CN101791778B - 一种研磨抛光装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种研磨抛光装置，其伺服驱动机构置于研磨抛光盘外侧的支架上，驱动工件环总成相对于研磨抛光盘运动，以调整工件环总成的中心通孔与研磨抛光盘中心之间的径向距离；控制器根据预设控制策略实时输出控制信号至伺服驱动机构。其工件环总成具体包括工件环支撑架、工件环及至少三个滚轮，工件环支撑架的一端与伺服驱动机构的输出部件相连，其另一端置于研磨抛光盘的上方；工件环置于工件环支撑架的下方，工件环与研磨抛光盘上表面大体平行且相分离，工件环的外周表面开有环形凹槽；每个滚轮的轮轴分别设置于工件环支撑架上，且每个滚轮的内侧轮沿分别与工件环的环形凹槽相抵。工作过程中，可有效提高加工精度和生产效率，进而降低生产成本。

Description

一种研磨抛光装置

技术领域

本发明涉及机械制造领域，具体涉及一种研磨抛光装置。

背景技术

在光学元件的加工过程中，铣磨工序后需要进一步精加工-研磨和抛光工序，其通过研磨和抛光工具与工件表面接触，从而在工作介质的物理和/或化学作用下去除铣磨时残留的亚表面损伤，同时提高工件的表面光洁度。

传统的研磨抛光装置，其研磨抛光盘的上表面设置有研磨或抛光用磨具，研磨抛光盘上方设置有工件环，该工件环的内径尺寸大于待加工工件的外径尺寸。研磨抛光作业时，将待加工工件内置于工件环内孔下方的研磨抛光盘上；工作过程中，研磨抛光盘在动力部件的驱动下旋转，并带动工件一并运动，同时工件受工件环的限制而在其内孔中相对于研磨抛光盘无规律的运动，完成研磨或抛光作业。

目前，现有的研磨抛光装置的工件环中心相对研磨抛光盘固定不动，此种结构形式使得工件在研磨抛光过程中的运动区域相对固定，极易出现成品加工表面呈外凸或者内凹状的面形误差，因此，应用现有的研磨抛光装置，存在良品率较低、生产成本较高的问题。

有鉴于此，亟待针对现有研磨抛光装置的工件环进行优化设计，以在保证工件质量的基础上，有效降低生产成本。

发明内容

针对上述缺陷，本发明解决的技术问题在于，提供一种研磨抛光装置，在加工过程中其工件环的中心在研磨抛光盘上的位置可以通过数控程序的预设控制策略连续变化，而不需要停止加工过程进行操作；既可以提高工件抛光后的面型精度，还可提高生产效率、降低生产成本。

本发明提供的研磨抛光装置，包括研磨抛光盘、至少一个工件环总成、伺服驱动机构和控制器；其中，所述研磨抛光盘的上表面用于设置研磨抛光介质，所述研磨抛光盘通过第一驱动部件的驱动绕其自身轴线转动；所述工件环总成置于所述研磨抛光盘的上方，且所述工件环总成的中部具有用于内置工件的中心通孔；所述伺服驱动机构置于所述研磨抛光盘外侧的支架上，驱动所述工件环总成相对于所述研磨抛光盘运动，以调整所述工件环总成的中心通孔与所述研磨抛光盘中心之间的径向距离；所述控制器根据预设控制策略实时输出控制信号至所述伺服驱动机构。

优选地，所述预设控制策略根据工件的材质、工件的尺寸、工件的加工余量、研磨抛光介质的材质和研磨抛光盘的转速确定。

优选地，所述伺服驱动机构具体为伺服电动机驱动，所述控制器输出的控制信号具体为控制该伺服电动机的位置控制信号和速度控制信号。

优选地，所述工件环总成具体包括工件环支撑架、工件环和至少三个滚轮；其中，所述工件环支撑架的一端与所述伺服驱动机构的输出部件相连，其另一端置于所述研磨抛光盘的上方；所述工件环置于所述工件环支撑架的下方且与所述研磨抛光盘上表面大体平行，所述工件环的外周表面开有环形凹槽；每个所述滚轮的轮轴分别设置于所述工件环支撑架上，且每个滚轮的内侧轮沿分别与所述工件环的环形凹槽相抵。

