光盘23、内齿圈24、外齿圈25的转动，上下抛光盘与行星轮只有两种速度比，限制了双面抛光加工运动轨迹的变化，缺乏对速度的精确控制。

为了提高抛光效率，有人对抛光机的行星盘做了改进，如专利号为02292538.4，专利名称为双面抛光机行星盘的中国实用新型专利，公开了一种双面抛光盘，其行星盘上有3个偏心孔，3个偏心孔内分别放置3个分离器，每个分离器的孔径为103毫米。能够部分提高抛光的成品率，而且提高了抛光效率。但是，其仍然采用传统研抛机二轴或三轴传动方式。

存在的缺点是：(1)、结构复杂；(2)、不能实现无级调速；(3)、加工的平稳性差；(4)、抛光效率较低。

(三)发明内容

为了克服已有的双面抛光机的结构复杂、不能实现无级调速、加工的平稳性差、抛光效率低的不足，本发明提供一种结构紧凑、可实现无级调速、加工过程平稳性佳、可有效提升抛光效率的精密双面抛光机。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种精密双面抛光机，包括机架、主轴传动机构、上抛光盘传动机构，所述的主轴传动机构连接下抛光盘、内齿圈、外齿圈以及与上抛光盘配合的连接件，所述的内齿圈与外齿圈之间啮合用于放置工件的行星轮，所述的上抛光盘传动机构位于主机架轴传动机构的上方，所述的上抛光盘传动机构包括安装在机架上的驱动装置，所述驱动装置带有活塞杆，所述的活塞杆与上抛光盘连接，所述的主轴传动机构还包括四个变频电机、驱动上抛光盘转动的长轴、驱动内齿圈转动的小轴、驱动下抛光盘转动的中轴以及驱动外齿圈转动的大轴，所述的第一变频电机的输出轴与第一传动带连接来传动长轴，所述长轴底端连接长轴轴承，所述长轴轴承安装在机架上；所述的第二变频电机的输出轴与第二传动带连接来传动小轴，所述小轴底端连接小轴轴承，所述小轴轴承套装在长轴的外侧；所述的第三变频电机的输出轴与第三传动带连接来传动中轴，所述的中轴底端连接中轴轴承，所述中轴轴承套装在小轴的外侧；所述的第四变频电机的输出轴与第四齿轮传动连接，所述的第四齿轮通过键连接大轴，所述大轴底端连接大轴轴承，所述大轴轴承套装在中轴的外侧；所述的大轴轴承套上安装升降驱动装置，所述的升降驱动装置带有伸缩杆，所述伸缩杆的另一端与长轴固定连接，所述大轴上设有可供键上下滑动的键槽。

作为优选的一种方案：所述的第一传动带为第一同步带；所述的第二传动带为第二同步带；所述的第三传动带为第三同步带；中间齿轮套装在第四变频电机的输出轴上，所述中间齿轮与第四齿轮啮合。

进一步，所述长轴的上端装D级单列向心球轴承和单列推力球轴承，底端安装方形座顶丝外球面球轴承，所述方形座顶丝外球面球轴承安装在长轴后轴承座内；所述小轴的上端装单列向心球轴承和单列推力球轴承，底端安装滚针轴承，所述滚针轴承安装在小轴轴承座内；中轴前端安装一对反向的圆锥滚子轴承，后端安装滚针轴承，所述滚针轴承安装在中轴轴承座内；大轴与中轴轴承座滑动套接，采用间隙配合；大轴轴承座固定在工作台上，大轴与大轴轴承座间采用滚柱轴承，大轴后端放置一止推轴承。

更进一步，所述升降驱动装置为液压缸或气缸。

作为优选的另一种方案：所述的驱动装置连接用于调节加载压力大小的压力调节阀，在所述的活塞杆与上抛光盘的连接处安装压力传感器；所述的上抛光盘传动机构还包括用于接收压力传感器的信号，并将压力传感器的压力值与预设的工作压力比较，选择性地向压力调节阀发出增大或减小压力指令的上抛光盘压力控制器，所述的压力调节阀、压力传感器连接上抛光盘压力控制器。

进一步，所述的驱动装置为气缸，所述气缸包括上室、下室以及活塞，活塞连接活塞杆，所述上室与上气管连通，所述下室与下气管连通，所述的上气管、下气管分别与大气连通、同时与压力调节阀连通。