优选地，所述工件环支撑架上固定设置至少一个第二驱动部件，用于驱动至少一个滚轮。

优选地，所述工件环总成还包括内置于所述工件环的内孔中的工件保持架，所述工件保持架具有与工件外形尺寸大致相同的至少一个通孔，所述通孔的中心与工件环内孔同心设置或者偏心设置。

优选地，所述工件环的孔壁上具有轴向设置的凸棱，所述工件保持架的外周表面具有与该凸棱相适配的凹槽，以便于所述工件保持架与工件环一并转动。

优选地，所述工件环的孔壁上具有径向设置的台阶，所述工件保持架的下表面与该台阶相抵定位。

优选地，所述工件保持架固定设置在一直线运动或者摆动的伺服驱动机构上，以带动工件沿着研磨抛光盘的径向位移。

优选地，所述研磨抛光盘分别通过相互独立的径向轴承和轴向轴承支撑在支架上；所述轴向轴承的中间直径约为研磨抛光盘外径的0.5～0.6倍。

与现有技术相比，本发明的工件环总成固定在一个伺服驱动机构上，伺服驱动机构固定在研磨抛光盘外侧的支架上，该伺服驱动机构可以带动工件环作相对于研磨抛光盘的径向运动。在研磨抛光过程中，通过数控程序可以根据预设的控制策略连续改变工件环中心在研磨抛光盘上的位置。因此，本发明所述研磨抛光装置的工件环中心能够相对于研磨抛光盘按照数控程序参数实现连续的位置变化，从而可有效提高加工精度和生产效率，进而降低生产成本。

本发明的优选方案中，预设控制策略根据工件的材质、工件的尺寸、工件的加工余量、研磨抛光介质的材质和研磨抛光盘的转速确定，为进一步提高加工精度提供了可靠的保证。

在本发明的另一优选方案中，工件环总成具体包括工件环支撑架、工件环和至少三个滚轮；其中，工件环通过滚轮吊装于工件环支撑架的下方且与所述研磨抛光盘上表面大体平行，每个所述滚轮的轮轴分别设置于工件环支撑架上，且每个滚轮的内侧轮沿分别与工件环的环形凹槽相使得工件环可以相对于工件环支撑架转动。优选地，设置有驱动滚轮转动的驱动部件，并通过滚轮带动工件环相对于工件环支撑架转动，从而使得内置于工件环内的工件无规律运动得以叠加，可进一步提高加工精度。

在本发明的又一优选方案中，工件环的内孔中设置有工件保持架，该工件保持架具有与工件外形尺寸大致相同的至少一个通孔，并且可以与工件环同步转动，所述通孔的中心与工件环内孔同心设置或者偏心设置，显然，工件保持架上偏心设置的工件安装通孔，可次使得工件的无规律运动再次叠加；此外，该工件保持架可以根据不同的工件外形尺寸设计，也就是说，可根据实际使用需要更换工件保持架，以提高研磨抛光装置的适应性。

附图说明

图1是具体实施方式中所述研磨抛光装置的整体结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是图2的I部放大图；

图4是图3中所示B向局部向视图；

图5是具体实施方式中第二种实施例所述研磨抛光装置的结构示意图。

图中：

支架1、1a、研磨抛光盘2、2a、转轴21、轴向轴承22、径向轴承23、工件环总成3、3′、3a、工件环支撑架31、螺套311、工件环32、环形凹槽321、凸棱322、台阶323、滚轮33、驱动电机34、工件保持架35、通孔351、凹槽352、研磨抛光介质载体4、驱动电机5、皮带传动装置6、皮带轮61、伺服驱动机构7、电动机71、传动系72、丝杆721、防护罩8、推拉门9。

具体实施方式

本发明基于现有研磨抛光装置的工件环结构形式进行了优化设计，其核心是工件环总成可相对于研磨抛光盘运动，从而可根据预设的控制策略调整工件环中心与研磨抛光盘之间的径向距离。

下面结合说明书附图具体说明本实施方式。

请参见图1和图2，其中，图1是所述研磨抛光装置的整体结构示意图，图2是图1的A-A剖面图。

本文中所涉及的内、外等方位词是以研磨抛光盘的转动中心为基准定义的。应当理解，前述方位词的使用不应当限制本申请请求保护的范围。

如图所示，该研磨抛光装置主要包括支架1、研磨抛光盘2、四个工件环总成3和操纵控制系统(图中未示出)等功能部件。实际应用中，研磨抛光盘1可以直接作为研磨抛光介质的载体，或者可在其上表面贴敷其它材料的研磨抛光介质载体4；此外，与现有技术相同，进行研磨作业时可选用游离的砂粒或者金刚石研磨盘等磨具，进行抛光作业时可选用抛光皮或者抛光粉等磨具。

在研磨抛光过程中，工件材料的去除量取决于与切削速度，工件与研磨抛光盘之间的压力以及接触时间。在与研磨抛光盘中心不同距离的位置，工件与研磨抛光盘之间的相对速度不同，接触时间不同，因此工件的材料去除量也不同。其中，操纵控制系统的工作原理与现有数控机床技术完全相同，不同的是本方案所采用了预设的控制策略，该预设控制策略根据工件的材质、工件的尺寸、工件的加工余量、研磨抛光介质的材质和研磨抛光盘的转速，以及结合工件在开始加工前的初始面形，从而确定工件环总成的中心位置，也就是说，最终通过控制工件环总成的摆幅大小和摆动频率，调整工件环总成的中心位置，以达到研磨抛光后最佳的面形精度。本领域的技术人员基于前述相关因素完全可以确定实际工况的预设控制策略，故本文不再赘述。

研磨抛光盘2设置在支架1上，其通过第一驱动部件的驱动绕其自身轴线转动，该研磨抛光盘2的下表面通过轴向轴承22承载于支架1上，轴向轴承22起到了支撑研磨抛光盘2及保障研磨抛光盘2可靠转动的作用，轴向轴承22优选转台轴承。转轴21通过径向轴承23与支架1配合，径向轴承23优选角接触轴承。具体地，轴向轴承22的中间直径约为研磨抛光盘2外径的0.5～0.6倍，优选为0.55938倍，以使得研磨抛光盘2的变形最小，从而提高产品的面形精度。

研磨抛光盘2的旋转运动可以用电动机直接驱动或者通过机电传动装置间接驱动实现；本方案中第一驱动部件具体为驱动电机5，并通过皮带传动装置6间接驱动研磨抛光盘2；且在研磨抛光盘转轴21与皮带轮61之间设置有卸荷装置，工作过程中，只传递扭矩，不传递径向力。同时，皮带传动可以减少工作发热，从而可减小研磨抛光盘的热变形，可以用于加工精度要求加高的应用场合。

当然，应当理解的是，驱动电机5也可以通过其它结构形式的传动系输出动力至研磨抛光盘2的转轴21，只要满足使用需要均可。同时，该驱动电机可以通过数控程序控制驱动电机5实现连续无级变速，以满足不同工况的需求。

四个工件环总成3均布设置在研磨抛光盘2的上方，每个工件环总成3的中部具有用于内置工件的中心通孔；且每个工件环总成3可对于所述研磨抛光盘2运动，以调整工件环总成3的中心通孔与研磨抛光盘2之间的径向距离。与每个工件环总成3对应设置有伺服驱动机构7，伺服驱动机构7固定在研磨抛光盘2外面的支架1上，以带动工件环总成3作相对于研磨抛光盘2的运动；在研磨抛光过程中，控制器(图中未示出)根据预设控制策略实时输出控制信号至伺服驱动机构，从而通过数控程序连续改变工件环中心在研磨抛光盘2上的位置。