再进一步，上抛光盘与气缸活塞杆浮动连接。

所述的气缸活塞杆通过浮动接头与上抛光盘连接，所述浮动接头为球弧面的球轴承。

所述的气缸活塞杆与连接杆连接，所述的连接杆与压力传感器连接，所述压力传感器转动轴，所述转动轴连接在球弧面的球轴承，所述球轴承与上抛光盘支架连接。

本发明的有益效果主要表现在：1、结构紧凑；2、可实现无级调速、加工过程的软启动和软停止；3、对工件的冲击影响小，加工过程的平稳性佳；4、可有效提升抛光效率；5、能够承受工作压力和工作台的重力，加工精度高；6、能够精确控制上抛光盘对工件的压力，有效提升抛光精度；7、浮动接头不要求负载与气缸轴心一致，采用球轴承，能够保证气缸活塞杆与上抛光盘相互贴合。

(四)附图说明

图1是传统的双面研磨抛光机的结构示意图。

图2是本发明的双面抛光机的结构示意图。

图3是抛光机的主轴传动机构的结构图。

图4是抛光机的上抛光盘传动机构的结构图。

图5是气动加载装置的气动控制原理图。

图6是工控机的控制原理图。

(五)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2～图6，一种精密双面抛光机，包括机架1、主轴传动机构、上抛光盘传动机构，所述的主轴传动机构连接下抛光盘23、内齿圈24、外齿圈25以及与上抛光盘22配合的连接件，所述的内齿圈24与外齿圈25之间啮合用于放置工件的行星轮38，所述的上抛光盘传动机构位于主轴传动机构的上方，所述的上抛光盘传动机构包括安装在机架上的驱动装置27，所述驱动装置27带有活塞杆28，所述的活塞杆28与上抛光盘22连接，所述的主轴传动机构包括四个变频电机、驱动上抛光盘转动的长轴6、驱动内齿圈转动的小轴7、驱动下抛光盘转动的中轴8以及驱动外齿圈转动的大轴9，第一变频电机2的输出轴与第一传动带10连接来传动长轴6，所述长轴6底端连接长轴轴承11，所述长轴轴承11安装在机架1上；第二变频电机3的输出轴与第二传动带12连接来传动小轴7，所述小轴7底端连接小轴轴承13，所述小轴轴承13套装在长轴6的外侧；第三变频电机4的输出轴与第三传动带14连接来传动中轴8，所述的中轴8底端连接中轴轴承15，所述中轴轴承15套装在小轴7的外侧；第四变频电机5的输出轴与第四齿轮16传动连接，所述的第四齿轮16通过键连接大轴6，所述大轴6底端连接大轴轴承17，所述大轴轴承17套装在中轴8的外侧；所述的大轴轴承套上安装升降驱动装置，所述的升降驱动装置带有伸缩杆18，所述伸缩杆18的另一端与长轴6固定连接，所述大轴9上设有可供键上下滑动的键槽。

所述的第一传动带10为第一同步带；所述的第二传动带12为第二同步带；所述的第三传动带14为第三同步带；中间齿轮19套装在第四变频电机5的输出轴上，所述中间齿轮19与第四齿轮5啮合。

所述长轴6的上端装D级单列向心球轴承和单列推力球轴承，底端安装方形座顶丝外球面球轴承，所述方形座顶丝外球面球轴承安装在长轴轴承座内；所述小轴7的上端装单列向心球轴承和单列推力球轴承，底端安装滚针轴承，所述滚针轴承安装在小轴轴承座内；中轴8前端安装一对反向的圆锥滚子轴承，后端安装滚针轴承，所述滚针轴承安装在中轴轴承座内；大轴9与中轴轴承座滑动套接，采用间隙配合；大轴轴承座固定在工作台20上，大轴9与大轴轴承座间采用滚柱轴承，大轴9后端放置一止推轴承。所述升降驱动装置为液压缸或气缸。

驱动装置27连接用于调节加载压力大小的压力调节阀29，所述压力调节阀29连接气动气源，在所述的活塞杆28与上抛光盘22的连接处安装压力传感器30；所述的气动加载装置还包括用于根据工件的加工条件制定的加载压力控制曲线控制载荷大小，以及用于各个抛光阶段，接收压力传感器的信号，并将压力传感器的压力值与预设各个抛光阶段的工作压力比较，选择性地向压力调节阀发出增大或减小压力指令的上抛光盘压力控制模块31；所述的上抛光盘压力控制模块31连接压力调节阀29、压力传感器30。

所述的气动加载装置还包括用于检测上抛光盘位置的位移传感器36，所述的位移传感器36连接用于依照位移传感器的信号判定上抛光盘是否到达工作位置的上抛光盘位置控制模块37，所述的位置传感器36连接所述上抛光盘位置控制模块37。

所述驱动装置为气缸27，气缸包括上室、下室以及活塞，活塞连接活塞杆，所述上室与上气管连通，所述下室与下气管连通，所述的上气管、下气管分别与大气连通、同时与压力调节阀连通。所述压力调节阀的调节装置包括步进电机、偏心机构，所述的步进电机连接上抛光盘压力控制模块的控制端，所述步进电机的输出轴连接偏心机构，所述偏心机构与压力调节阀的阀芯传动连接。

上抛光盘22与气缸活塞杆28浮动连接。所述的气缸活塞杆28通过浮动接头32与上抛光盘22连接，所述浮动接头32为球弧面的球轴承。所述的气缸活塞杆28与连接杆33连接，所述的连接杆33与压力传感器30连接，所述压力传感器30连接转动轴34，所述转动轴34连接在球弧面的球轴承，所述球轴承与上抛光盘支架35连接。

本实施例采用四个变频电机分别拖动上抛光盘22、下抛光盘23、内齿圈24、外齿圈25的四动抛光原理来进行传动系统的设计，且采用轴套结构使四轴同心，结构紧凑，可实现无级调速、加工过程的软启动和软停止，对工件的冲击影响小，加工过程的平稳性佳。

第一变频电机2通过第一同步带及带轮将旋转运动传至长轴6，工作时上抛光盘22下降，长轴6通过连接件与上抛光盘22相连，使上抛光盘22旋转；第二变频电机3通过第二同步带及带轮将旋转运动传至小轴7，小轴7与内齿圈24相连，使内齿圈24旋转；第三变频电机4通过第三同步带及带轮将旋转运动传至中轴8，中轴8与下抛光盘23相连，使下抛光盘23旋转；第四变频电机5通过一对齿轮把运动传递到大轴9，大轴9与外齿圈25相连，使外齿圈25运动；同时升降驱动装置(液压缸)26活塞的运动使伸缩杆18推动上下移动，最终使外齿圈25位置可以上下调整。

对于双面抛光机结构而言，其核心部分是带动上、下抛光盘及内齿圈及外齿圈旋转的主轴机构。下面参照图3，分别对该结构做详细的设计：

由于主轴组件要保证一定的加工精度并承受工作压力和工作台的重力，因此要求有好的精度、刚度和承载能力。

上抛光盘22运动传递过程：第一变频电机2——第一皮带轮——键——长轴6——键——带动圆螺母——上抛光盘22。为了保证上抛光盘22的旋转精度和位置精度，长轴6的旋转精度和刚度是关键。因此在长轴的前端装精度高、刚性好的D级单列向心球轴承和单列推力球轴承，后轴承装了方形座顶丝外球面球轴承。这样两个方向的轴向力和径向力都能承受，保证有一定的旋转精度和刚度；

内齿圈24运动的传递过程：第二变频电机3——第二皮带轮——键——小轴7——键——内齿圈座——内齿圈24。为了保证内齿圈24的旋转精度和位置精度，小轴7的旋转精度和刚度是关键。因此小轴前端用单列向心球轴承和单列推力球轴承，后端长轴与小轴之间采用滚针轴承，其径向结构紧凑且承载能力大，同时保证长轴与小轴的平行度，小轴与支承体间放置一止推轴承，承受轴向力。

下抛光盘23运动的传递过程：第三变频电机4——第三皮带轮——键——中轴8——下抛光盘座——下抛光盘23。为了保证下抛光盘23运动的旋转精度和位置精度，中轴8的旋转精度和刚度是关键。下抛光盘通过螺钉固定在下抛光盘座上，定位面是下抛光盘座的端面及其下抛光盘定位销的外圆表面。中轴前端采用一对反向的圆锥滚子轴承安装在中轴轴承座上，后端中轴与小轴间也采用滚针轴承，使其径向结构紧凑，承载能力大，保证中轴与小轴间的平行度，中轴与支承体间放置一止推轴承，承受轴向力。