该伺服驱动机构7可以实现驱动工件环总成3沿研磨抛光盘2的径向直线运动，如图2所示，该图右侧所示的工件环总成3′处于径向伸出状态。如图所示，伺服驱动机构7由电动机71和传动系72构成，控制器输出的控制信号具体为控制该电动机71的位置控制信号和速度控制信号。工作过程中，工件环总成3的中心相对于研磨抛光盘2的位置可以按照数控程序的参数实现各种模式的运动。比如，围绕研磨抛光盘2上的某一点做往复运动，其中往复运动的幅度、频率和中心位置可以是连续变化的时间函数。

图中所示，传动系72的输出部件为丝杆721，工件环支撑架31的一端设置有与丝杆721配合的螺套311，两者配合以将丝杆721的旋转运动转换为工件环支撑架31的直线运动。

应当理解，工件环总成3的数量可根据实际需要设置为一个或者四个之外的其它复数个；此外，前述各工件环总成3可以通过一个伺服驱动机构带动，而不局限于图中所示的每个工件环总成3分别对应设置一个伺服驱动机构。需要说明的是，只要满足本发明的设计思想均在本申请请求保护的范围内。

具体地，工件环总成3包括工件环支撑架31、工件环32和三个滚轮33；为详细说明所述工件环总成3的具体结构，请一并参见图3和图4，其中，图3是图2的I部放大图，图4是图3中所示B向局部向视图。

工件环支撑架31的一端与伺服驱动机构7的输出部件相连，其另一端置于研磨抛光盘2的上方。工件环32置于工件环支撑架31的下方且与研磨抛光盘2的上表面大体平行，工件环32的外周表面开有环形凹槽321；每个滚轮33的轮轴分别设置于工件环支撑架31上，且每个滚轮33的内侧轮沿分别与工件环32的环形凹槽321相抵，以便于工件环32相对于工件环支撑架31转动。

并且，在工件环支撑架31上固定设置一个第二驱动部件，优选为驱动电机34，其转速通过数控程序控制可以实现连续无级变速，用于驱动滚轮33，进而驱动工件环32相对于工件环支撑架31转动。同样，滚轮33的数量不局限于图中所示的三个，驱动电机34也不局限于图中所示的一个，只要满足使用需要均可。

为进一步提高本方案所述研磨抛光装置的适应性，如图4所示，在工件环32的内孔中设置有工件保持架35，工件保持架35具有与工件外形尺寸大致相同的通孔351，在研磨和抛光过程中工件由工件环32和研磨抛光盘2带动进行旋转运动。该通孔351的中心与工件环32内孔偏心设置，使得内置于工件环内的工件无规律运动得以叠加，可进一步提高加工精度。需要说明的是，该通孔351的中心也可以与工件环32内孔同心设置。

此外，工件保持架35上可以设置多个通孔(图中未示出)，即一个工件保持架35能够用于多个待处理工件的加工。

具体地，工件环32的孔壁上具有轴向设置的凸棱322，工件保持架35的外周表面具有与该凸棱322相适配的凹槽352，以便于工件保持架35与工件环32一并转动。工件环32的孔壁上具有径向设置的台阶323，工件保持架35的下表面与该台阶323相抵定位。

如图1所示，本方案中的研磨抛光盘2和工件环总成3和伺服驱动机构7集成在一个密闭的防护罩8内。防护罩8在每个工件环总成3的相应位置设有推拉门9，用于装卸工件。由于，密闭的防护罩8隔开了车间内的空气与研磨抛光装置工作空间的空气，使车间内空气中的灰尘不能进入工作空间；因此，可以避免灰尘导致的工件表面刮伤，提高工件抛光后的表面光洁度。另外，工作空间内部的空气不予外部流通，可以保证工作空间的的温度不受车间的温度波动影响，为研磨抛光装置的加工精度提供了可靠的保障。