外齿圈25做旋转运动和调整位置的上下移动。旋转运动的传递：第四变频电机5——齿轮——键——齿轮——键——大轴9——外齿圈座——外齿圈25。上下调整运动传递：空气压缩机——液压缸26——伸缩杆18承座——轴承——大轴——外齿圈座——外齿圈25。外齿圈25由于既要旋转又要移动，旋转精度和位置精度相对较低。大轴9在中轴轴承座滑移，采用间隙配合。大轴轴承座固定在工作台20上，大轴与大轴轴承座间采用滚柱轴承，可以承受较大径向力，径向结构紧凑。后端用放置一止推轴承，承受轴向力。

本实施例的抛光机的工作方式有：非接触抛光时，要将上抛光盘22相对工件(在下抛光盘上)浮起数微米；而在接触抛光时要对上抛光盘加载，最大载荷要达一百多公斤力；停止抛光时，则又要将上抛光盘抬起一定高度。

为了实现上述功能，本实施例的上抛光盘采用气缸27利用高压空气的压力来实现加压。高压空气由上气管进入气缸的上室，推动活塞杆28向下移动，上抛光盘浮动连接在气缸活塞杆上，从而实现加工过程中所需压力。高压空气由下气管进入气缸的下室，同时上气管接通大气，从而推动活塞带动连接杆及抛光盘向上移动，即可卸下或检查工件。气缸的工作压力调节通过调节气压系统中的压力调节阀29来实现，为精确控制上抛光盘对工件的压力，气缸与抛光盘连接处装一个压力传感器30，以形成一个闭环控制，从而实现对气缸的精确控制。为保证抛光时的压力调整要求，采用静压活塞。

轴向精度由气缸下端面的精度来保证，调试以后使上抛光盘达到很高的径向定位精度和轴向定位精度。

另外考虑上下抛光盘的贴合，提高工件的加工精度，采用浮动连接使气缸与上抛光盘相连。当负载连接于气缸活塞杆端部时，使用浮动连接可吸收活塞杆和负载的偏心或不平行对活塞杆产生的偏心负载和横向负载。同时考虑上抛光盘工作时不仅要加载荷而且需要高速转动，所以与一般的浮动接头结构不一样。浮动接头采用球弧面的球轴承连接，故允许上抛光盘在x、y、z三个方向的摇动，允许摇动角在±5°以内，下抛光盘轴心线在接头轴线的垂直方向可作微量偏心滑移，同时由于浮动接头不要求负载与气缸轴心一致。

本实施例的抛光盘压力的控制策略由气动控制系统实现，主要通过气缸活塞杆28的位置变化实现载荷的精确控制。用软件编写定时器来控制气动系统，实现抛光过程所需要的高低压加压时间，由微机通过编好的程序控制压力调节阀29，压力调节阀29再控制气缸，同时在气缸与抛光盘连接处装有一个压力传感器30，通过A/D转换，把气缸的压力信号反馈到工控机中，通过一个位移传感器36检查上抛光盘位置，同样通过A/D转换，把上抛光盘22的位置信号反馈到工控机中，形成两个闭环控制，从而实现对抛光盘压力的精确控制。设备气动控制系统原理图，可反映气缸控制系统原理。气缸是由压力调节阀控制其动作，对压力调节阀的设计及控制是整个气动系统控制的关键。

气动系统气源由小型空压机提供，压缩空气经过储气管和过滤器供给系统，系统压力由压力调节阀调定，通过微机设置调节电压信号给压力调节阀的步进电机，步进电机的转动带动偏心机构的转动，再由偏心机构的转动带动阀芯的移动，控制阀芯在阀套中的位置，从而控制气缸的压力要求，实现气缸的精确运动，抛光盘压力的精确控制。

在加工开始时，由于工件表面不平整，如果直接以工作压力加到工件上，则工件凸起处与抛光垫间的局部压强特别大，摩擦阻力大，造成工件在行星轮内受到很大的挤压，容易把晶片压碎或晶片从行星轮内甩脱造成碎片。因此在机床刚开始加工时，通过微机设置较小的调节电压信号控制压力调节阀的流量，压缩空气经过压力调节阀以较低的压力进入气缸无杆腔，使加工工件上的压力较小。当加工一段时间以后，工件抛得比较平整，微机设置较大的电压信号给压力调节阀，增加流量，压缩空气经过压力调节阀以较高的压力进入气缸无杆腔，使加工工件上的压力增加，以提高抛光加工效率。在抛光加工快结束时，再一次供给低压信号，使工件在较低的加工压力下工作，这有利于降低工件表面的粗糙度。

在实施例的抛光机各阶段高低压的加工时间由于采用了软件计算，所以操作者可以根据具体的情况设定。同时本研制的抛光机自动控制系统中采用程序控制的自动压力加载策略，可以根据加工材料的工艺特性编制加工过程的压力加载曲线，避免了传统研磨机中采用时间继电器设定加载压力、不易修改的问题，微机控制系统可由操作者通过键盘设定任意压力下的抛光工作时间。

Claims (9)

1、一种精密双面抛光机，包括机架、主轴传动机构、上抛光盘传动机构，所述的主轴传动机构连接下抛光盘、内齿圈、外齿圈以及与上抛光盘配合的连接件，所述的内齿圈与外齿圈之间啮合用于放置工件的行星轮，所述的上抛光盘传动机构位于主轴传动机构的上方，所述的上抛光盘传动机构包括安装在机架上的驱动装置，所述驱动装置带有活塞杆，所述的活塞杆与上抛光盘连接，其特征在于：所述的主轴传动机构还包括四个变频电机、驱动上抛光盘转动的长轴、驱动内齿圈转动的小轴、驱动下抛光盘转动的中轴以及驱动外齿圈转动的大轴，所述的第一变频电机的输出轴与第一传动带连接来传动长轴，所述长轴底端连接长轴轴承，所述长轴轴承安装在机架上；所述的第二变频电机的输出轴与第二传动带连接来传动小轴，所述小轴底端连接小轴轴承，所述小轴轴承套装在长轴的外侧；所述的第三变频电机的输出轴与第三传动带连接来传动中轴，所述的中轴底端连接中轴轴承，所述中轴轴承套装在小轴的外侧；所述的第四变频电机的输出轴与传动齿轮传动连接，所述的传动齿轮通过键连接大轴，所述大轴底端连接大轴轴承，所述的大轴轴承套装在中轴的外侧；大轴轴承套上安装升降驱动装置，所述的升降驱动装置带有伸缩杆，所述伸缩杆的另一端与长轴固定连接，所述大轴上设有可供键上下滑动的键槽。

2、如权利要求1所述的精密双面抛光机，其特征在于：所述的第一传动带为第一同步带；所述的第二传动带为第二同步带；所述的第三传动带为第三同步带；中间齿轮套装在第四变频电机的输出轴上，所述中间齿轮与所述的传动齿轮啮合。

3、如权利要求2所述的精密双面抛光机，其特征在于：所述长轴的上端装D级单列向心球轴承和单列推力球轴承，底端安装方形座顶丝外球面球轴承，所述方形座顶丝外球面球轴承安装在长轴后轴承座内；所述小轴的上端装单列向心球轴承和单列推力球轴承，底端安装滚针轴承，所述滚针轴承安装在小轴轴承座内；中轴前端安装一对反向的圆锥滚子轴承，后端安装滚针轴承，所述滚针轴承安装在中轴轴承座内；大轴与中轴轴承座滑动套接，采用间隙配合；大轴轴承座固定在工作台上，大轴与大轴轴承座间采用滚柱轴承，大轴后端放置一止推轴承。

4、如权利要求3所述的精密双面抛光机，其特征在于：所述升降驱动装置为液压缸或气缸。

5、如权利要求1-4之一所述的精密双面抛光机，其特征在于：所述的驱动装置连接用于调节加载压力大小的压力调节阀，在所述的活塞杆与上抛光盘的连接处安装压力传感器；所述的上抛光盘传动机构还包括用于接收压力传感器的信号，并将压力传感器的压力值与预设的工作压力比较，选择性地向压力调节阀发出增大或减小压力指令的上抛光盘压力控制器，所述的压力调节阀、压力传感器连接上抛光盘压力控制器。

6、如权利要求5所述的精密双面抛光机，其特征在于：所述的驱动装置为气缸，所述气缸包括上室、下室以及活塞，活塞连接所述活塞杆，所述上室与上气管连通，所述下室与下气管连通，所述的上气管、下气管分别与大气连通、同时与压力调节阀连通。

7、如权利要求6所述的精密双面抛光机，其特征在于：上抛光盘与所述的活塞杆浮动连接。

8、如权利要求7所述的精密双面抛光机，其特征在于：所述的活塞杆通过浮动接头与上抛光盘连接，所述浮动接头为球弧面的球轴承。

9、如权利要求8所述的精密双面抛光机，其特征在于：所述的活塞杆与连接杆连接，所述的连接杆与压力传感器连接，所述压力传感器连接转动轴，所述转动轴连接在球弧面的球轴承，所述球轴承与上抛光盘支架连接。

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