当然，伺服驱动机构也可以是这样的设计：驱动工件环总成3a相对于研磨抛光盘2a摆动。请参见图5，该图示出了工件环总成3a与研磨抛光盘2a之间的位置关系，图中仅示出了一个工件环总成3a，以简化图面。实际上，工件环总成2a可设置为沿研磨抛光盘2a周向均布的多个。在伺服驱动机构(图中未示出)的作用下，如图所示，工件环总成3a可绕其与支架1a之间的铰点R相对于研磨抛光盘2a摆动；显然，该摆动设计同样可以调整工件环总成3a的中心通孔与研磨抛光盘2a之间的径向距离，从而能够可靠地调整工件与研磨抛光盘之间的相对速度，确保研磨抛光精度。

综上，根据实际加工的要求，本方案提供的研磨抛光装置可提高研磨抛光盘的转速，并可实现工件环和研磨抛光盘在加工过程中无级变速以及工件环在研磨抛光盘上的中心位置、摆动频率和摆动幅度，从而通过数控程序的参数连续控制有效提高效率；同时大大地提高了加工精度和工件的表面光洁度。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.研磨抛光装置，包括：

研磨抛光盘，其上表面用于设置研磨抛光介质，所述研磨抛光盘通过第一驱动部件的驱动绕其自身轴线转动；和

至少一个工件环总成，置于所述研磨抛光盘的上方；所述工件环总成的中部具有用于内置工件的中心通孔；其特征在于，还包括：

伺服驱动机构，置于所述研磨抛光盘外侧的支架上，驱动所述工件环总成相对于所述研磨抛光盘运动，以调整所述工件环总成的中心通孔与所述研磨抛光盘中心之间的径向距离；和

控制器，根据预设控制策略实时输出控制信号至所述伺服驱动机构；

所述工件环总成具体包括：

工件环支撑架，其一端与所述伺服驱动机构的输出部件相连，其另一端置于所述研磨抛光盘的上方；

工件环，置于所述工件环支撑架的下方，所述工件环与所述研磨抛光盘上表面大体平行且相分离，所述工件环的外周表面开有环形凹槽；和

至少三个滚轮，每个所述滚轮的轮轴分别设置于所述工件环支撑架上，且每个滚轮的内侧轮沿分别与所述工件环的环形凹槽相抵。

2.根据权利要求1所述的研磨抛光装置，其特征在于，所述预设控制策略根据工件的材质、工件的尺寸、工件的加工余量、研磨抛光介质的材质和研磨抛光盘的转速确定。

3.根据权利要求1所述的研磨抛光装置，其特征在于，所述伺服驱动机构具体为伺服电动机驱动，所述控制器输出的控制信号具体为控制该伺服电动机的位置控制信号和速度控制信号。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的研磨抛光装置，其特征在于，所述工件环支撑架上固定设置至少一个第二驱动部件，用于驱动至少一个滚轮。

5.根据权利要求4所述的研磨抛光装置，其特征在于，所述工件环总成还包括：

工件保持架，内置于所述工件环的内孔中，所述工件保持架具有与工件外形尺寸大致相同的至少一个通孔，所述通孔的中心与工件环内孔同心设置或者偏心设置。

6.根据权利要求5所述的研磨抛光装置，其特征在于，所述工件环的孔壁上具有轴向设置的凸棱，所述工件保持架的外周表面具有与该凸棱相适配的凹槽，以便于所述工件保持架与工件环一并转动。

7.根据权利要求6所述的研磨抛光装置，其特征在于，所述工件环的孔壁上具有径向设置的台阶，所述工件保持架的下表面与该台阶相抵定位。

8.根据权利要求5所述的研磨抛光装置，其特征在于，所述工件保持架固定设置在一直线运动或者摆动的伺服驱动机构上，以带动工件沿着研磨抛光盘的径向位移。

9.根据要求1所述的研磨抛光装置，其特征在于，所述研磨抛光盘分别通过相互独立的径向轴承和轴向轴承支撑在支架上；所述轴向轴承的中间直径为研磨抛光盘外径的0.5～0.6倍。

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